Аббревиатура TIG расшифровывается как Tungsten (вольфрам) Inert (инертный) Gas (газ). То есть, TIG сварка означает - сварка вольфрамовыми электродами в среде инертного газа. При этом металл (в виде прутка) для заполнения шва (если это необходимо) подается второй рукой. В качестве инертного газа чаще используется аргон, он защищает металл, разогретый дугой до высокой температуры, от газов воздуха - кислорода, азота, водяного пара. Инертный газ непрерывно подается в зону горения дуги. Выглядит это так:
TIG сварка
Конструкция горелки TIG сварки
Реже используется гелий, из-за высокой стоимости и большего расхода (из-за меньшей плотности). Однако, при одном и том же значении тока, дуга в гелии выделяет в 1,5-2 раза больше энергии, чем в аргоне. Это способствует более глубокому проплавлению металла и значительно повышает скорость сварки. Поэтому при сварке тугоплавких металлов отдают предпочтение гелию. Смесь аргона и гелия (оптимальный состав содержит 35-40% аргона и 60-65% гелия) имеет преимущества обоих газов: аргон обеспечивает стабильность дуги, гелий - высокую степень проплавления.
Преимущества
- TIG сварка отличается чистым, аккуратным и точным сварным швом.
- TIG сваркой можно сваривать больше металлов чем любым другим способом сварки. Качественно свариваются коррозионностойкая сталь, алюминий, магний, медь, бронза и др.
- TIG сварка позволяет лучше контролировать сварочную ванну и весь процесс в целом, что позволяет делать аккуратные и точные швы. В процессе сварки нет искр и брызг (если все делается правильно), т.к. присадочный металл подается без избытка. На шве нет шлака, а воздух не задымляется, как при сварке покрытыми электродами.
Выбор и заточка вольфрамовых электродов
Вольфрамовые электроды бывают разных размеров и состава.Как понятно из названия, вольфрамовые электроды делаются из вольфрама, которого в них 97-99,5%. При этом, в зависимости от условий использования, применяются различные добавки. Вольфрам имеет очень высокую температуру плавления (3380°C), самую высокую из металлов. Поэтому, сделанные из него электроды способны относительно успешно противостоять высокой температуре дуги.
| Тип вольфрамового электрода, состав, маркировка | Характеристика |
| Вольфрамовые электроды без специальных добавок
Вольфрама не менее 99,5%, остальное примеси WP (зеленый) |
Чистый вольфрам характеризуется очень высокой энергией, необходимой для выхода электрона из атома, вследствие чего зажигать дугу сложнее, чем с легированными электродами. Кроме того, из-за высокой энергии выхода электрона, температура на кончике выше, что приводит к короткому сроку службы электрода. Эти электроды используются только для сварки переменным током. |
| Вольфрамовые электроды легированные оксидом тория
1,8-2,2% ThO2 WT-20* (красный) |
Долгое время торированные электроды были наиболее часто используемыми, и поэтому превратились в стандарт, который используется для сравнения других вольфрамовых электродов. Однако, поскольку торий является радиоактивным, многие пользователи перешли к другим альтернативам (когда они появились). Торий не вредит здоровью находясь в электроде, но опасна пыль, образующаяся при заточке, которая может попасть в легкие или открытые раны. Торий выделяется в воздух и при сварке, но в значительно меньшем количестве. Поэтому следует принимать меры предосторожности при заточке и сварке. Несмотря на эти проблемы, торированные электроды по-прежнему часто используются. Они имеет низкую энергию выхода электрона, и главное, хорошо работают при перегруженности по току. Эти электроды используются для сварки постоянным током, и не должны использоваться с переменным током. |
| Вольфрамовые электроды легированные оксидом церия
1,8-2,2% CeO2 WC-20* (серый) |
Эти электроды особенно хороши для сварки постоянным током с низкой силой тока, потому что они очень легко зажигают дугу и, как правило, не могут работать при таких же высоких токах как торированные электроды.Хороши для коротких циклов сварки. В частности, они широко используется для сварки очень мелких деталей. Используются для сварки постоянным током, и не должны использоваться с переменным током. |
| Вольфрамовые электроды легированные оксидом лантана
1,8-2,2 La2O3 WL-20* (синий) |
Имеют низкую энергию выхода электрона и самую низкую температуру на кончике, что способствует увеличению срока службы. Если не перегружать электрод по току, он может прослужить дольше, чем торированный электрод. Но не может работать при таких же высоких токах как торированный электрод. Используется для сварки постоянным током, а также будет показывать хорошие результаты с переменным током. |
| Вольфрамовые электроды легированные оксидом циркония
0,7-0,9% ZrO2 WZ-8 (белый) |
Этот материал является наиболее часто используемым при сварке переменным током, потому что имеет более стабильную дугу, чем чистый вольфрам. Хорошо препятствуют загрязнению ванны при переменном токе. Ни при каких обстоятельствах не рекомендуются для сварки постоянным током. |
| Вольфрамовые электроды легированные оксидом иттрия
1,8-2,2% Y2O3 WY-20* (темно-синий) |
Стойко выдерживают большие токи не загрязняя металл шва вольфрамом. Используются для сварки особо ответственных соединений постоянным током. |
| Другие варианты | Существуют и другие, менее распространенные электроды, например со смесью различных оксидов. |
* - цифра в маркировке обозначает концентрацию оксида, и есть электроды с меньшими концентрациями, например WL-15 (золотистый), содержащий около 1,5% оксида лантана. Они имеют и другой цветовой код.
Даже если два электрода относятся к одному типу и имеют одинаковую концентрацию легирующей добавки, но произведены разными фирмами, они могут заметно отличаться в работе. Большое значение имеет размер зерна, структура и распределение оксида. Поэтому аккуратнее выбирайте производителя.
Выбор диаметра электрода:
| Металл | Толщина металла, мм | Диаметр электрода, мм |
| Цветные металлы | 1 | 1,6 |
| 2 | 2 | |
| 4 | 3 | |
| 5-6 | 4 | |
| 7 и более | 5 | |
| Углеродистые, конструкционные и нержавеющие стали, жаропрочные сплавы | 0,5 | 1 |
| 1 | 1,6 | |
| 2 | 2 | |
| 3 | 3 | |
| 4 | 4 | |
| 5 и более | 6 |
Большое значение имеет заточка электрода, причем со временем электроды деформируются и заточку нужно обновлять. При сварке постоянным током используется конусовидная заточка, при переменном токе делается округлый кончик.
Длина заточки влияет на глубину и ширину шва при сварке, её размер около 2-0,5 диаметра электрода. Ширина зоны проплавления уменьшается с увеличением длины заточки, а при малой длине заточки заметно снижается глубина проплавления. На стабильность дуги также влияют риски, образующиеся при заточке. Для стабильного горения дуги риски должны располагаться строго вдоль оси электрода, а их величина должна быть минимальной. Наилучшим вариантом является полировка электрода после его заточки. Также на горение дуги влияет притупление на кончике. Диаметр притупления выбирается в зависимости от диаметра электрода и величины сварочного тока.
Заточка вольфрамового электрода
Выполнение TIG сварки
Непосредственно перед выполнением сварки, свариваемые поверхности очищаются от загрязнений, ржавчины и поверхностной оксидной пленки, до блеска. Затем обезжириваются ацетоном, уайт-спиритом или другим растворителем.
Механическая очистка поверхности перед сваркой
Большинство металлов сваривается постоянным током прямой полярности (на электроде минус). Сварку алюминия и его сплавов, магния, медных сплавов со значительным содержанием алюминия (например, алюминиевая бронза) выполняют переменным током.
Сварочный ток выбирается в соответствии с диаметром электрода. Величина тока зависит также от рода тока. В таблице представлены ориентировочные значения силы тока (при использовании аргона), последнее слово за производителем выбранного электрода. Если ориентироваться на нижнюю границу, то при слишком малой силе тока дуга будет блуждать, и нужно просто увеличить силу тока (при условии правильной заточки электрода).
| Диаметр электрода, мм | Постоянный ток прямой полярности, А | Переменный ток, А |
| 1 | 10-70 | 10-15 |
| 1,6 | 40-130 | 30-90 |
| 2 | 65-160 | 50-100 |
| 3 | 140-180 | 100-160 |
| 4 | 250-340 | 140-220 |
| 5 | 300-400 | 200-280 |
| 6 | 350-450 | 250-300 |
Если сила тока будет чрезмерной для данного диаметра электрода, то электрод расплавится. Если слишком маленькой, то дуга будет нестабильной.
Напряжение на дуге зависит от её длины. Рекомендуется вести сварку на минимально короткой дуге, что соответствует пониженным напряжениям на ней. При повышении длины увеличивается ширина шва, уменьшается глубина проплавления и ухудшается защита зоны сварки. Оптимальная длина дуги составляет 1,5-3 мм, что соответствует напряжению на дуге 11-14В (напряжение холостого хода около 50-70В).
Вылет кончика электрода при сварке стыковых соединений должен быть 3-5 мм, а угловых и тавровых 5-8 мм.
Вылет кончика электрода
Истечение газа по всему сечению сопла должно быть равномерным. Для этого внутри горелки устанавливаются газовые линзы, которые поддерживают ламинарный поток. При ветре или сквозняке эффективность защиты определяется жесткостью струи газа и ее размером.
Нарушение газовой защиты
Жесткость струи зависит от газа (аргон, гелий, их смесь) и растет с увеличением скорости его истечения. Поэтому при увеличении диаметра сопла необходимо одновременно повышать расход газа. Для улучшения защиты при сварке на ветру и на повышенных скоростях рекомендуется увеличить расход газа и диаметр сопла, а также приблизить горелку к детали. Для ограждения от ветра, зону сварки закрывают малогабаритными экранами. Подачу газа выключают через 10-15с (примерно по одной секунде для каждых 10А сварочного тока) после обрыва дуги. Для лучшей защиты металла, например при сварке титана, используют специальные приспособления (см. в статье Приспособления для сварки).
Существует два способа зажигания дуги: бесконтактный (дуга зажигается при помощи высокочастотного и высоковольтного разряда, создаваемого осциллятором) и контактный (дуга между электродом и изделием возникает в результате короткого замыкания электрода на изделие). Бесконтактный способ зажигания дуги используется когда недопустим поверхностный ожог и попадание вольфрама в шов, например, при сварке высоколегированных коррозионностойких сталей и сплавов (вольфрам может нарушить стойкость стали к коррозии). Контактный способ используют при сварке малоответственных конструкций, когда требования к качеству менее жесткие. Однако, при сварке ответственных металлоконструкций при отсутствии осциллятора, контактное зажигание дуги и выход на режим сварки можно выполнять на угольной или медной пластине. Современные аппараты сильно ограничивают ток короткого замыкания при касании электродом изделия, а при поднятии электрода, микроконтроллер обеспечивает плавное нарастание тока.
При сварке совершают только одно движение - вдоль оси шва. Отсутствие поперечных колебаний приводит к тому, что шов получается более узкий.
Положение горелки и присадочного прутка при TIG сварке
Чтобы металл шва не насыщался кислородом или азотом воздуха, надо следить, чтобы конец присадочного прутка постоянно находился в зоне защитного газа. Во избежание разбрызгивания металла, конец прутка подают в сварочную ванну плавно. О степени проплавления судят по форме ванны расплавленного металла. Хорошему проплавлению соответствует ванна растянутая в сторону направления сварки, а плохому - круглая или овальная.
Форма сварочной ванны
Сварку обычно выполняют справа налево. При сварке без присадочного материала, электрод располагают перпендикулярно к поверхности свариваемого металла, а с присадочным материалом - под углом. Присадочный пруток перемещают впереди горелки без поперечных колебаний.
При наплавке валиков горизонтальных швов в нижнем положении, присадочному прутку придают два направления движения: вниз и поступательно вдоль свариваемых кромок. Это надо делать так, чтобы металл равномерными порциями поступал в сварочную ванну.
Движения присадочного прутка
Ошибки при TIG сварке
Ниже рассматриваются некоторые общие проблемы возникающие при TIG сварке.
| Возможная причина | Способ устранения |
| Быстрое сгорание вольфрамового электрода | |
| Недостаточный расход газа. | Убедиться, что в системе подачи газа нет помех, а в баллоне есть газ. Расход газа, как правило, должен быть около 15-20 CFH (7-10 л/мин). |
| Электрод подключен к плюсу. | Подключить электрод к минусу. |
| Неправильно выбран диаметр для используемого тока. | Использовать электрод с большим диаметром или уменьшить ток. |
| Вольфрам окисляется в паузах при сварке. | Газ должен поступать в горелку в течение 10-15 секунд после гашения дуги (примерно по одной секунде для каждых 10А сварочного тока). |
| Используется электрод без присадок. | Например, при сварке переменным током, вместо электрода WP использовать WL-20. |
| Загрязнение шва вольфрамом | |
| Электрод плавится в сварочную ванну. | Использовать вместо электрода WP легированный электрод. |
| Электрод касается сварочной ванны. | Электрод держать выше. |
| Шов плохого цвета или пористый | |
| Был конденсат на свариваемом металле. | Если металл хранился на холоде и для сварки был занесен в теплое помещение, на нем может образоваться конденсат. Его нужно удалять. Вода при высокой температуре распадается на водород и кислород, которые взаимодействуют с металлом. |
| Неплотное подключение шланга или горелки, неисправный шланг. | Затянуть соединения шланга и горелки. Проверить шланг на порезы. |
| Недостаточный расход газа. | Отрегулировать расход газа. Расход газа, как правило, должен быть около 15-20 CFH (7-10 л/мин). |
| Загрязненный или неподходящий присадочный материала. | Проверить тип присадочного металла. Удалить жир, масла и влагу с присадочного металла. |
| Загрязнение свариваемого металла. | Удалить краску, жир, масла и другую грязь, в том числе поверхностную пленку оксида металла. |
| Желтый дым или пыль на поверхности сопла, электрод изменяет цвет | |
| Очень низкий расход газа. | Увеличить расход газа. Расход газа, как правило, должен быть около 15-20 CFH (7-10 л/мин). |
| Слишком рано отключается газ после гашения дуги. | Газ должен поступать в горелку в течение 10-15 секунд после гашения дуги (примерно по одной секунде для каждых 10А сварочного тока). |
| Нестабильная дуга | |
| Неправильная полярность (при постоянном токе). | Проверить полярность. Электрод должен быть подключен к минусу. |
| Вольфрамовый электрод загрязнен. | Удалить загрязнение и переточить электрод. |
| Слишком длинная дуга. | Сократить длину дуги. |
| Загрязнен свариваемый металл. | Удалить краску, жир, масла и другую грязь, в том числе поверхностную пленку оксида металла. |
| Неправильно подготовлен электрод. | Для сварки постоянным токов электрод затачивается в виде конуса и делается притупление. Для сварки переменным током делается закругление. |