Jak spawać tigiem

Spawanie wolframowym gazem obojętnym (TIG), znane również jako spawanie łukiem wolframowym gazowym (GTAW), to proces spawania łukowego, w którym spoina jest wykonywana za pomocą nietopliwej elektrody wolframowej.

Spawanie wolframowym gazem obojętnym (TIG) stało się z dnia na dzień sukcesem w latach 40. w łączeniu magnezu i aluminium. Wykorzystując osłonę gazu obojętnego zamiast żużla do ochrony jeziorka spawalniczego, proces ten był bardzo atrakcyjnym zamiennikiem spawania gazowego i ręcznego spawania łukiem metalowym. TIG odegrało ważną rolę w akceptacji aluminium do wysokiej jakości spawania i zastosowań konstrukcyjnych.

spawanie tigiem - poradnik

Charakterystyka procesu

W procesie spawania TIG łuk powstaje pomiędzy spiczastą elektrodą wolframową a przedmiotem obrabianym w obojętnej atmosferze argonu lub helu. Niewielki, intensywny łuk zapewniany przez zaostrzoną elektrodę jest idealny do spawania o wysokiej jakości i precyzji. Ponieważ elektroda nie jest zużywana podczas spawania, spawacz TIG nie musi równoważyć dopływu ciepła z łuku, ponieważ metal osadza się z elektrody topliwej. Jeśli wymagane jest spoiwo, należy je dodać osobno do jeziorka spawalniczego.

Źródło prądu

Spawanie TIG musi odbywać się przy opadającym, stałym źródle prądu – DC lub AC. Źródło prądu stałego jest niezbędne, aby uniknąć poboru zbyt wysokich prądów, gdy elektroda jest zwarta na powierzchni przedmiotu obrabianego. Może się to zdarzyć celowo podczas uruchamiania łuku lub przypadkowo podczas spawania. Jeżeli, podobnie jak w spawaniu MIG, stosowane jest źródło prądu o płaskiej charakterystyce, jakikolwiek kontakt z powierzchnią przedmiotu obrabianego mógłby spowodować uszkodzenie końcówki elektrody lub stopienie elektrody z powierzchnią przedmiotu obrabianego. W DC, ponieważ ciepło łuku jest rozprowadzane w około jednej trzeciej na katodzie (ujemnie) i dwóch trzecich na anodzie (dodatnie), elektroda ma zawsze ujemną polaryzację, aby zapobiec przegrzaniu i stopieniu. Jednak alternatywne połączenie źródła zasilania o dodatniej biegunowości elektrody prądu stałego ma tę zaletę, że gdy katoda znajduje się na przedmiocie obrabianym, powierzchnia jest oczyszczana z zanieczyszczeń tlenkowych. Z tego powodu AC stosuje się przy spawaniu materiałów o trwałej warstwie tlenku na powierzchni, takich jak aluminium.

Początek łuku

Łuk spawalniczy można uruchomić poprzez zarysowanie powierzchni, tworząc zwarcie. Dopiero po przerwaniu zwarcia popłynie główny prąd spawania. Istnieje jednak ryzyko, że elektroda może przykleić się do powierzchni i spowodować wtrącenia wolframu w spoinie. Ryzyko to można zminimalizować, stosując technikę „lift arc”, w której zwarcie powstaje przy bardzo niskim poziomie prądu. Najpopularniejszym sposobem zajarzenia łuku TIG jest użycie HF (High Frequency). HF składa się z iskier wysokiego napięcia o wartości kilku tysięcy woltów, które trwają kilka mikrosekund. Iskry o wysokiej częstotliwości spowodują rozpad lub jonizację między elektrodą a elementem obrabianym. Po utworzeniu chmury elektronów/jonów prąd może płynąć ze źródła zasilania.

Uwaga: Ponieważ HF generuje nienormalnie wysoką emisję elektromagnetyczną (EM), spawacze powinni być świadomi, że jego użycie może powodować zakłócenia, zwłaszcza w sprzęcie elektronicznym. Ponieważ emisje EM mogą być przenoszone w powietrzu, jak fale radiowe lub transmitowane wzdłuż kabli zasilających, należy zachować ostrożność, aby uniknąć zakłóceń w systemach sterowania i przyrządach w pobliżu spawania.

HF jest również ważny w stabilizacji łuku prądu przemiennego; w AC polaryzacja elektrody jest odwracana z częstotliwością około 50 razy na sekundę, powodując wygaszenie łuku przy każdej zmianie polaryzacji. Aby zapewnić ponowne zajarzenie łuku przy każdym odwróceniu polaryzacji, w szczelinie między elektrodą a przedmiotem obrabianym generowane są iskry wysokiej częstotliwości, które zbiegają się z początkiem każdego półcyklu.

spawanie tigiem - poradnik

Elektrody

Elektrody do spawania prądem stałym to zwykle czysty wolfram z zawartością od 1 do 4% toru, co poprawia zajarzenie łuku. Alternatywnymi dodatkami są tlenek lantanu i tlenek ceru, które mają zapewniać doskonałą wydajność (zajarzanie łuku i mniejsze zużycie elektrody). Ważne jest, aby dobrać odpowiednią średnicę elektrody i kąt końcówki do poziomu prądu spawania. Z reguły im mniejszy prąd, tym mniejsza średnica elektrody i kąt końcówki. W spawaniu prądem przemiennym, ponieważ elektroda będzie pracować w znacznie wyższej temperaturze, w celu zmniejszenia erozji elektrody stosuje się wolfram z dodatkiem tlenku cyrkonu. Należy zauważyć, że ze względu na dużą ilość ciepła generowanego na elektrodzie trudno jest utrzymać szpiczastą końcówkę, a koniec elektrody przyjmuje profil kulisty lub „kulkowy”.

Gaz osłonowy

Gaz osłonowy dobierany jest w zależności od spawanego materiału. Pomocne mogą być następujące wskazówki:

  • Argon – najczęściej używany gaz osłonowy, który może być używany do spawania szerokiej gamy materiałów, w tym stali, stali nierdzewnej, aluminium i tytanu.
  • Argon + 2 do 5% H2 – dodanie wodoru do argonu spowoduje nieznaczne zmniejszenie ilości gazu, pomagając w produkcji czystszych spoin bez utleniania powierzchni. Ponieważ łuk jest gorętszy i bardziej zwarty, umożliwia to spawanie z większą prędkością. Wady obejmują ryzyko pękania wodorowego w stalach węglowych i porowatość metalu spoiny w stopach aluminium.
  • Mieszanki helu i helu z argonem – dodanie helu do argonu podniesie temperaturę łuku. Sprzyja to wyższym prędkościom spawania i głębszemu wtopieniu spoiny. Wadą stosowania helu lub mieszaniny helu z argonem jest wysoki koszt gazu i trudność w zajarzaniu łuku.

spawanie tigiem - poradnik

Aplikacje

Spawanie TIG jest stosowane we wszystkich sektorach przemysłu, ale szczególnie nadaje się do spawania wysokiej jakości. W spawaniu ręcznym stosunkowo mały łuk jest idealny do cienkich blach lub kontrolowanego wtopienia (w grani spoin rur). Ponieważ szybkość stapiania może być dość niska (przy użyciu oddzielnego pręta wypełniającego), MMA lub MIG mogą być preferowane w przypadku grubszego materiału i dla przejść wypełniających w grubościennych spoinach rur.
Spawanie TIG jest również szeroko stosowane w systemach zmechanizowanych, zarówno samoczynnie, jak i za pomocą drutu elektrodowego. Dostępnych jest jednak kilka gotowych systemów do spawania orbitalnego rur, stosowanych w produkcji zakładów chemicznych lub kotłów. Systemy nie wymagają umiejętności manipulacyjnych, ale operator musi być dobrze przeszkolony. Ponieważ spawacz ma mniejszą kontrolę nad zachowaniem łuku i jeziorka spawalniczego, należy zwrócić szczególną uwagę na przygotowanie krawędzi (obróbka mechaniczna, a nie przygotowanie ręczne), dopasowanie złącza i kontrolę parametrów spawania.