TIG сварка – технологии и особенности

Среди методов сваривания выделяется TIG сварка, позволяющая при сваривании различных металлов получать высокое качество шва. Что такое TIG сварка нетрудно разобраться, ознакомившись со способом ее применения.

Принцип действия

Для того, чтобы разобраться что это – аргонодуговая сварка TIG, необходимо иметь хотя бы элементарные познания в области сварки. Технология процесса методом сварки TIG была разработана в 1841 году. Прогресс состоял в том, что это позволило производить сварку ранее не соединяемых этим способом материалов.

Суть метода – горение электрической дуги в аргоне. Этот газ обладает рядом примечательных свойств. Тяжелее воздуха, он, проникая в сварочную ванну, является ее защитой от других атмосферных газов. В результате шов получается без оксидной пленки. Это способствует хорошему качеству соединения металлов. Аргон – самый недорогой защитный при сварке газ.

Основной элемент – электрод из вольфрама. Температура его плавления почти 4000°С. Это дает возможность работы почти со всеми видам стали. Вольфрамовый электрод не плавится. Необходима лишь его периодическая заточка для обеспечения точного и аккуратного сварочного шва. Электрод, находящийся в цанге, зафиксирован в горелке. Его избыточная длина, бездейственная в работе, находится в особом колпаке, что предотвращает  возможность замыкания.

Горелка оканчивается соплом из керамики. По центральной линии сопла проходит электрод, а вокруг находится инертный газ. При сварке ТИГ в качестве инертного газа выступает аргон. Его присутствие исключает попадание воздуха в сварочную ванну, что вызвало бы пористость шва при затвердевании. Запуск аргона регулируется кнопкой на горелке.

Электрод разжигает дугу, а она плавит кромки свариваемых металлов. Если между металлическими пластинами существует зазор или стоит задача создать шов, обладающий высоким сопротивлением на разрыв и излом, то применяют присадочную проволоку. Ее диаметр выбирают в зависимости от толщины изделия и сварного шва. При ручной сварке проволоку в зону плавления подает сварщик.

Качественный шов обеспечивает сварка аргоном с поддувом. Это осуществляется подачей защищающего газа к другой стороне шва.

Аргонодуговая сварка с поддувом имеет следующие режимы:

• автоматический;
• полуавтоматический;
• ручной.

В первом случае аргоновая сварка с поддувом осуществляется полностью автоматически. Прокладывание траекторий, по которым перемещаются  электрод и присадочная проволока, – функция аппарата. При полуавтоматическом режиме оператор регулирует сварку с помощью аппарата, а подача проволоки происходит автоматически. При ручном режиме автором процесса является сварщик.

В ручной аргонодуговой сварке не пользуются электродами с покрытием, поскольку защитой является инертный газ. Высокую температуру обеспечивает электрическая дуга. Покрытый электрод не обеспечивал бы необходимого уровня защиты. Кроме того, в отсыревших электродах может скопиться водород, что наносит урон качеству шва.

Автоматическая аргонодуговая сварка работает по такому же принципу, как и ручная. Отличие состоит в том, что управление происходит с помощью автоматов. Оператор устанавливает необходимую программу, и техническое оборудование начинает работать по заданным параметрам. Автоматическая система также подает проволоку с установленной скоростью.

Аргонодуговая сварка плавящимся электродом предполагает, что розжиг дуги возникает при соприкосновении электрода с металлом. Когда применяются неплавящиеся электроды, такой способ неприменим, поскольку у аргона величина ионизации высокая и для розжига потребуется сильная искра. При использовании вольфрамового электрода для разжигания нужен дополнительный прибор – осциллятор. Он вырабатывает ток высокой частоты для импульса розжига. В процессе сварки осциллятор генерирует импульсы, которые стабилизируют дугу.

На электрод подается высокое напряжение с большой частотой импульсов. Это обеспечивает ионизацию и розжиг дуги. Применение осциллятора позволяет сварщику спокойно осуществлять сварку, как при переменном, так и при постоянном токах.

Оборудование может работать при разных режимах. Разберемся, что это – режим TIG сварки. Для сваривания применяются два способа в зависимости от вида тока: переменного или постоянного.

При ТИГ сварке переменным током после розжига роль стабилизирующего элемента, подающего импульсы при замене полярности ТИГ сварки, играет осциллятор. Это гарантирует постоянство горения дуги.

Во время TIG сварки на постоянном токе выделяемое тепло на аноде и катоде неодинаково. Для лучшего нагрева металла используют прямой вид полярности, при котором плюс на детали, а минус – на электроде. Такая полярность TIG сварки подходит для всех сплавов, исключая алюминиевых. Для них требуется сварка на переменном токе, чтобы окись на поверхности удалялась более эффективно.

Работа при постоянном токе обладает следующими преимуществами:

1. Экономичность процесса.
2. Возможность сварки на большой глубине. Шов в результате становится глубоким, но узким.
3. Увеличение скорости процесса.

При режиме TIG сварки на переменном токе смена полюсов происходит автоматически. Режимы выбирают в зависимости от свариваемых металлов.

Применение

Достоинства сварки ТИГ металлов находят ей применение в отраслях:

• машино- и приборостроение;
• пищевое производство;
• нефтяная промышленность;
• химическая промышленность;
• буровые вышки;
• строительство металлоконструкций для высотных зданий;
• каркасные конструкции из стали;
• трубопроводы;
• авиация;
• космонавтика;
• самолетостроение;
• кораблестроение.

Сварка аргоном ТИГ применяется и для менее глобальных решений. Ее нередко используют в бытовых условиях. Примером являются монтаж в автомобиль кондиционера, заделывание трещин в радиаторе машины. Во всех домах найдется кухонная посуда и металлические сушители для полотенец, изготовленные этим способом.

Такое широкое распространение сварка аргоном TIG получила благодаря тому, что при ее помощи можно сваривать, как углеродистую сталь, так и цветные металлы, сохраняя отличное качество шва.

Преимущества и недостатки метода

К основным преимуществам относятся:

1. Вытеснение аргоном воздуха из зоны, где происходит сварка. Благодаря этому шов получается без дефектов.
2. Возможность сваривания разных металлов.
3. Высокое качество шва.
4. Невысокий нагрев деталей, что исключает их деформацию.
5. Работа с металлами, плохо поддающимися сварке.
6. Возможность работы с конструкциями разных габаритов.
7. Пожаробезопасность.
8. Отсутствие отходов.
9. Изоляция от влияния внешней среды.
10. Стабильность электрической дуги.
11. Универсальность.
12. Возможность работы с тонкими металлическими листами.
13. Небольшая зона нагрева изделия.
14. Обучение, что такое сварка ТИГ, не представляет трудности.
15. Защита поверхности от оксидной пленки.
16. Отсутствие необходимости дополнительной обработки после сваривания.
17. Хороший контроль за состоянием сварочной ванны.
18. Возможность делать наплавку при восстановительных и реставрационных работах.
19. Возможность применения прямой и обратной полярностями.
20. Компактность инвертора с этой функцией.
21. Различные режимы ТИГ сварки.

Недостатки метода:

1. Невысокая производительность.
2. Небольшая скорость процесса.
3. Высокая стоимость применяемого оборудования.
4. Наличие профессиональных навыков.
5. Неэффективность работы на сквозняке или при большой силе ветра. Приходится устанавливать специальные щиты и увеличивать подачу аргона, что приводит к его перерасходу.
6. Необходимость предварительной подготовки поверхностей.
7. Затрудненность работы в труднодоступных местах.

При условии, что недостатки не являются слишком значимыми, применение данного метода является оправданным.

Заточка электродов

Главным элементом в сварке является вольфрамовый электрод. За электродами для ТИГ сварки необходим постоянный уход. Он заключается в регулярной заточке его кончика. Это обеспечивает хороший сварочный шов.

Существует правило – при сварке с постоянным током кончик электрода затачивают конусообразно, а с переменным током – сферически. Длину конуса можно вычислить, удвоив значение диаметра электрода. Для устойчивости конец конуса следует слегка притупить.

Значения углов заточки электродов для TIG сварки:

• при небольшой величине тока – 10-20°;
• среднем – 20-30°;
• для тока большой величины – 60-120°.

Если угол заточки менее 20°, то сокращаются возможности электрода, а при угле более 90° горение дуги может утратить устойчивость. На нее также отрицательно влияют риски, которые возникают на поверхности при заточке.

Чтобы сделать их минимальными, TIG электроды надо затачивать вдоль. Точение происходит с помощью болгарки, мелкозернистым абразивным кругом, наждаком, вращая электрод в руке. Чтобы сделать заточку равномерной, стержень закрепляют в шуруповерте или электродрели. При этом надо устанавливать небольшие значения оборотов вращения. Для защиты от пыли следует надевать маску.

Инвертор для сварки

Понятие инвертора включает в себя устройство, функция которого – преобразование тока постоянного в переменный. Также он может изменять частоту переменного тока.

Преимущества применения сварочных инверторов:

1. Повышают эффективность при работе со сварочным аппаратом.
2. Конструкция из сваренных деталей становится более надежной.
3. Швы приобретают надежность и долговечность.
4. Компактность позволяет с легкостью переносить прибор на место работы.
5. Высокий КПД увеличивает производительность процесса.
6. Расход электроэнергии умеренный.
7. Наличие возможности регулирования плавной подачи тока.
8. Несложность управления.

Аргоновая сварка с инвертором требует особой разновидности этого прибора. В нем должна быть предусмотрена функция подключения горелки, в которой имеются шланги, с помощью которых подается газ. Аргонная сварка с инвертором дает возможность сваривать сталь на постоянном токе и алюминий на переменном.

Технологический процесс

Несмотря на то, что аргонодуговая TIG сварка требует навыка и профессиональных знаний, ее можно выполнить своими руками. Перед этим необходимо разобраться, что такое сварка ТИГ в принципе, какое необходимо оборудование, последовательность действий.

Этапы сборки сварочного аппарата:

1. Соединение осциллятора с инвертором.
2. Прикрепление к клемме со знаком плюс провода, отвечающего за массу.
3. Прикрепление к клемме со знаком минус провода, соединенного с горелкой.
4. Закрепление горелки на рукав, через который проходит газ.
5. Подготовка баллона с аргоном. Накрутка редуктора.
6. Закрепление на редукторе рукава, подающего газ.
7. Подключение инвертора к сети 220 В. Осциллятор питается от блока 6 В.

Аргонодуговая сварка своими руками в ручном режиме имеет следующий алгоритм:

1. Очистка поверхности, где будет производиться сварка.
2. Подготовка горелки к работе.
3. Подача аргона.
4. Розжиг дуги.
5. Начало сварки.

Для очистки можно использовать способы механический или химический. Заканчивать очистку надо обезжириванием. Газ следует подавать на несколько секунд раньше, чем подключать к сети источник питания. Это обеспечит появление защитного слоя.

Важно! Чтобы была создана малая сварочная дуга, электрод должен располагаться на расстоянии минимум в 2 мм от свариваемой поверхности.

После разжигания дуги можно приступать к сварочному процессу. Горелкой, находящейся в левой руке, сварщик ведет дугу вдоль шва, а правой двигает проволоку навстречу перемещению горелки. Электрод и проволока должны составлять угол примерно 90°. Недопустима резкая подача проволоки, поскольку это может привести к брызгам раскаленного металла и образованию неровного шва.

Правила безопасности

При сварке нельзя забывать о правилах безопасности. Необходимо использовать средства защиты для сварщика: маску или щиток, перчатки или краги, специальную одежду и обувь.

Все маски можно разделить на активные и пассивные. Смотровое стекло пассивных масок имеет постоянное затемнение. У активных затемнение происходит только как реакция на световую вспышку от дуги. Преимуществом этого варианта является то, что на время прекращения сварочного процесса стекло становится прозрачным и сварщик хорошо видит объект. Нет необходимости приподнимать стекло, что достаточно удобно.

Основные виды сварочных краг:

1. Брезентовые. Не востребованы, поскольку плохо выполняют основную функцию защиты рук от высокой температуры и искр. При попадании искр легко прожигаются.
2. Спилковые. Изготавливаются из специально обработанной кожи свиней или коров. Устойчивы к летящим искрам. Прочны, эластичны, гигиеничны. Не сковывают движения рук. При наличии внутри хлопчатобумажного слоя сохраняют тепло рук.
3. Войлочные. Удобны для работ при сварке.

Существуют комбинированные модели, в которых использованы разные виды материалов. Сварочные краги бывают длиной до локтя и закрывающие только кисть руки. Наличие возможности стягивания края перчатки обеспечивает дополнительную безопасность.

Костюм для сварщика должен быть изготовлен из материалов высокого качества. Он должен обладать устойчивостью к попаданию брызг расплавленного металла. Требования к костюму сварщика указаны в ГОСТе 12.4.250. Главные части костюма – куртка и брюки. Материал, из которого они сшиты, должен обладать большой теплоустойчивостью. Согласно нормативному материалу куртка должна прикрывать брюки более, чем на 20 см. Застежки закрываются клапанами. Максимальное расстояние между ними на куртке – 15 см.

В правила соблюдения техники безопасности входит электробезопасность. Баллон с аргоном должен быть расположен на расстоянии не менее 5 метров от возможных источников огня. Баллон должен быть поставлен вертикально и быть закреплен во избежания падения. Перед работой необходимо проверять состояние шлангов.

Необходимое оборудование

Аргонодуговая сварка меди и других металлов предполагает наличие особого оборудования. Минимальное техническое оснащение включает в себя:

1. Источники тока.
2. Осциллятор.
3. Инвертор.
4. Баллон с аргоном.
5. Редуктор.
6. Горелку.
7. Соединительные кабели.
8. Вольфрамовые электроды.
9. Присадочную проволоку.

Для полноценной ТИГ сварки в аппарате необходим постоянный поджиг. Самые простые источники для ТИГ сварки выдают постоянный ток. Ими можно сваривать металлы – нержавейку, черный металл, латунь, медь, бронза. Но нельзя сваривать металлы, имеющие оксидную пленку – алюминий и магний. Для них необходимо, чтобы в источнике была функция переменного тока. Это более сложные источники, имеющие функцию и постоянного и переменного тока. Для переменного тока существуют такие настройки, как баланс тока.

В современных моделях существуют источники с режимами для разных толщин материала, различных пространственных положений. Самая распространенная функция – пульсовый режим. Одна из характеристик – частота пульса. Существуют источники с частотой пульса до 15 тысяч Гц. Чем больше частота, тем выше функциональность.

При выборе аппарата для TIG сварки надо определиться, где он будет использоваться и для каких целей. Это определит наличие нужных функций:

• напряжение источника питания;
• наличие режимов с постоянным и переменным током;
• возможность смены полярности;
• наличие режима для стали с высокой вязкостью;
• способность долгое время сваривать металл, имеющий большую толщину;
• нахождение в комплекте горелки с водяным охлаждением;
• наличие охлаждения стационарного вида;
• наличие возможности контроля работы с помощью дисплея;
• возможность работы на производственных линиях.

К достоинствам относятся и дополнительные функции:

• наличие возможности бесконтактного поджога дуги;
• DOWN POST GAS – позволяет плавно производить отключение дуги;
• BALANCE – возможность изменения баланса полярности при сварке переменным током.

Существует много моделей сварочных аппаратов для ТИГ сварки. Модель TIGER 170 DC опережает конкурентов по соотношению веса прибора и производительности. Аппарат имеет широкие возможности применения – от стальных листов толщиной 0,2 мм до 6 мм. Дополнительная функция регулировки значения тока позволяет сваривать тонкие листы без прожогов. Аппарат имеет микропроцессорное управление и большой объем памяти. Простой и удобный интерфейс позволяет устанавливать нужные параметры и режимы.

Аппарат HAMER TIG-200DC может работать в двух режимах. Это вариант для сварки черных металлов и нержавеющей стали. Главное достоинство – невысокая цена в сочетании с наличием всех необходимых функций.

Сварочный аппарат ELAND TORS-200 имеет похожие характеристики. В наличии – большее количество дополнительных функций. Отличительная черта – комплектация приспособлениями и расходными элементами для работы, как для ТИГ, так и для MMA сварках.

В ГОСТе 5.917-71 изложены требования к ручным горелкам для аргонодуговой сварке. Согласно этому нормативному документу должны применяться горелки типа РГА. Наиболее распространенные модели – РГА-150 и РГА-400. Выбор для TIG сварки диаметра и толщины электрода зависит от вида свариваемых металлов.

Ошибки при ТИГ сварке

Основная ошибка – быстрое сгорание электрода. Это может произойти из-за неправильной полярности выбранного режима, маленькому расходу газа, плохо подобранному диаметру вольфрамового электрода. Может произойти загрязнение сварочного шва вольфрамом. Причина – попадание электрода в сварочную ванну и начало его плавления там.

Шов плохого качества может получиться при наличии конденсата на металле, неисправности шлага или его неплотного прилегания, недостаточного поступления газа, плохой предварительной очистке поверхности. Нестабильность дуги может образоваться вследствие неправильной полярности, загрязненности электрода, слишком длинного его размера.

К распространенным ошибкам относится изменение цвета шва и появление желтого дыма. Причиной является чересчур быстрое отключение аргона. Отключают газ через 10 секунд после того, как погаснет дуга.

Заключение

Сварка методом – современный способ, позволяющий соединять различные металлы. Результатом является получение швов высокого качества.

Интересное видео