Аргонодуговая TIG/WIG сварка вольфрамовыми электродами

Аргонодуговая сварка — ручная дуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертных защитных газов (преимущественно аргоне). Используется для сварки углеродистых, конструкционных и нержавеющих сталей. Для сварки алюминия и его сплавов, никеля, титана, меди, бронзы, латуней, а также для разнородных металлов и сплавов. Применяют данный также для наплавки одних металлов на другие.

Международные обозначения
TIG — дуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертных газов.
WIG — дуговая сварка вольфрамовым электродом.

Сущность процесса аргонодуговой сварки

Рис. 1. Процесс аргонодуговой сварки

Сварочное соединение получается за счет расплавления кромок сварного изделия и присадочного прутка под воздействием дуги. Дуга горит между неплавящимся электродом и основным металлом. Сварочная ванна, дуга, край присадочной проволоки и кристаллизующийся шов находятся в среде инертного защитного газа (аргон, гелий или их смеси). Инертные газы не вступают в химические реакции и практически не растворяются в металлах.

Рис. 2. Классификация видов ручной сварки

Оборудование поста для аргонодуговой сварки

Рис. 3. Оборудование для аргонодуговой сварки

Оборудование для ручной аргонодуговой сварки отличается в зависимости от используемого рода тока. При сварке на постоянном токе (TIG-DC) в качестве источника питания сварочной дуги может быть любой выпрямитель, преобразователь, агрегат, инверторный источник. Балластный реостат используют для дискретного регулирования сварочного тока и формирования крутопадающих характеристик. Сегодня производители сварочного оборудования также предлагают специальные установки для аргонодуговой сварки. При использовании таких специальных источников питания балластный реостат ненужен. В состав газового оборудования входят: баллон с газом, редуктор, ротаметр, газовые рукава. Существуют регуляторы расхода газа содержащие в себе ротаметр и редуктор.

При сварке на переменном токе (TIG-AC) в качестве источника питания дуги используют сварочные трансформаторы. Сварочный трансформатор для ручной аргонодуговой сварки должен обладать высоким напряжением холостого хода (70-80 В). При сварке в гелии или при малых токах напряжение холостого хода достигает 120В что является небезопасным. Тогда обязательно используют ограничители напряжения холостого хода. Использованием осцилляторов достигается стабилизация горения дуги переменного тока. Также осцилляторы используют для бесконтактного зажигания сварочной дуги при сварке на постоянном токе, когда ожоги металла недопустимы.

Напряжение дуги прямой и обратной полярности значительно отличается что приводит к так называемой постоянной составляющей тока, которая негативным образов влияет на процесс сварки. Предотвращение этого негативного воздействия достигается использованием балластных реостатов.

Электроды и защитные газы

Наиболее распространенные неполавящиеся электроды марок:

  • ЭВЧ — на основе чистого вольфрама;
  • ЭВЛ — вольфрам с окисью лантана (1,1-1,4%);
  • ЭВТ — вольфрам с окисью тория (1,5-2%);
  • ЭВИ — вольфрам с окисью иттрия (1,5-3,5%).

Для сварки неплавящимся электродом в качестве защитных инертных газов используют аргон, гелий и их смеси. Для сварки меди используют азот.

Преимущества аргонодуговой сварки

  • Надежная защита зоны сварки от воздействия окружающей среды благодаря использованию инертных газов.
  • Более высокая тепловая мощность дуги в сравнении с другими видами сварки, что повышает производительность и скорость сварки.
  • Основной металл нагревается меньше.
  • Возможность сварки разных видов металлов и сталей, разнородных металлов.
  • Возможность автоматизировать и механизировать процесс сварки.
  • Возможность визуального наблюдения над процессом сварки.

Недостатки аргонодуговой сварке

  • Сильное ультрафиолетовое излучение при использовании инертных газов, особенно гелия.
  • Требуется дополнительное охлаждение при сварке высокоамперной дугой.
  • При выполнении работ на открытом воздухе и сквозняках есть вероятность нарушения газовой защиты.

TIG сварка – это процесс сплавления металлов в атмосфере инертного газа с помощью неплавящегося электрода (вольфрамового). Аббревиатура TIG означает вольфрам плюс инертный газ. В России известна под названием аргоновая сварка, хотя используется еще гелий или их смеси.

Оборудование

Сварочное оборудование TIG состоит из нескольких частей:

  • источника питания постоянного или переменного тока;
  • сварочной горелки с неплавящимся электродом;
  • баллонов с инертным газом с редукторами;
  • шлангов для его подачи к области сварки.

Электрод изготавливается из чистого вольфрама или его сплавов, имеет температуру плавления 2019 ⁰C. Это позволяет сваривать любые изделия из металла.

Он практически не плавится, периодически его конец требует заточки, что необходимо для получения качественного, тонкого шва. Представляет собой стержень с заточенным одним концом.

Электрод вставляется в цангу и закрепляется в горелке. Нерабочая часть вольфрамового стержня закрывается специальным колпаком, чтобы предотвратить его замыкание на массу во время производства работ.

Сварочная горелка TIG имеет кнопку подачи газа и напряжения. Головка заканчивается керамическим соплом, через который выглядывает заостренный кончик вольфрамового электрода. К ручке подсоединен газовый шланг.

Газ при нажатии кнопки выходит через сопло, предотвращая поступление воздуха окружающей атмосферы. Благодаря этому в сварочной ванне при TIG сварке отсутствует водород из атмосферы, а он, как известно, приводит к появлению пор в шве при кристаллизации остывающего изделия.

Сферы применения

Если сваривание идет встык без зазора, то достаточно расплавить кромки свариваемых изделий под защитой аргона и получится хороший герметичный шов.

Если имеется зазор, то необходимо в область сварки вводить присадочную проволоку из того же материала, в результате получится прочный шов с большим сопротивлением на разрыв и излом.

Когда требуется применять TIG сварку к тугоплавким материалам, то используют гелий. В среде этого газа электрическая дуга вырабатывает тепла в 1,5-2 раза больше, чем в аргоне. Поэтому происходит более глубокая проварка шва и увеличивается скорость сварки.

Применение аргона и гелия в пропорции 40/60 позволяет получить достоинства того и другого: стабильность дуги благодаря аргону, глубокое проплавление шва благодаря гелию.

Аргонодуговая сварка TIG получила распространение в машиностроении, в пищевой промышленности для изготовления посуды, в химической и нефтеперерабатывающей промышленности для производства емкостей. Без TIG сварки трудно представить автомастерскую или производство изделий из алюминия.

При желании любой человек может своими руками сделать TIG сварку из инвертора, для этого достаточно укомплектовать оборудование сварочной TIG горелкой, баллонами с аргоном. Нужна также вентильная система подачи газа.

Преимущества и недостатки

ТИГ сварка обеспечивает получение чистого без шлака, герметичного без пор сварного шва. Аргоновая сварка позволяет соединять практически все металлы и их сплавы, номенклатура свариваемых материалов больше, чем у любого другого вида сварки. Позволяет сваривать тонкостенные и толстостенные изделия.

TIG сварка обеспечивает лучший контроль над состоянием сварочной ванны. Неплавящийся электрод упрощает для сварщика поддержание одинаковой дуги на всей длине сварного шва, не нужно учитывать изменение длины электрода в случае использования обычной дуговой сварки.

В процессе работ отсутствуют искры и брызги. На шве нет шлака и нет задымления, как при использовании электродов с обмазкой. Все это позволяет получать высококачественные сварные соединения с достаточно высокой скоростью. Превосходит обычную дуговую сварку практически по всем параметрам.

К недостаткам TIG сварки можно отнести необходимость тщательной зачистки свариваемых поверхностей от масла, ржавчины, краски и прочего мусора. Иначе шов получится пористым с изъянами.

При ветреной погоде сварка под защитой из аргона затруднена, требуются дополнительные ограждающие щиты, происходит перерасход газа.

В труднодоступных местах затруднена работа из-за малого выхода сварочной иглы и колпачка. Приходится увеличивать вылет острия прутка, что приводит к его перегреву. Надо устанавливать маленький колпачок, что требует обрезания вольфрамового электрода.

Выбор и заточка вольфрамовых прутков

Электроды для TIG сварки состоят на 97-99,5% из вольфрама. Разнообразные добавки улучшают сваривание в специфических условиях.

Прутки из вольфрама имеют чистоту 99,5%. Имеют маркировку WP и высокую энергию выхода электронов, поэтому труднее осуществляется розжиг и поддержание дуги по сравнению с электродами, имеющими легирующие добавки.

Применяются при работе с переменным током. Повышенная температура на конце сварочной иглы по сравнению с другими типами электродов приводит к быстрому износу.

Электроды марки WT-20 имеют добавку оксида тория с повышенной радиоактивностью, поэтому в последнее время от него стали отказываться. Наиболее опасен такой электрод во время заточки, когда в виде пыли попадает в легкие. Для сварщиков он практически безопасен, работает на постоянном токе.

Прутки WC-20 для TIG сварки дополнены оксидом церия. Работают на постоянном токе при его малых уровнях. Дуга легко зажигается, используется при сваривании мелких деталей.

Электроды WL-20 с оксидом лантана меньше всего нагреваются, имеют самый большой срок службы.

Вольфрамовые стержни с оксидом циркония WZ-8 работают только с переменным током, дуга более стабильна, чем у WP.

Стержни c оксидом иттрия WY-20 стойки к большим токам. Применяются для сваривания особенно важных соединений постоянным током.

От заточки прутка зависит и качество сварного шва. При использовании постоянного тока применяется конусовидная заточка с плоской оконечностью. Если применяется переменный ток, то кончик прутка должен быть округлым.

Со временем электроды меняют форму и требуют новой заточки. При постоянном токе применяется заточка конусом с плоским концом. При переменном – округлый кончик. Даже царапины, образующиеся во время заточки, влияют на качество соединения при TIG сварке. Поэтому желательно полировать конус прутка.

Высота конуса влияет на глубину проварки и ширину шва. Длина заточки больше, ширина шва меньше. При маленькой заточке меньше глубина проварки. Оптимальной заточкой считается 2,0-2,5 диаметра стержня.

Последовательность действий

Перед тем как приступить к TIG сварке, стыки необходимо очистить от жира, ржавчины и прочего. Металл должен быть идеально чистым, иначе все останется в сварочном шве, что скажется на его качестве.

Большую часть сталей сваривают постоянным током. Алюминий, магний, медные сплавы с большим содержанием алюминия сваривают переменным током.

Сила тока выбирается по таблицам, зависит от вида материала, его габаритов и толщины сварочного прутка. Если во время TIG сварки выбрать слишком сильный ток, то пруток расплавится. При слабом токе дуга неустойчива.

Рекомендуемая длина дуги 1,5-3 мм. Увеличение длины дуги приводит к увеличению ширины шва и уменьшению глубины проваривания.

При сваривании встык сварочная игла должна выходить из сопла на 3-5 мм, при угловых на 5-8 мм.

Сварка неплавящимся электродом начинается с запуска инертного газа. Процесс сварки завершается отключением аргона через 10-15 с после того, как погасла дуга. Это необходимо, чтобы процесс кристаллизации произошел без доступа воздуха.

Для очень важных соединений применяется бесконтактный способ разжигания дуги. Имеется в промышленном оборудовании. Применяется при сваривании стойких к коррозии сталей. Это исключает попадание вольфрама в шов. Для менее ответственных соединений применяют аппарат с контактным способом розжига дуги. Он обычно имеется в бытовых установках.

Для TIG сварки достаточно вести горелку вдоль стыка без колебательных движений, как в обычной электродуговой сварке. За счет этого получается узкий шов, скорость сварки повышается.

При применении присадочной проволоки необходимо контролировать, чтобы расплавляемый конец находился под струей инертного газа. Сварочная ванна должна иметь вытянутую форму, никак не круглую.

Ошибки

Быстрый расход вольфрамового прутка происходит по причине большого тока или недостаточности инертного газа при TIG сварке. Сварочный стержень окисляется в промежутках между свариванием из-за преждевременного выключения инертного газа. Он должен интенсивно идти 10-15 с после того, как погасла дуга.

Сварочный стержень может менять цвет из-за низкой скорости подачи защитного газа. Некачественный шов возникает при попадании в зону сварки паров воды. Часто это связано с неплотным соединением шлангов.