Spawanie łukiem wolframowym gazowym - Gas tungsten arc welding

spawanie łukiem wolframowym

Spawanie łukiem wolframowym ( GTAW ), znane również jako spawanie wolframowym gazem obojętnym ( TIG ) , to proces spawania łukowego , w którym do wytworzenia spoiny wykorzystuje się nie zużywającą się elektrodę wolframową . Obszar spoiny i elektroda są chronione przed utlenianiem lub innymi zanieczyszczeniami atmosferycznymi obojętnym gazem osłonowym ( argonem lub helem ). Spoiwo jest stosowane normalnie, chociaż niektóre spoiny, zwanych autogenicznych zgrzein lub spoin nie wymagają. Kiedy używa się helu, nazywa się to spawaniem heliarowym . Stałego prądu zasilającego do zgrzewania wytwarza energię elektryczną, która jest prowadzona przez łuk na kolumnie silnie zjonizowanych gazów i par metali znanych w osoczu . GTAW jest najczęściej używany do spawania cienkich odcinków stali nierdzewnej i metali nieżelaznych, takich jak aluminium , magnez i stopy miedzi . Proces ten zapewnia operatorowi większą kontrolę nad spawem niż konkurencyjne procesy, takie jak spawanie łukowe elektrodą otuloną i spawanie łukowe w osłonie metali , co pozwala na mocniejsze spawy o wyższej jakości. Jednak GTAW jest stosunkowo bardziej złożona i trudna do opanowania, a ponadto jest znacznie wolniejsza niż większość innych technik spawalniczych. Pokrewny proces, spawanie łukiem plazmowym , wykorzystuje nieco inny uchwyt spawalniczy, aby uzyskać bardziej skupiony łuk spawalniczy, w wyniku czego często jest zautomatyzowany.

Rozwój

Po odkryciu łuku elektrycznego o krótkich impulsach w 1801 r. przez Humphry'ego Davy'ego i ciągłego łuku elektrycznego w 1802 r. przez Wasilija Pietrowa , spawanie łukowe rozwijało się powoli. CL Coffin wpadł na pomysł spawania w atmosferze gazu obojętnego w 1890 roku, ale nawet na początku XX wieku spawanie materiałów nieżelaznych, takich jak aluminium i magnez, pozostawało trudne, ponieważ metale te szybko reagują z powietrzem, powodując powstawanie porowatych żużli - wypełnione spoiny. Procesy z użyciem elektrod otulonych topnikiem nie chroniły w zadowalający sposób obszaru spoiny przed zanieczyszczeniem. Aby rozwiązać ten problem, na początku lat 30. zastosowano butelkowane gazy obojętne. Kilka lat później w przemyśle lotniczym pojawił się proces spawania prądem stałym w osłonie gazów magnezowych.

Russell Meredith z Northrop Aircraft udoskonalił ten proces w 1941 roku. Meredith nazwał proces Heliarc, ponieważ używał łuku elektrody wolframowej i helu jako gazu osłonowego, ale często nazywa się go spawaniem wolframowym gazem obojętnym (TIG). Oficjalnym terminem American Welding Society jest spawanie łukiem wolframowym (GTAW). Firma Linde Air Products opracowała szeroką gamę latarek chłodzonych powietrzem i wodą, soczewek gazowych poprawiających ekranowanie oraz innych akcesoriów, które zwiększają wykorzystanie procesu. Początkowo elektroda szybko się przegrzewała i pomimo wysokiej temperatury topnienia wolframu do spoiny przedostawały się cząstki wolframu. Aby rozwiązać ten problem, zmieniono biegunowość elektrody z dodatniej na ujemną, ale zmiana ta sprawiła, że ​​nie nadaje się ona do spawania wielu materiałów nieżelaznych. Wreszcie rozwój jednostek prądu przemiennego umożliwił stabilizację łuku i wykonanie wysokiej jakości spoin aluminiowych i magnezowych.

Rozwój trwał w następnych dziesięcioleciach. Firma Linde opracowała uchwyty chłodzone wodą, które zapobiegają przegrzaniu podczas spawania dużymi prądami. W latach 50. XX wieku, gdy proces ten zyskiwał na popularności, niektórzy użytkownicy zwrócili się do dwutlenku węgla jako alternatywy dla droższych atmosfer spawalniczych składających się z argonu i helu , ale okazało się to nie do zaakceptowania w przypadku spawania aluminium i magnezu, ponieważ obniżało jakość spoiny. jest obecnie rzadko używany w GTAW. Użycie jakiegokolwiek gazu osłonowego zawierającego związek tlenu, takiego jak dwutlenek węgla, szybko zanieczyszcza elektrodę wolframową, co sprawia, że ​​nie nadaje się ona do procesu TIG. W 1953 r. opracowano nowy proces oparty na GTAW, zwany spawaniem łukiem plazmowym. Zapewnia większą kontrolę i poprawia jakość spoiny dzięki zastosowaniu dyszy do ogniskowania łuku elektrycznego, ale w dużej mierze ogranicza się do systemów zautomatyzowanych, podczas gdy GTAW pozostaje głównie metodą ręczną, ręczną. Kontynuowano również rozwój w ramach procesu GTAW, a dziś istnieje wiele odmian. Do najpopularniejszych należą metody prądowe pulsacyjne, programowane ręcznie, metodą hot-wire, dabber oraz GTAW o zwiększonej penetracji.

Operacja

Obszar spawania GTAW

Ręczne spawanie łukiem wolframowym w gazie jest stosunkowo trudną metodą spawania ze względu na koordynację wymaganą przez spawacza. Podobnie jak w przypadku spawania palnikiem, metoda GTAW wymaga zwykle dwóch rąk, ponieważ w większości zastosowań spawacz musi ręcznie podawać spoiwo do obszaru spawania jedną ręką, jednocześnie manipulując palnikiem spawalniczym drugą. Ważne jest również zachowanie krótkiej długości łuku przy jednoczesnym zapobieganiu kontaktowi elektrody z przedmiotem obrabianym.

Aby zajrzeć łuk spawalniczy, generator wysokiej częstotliwości (podobny do cewki Tesli ) wytwarza iskrę elektryczną . Iskra ta jest ścieżką przewodzącą prąd spawania przez gaz osłonowy i umożliwia zainicjowanie łuku, gdy elektroda i element spawany są od siebie oddzielone, zwykle około 1,5–3 mm (0,06–0,12 cala) od siebie.

Po zajarzeniu łuku spawacz przesuwa palnik po małym okręgu, tworząc jeziorko spawalnicze, którego wielkość zależy od wielkości elektrody i natężenia prądu. Utrzymując stałą odległość między elektrodą a elementem obrabianym, operator następnie lekko cofa palnik i przechyla go do tyłu o około 10–15 stopni od pionu. Spoiwo jest dodawane ręcznie do przedniego końca jeziorka spawalniczego w razie potrzeby.

Spawacze często opracowują technikę szybkiego naprzemiennego przesuwania palnika do przodu (w celu przesunięcia jeziorka spawalniczego) i dodawania spoiwa. Pręt jest wyciągany z jeziorka spawalniczego za każdym razem, gdy elektroda przesuwa się, ale zawsze jest trzymany wewnątrz osłony gazowej, aby zapobiec utlenianiu jego powierzchni i zanieczyszczeniu spoiny. Pręty wypełniające złożone z metali o niskiej temperaturze topnienia, takich jak aluminium, wymagają od operatora zachowania pewnej odległości od łuku podczas przebywania wewnątrz osłony gazowej. Przytrzymany zbyt blisko łuku pręt może stopić się, zanim zetknie się z jeziorkiem spawalniczym. Gdy spawanie zbliża się do końca, prąd łuku jest często stopniowo zmniejszany, aby umożliwić zestalenie się krateru spawalniczego i zapobiec tworzeniu się pęknięć kraterowych na końcu spoiny.

Bezpieczeństwo

Dwie przezroczyste kurtyny spawalnicze w kolorze czerwonym do ochrony osób znajdujących się w pobliżu przed promieniowaniem UV podczas spawania.

Spawacze noszą odzież ochronną , w tym lekkie i cienkie skórzane rękawice oraz koszule ochronne z długim rękawem i wysokim kołnierzem, aby uniknąć ekspozycji na silne światło ultrafioletowe . Ze względu na brak dymu w GTAW, światło łuku elektrycznego nie jest pokryte oparami i cząstkami stałymi, jak w przypadku spawania elektrodą otuloną lub spawania łukiem metalowym w osłonie , a zatem jest znacznie jaśniejsze, narażając operatorów na silne światło ultrafioletowe. Łuk spawalniczy ma inny zakres i siłę długości fal światła UV niż światło słoneczne, ale spawacz znajduje się bardzo blisko źródła, a natężenie światła jest bardzo silne. Potencjalne uszkodzenie przez światło łukowe obejmuje przypadkowe błyski w oku lub oku łukowym oraz uszkodzenie skóry podobne do silnego oparzenia słonecznego . Operatorzy noszą nieprzezroczyste hełmy z ciemnymi soczewkami i pełną osłoną głowy i szyi, aby zapobiec ekspozycji na promieniowanie UV. Nowoczesne hełmy często posiadają ciekłokrystaliczną płytę czołową, która ciemnieje pod wpływem jasnego światła padającego łuku. Przezroczyste kurtyny spawalnicze, wykonane z folii z polichlorku winylu , są często używane do osłaniania pobliskich pracowników i osób postronnych przed ekspozycją na promieniowanie UV z łuku elektrycznego.

Spawacze są również często narażeni na niebezpieczne gazy i cząstki stałe. Chociaż proces ten nie wytwarza dymu, jasność łuku w GTAW może rozbić otaczające powietrze, tworząc ozon i tlenki azotu. Ozon i tlenki azotu reagują z tkanką płuc i wilgocią, tworząc oparzenie kwasem azotowym i ozonem. Poziomy ozonu i tlenku azotu są umiarkowane, ale czas trwania narażenia, narażenie powtarzane, jakość i ilość odprowadzanych oparów oraz wymiana powietrza w pomieszczeniu muszą być monitorowane. Spawacze, którzy nie pracują bezpiecznie, mogą nabawić się rozedmy i obrzęku płuc, co może prowadzić do przedwczesnej śmierci. Podobnie ciepło łuku może powodować tworzenie się trujących oparów z materiałów czyszczących i odtłuszczających. Czynności czyszczenia przy użyciu tych środków nie należy wykonywać w pobliżu miejsca spawania, a odpowiednia wentylacja jest niezbędna dla ochrony spawacza.

Aplikacje

Chociaż przemysł lotniczy jest jednym z głównych użytkowników spawania łukiem wolframowym w gazie, proces ten jest wykorzystywany w wielu innych obszarach. Wiele gałęzi przemysłu używa GTAW do spawania cienkich przedmiotów obrabianych, zwłaszcza metali nieżelaznych. Jest szeroko stosowany w produkcji pojazdów kosmicznych, a także jest często używany do spawania cienkościennych rur o małej średnicy, takich jak te stosowane w przemyśle rowerowym. Ponadto GTAW jest często używany do wykonywania spoin graniowych lub spoin pierwszego przejścia dla rurociągów o różnych rozmiarach. W pracach konserwacyjnych i naprawczych proces ten jest powszechnie stosowany do naprawy narzędzi i matryc, zwłaszcza elementów wykonanych z aluminium i magnezu. Ponieważ metal spoiny nie jest przenoszony bezpośrednio przez łuk elektryczny, jak w przypadku większości procesów spawania łukiem otwartym, inżynier spawalniczy ma dostęp do szerokiego asortymentu spoiwa. W rzeczywistości żaden inny proces spawania nie pozwala na spawanie tak wielu stopów w tak wielu konfiguracjach produktu. Stopy metali wypełniających, takie jak pierwiastkowe aluminium i chrom, mogą zostać utracone w wyniku ulatniania się łuku elektrycznego. Ta strata nie występuje w procesie GTAW. Ponieważ powstałe spoiny mają taką samą integralność chemiczną jak oryginalny metal nieszlachetny lub ściślej pasują do metali nieszlachetnych, spoiny GTAW są wysoce odporne na korozję i pękanie przez długi czas, dzięki czemu GTAW jest metodą z wyboru do krytycznych operacji, takich jak uszczelnianie zużytego materiału jądrowego kanistry z paliwem przed zakopaniem.

Jakość

Spoina pachwinowa GTAW

Spawanie łukiem gazowym wolframowym, ponieważ zapewnia większą kontrolę nad obszarem spawania niż inne procesy spawania, może dawać spoiny wysokiej jakości, gdy są wykonywane przez wykwalifikowanych operatorów. Utrzymanie czystości zapewnia najwyższą jakość spoiny — cały używany sprzęt i materiały muszą być wolne od oleju, wilgoci, brudu i innych zanieczyszczeń, ponieważ powodują one porowatość spoiny, a w konsekwencji spadek wytrzymałości i jakości spoiny. Aby usunąć olej i tłuszcz, można użyć alkoholu lub podobnych komercyjnych rozpuszczalników, podczas gdy szczotka druciana ze stali nierdzewnej lub proces chemiczny mogą usunąć tlenki z powierzchni metali, takich jak aluminium. Rdza na stali może być usunięta poprzez śrutowanie najpierw powierzchni, a następnie za pomocą szczotki drucianej, aby usunąć osadzony piasek. Czynności te są szczególnie ważne, gdy używany jest prąd stały o ujemnej polaryzacji, ponieważ taki zasilacz nie zapewnia czyszczenia podczas procesu spawania, w przeciwieństwie do prądu stałego o biegunowości dodatniej lub prądu przemiennego. Aby utrzymać czyste jeziorko spawalnicze podczas spawania, przepływ gazu osłonowego powinien być wystarczający i stały, aby gaz pokrywał spoinę i blokował zanieczyszczenia w atmosferze. GTAW w wietrznych lub przewiewnych środowiskach zwiększa ilość gazu osłonowego niezbędnego do ochrony spoiny, zwiększając koszty i czyniąc proces niepopularnym na zewnątrz.

Poziom dopływu ciepła wpływa również na jakość spoiny. Niski dopływ ciepła, spowodowany niskim prądem spawania lub dużą prędkością spawania, może ograniczać wtopienie i powodować odrywanie ściegu spoiny od spawanej powierzchni. Jednak przy zbyt dużym dopływie ciepła ścieg spoiny zwiększa się na szerokość, a jednocześnie wzrasta prawdopodobieństwo nadmiernej penetracji i odprysków (emisja małych, niepożądanych kropel stopionego metalu). Dodatkowo, jeśli palnik spawalniczy znajduje się zbyt daleko od elementu spawanego, gaz osłonowy staje się nieskuteczny, powodując porowatość w spoinie. Daje to spoinę z otworami, która jest słabsza niż typowa spoina.

Jeśli ilość użytego prądu przekracza zdolność elektrody, mogą wystąpić wtrącenia wolframu w spoinie. Znany jako plucie wolframu, można go zidentyfikować za pomocą radiografii i można temu zapobiec, zmieniając rodzaj elektrody lub zwiększając średnicę elektrody. Ponadto, jeśli elektroda nie jest dobrze chroniona przez osłonę gazową lub operator przypadkowo pozwoli jej na kontakt ze stopionym metalem, może ulec zabrudzeniu lub zanieczyszczeniu. To często powoduje, że łuk spawalniczy staje się niestabilny, co wymaga szlifowania elektrody diamentowym materiałem ściernym w celu usunięcia zanieczyszczeń.

Ekwipunek

Palnik GTAW z różnymi elektrodami, kubkami, tulejami zaciskowymi i dyfuzorami gazu
Latarka GTAW, zdemontowana

Sprzęt wymagany do operacji spawania łukiem gazowym wolframowym obejmuje palnik spawalniczy wykorzystujący nie zużywającą się elektrodę wolframową, zasilacz prądu stałego do spawania oraz źródło gazu osłonowego.

Spawarka

Uchwyty spawalnicze GTAW są przeznaczone do pracy automatycznej lub ręcznej i są wyposażone w systemy chłodzenia powietrzem lub wodą. Latarka automatyczna i ręczna mają podobną konstrukcję, ale ręczna latarka posiada rączkę, podczas gdy automatyczna latarka standardowo wyposażona jest w stelaż montażowy. Kąt między osią rękojeści a osią elektrody wolframowej, znany jako kąt główki, może być zmieniany w niektórych palnikach ręcznych zgodnie z preferencjami operatora. Systemy chłodzenia powietrzem są najczęściej wykorzystywane do prac niskoprądowych (do ok. 200  A ), natomiast do spawania wysokoprądowego (do ok. 600 A) wymagane jest chłodzenie wodne. Palniki połączone są przewodami z zasilaniem oraz wężami do źródła gazu osłonowego i tam, gdzie są używane, z wodą.

Wewnętrzne metalowe części palnika są wykonane z twardych stopów miedzi lub mosiądzu, dzięki czemu mogą skutecznie przenosić prąd i ciepło. Elektroda wolframowa musi być mocno trzymana w środku palnika za pomocą odpowiedniej wielkości tulei , a porty wokół elektrody zapewniają stały przepływ gazu osłonowego. Tuleje zaciskowe są dobierane zgodnie ze średnicą trzymanej przez nie elektrody wolframowej. Korpus palnika wykonany jest z żaroodpornego, izolującego tworzywa sztucznego pokrywającego metalowe elementy, zapewniającego izolację przed ciepłem i elektrycznością chroniącą spawacza.

Rozmiar dyszy palnika spawalniczego zależy od wymaganej wielkości obszaru osłoniętego. Wielkość dyszy gazowej zależy od średnicy elektrody, konfiguracji złącza i możliwości dostępu do złącza przez spawacza. Wewnętrzna średnica dyszy jest korzystnie co najmniej trzy razy większa od średnicy elektrody, ale nie ma sztywnych reguł. Spawacz ocenia skuteczność osłony i w razie potrzeby zwiększa rozmiar dyszy, aby zwiększyć obszar chroniony przez zewnętrzną osłonę gazową. Dysza musi być odporna na ciepło i dlatego jest zwykle wykonana z tlenku glinu lub materiału ceramicznego, ale topiony kwarc , szkło o wysokiej czystości, zapewnia lepszą widoczność. Do dyszy można włożyć urządzenia do specjalnych zastosowań, takie jak soczewki gazowe lub zawory, aby poprawić kontrolę przepływu gazu osłonowego w celu zmniejszenia turbulencji i wprowadzania zanieczyszczonej atmosfery do obszaru osłoniętego. Do uchwytów ręcznych GTAW można dodać przełączniki ręczne do sterowania prądem spawania.

Zasilacz

Spawanie łukiem wolframowym gazowym wykorzystuje źródło prądu stałego, co oznacza, że ​​prąd (a tym samym strumień cieplny ) pozostaje względnie stały, nawet jeśli zmienia się odległość łuku i napięcie. Jest to ważne, ponieważ większość zastosowań GTAW jest ręczna lub półautomatyczna, wymagając od operatora trzymania palnika. Utrzymanie odpowiednio stabilnej odległości łuku jest trudne, jeśli zamiast tego używane jest źródło zasilania o stałym napięciu, ponieważ może to powodować znaczne wahania temperatury i utrudniać spawanie.

Zasilacz GTAW

Preferowana polaryzacja systemu GTAW zależy w dużej mierze od rodzaju spawanego metalu. Prąd stały z ujemnie naładowaną elektrodą (DCEN) jest często stosowany podczas spawania stali , niklu , tytanu i innych metali. Może być również stosowany w automatycznym GTAW aluminium lub magnezu, gdy hel jest używany jako gaz osłonowy. Ujemnie naładowana elektroda wytwarza ciepło poprzez emisję elektronów, które przemieszczają się po łuku, powodując termiczną jonizację gazu osłonowego i podwyższenie temperatury materiału podstawowego. Zjonizowany gaz osłonowy płynie w kierunku elektrody, a nie materiału bazowego, co może powodować tworzenie się tlenków na powierzchni spoiny. Prąd stały z elektrodą naładowaną dodatnio (DCEP) jest mniej powszechny i ​​jest używany głównie do płytkich spoin, ponieważ w materiale podstawowym wytwarza się mniej ciepła. Zamiast płynąć z elektrody do materiału bazowego, jak w DCEN, elektrony idą w przeciwnym kierunku, powodując, że elektroda osiąga bardzo wysokie temperatury. Aby pomóc mu zachować kształt i zapobiec zmiękczeniu, często stosuje się większą elektrodę. Gdy elektrony płyną w kierunku elektrody, zjonizowany gaz osłonowy płynie z powrotem w kierunku materiału bazowego, czyszcząc spoinę poprzez usunięcie tlenków i innych zanieczyszczeń, a tym samym poprawiając jej jakość i wygląd.

Prąd przemienny, powszechnie stosowany przy ręcznym lub półautomatycznym spawaniu aluminium i magnezu, łączy oba prądy stałe, powodując naprzemienne naładowanie elektrody i materiału podstawowego między ładunkiem dodatnim i ujemnym. Powoduje to, że przepływ elektronów stale zmienia kierunek, zapobiegając przegrzaniu elektrody wolframowej, jednocześnie utrzymując ciepło w materiale podstawowym. Tlenki powierzchniowe są nadal usuwane podczas części cyklu z dodatnim wynikiem elektrody, a metal podstawowy jest ogrzewany głębiej podczas części cyklu, w której elektroda jest ujemna. Niektóre zasilacze umożliwiają operatorom stosowanie niezrównoważonej fali prądu przemiennego, modyfikując dokładny procent czasu, jaki prąd spędza w każdym stanie polaryzacji, co daje im większą kontrolę nad ilością ciepła i czynności czyszczących dostarczanych przez źródło zasilania. Ponadto operatorzy muszą uważać na prostowanie , w którym łuk nie zapala się ponownie, gdy przechodzi od biegunowości prostej (elektroda ujemna) do biegunowości odwrotnej (elektroda dodatnia). Aby rozwiązać ten problem, można użyć zasilacza o fali prostokątnej , a także wysokiej częstotliwości, aby zapewnić stabilność łuku.

Elektroda


Klasa ISO
Kolor ISO
Klasa AWS
Kolor AWS		 Stop
WP Zielony EWP Zielony Nic
WC20 Szary EWC-2 Pomarańczowy ~2% CeO 2
WL10 Czarny EWLa-1 Czarny ~1% La 2 O 3
WL15 Złoto EWLa-1,5 Złoto ~1,5% La 2 O 3
WL20 Niebieskie niebo EWLa-2 Niebieski ~2% La 2 O 3
WT10 Żółty EWTh-1 Żółty ~1% ThO 2
WT20 czerwony EWTh-2 czerwony ~2% ThO 2
WT30 Fioletowy ~3% ThO 2
WT40 Pomarańczowy ~4% ThO 2
WY20 Niebieski ~2% Y 2 O 3
WZ3 brązowy EWZr-1 brązowy ~0,3% ZrO 2
WZ8 biały ~0,8% ZrO 2

Elektroda stosowana w GTAW jest wykonana z wolframu lub stopu wolframu, ponieważ wolfram ma najwyższą temperaturę topnienia wśród czystych metali, 3422 °C (6192 °F). W rezultacie elektroda nie jest zużywana podczas spawania, chociaż może wystąpić pewna erozja (tzw. przepalenie). Elektrody mogą mieć czyste wykończenie lub szlifowane — elektrody z czystym wykończeniem zostały chemicznie wyczyszczone, podczas gdy elektrody z wykończeniem szlifowanym zostały zeszlifowane do jednolitego rozmiaru i mają wypolerowaną powierzchnię, dzięki czemu są optymalne do przewodzenia ciepła. Średnica elektrody może wahać się od 0,5 do 6,4 milimetrów (0,02 do 0,25 cala), a ich długość może wynosić od 75 do 610 milimetrów (3,0 do 24,0 cali).

Wiele stopów wolframu zostało znormalizowanych przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną i Amerykańskie Towarzystwo Spawalnicze odpowiednio w normach ISO 6848 i AWS A5.12 do stosowania w elektrodach GTAW i są one podsumowane w sąsiedniej tabeli.

  • Elektrody z czystego wolframu (sklasyfikowane jako WP lub EWP) są elektrodami ogólnego przeznaczenia i niedrogimi. Mają słabą odporność na ciepło i emisję elektronów. Mają ograniczone zastosowanie w spawaniu prądem przemiennym np. magnezu i aluminium.
  • Elektrody ze stopu tlenku toru (lub toru ) zapewniają doskonałe parametry łuku i rozruchu, co czyni je popularnymi elektrodami ogólnego zastosowania. Jednak tor jest w pewnym stopniu radioaktywny , co powoduje, że wdychanie oparów i pyłów stanowi zagrożenie dla zdrowia, a usuwanie stanowi zagrożenie dla środowiska.
  • Ceru, tlenek (i ceru ), jako składnik stopu poprawia stabilność łuku i łatwość uruchomienia przy zmniejszeniu wypalanie. Dodatek ceru nie jest tak skuteczny jak tor, ale działa dobrze, a cer nie jest radioaktywny.
  • Stop tlenku lantanu (lub lantanu ) ma podobne działanie jak cer, a także nie jest radioaktywny.
  • Elektrody zawierające tlenek cyrkonu (lub tlenek cyrkonu ) zwiększają wydajność prądową, poprawiając jednocześnie stabilność łuku i rozruch, jednocześnie zwiększając żywotność elektrody.

Spoiwa są również używane w prawie wszystkich zastosowaniach GTAW, głównym wyjątkiem jest spawanie cienkich materiałów. Spoiwa są dostępne w różnych średnicach i są wykonane z różnych materiałów. W większości przypadków spoiwo w postaci pręta jest dodawane do jeziorka spawalniczego ręcznie, ale niektóre zastosowania wymagają spoiwa podawanego automatycznie, które często jest przechowywane na szpulach lub zwojach.

Gaz osłonowy

Konfiguracja systemu GTAW

Podobnie jak w przypadku innych procesów spawalniczych, takich jak spawanie łukiem gazowym, gazy osłonowe są niezbędne w GTAW, aby chronić obszar spawania przed gazami atmosferycznymi, takimi jak azot i tlen , które mogą powodować wady stapiania, porowatość i kruchość metalu spoiny w przypadku kontaktu z elektroda, łuk lub metal spawalniczy. Gaz przenosi również ciepło z elektrody wolframowej do metalu i pomaga w uruchomieniu i utrzymaniu stabilnego łuku.

Wybór gazu osłonowego zależy od kilku czynników, w tym rodzaju spawanego materiału, projektu złącza i pożądanego końcowego wyglądu spoiny. Argon jest najczęściej używanym gazem osłonowym w GTAW, ponieważ pomaga zapobiegać defektom spowodowanym różną długością łuku. W przypadku stosowania z prądem przemiennym, ekranowanie argonem zapewnia wysoką jakość spoiny i dobry wygląd. Inny popularny gaz osłonowy, hel, jest najczęściej używany do zwiększenia penetracji spoiny w złączu, zwiększenia prędkości spawania oraz do spawania metali o wysokiej przewodności cieplnej, takich jak miedź i aluminium. Istotną wadą jest trudność zajarzenia łuku gazowym helem oraz obniżona jakość spoiny związana ze zmienną długością łuku.

Mieszaniny argonu i helu są również często wykorzystywane w GTAW, ponieważ mogą zwiększyć kontrolę dopływu ciepła przy jednoczesnym zachowaniu korzyści płynących z używania argonu. Zwykle mieszanki są wykonane głównie z helu (często około 75% lub więcej) i argonu. Mieszanki te zwiększają szybkość i jakość spawania aluminium AC, a także ułatwiają zajarzenie łuku. Inna mieszanina gazów osłonowych, argon- wodór , jest stosowana w zmechanizowanym spawaniu cienkościennej stali nierdzewnej, ale ponieważ wodór może powodować porowatość, jej zastosowanie jest ograniczone. Podobnie azot może być czasami dodany do argonu, aby pomóc ustabilizować austenit w austenitycznych stalach nierdzewnych i zwiększyć penetrację podczas spawania miedzi. Ze względu na problemy z porowatością stali ferrytycznych i ograniczone korzyści nie jest to jednak popularny dodatek do gazów osłonowych.

Materiały

Spawanie łukiem wolframowym w gazie jest najczęściej stosowane do spawania stali nierdzewnej i materiałów nieżelaznych, takich jak aluminium i magnez, ale może być stosowane do prawie wszystkich metali, z godnym uwagi wyjątkiem, jakim jest cynk i jego stopy. Jego zastosowania w przypadku stali węglowych są ograniczone nie ze względu na ograniczenia procesowe, ale ze względu na istnienie bardziej ekonomicznych technik spawania stali, takich jak spawanie łukowe w osłonie metalu i spawanie łukowe w osłonie metalu. Ponadto GTAW można wykonywać w różnych pozycjach innych niż płaskie, w zależności od umiejętności spawacza i spawanych materiałów.

Aluminium i magnez

Spoina TIG z zaznaczoną strefą wytrawioną AC
Zbliżenie na aluminiową strefę wytrawiania spoiny TIG AC

Aluminium i magnez są najczęściej spawane prądem przemiennym, ale możliwe jest również zastosowanie prądu stałego, w zależności od pożądanych właściwości. Przed spawaniem obszar roboczy powinien zostać oczyszczony i może zostać podgrzany do 175 do 200 °C (347 do 392 °F) w przypadku aluminium lub do maksymalnie 150 °C (302 °F) w przypadku grubych elementów magnezowych, aby poprawić penetrację i zwiększyć szybkość podróży. Prąd przemienny może zapewnić efekt samooczyszczania, usuwając cienką, ogniotrwałą warstwę tlenku glinu ( szafir ), która tworzy się na metalowym aluminium w ciągu kilku minut od wystawienia na działanie powietrza. Ta warstwa tlenku musi zostać usunięta, aby nastąpiło spawanie. Gdy stosuje się prąd przemienny, elektrody z czystego wolframu lub cyrkonowe elektrody wolframowe są preferowane w stosunku do elektrod torowanych, ponieważ te ostatnie są bardziej podatne na „plucie” cząstek elektrody przez łuk spawalniczy do spoiny. Preferowane są tępe końcówki elektrod, a do cienkich elementów należy stosować czysty gaz osłonowy argon. Wprowadzenie helu umożliwia większą penetrację grubszych elementów, ale może utrudnić rozruch łuku.

Prąd stały o dowolnej biegunowości, dodatniej lub ujemnej, może być również używany do spawania aluminium i magnezu. Prąd stały z ujemnie naładowaną elektrodą (DCEN) pozwala na wysoką penetrację. Argon jest powszechnie używany jako gaz osłonowy do spawania aluminium metodą DCEN. Gazy osłonowe o wysokiej zawartości helu są często używane do większej penetracji w grubszych materiałach. Elektrody torowane nadają się do stosowania w spawaniu aluminium metodą DCEN. Prąd stały z elektrodą naładowaną dodatnio (DCEP) jest stosowany głównie do płytkich spoin, zwłaszcza tych o grubości spoiny mniejszej niż 1,6 mm (0,063 cala). Powszechnie stosuje się elektrodę torowaną wolframową wraz z czystym gazem osłonowym argonem.

Stale

W przypadku GTAW stali węglowych i nierdzewnych wybór materiału wypełniającego jest ważny, aby zapobiec nadmiernej porowatości. Przed spawaniem należy usunąć tlenki z materiału wypełniającego i obrabianych elementów, aby zapobiec zanieczyszczeniu, a bezpośrednio przed spawaniem należy użyć alkoholu lub acetonu do oczyszczenia powierzchni. Na ogół podgrzewanie wstępne nie jest konieczne w przypadku stali miękkich o grubości poniżej jednego cala, ale stale niskostopowe mogą wymagać podgrzewania wstępnego, aby spowolnić proces chłodzenia i zapobiec tworzeniu się martenzytu w strefie wpływu ciepła . Stale narzędziowe należy również wstępnie podgrzać, aby zapobiec pękaniu w strefie wpływu ciepła. Austenityczne stale nierdzewne nie wymagają wstępnego podgrzewania, natomiast stal nierdzewna martenzytyczna i ferrytyczna chromowa już tak. Zwykle używane jest źródło zasilania DCEN i zalecane są torowane elektrody, zwężające się do ostrego końca. Do cienkich elementów stosuje się czysty argon, ale wraz ze wzrostem grubości można wprowadzić hel.

Metale niepodobne

Spawanie różnych metali często wprowadza nowe trudności w spawaniu metodą GTAW, ponieważ większość materiałów nie łączy się łatwo, tworząc silne wiązanie. Jednak spoiny z różnych materiałów mają liczne zastosowania w produkcji, pracach naprawczych oraz zapobieganiu korozji i utlenianiu . W przypadku niektórych połączeń do tworzenia wiązania dobiera się kompatybilne spoiwo, które może być takie samo jak jeden z materiałów podstawowych (na przykład użycie spoiwa ze stali nierdzewnej ze stalą nierdzewną i stalą węglową jako materiałami podstawowymi) , lub inny metal (np. zastosowanie spoiwa niklowego do łączenia stali i żeliwa ). Bardzo różne materiały mogą być powlekane lub „maskowane” materiałem kompatybilnym z określonym spoiwem, a następnie spawane. Ponadto TIG można stosować w okładziny lub nałożenie różnych materiałów.

Podczas spawania różnych metali, złącze musi mieć dokładne dopasowanie, odpowiednie wymiary szczeliny i kąty ukosu. Należy uważać, aby nie stopić nadmiernej ilości materiału bazowego. Prąd pulsacyjny jest szczególnie przydatny w tych zastosowaniach, ponieważ pomaga ograniczyć dopływ ciepła. Spoiwo powinno być dodawane szybko i należy unikać dużego jeziorka spawalniczego, aby zapobiec rozcieńczeniu materiałów podstawowych.

Odmiany procesu

Prąd pulsacyjny

W trybie prądu pulsującego prąd spawania zmienia się szybko między dwoma poziomami. Wyższy stan prądu jest nazywany prądem pulsacyjnym, podczas gdy niższy poziom prądu nazywany jest prądem tła. W czasie trwania prądu pulsacyjnego powierzchnia spoiny jest podgrzewana i następuje wtopienie. Po przejściu do prądu tła, obszar spoiny może ostygnąć i zestalić się. Technologia GTAW z prądem pulsacyjnym ma szereg zalet, w tym niższy dopływ ciepła, a co za tym idzie zmniejszenie zniekształceń i wypaczeń cienkich elementów. Ponadto umożliwia lepszą kontrolę jeziorka spawalniczego i może zwiększyć wtopienie spoiny, prędkość i jakość spawania. Podobna metoda, ręczne programowanie GTAW, pozwala operatorowi zaprogramować określoną szybkość i wielkość zmian prądu, co czyni ją użyteczną w specjalistycznych zastosowaniach.

Dabber

Dabber odmianą stosuje się precyzyjne umieszczanie metalu spoiny w cienkie brzegi. Proces automatyczny odtwarza ruchy spawania ręcznego, wprowadzając zimny lub gorący drut do obszaru spawania i wbijając go (lub oscylując) w łuk spawalniczy. Może być używany w połączeniu z prądem pulsacyjnym i jest używany do spawania różnych stopów, w tym tytanu, niklu i stali narzędziowych. Typowe zastosowania obejmują odbudowę uszczelek w silnikach odrzutowych oraz budowanie brzeszczotów, frezów , wierteł i ostrzy kosiarek.

Uwagi

Bibliografia

Zewnętrzne linki