Spawanie TIG

Sposób pracy: ręczny, źródło ciepła: łuk elektryczny, osłona jeziorka: gaz obojętny, zakres natężenia prądu: 10-300A.

Zasada działania

Zaawansowane technologicznie spawarki TIG Magnum działają w następujący sposób: podczas pracy urządzenia łuk jarzy się między końcem elektrody wolframowej a metalem rodzimym złącza. Dzięki wykorzystaniu spawarki TIG elektroda się nie stapia, a spawacz utrzymuje stałą długość łuku. Wartość natężenia prądu jest nastawiana na źródle prądu. Spoiwo zwykle jest dostępne w postaci drutu o długości 1 m. Doprowadza się je w miarę potrzeby do przedniego brzegu jeziorka. Jeziorko jest osłaniane przez gaz obojętny wypierający powietrze z obszaru łuku. Jako gaz ochronny najczęściej stosowany jest argon.

Charakterystyka metody

Dzięki spawaniu TIG możliwe jest dziś tworzenie konstrukcji wykonanych ze stali specjalnej, wysokostopowej, niklowej, aluminiowej, magnezowej, tytanowej i innych jej typów. Obecnie jednymi z najpopularniejszych urządzeń do spawania są spawarki TIG, np. Magnum. Umożliwiają one przeprowadzenie spawania w szerokim zakresie grubości złączy (od kilku do nawet kilkuset mm). Do procesu może być wykorzystany zarówno prąd stały, jak i przemienny. Spawarki TIG wyróżniają się stosunkowo niską ceną i łatwą obsługą. Umożliwiają przeprowadzenie spawania łukowego, w którym trwałe połączenia uzyskuje się poprzez stopienie cieplne łuku elektrycznego elektrody otulonej i spawanego materiału w osłonie gazu. Łuk spawalniczy jarzy się pomiędzy materiałem podstawowym, a elektrodą o przeciwnym ładunku. Spawanie z wykorzystaniem spawarki TIG jest procesem wyjątkowo czystym, który zapewnia wysoką trwałość spoin. Umożliwia także kontrolę nad procesem spawania (spawacz może swobodnie obserwować łuk).

Szczegóły procesu

Wykonana z wolframu elektroda niepotliwa umocowana jest w specjalnie przeznaczonym do tego uchwycie palnika, co umożliwia swobodną regulację jej położenia oraz wymianę. Końcówka wystaje natomiast poza dyszę gazową. Przez nią natomiast wydzielana jest powłoka gazu ochronnego, którego zadaniem jest chłodzenie elektrody oraz ochrona ciekłego metalu spoiny i nagrzanej strefy spawania łączonych ze sobą materiałów przed zetknięciem się z gazami atmosferycznymi.

Jeziorko z ciekłego stopu powstaje bez udziału topnika. Nie posiada więc w swoim składzie wtrąceń niemetalicznych zarówno w spoinie, jak i na jej powierzchni. Topienie metali, do którego wymagane jest użycie spawarki TIG Magnum, odbywa się bez większych zmian w ich składzie chemicznym. Podczas tego procesu, w odróżnieniu od spawania łukowego nie występuje zjawisko rozprysku metalu. Natomiast dzięki możliwości podawania z zewnątrz łuku materiału dodatkowego umożliwia autonomiczne sterowanie energią liniową łuku i ilością spoiwa podawanego do obszaru spawania.

Elektrony uzyskane z atomów gazu ochronnego są głównym nośnikiem prądu przepływającego w łuku. Jarzenie się łuku następuje po zwarciu nietopliwych elektrod ze spawanym przedmiotem lub specjalną płytką startową, po czym dochodzi do jej cofnięcia. Korzystanie ze spawarki Magnum TIG pozwala również zastosować łuk pomocniczy pomiędzy elektrodą a spawaną powierzchnią. Tworzy się on na skutek przepływu prądu o niewielkim natężeniu, wysokim napięciu i częstotliwościach.

Parametry spawania

Podstawowymi parametrami spawania TIG są:

– Rodzaj i natężenie prądu,
– Napięcie łuku,
– Prędkość spawania,
– Rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego,
– Rodzaj materiału i średnica elektrody nietopliwej,
– Średnica (wymiary) materiału dodatkowego.

Spawanie TIG przeprowadzone może być prądem stałym oraz prądem przemiennym. Spawanie prądem stałym polega na połączeniu elektrody z biegunem dodatnim (może przebiegać z biegunowością dodatnią lub ujemną). W przypadku biegunowości dodatniej elektroda musi posiadać znacznie większą średnicę niż przy podłączeniu do bieguna ujemnego. Proces przeprowadza się przy spawaniu w osłonie argonu lub helu większości metali i stopów, nie licząc cienkich blach aluminiowych i stopów aluminium. O głębokości wtopienia i szerokości spawu decyduje natężenie prądu. Wywiera ono także wpływ na temperaturę końca elektrody nietopliwej. Wzrost tych parametrów zwiększa głębokość wtopienia, przez co możliwe jest także zwiększenie prędkości spawania. O długości łuku oraz kształcie spoiny decyduje natomiast napięcie łuku. Zależy od zastosowanego natężenia prądu i materiału elektrody. Wzrost napięcia łuku zwiększa szerokość lica spoiny. Prędkość spawania ma wpływ na energię liniową spawania. Ilość ciepła wprowadzanego do obszaru złącza, co reguluje również wielkość i rozkład naprężeń i odkształceń spawalniczych.

Podstawowe gazy ochronne

Ar i He lub ich mieszanki (tab.2) stanowią swoistą ochronę przy spawaniu TIG. Są to gazy obojętne, do których często dodawany jest azot. Jego zadaniem jest podniesienie temperatury łuku, co z kolei umożliwia spawanie z dużymi prędkościami miedzi i jej stopów. Proces ten nie wymaga podgrzewania wstępnego. Inne reaktywne gazy ochronne, takie jak np. CO2 skutkują błyskawicznym zużyciem elektrody lub niestabilne jarzenie się łuku. Nie należy stosować dodatku CO2 lub O2 do argonu lub helu — mogłoby to spowodować szybkie zużycie cennej w procesie elektrony nietopliwej. Gazy ochronne mają za zadanie osłonić ją o raz obszar spawanie przed dostępem atmosfery.

Podstawowymi własnościami fizycznymi gazów ochronnych, decydującymi o ich wpływie na proces spawania TIG, są:

– potencjał jonizacji,
– przewodnictwo cieplne,
– ciężar właściwy,
– punkt rosy,
– dysocjacja i rekombinacja gazu,
– potencjał jonizacji gazu ochronnego decyduje o łatwości zajarzenia łuku, przewodzeniu prądu przez łuk (oporności łuku) i o napięciu łuku,
– przewodnictwo cieplne gazu ochronnego decyduje o kształcie ściegu spoiny,
– ciężar właściwy gazu decyduje o stopniu ochrony jeziorka spawalniczego,
– punkt rosy gazu ochronnego – określa koncentracje wody w gazie; im niższy jest punkt rosy, tym niższa jest zawartość wody, a dzięki temu mniejsze niebezpieczeństwo tworzenia się pęcherzy gazowych w spoinie.

Elektrody nietopliwe

Do spawania metodą TIG niezbędne są tak zwane elektrody nietopliwe. Stanowią one podstawowy element obwodu spawania. Wpływają na jakość spawania, a także wydajność przeprowadzanego procesu. Tworzone są z czystego wolframu lub jego stopów. Stanowią element uchwytu spawalniczego, który jest okrągłym prętem umieszczanym we wnętrzu dyszy ceramicznej. Dodatki, które zwiększają trwałość elektrod to tlenki: tory, cyrkonu, lantanu i ceru.

Materiał dodatkowy

Wśród materiałów dodatkowych do spawania TIG można wyróżnić różnego typu spoiwa, a także druty, pałeczki, taśmy lub wkładki stapiane w złączu. Najczęściej stosowane są druty lub pręty proste o średnicy 0,5 lub 9,5 mm i o długości 500-1000 mm. Do spawarki TIG używa się materiałów dodatkowych o tym samym składzie chemicznym, co spawane tworzywo. Spoiwem są także gazy ochronne, których zadaniem jest zabezpieczenie obszaru spawania przed dostępem powietrza, które mogłoby wpłynąć znacząco na jakość spoin oraz sam proces spawania. Często jako materiał dodatkowy stosuje się także topniki spawalnicze, czyli niemetaliczne proszki, których zadaniem jest zapewnienie właściwego kształtowania się powierzchni spoin.

Urządzenia do spawania TIG

– Prostowniki tyrystorowe lub inwersyjne,
– Transformatory spawalnicze,
– Źródła zasilania stosowane powszechnie do spawania elektrodami otulonymi są stosowane do spawania TIG po wyposażeniu stanowiska spawalniczego w dodatkowe zespoły (rys 9). Poza składanymi stanowiskami używa się też źródeł zasilania wyposażonych we wszystkie zespoły, spełniające funkcje pomocnicze montowane we wspólnej obudowie. Takie urządzenia są przeznaczone tylko do spawania metodą TIG.

Proces spawania metodą TIG jest sterowany za pomocą złożonych układów montowanych w tzw. przystawce do zasilacza lub razem z zasilaczem w jednej obudowie.