CHARAKTERYSTYKA SPAWANIA METODĄ TIG

CHARAKTERYSTYKA SPAWANIA METODĄ TIG

 

Spawanie TIG jest jednym z podstawowych procesów wytwarzania konstrukcji zwłaszcza ze stali wysokostopowych, stali specjalnych, stopów niklu,spawanie_TIG aluminium, magnezu, tytanu i innych metali reaktywnych i żaroodpornych oraz stopów, w szerokim zakresie grubości złączy od dziesiętnych części mm do nawet kilkuset mm. Spawanie TIG prowadzone może być prądem stałym lub przemiennym, ręcznie, półautomatycznie i automatycznie, w warunkach montażowych, we wszystkich pozycjach spawania. Urządzenia do spawania TIG dzięki opadającej lub stromej charakterystyce statycznej mogą być stosowane również jako źródła prądu do spawania łukowego ręcznego elektrodami otulonymi.

 

 

         W procesie spawania łukowego elektrodą nietopliwą w osłonie gazowej, połączenie spawane otrzymuje się przez stopienie metalu spawanych elementów i materiału dodatkowego ciepłem łuku elektrycznego jarzącego się między nietopliwą elektrodą i spawanym przedmiotem w osłonie gazu obojętnego rys.1

 

1

Rys. 1  Schemat spawania metodą TIG

 

Jest to „najczystszy” z wszystkich procesów spawania łukowego, porównywany z metalurgicznego punktu widzenia, do mikro odlewania łukowego.

 

Elektroda nietopliwa wykonana jest z wolframu lub stopu wolframu z pierwiastkami obniżającymi pracę wyjścia elektronów i zamocowana jest w specjalnym uchwycie palnika, umożliwiającym regulację położenia elektrody i jej wymianę.  Koniec elektrody wystaje poza dyszę gazową od kilku do nawet kilkudziesięciu mm, w zależności od warunków technologicznych spawania.

Powłoka gazu ochronnego, podawana przez dyszę palnika wokół elektrody nietopliwej, chłodzi elektrodę i chroni ciekły metal spoiny i nagrzaną strefę spawania łączonych elementów przed dostępem gazów z atmosfery. Jeziorko ciekłego metalu tworzone jest bez udziału topnika, nie ma, więc wtrąceń niemetalicznych w spoinie i na jej powierzchni, a stopienie materiału rodzimego i dodatkowego odbywa się bez istotnych zmian w składzie chemicznym. Równocześnie nie ma rozprysku metalu, typowego dla innych procesów spawania łukowego, a możliwość podawania z zewnątrz łuku materiału dodatkowego, pozwala na niezależne sterowanie energią liniową łuku i ilością podawanego do obszaru spawania materiału

Przepływ prądu w łuku odbywa się w zjonizowanym gazie, a głównymi nośnikami prądu są elektrony wybite z atomów gazu ochronnego.

 

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 niskotopliwej
  • ·         Średnica materiału dodatkowego

 

Spawanie TIG prowadzone może być prądem stałym oraz przemiennym.

 

Spawanie prądem stałym przebiegać może z biegunowością ujemną lub dodatnią. Gdy elektroda podłączona jest do bieguna dodatniego, intensywny przepływ elektronów do elektrody, uderzając w nadtopioną powierzchnię końcówki powoduje jej znaczne nagrzewanie, ograniczające w dużym stopniu dopuszczalne natężenie prądu spawania.

Aby więc przenieść odpowiednie natężenie prądu z biegunowością dodatnią, elektroda musi mieć znacznie większą średnicę niż przy podłączeniu do bieguna ujemnego. Podłączenie elektrody do bieguna ujemnego prądu jest stosowane przy spawaniu w osłonie argonu lub helu prawie wszystkich metali i stopów z wyjątkiem cienkich blach z aluminium i jego stopów oraz stopów magnezu.

W przypadku spawania aluminium i magnezu konieczne jest usunięcie warstwy tlenków z powierzchni obszaru spawania przedmiotów, wtedy wymagana jest biegunowość dodatnia, przy której zachodzi zjawisko czyszczenia katodowego. Innym rozwiązaniem jest zastosowanie prądu stałego z biegunowością ujemną i bardzo dokładne czyszczenie mechaniczne i chemiczne złączy tuż przed spawaniem.

 

Spawanie prądem przemiennym pozwala na wykorzystanie zalety spawania prądem stałym z biegunowością dodatnią bez specjalnych ograniczeń prądowych, wymaganych przy spawaniu prądem stałym z biegunowością dodatnią. Gorsza jest jednakże stabilność łuku i pojawia się zjawisko prostowania prądu. W łuku jarzącym się w osłonie gazu obojętnego, prąd elektryczny przepływa łatwiej w kierunku z ujemnej elektrody do dodatniego przedmiotu, gdyż wolfram ma znacznie wyższą temperaturę niż spawany metal w jeziorku spawalniczym i łatwiej emituje elektrony. Prostowanie prądu przemiennego może, doprowadzić do takiego stanu, że nie będzie odbywał się przepływ prądu przy dodatniej biegunowości prądu.

 

Spawanie prądem pulsującym polega na impulsowym wprowadzeniu ciepła łuku, cyklicznie powtarzającymi się impulsami prądu spawania. Stosowana jest wyłącznie biegunowość ujemna prądu, a prąd podstawowy – Jp stanowi zwykle 10-15% prądu impulsu – Ji. Zadaniem prądu podstawowego jest podtrzymanie jarzenia się łuku i zmniejszenie prędkości chłodzenia poszczególnych spoin punktowych, tworzonych kolejnymi impulsami prądu. Powstała spoina składa się z kolejnych, zachodzących na siebie spoin punktowych. Zmieniając parametry impulsowania prądu można w efektywny sposób regulować kształt i rozmiar jeziorka spawalniczego, wpływać na krystalizację stopiwa i szerokość SWC oraz znacznie obniżyć naprężenia i odkształcenia spawalnicze. Spawanie prądem stałym pulsującym jest najefektywniejszym sposobem łączenia folii i blach o grubości 0,1do 2-3mm.

 

Natężenie prądu decyduje o głębokości wtopienia i szerokości spoiny, ale z drugiej strony oddziałuje na temperaturę końca elektrody

 

Napięcie łuku decyduje w zależności od rodzaju gazu ochronnego o długości łuku oraz o kształcie spoiny i ściśle zależy od zastosowanego natężenia prądu oraz rodzaju materiału elektrody.

         Źródła prądu spawania TIG muszą mieć stromo opadającą charakterystykę tak, że napięcie łuku jest zasadniczo parametrem wynikowym, zależnym od ustalonego natężenia prądu spawania, długości łuku i rodzaju gazu ochronnego

 

Podstawowe gazy ochronne stosowane do spawania TIG, to gazy obojętne Argon i Hel lub ich mieszanki z ewentualnym dodatkiem Wodoru. Niekiedy do gazu obojętnego dodawany jest azot, którego zadaniem jest podwyższenie temperatury łuku i umożliwienie dzięki temu spawania z dużymi prędkościami miedzi i jej stopów, często bez podgrzewania wstępnego

        

Gaz ochronny ma za zadanie nie tylko osłaniać elektrodę nietopliwą i obszar spawania przed dostępem atmosfery, ale decyduje również o energii liniowej spawania (napięcie łuku), kształcie spoiny, a nawet składzie chemicznym stopiwa. Podstawowymi własnościami fizycznymi gazów ochronnych, decydującymi o ich wpływie na proces spawania TIG są:

  • ·         energia jonizacji
  • ·         przewodnictwo cieplne
  • ·         ciężar właściwy
  • ·         punkt rosy
  • ·         dysocjacja gazu.

 

 

Literatura

[1] – Andrzej Klimpel  „ Technologia spawania i cięcia metali” Wydawnictwo Politechniki Śląskiej  Gliwice 1997

[2]- Elektrody wolframowe do celów spawalniczych ,PN-69/M.-69124, Warszawa 1969

[3] – Edward Dobaj „Maszyny i urządzenia spawalnicze” Wydawnictwo Naukowo Techniczne  Warszawa1987

[4]- Bogumił Pierożek  Jacek Lasociński  „ Spawanie łukowe stali w osłonach gazowych” -Wydawnictwo Naukowo Techniczne  Warszawa1987 

[5] – Dokumentacja Techniczno Ruchowa „FALTIG 315” OZAS  Opole