Ровный и прочный шов – основной критерий качественной сварки металлических конструкций. Поэтому сварочный процесс осуществляется разными способами – в зависимости от выбранного инструмента можно одинаково надежно соединить и тонкое листовое железо, и толстые заготовки, обеспечивая оптимальную глубину проваривания. Среди существующих видов выделяется сварка TIG, которая считается наиболее современным и технологичным вариантом. Она позволяет делать швы по-настоящему качественные с минимальным процентом брака.
Понятие и история сварки ТИГ
TIG-сварка носит определение аргонодуговой. Она основана на использовании вольфрамового электрода, с помощью которого кромки свариваемых деталей соединяют в среде защитного инертного газа. Аргон входит в число таких нейтральных газов и при запуске горелки создает среду, в которой электрическая дуга горит стабильно и позволяет создавать аккуратный шов.
Сама электрическая дуга впервые была открыта еще в начале 19 века. К концу столетия впервые была разработана методика электродуговой сварки. Но, если в бытовых условиях сваривать металлические детали начали уже в начале ХХ века, то использование сварки в производственных условиях оставалось делом сложным.
Первые испытания применения неплавящегося электрода, созданного из вольфрама, в газовой среде прошли в начале 40-х годов в США. Вначале для этого был выбран гелий, который также относится к числу инертных газов. Выяснилось, что с помощью нового метода можно надежно и эффективно сваривать самые разные металлы, включающие никель и алюминий. Ранее такие металлы соединять не удавалось.
Новому способу была присвоена аббревиатура TIG, что расшифровывается как Tungsten Inert Gas. Она обозначает применение неплавящегося электрода в противовес сварке MIG (Mechanical Inert Gas), которая подразумевает сварку в инертной газовой среде плавящимся электродом.
Инновационность описываемого метода дополняется его практичностью. Благодаря этому сочетанию, сварка TIG довольно быстро стала популярной, ее начали применять в самых разных промышленных сферах, включая самолетостроительную и машиностроительную отрасли.
Особенности ТИГ сварки
Аргон был выбран для сварочного процесса совершенно не случайно. Он имеет определенные преимущества – прежде всего, потому, что стоимость его самая низкая в ряду инертных газов, подходящих для защиты металла. Кроме того, он достаточно тяжел и, вследствие этого свойства, создает плотную защиту для сварочной ванны – в условиях аргона плавящийся металл надежно защищен от проникания кислорода, что повышает качество сварного соединения.
Использование неплавящегося электрода позволяет создавать газовую подушку в зоне сварки и не допускать окисления металла. Вольфрам в качестве материала для создания электрода была выбран за свои уникальные характеристики. В частности, он относится к числу тугоплавких металлов и начинает плавиться при температуре, приближающейся к 4000 градусов. Благодаря этому свойству, вольфрамовый электрод помогает сваривать большую часть металлов. Однако для того, чтобы сварной шов был предельно аккуратным, периодически стержень необходимо затачивать, чтобы электрическая дуга оставалась гарантированно стабильной. В противном случае электрод начинает оплавляться в условиях высокого тока при сварке.
Формирование шва осуществляется за счет того, что плавятся кромки соприкасающихся заготовок либо присадочный металл под воздействием температуры. Сама электродуга образуется в промежутке между вольфрамовым стержнем и металлической поверхностью.
Сварочный процесс проходит при помощи специальной горелки, оснащенной керамическим соплом. В центре сопла установлен неплавящийся электрод, причем та его часть, которая не в процессе не используется, надежно изолирована во избежание замыкания.
При включении кнопки в сопло горелки подается защитный газ, за счет чего электрод оказывается окруженным газовой средой. От электрода зажигается дуга, и в условиях высокой температуры происходит плавка металла – образуется сварочная ванна. Если шву необходимо придать дополнительную прочность, сварщик применяет присадочный материал – проволоку, дающую дополнительный объем металла. Проволока может иметь разное сечение в зависимости от того, какой толщины должен быть сварной шов. Профессионалы рекомендуют использовать проволоку из того же материала, с которым вы работаете в процессе сварки. Нередко проблемы могут возникнуть при обработке алюминия, который не всегда поддается свариванию. Однако применение присадочной алюминиевой проволоки и технологии ТИГ легко решает эту сложность – способ не допускает возникновения окисной пленки на алюминиевой сварочной ванне.
Сварка TIG может быть:
- ручной;
- механизированной;
- автоматической.
Разница между этими разновидностями заключается в выборе режима сварочного процесса. Так, при ручной сварке сварщик сам подает присадку и управляет направлением соединений. Механизированная сварка подразумевает полуавтоматический режим, где подача проволоки осуществляется механическим способом, а специалист лишь регулирует направление аппарата. Автоматическая сварка осуществляется за счет того, что сварочный аппарат самостоятельно выбирает и контролирует направление будущего шва, присадочная проволока также подается автоматически. В этом случае задачей оператора становится только установка требуемых параметров.
Аргонодуговая сварка не предполагает использование электрода с дополнительным покрытием – такое покрытие требуется для защиты сварочной ванны, а эту роль и без того успешно выполняет аргон.
Осуществлять сварку с помощью аргонодуговой технологии можно в условиях как постоянного, так и переменного тока. Выбор режима зависит от свойств свариваемого материала. Однако если выбран режим переменного тока, то здесь могут возникнуть некоторые затруднения. Дело в том, что аргон обладает довольно сильной ионизацией, и для образования дуги нужна дополнительная энергия. Поэтому в работе используется осциллятор – вспомогательное оборудование для розжига дуги. Он позволяет изменить полярность, и переменный ток преобразуется в постоянный. Результатом является стабильная электрическая дуга, а окисная пленка не образуется. Как правило, режим переменного тока используется в сварке TIG для работы с алюминием.
Во всех остальных случаях применяют режим постоянного тока. Он подходит для обработки большинства металлов. Однополярный вариант, где металл обладает плюсовым, а электрод – минусовым зарядом, идеален при сварке.
Использование постоянного тока выгодно по следующим причинам:
- оно позволяет глубоко проваривать металл, создавая аккуратный глубокий шов;
- оно экономит трудозатраты во время процесса;
- оно помогает повысить скорость сварки.
Во время проведения аргонодуговой сварки с переменным током изменение полюсов осуществляется автоматически.
Где применяется ТИГ сварка
Аргонодуговая сварка сегодня используется достаточно широко. Во многом ее применение обусловлено свойствами металлов, которые необходимо соединить для создания надежной конструкции.
Так, с помощью технологии TIG можно получить качественный шов на медных поверхностях. Работа с медью нередко бывает осложнена особенностями самого материала – он обладает высокой теплопроводностью и при расплаве отличается текучестью. Из-за этого осуществить в обычных условиях вертикальный шов на медном изделии практически невозможно. Если же медь обрабатывается при повышенной температуре, она приобретает хрупкость. Все эти проблемы можно решить, используя аргонодуговую сварку.
Отдельные трудности возникают при сваривании алюминия, которое в бытовых условиях выполнить не удается – оно возможно лишь на производственной площадке. Поэтому используют для сваривания алюминия сварку TIG довольно редко – лишь в особо ответственных случаях, когда к качеству соединения применяются повышенные требования.
Наиболее часто сварку TIG используют там, где требуется обработка сталей или чугуна. С помощью этого метода можно получить качественный шов на стали-нержавейке, а также на углеродистом металле. Для таких заготовок можно использовать электрод как из чистого вольфрама, так и из вольфрамосодержащего сплава. Не требуется также внимательность с выбором присадочного материала. Однако в этом случае необходимо учитывать, что металл нуждается в дополнительной защите от излишне сильного прогрева, а сами конструкции в дальнейшем не должны испытывать чрезмерных нагрузок.
TIG сварка активно используется в таких сферах, как:
- авиация, космонавтика;
- приборо-, корабле-, машиностроение;
- нефтяная и газовая промышленность (включая возведение буровых вышек);
- пищевая, химическая отрасли;
- строительство (в том числе, высотное).
Успешно применяют аргонодуговую сварку при создании трубопроводов и стальных конструкций. Вместе с тем, методику TIG можно использовать и в автосервисах – такую сварку задействуют для ликвидации трещин в автомобильном радиаторе или для установки кондиционера. Бытовые изделия – такие, как полотенцесушители, другие несложные конструкции – также нередко изготавливаются посредством TIG сварки.
Плюсы и минусы ТИГ сварки
Совокупность использования при сварке неплавящегося вольфрамового электрода и аргона делает технологию идеальной с нескольких точек зрения. Можно перечислить целый ряд преимуществ, благодаря которым сварка TIG приобрела такую популярность. Это:
- оптимальная температура нагрева, вследствие чего свариваемый металл не деформируется;
- получение исключительно качественных сварных швов;
- возможность обработки металлов, которые обычно не поддаются сварке;
- ограниченная зона нагрева;
- минимальный риск возгорания;
- надежная защита от окисления металла;
- универсальность;
- использование нескольких режимов сварки, обратной и прямой полярности.
Нередко при применении других сварочных технологий наблюдается большое количество брызг при плавке. Кроме того, после окончания сварочного процесса шов приходится дополнительно обрабатывать. В случае с аргонодуговой сваркой ситуация прямо противоположная: брызги отсутствуют, последующая обработка не требуется.
К числу преимуществ технологии TIG относится и возможность наблюдать за проведением сварки – дуга не закрывается порошкообразной массой, как часто бывает при других видах сварки. Метод ТИГ подходит для работы как с небольшими заготовками, так и с крупногабаритными конструкциями. С его помощью можно сваривать даже металлический профиль минимальной толщины.
Научиться работать с аргонодуговой сваркой довольно просто – для этого достаточно всего нескольких уроков. Не зря считается, что этот метод доступен даже новичкам. Но, разумеется, как и при любых других сварочных технологиях, сварщик должен соблюдать осторожность и понимать тонкости процесса.
Есть у сварки TIG и недостатки. К ним обычно относятся:
- сниженная скорость;
- недостаточная производительность;
- невозможность установить горелку под острым углом;
- отсутствие эффективности при сварке на открытом воздухе (особенно при ветре).
Сквозняк существенно затрудняет работу с газовой горелкой. Поэтому, если предполагается работа вне помещения, потребуется щитовая защита сварочной зоны. В подобной ситуации повышается и расход аргона, поскольку подача его неизбежно увеличивается. Наконец, не нужно забывать и о том, что стоимость оборудования для аргонодуговой сварки довольно высока.
Оборудование для сварки ТИГ
Для любого сварочного процесса необходимо специальное оборудование. Для сварки с технологией TIG наилучшим образом подходит инвертор с соответствующей функцией. Если сварщик не обладает достаточной квалификацией, ему нужно выбирать аппарат с осциллятором. Такой аппарат легко сваривает простые металлы – сталь, чугун. Если же требуется соединение более «прихотливых» металлов, таких, как магний или алюминий, а сам специалист далеко не новичок, стоит выбрать профессиональный инвертор, оснащенный функцией автоматического переключения на постоянный ток.
Аргонодуговая сварка нуждается в следующем комплексе инструментов:
- инвертор;
- осциллятор;
- горелка;
- вольфрамовый электрод;
- баллон с газом (аргоном);
- провода соединительные;
- редуктор;
- проволока для присадки.
Инвертор – аппарат, который преобразовывает переменный ток в постоянный. Он помогает экономить расход электроэнергии, имеет высокий КПД и прост в управлении. Инверторы пришли на смену трансформаторам, которые обладают большими габаритами и не всегда удобны в работе. Благодаря компактности, инвертор мобилен и способен существенно повышать эффективность сварочного процесса. Для аргоновой сварки требуется инвертор, оснащенный возможностью присоединения горелки и шлангов для подачи газа из баллона.
Осциллятор представляет собой высоковольтный генератор, позволяющий осуществлять розжиг электродуги без прикосновения электродного стержня с поверхностью металла, а также обеспечить ее устойчивость. Осциллятор может быть встроен в инвертор или быть самостоятельным оборудованием. Благодаря использованию этого устройства создается аккуратный шов, выполненный равномерно, без зазоров и дефектов.
Без наличия электрода ни о какой сварке не может быть и речи. Этот инструмент также нуждается в бережном подходе. Так, кончик электрода должен регулярно подвергаться заточке, причем существуют правила затачивания в зависимости от типа тока. Если сварщику предстоит работа с переменным током, кончик стержня после заточки должен иметь сферическую форму, а при работе с постоянным током – конусообразную. Выработаны также и правила углов заточки в зависимости от величины подачи тока.
Большое значение имеет тип сварочной горелки. Существуют две разновидности этих устройств – горелки для металлов с толщиной менее 3 мм и горелки для более толстых заготовок. Горелка для тонких металлов обладает небольшим запасом мощности, поэтому автономно охлаждается. Если же требуется горелка для сварки металла, толщина которого превышает 3 мм, необходимо позаботиться и о системе охлаждения для нее.
Выбирая сварочный аппарат, обязательно учитывайте условия его использования. От этого будет зависеть набор важных функций оборудования, в том числе:
- изменение полярности;
- показатели напряжения;
- способность проваривания металлов с высокой толщиной;
- наличие нужных режимов (переменный и постоянный ток, обработка металлов с высокими показателями вязкости);
- возможность сварки на производственной площадке.
В настоящее время производители выпускают множество моделей оборудования для сварки TIG. У потребителя есть возможность выбрать и довольно простой аппарат для ручной сварки, и аппаратуру с компьютерным управлением и дисплеем для контроля.
Техника безопасности при сварке
Несмотря на то, что аргонодуговая сварка считается не такой опасной для здоровья сварщика, как, например, электродуговая, о технике безопасности во время сварочного процесса забывать нельзя.
Чтобы укрыть лицо и кожу от ожогов, искр, частиц расплавленного металла, используется целый комплект защитного снаряжения, в число которого входят:
- спецодежда, обувь;
- маска (реже щиток);
- перчатки.
Одежда шьется из плотных, но дышащих тканей, очень часто из брезента, молескина, спилка. Обувь – высокая, прорезиненная. Большое значение придается защитной маске, которая не только укрывает голову, но и оберегает зрение от ярких вспышек при сварке. Маски стандартного образца и, в основном, щитки оснащены стеклом с постоянным затемнением. У подобных изделий есть явные недостатки, так как стекло приходится постоянно сдвигать, чтобы видеть происходящее. Наиболее популярны сварочные маски «хамелеон», в которых установлен светофильтр, затемняющийся только в моменты вспышек. Такие маски считаются наиболее комфортными и безопасными.
Что касается перчаток, то они производятся из тех же материалов, что и одежда. Однако сварщики предпочитают использовать войлочные или спилковые перчатки, предпочитая их брезентовым. Дело в том, что в условиях постоянных высоких температур брезентовые перчатки очень быстро изнашиваются, не выдерживая большого количества попадающих искр.
Помимо обязательного использования защитной одежды, правила безопасности предусматривают внимательное отношение к оборудованию. Перед началом сварочных работ требуется проверить заземление аппаратуры, фиксацию электрода, крепление шланга, через который подается газ. Сам аргонный баллон необходимо установить не ближе чем на 5 метров от источника повышения температуры и закрепить, чтобы он не упал во время работы. Только при соблюдении всех правил можно быть уверенным в том, что аргонодуговая сварка будет эффективной.
