Уроки сварки: Как настроить аргонодуговой аппарат для TIG-сварки?

Сварка металлических деталей известна человечеству давно. Однако с развитием металлургии, появлением новых сплавов, соединений технология начала улучшаться, чтобы отвечать всем требованиям складывающихся реалий. Любому начинающему сварщику нужно узнать побольше информации о ТИГ сварке: что это такое, как пользоваться оборудованием, какими сильными и слабыми сторонами она обладает.

ТИГ сварка

История появления

В конце XIX столетия американский ученый Чарльз Коффин впервые использовал инертные газы для сваривания изделий из металла. Его исследования были основаны на опытах русских физиков Василия Петрова и Николая Славянова, открывших дуговой метод сварки деталей. Новая технология не позволяла сваривать заготовки из алюминия и магния, что обусловлено изменением степени окисления материалов при взаимодействии с воздухом.

В 30-х гг. XX в. технология TIG сварки была усовершенствована американскими учеными Расселом Мередитом и Нортропом Эйкрафтом. В 1941 г. инертные газы стали активно применяться для сваривания магния на постоянном токе. Спустя несколько лет специалисты компании Northrop Corporation начали использовать технологию ТИГ для соединения алюминиевых, магниевых и никелевых деталей. Это способствовало развитию авиационной промышленности и ракетостроения.

Сущность процесса сварки TIG

В переводе с английского языка аббревиатура TIG означает “вольфрам + инертный газ” (Tungsten + Inert Gas). Принцип работы ТИГ сварки заключается горении электрической дуги в аргоне. Этот инертный газ тяжелее воздуха. Он защищает свариваемые материалов от воздействия кислорода. Аргон предотвращает окисление металлов. В результате образуется аккуратный и прочный сварной шов.

Электроды для аргонодуговой сварки изготавливаются из вольфрама. Температура плавления этого химического элемента составляет 4000 °С. Он может работать со всеми разновидностями стали. Чтобы сварить прочный шов, нужно периодически производить заточку вольфрамового электрода. Эта процедура позволит увеличить срок эксплуатации электрического проводника и снижает риск сокращения его ресурсных показателей. Выделяют следующие значение углов заточки электродов:

1. 10–20 °С: при малой силе электротока.
2. 20-30 °C: при средних значениях тока.
3. 60-120 °C: при повышенной силе электротока.

Если угол заточки меньше 20 °С, то физические свойства вольфрамового электрода изменятся. При высоких температурах (свыше 90 °C) устойчивость электрической дуги во время горения снижается. Заточку необходимо производить вдоль поверхности электрического проводника, чтобы не деформировать его. Точение осуществляется при помощи болгарок, кругов из мелкозернистых абразивных материалов и наждачной бумаги. Для обеспечения высокой точности заточки рекомендуется закрепить электрод на стержне шуруповерта или дрели.

Заточенный электрический проводник закрепляется на конической трубке, расположенной на сопле горелки. Часть электрода накрывается футляром, предотвращающим короткое замыкание. Для TIG сварки необходимо использовать горелки РГА-150 или РГА-440. Их основные параметры указаны в ГОСТ 5.917-71.

ГОСТ 5.917-71 Горелки ручные для аргонодуговой сварки типа РГА-150 и РГА-400

1 файл 287.76 KB
Горелка с электрическим проводником помещается в сварочную ванну с инертным газом. В результате электрод изолируется от кислорода. Запуск аргона контролируется при помощи функциональных кнопок на горелке. Во время настройки горелки рекомендуется увеличить вылет электрода. В этом случае электрическая дуга сможет сваривать труднодоступные элементы металлических заготовок.

В процессе аргонодуговой сварки плавящимся электродом происходит разжигание электрической дуги. Во время ее горения расплавляются кромки свариваемых деталей. В сварочных ваннах без газа электронная дуга не сможет стабильно гореть. В результате увеличится пористость шва, снижающая его прочность.

При ТИГ сварке не рекомендуется применять неплавящиеся электроды. В этом случае электрическая дуга не загорится при взаимодействии вольфрамового проводника с металлической поверхностью. При розжиге дуги неплавящимися электродами образуется слабая искра, что обусловлено высокой степенью ионизации инертного газа.

Если в процессе TIG сварки между свариваемыми металлами образуется зазор, то нужно использовать присадочную проволоку. Это приспособление позволит создать прочный шов, не подвергающийся разрывам или изломам. Диаметр проволоки зависит от ширины свариваемых заготовок и формы шва.

Для создания прочных соединений металлов при помощи технологии TIG используются следующие приборы:

1. Источник электрического тока – блок питания.
2. Осциллятор – устройства для вырабатывания высокочастотного тока, разжигающего электрическую дугу.
3. Инвертор – прибор, преобразующий постоянный ток в переменный.
4. Баллоны с инертным газом.
5. Редуктор – устройство для преобразования передаваемых мощностей в полезную работу.
6. Газовая горелка.
7. Соединительные коннекторы и крепежные механизмы.

При помощи этого оборудования можно сваривать изделия из нержавейки, латуни, меди и бронзы.

Чтобы правильно выбрать приборы для TIG сварки, нужно учитывать следующие факторы:

• напряжение блока питания;
• наличие опции смены полярности;
• возможность сваривания толстых деталей в течение длительного периода времени;
• наличие жидкостной системы охлаждения, предназначенной для понижения температуры горелки;
• возможность регулировки работы инвертора при помощи дисплея;
• способность работать на производственных линиях.

Основным аппаратом для аргонодуговой сварки является сварочный инвертор. Он способен конвертировать постоянный ток в переменный, изменяя значение его частоты. Сварочный инвертор обладает следующими достоинствами:

1. Высокая эффективность и прочность конструкции, что позволяет создавать швы высокого качества за короткий промежуток времени.
2. Автономность работы. Во время эксплуатации сварщик может менять местоположение инвертора.
3. Компактность. Прибор имеет небольшой размер и весит не более 3 кг.
4. Высокий КПД, что позволяет создавать большое количество швов при минимальных ресурсных затратах.
5. Низкий расход электроэнергии, что позволяет сэкономить множество финансовых средства.
6. Низкая сложность управления. Сварщик может регулировать плавную подачу тока в ручном режиме.

Сварочный инвертор можно сконструировать в домашних условиях при помощи графических схем. Для этого нужно приобрести комплект шлангов, осциллятор и устройство для задержки подачи электротока. Самостоятельная сборка сварочного инвертора позволит сохранить большое количество денежных средств. Для осуществления монтажных работ человек должен знать основы механики и иметь опыт работы с платами и небольшими деталями.

Заточка электродов

Главным элементом в сварке является вольфрамовый электрод. За электродами для ТИГ сварки необходим постоянный уход. Он заключается в регулярной заточке его кончика. Это обеспечивает хороший сварочный шов.

Существует правило — при сварке с постоянным током кончик электрода затачивают конусообразно, а с переменным током — сферически. Длину конуса можно вычислить, удвоив значение диаметра электрода. Для устойчивости конец конуса следует слегка притупить.

Значения углов заточки электродов для TIG сварки:

• при небольшой величине тока — 10-20°;
• среднем — 20-30°;
• для тока большой величины — 60-120°.

Если угол заточки менее 20°, то сокращаются возможности электрода, а при угле более 90° горение дуги может утратить устойчивость. На нее также отрицательно влияют риски, которые возникают на поверхности при заточке.

Чтобы сделать их минимальными, TIG электроды надо затачивать вдоль. Точение происходит с помощью болгарки, мелкозернистым абразивным кругом, наждаком, вращая электрод в руке. Чтобы сделать заточку равномерной, стержень закрепляют в шуруповерте или электродрели. При этом надо устанавливать небольшие значения оборотов вращения. Для защиты от пыли следует надевать маску.

Применение

ТИГ сварка активно используется в промышленности из-за высокой температуры горения электрической дуги. Эта технология позволяет сваривать детали из углеродистой и нержавеющей стали, чугуна, алюминия и иных тугоплавких металлов. Технология TIG нашла применение в следующих сферах:

• машиностроение;
• пищевая промышленность;
• строительство зданий и объектов инфраструктуры;
• сооружение нефтяных вышек и буровых конструкций;
• прокладка трубопроводов;
• космонавтика и ракетостроение;
• строительство самолетов, поездов и кораблей.

ТИГ сварка используется в бытовых условиях. С помощью этой технологии можно устранить трещины в радиаторе автомобиля, изготовить кухонную посуду или металлические сушители для полотенец.

Преимущества и недостатки

Выделяют следующие преимущества аргонодуговой сварки:

1. При сваривании металла его поверхность не деформируется, что обусловлено узкой зоной прогрева.
2. Сварочный шов не требует очистки.
3. Экологичность: ТИГ сварка не оказывает негативное влияние на окружающую среду.
4. Универсальность: этот метод сваривания металлов можно применять при обработке деталей разной толщины и формы.
5. Низкая сложность технологического процесса. Сваривание изделий при помощи технологии TIG могут производить сварщики, не имеющие высокой квалификации.
6. Аргон не позволяет свариваемым деталям взаимодействовать с кислородом, что позволяет увеличить прочность сварочного шва.

ТИГ сварка имеет следующие недостатки:

1. Высокая стоимость используемого оборудования.
2. Низкая эффективность при сваривании изделий на открытом воздухе. Для защиты металлов от кислорода необходимо увеличивать подачу инертного газа, что приводит к перерасходу ресурсов.
3. Для обработки труднодоступных участков необходимо дополнительно обрезать электрод или увеличивать его вылет.
4. При использовании функции TIG Lift во время эксплуатации сварочных инверторов на поверхности заготовок могут возникнуть следы.

Основные недостатки ТИГ сварки зависят от профессиональных навыков сварщика и опыта работы.

Что это такое?

Сваривать металлы люди начали достаточно давно. Однако старая и современная сварка сильно различаются. TIG сварка является одним из наиболее современных методов соединения металлических заготовок. Главный ее принцип — применение вольфрамового электрода, вводимого в атмосферу химически бездеятельного газа. Сам стержень такого рода принято относить к «неплавящейся» категории. Сварщику приходится точить электродный инструмент, иначе добиться постоянного устойчивого существования электрической дуги невозможно.
Официальная расшифровка термина TIG – аргонодуговая сварка с применением как раз неплавкого электродного инструмента. Конечно, даже вольфрам может плавиться — но только при температуре не ниже 3500 градусов. Иногда схема подразумевает подачу не аргона, а другого нейтрального газа. Стоит отметить, что в технической документации такой метод может иметь и другие названия. К примеру, в немецкоязычной литературе в ходу термин WIG. Есть еще название GTA, которое не указывает на химические свойства применяемого газа.

Вольфрамовая сварка в изолирующем газе вошла в промышленный оборот в 1940-е годы. Она стала настоящим спасением для авиационной промышленности, а позднее для ракетостроения, где другие методы соединения уже не удовлетворяли. Довольно скоро достоинства TIG оценили и инженеры других отраслей. Основные характеристики такого способа:

• максимальная равномерность шва (исключается появление пор и ненормальных полостей);
• сокращение внутренних механических напряжений;
• отсутствие плавильных брызг;
• пригодность практически для любого чистого металла или сплава;
• отсутствие необходимости дополнительно обрабатывать заготовки после соединения;
• возможность в целом освоить оборудование и методы работы за 2-3 сеанса;
• малая эффективность работы на открытом воздухе (без изоляции от ветра);
• необходимость тщательной подготовки поверхности;
• усложнение работы из-за неприемлемости острого угла размещения горелки;
• необходимость вычищать отметки, оставляемые электрической дугой.

Тигельная сварка приемлема для работы почти со всеми типами стали. Когда электродный инструмент расположен в цанге, он жестко фиксируется в горелке. Излишек длины скрывается дополнительным колпаком, что исключает риск короткого замыкания. Завершающая часть горелки — специальное керамическое сопло. В его середине располагается электрод, окружаемый изолирующим газом.

Когда пластины разделяются зазором, либо поставлена цель получить шов с высокой стойкостью к разрыву и надлому, нужно использовать присадочную проволоку. Сечение этой проволоки определяется необходимой толщиной изделия и конкретно шва. В некоторых случаях применяется импульсная разновидность ТИГ сварки. Такой вариант подразумевает, что параметры тока меняются от предельных до минимальных за сравнительно короткое время. Для работы может применяться и постоянный, и переменный ток. Учитывают и вид, и толщину металлических заготовок. Обязательно необходимо разобраться с отличиями TIG от MMA.

Второй вариант — MMA подразумевает применение покрытого электрода. Такой подход позволяет отказаться от использования изолирующего газа. Расплавляющиеся электроды оставляют укрепленный шов. Со сталью можно работать уверенно при помощи аппаратуры MMA. Методика TIG позволяет эффективно манипулировать алюминием и другими цветными металлами.

Сварочный источник питания

Для подачи электричества в процессе TIG сварки используются следующие виды источников питания:

1. Блок питания для MMA сварки. Он имеет внешнюю вольтамперную характеристику, позволяющую осуществлять розжиг электрической дуги.
2. Блок питания AC/DC. Он оснащен функциональными кнопками, позволяющими регулировать форму шва. С помощью этого устройства можно производить сварку как при переменном, так и при постоянном токе.
3. Установки PROTIG и MECHTIG. Они созданы на базе инверторного источника питания DC. Управление процессом сварки осуществляется при помощи компьютерного устройства.

Выбирать блок питания необходимо в соответствии со схемами сварочного инвертора. В противном случае приборы не смогут подключиться к единой электросети. Важно, чтобы сварочные инверторы для TIG сварки были оборудованы влагоотделителями. Они не позволяют влаге проникнуть аргоновую среду. При попадании жидкости на свариваемую поверхность на шве появиться множество трещин.

Рейтинг инверторных аппаратов

Современные сварочные инверторы значительно облегчили работу сварщикам и осуществили скачок в электросварке. К трём лучшим моделям, по отзывам пользователей можно отнести:

1. Сварог TECH ARC 205 B (Z 203);
2. Ресанта САИПА-190МФ;
3. FUBAG IN 176.

Модель Сварог TECH ARC 205 B (Z 203) — это один из самых выносливых и надёжных аппаратов с аргонодуговой сваркой, который выпускает российская производственная компания. Его основные характеристики:

• напряжение на входе — 187−253 В;
• сварочный ток TIG — 10−200 А;
• тип выходного тока — постоянный;
• мощность — 9 кВ * А.

КПД этого аппарата составляет 85%, он имеет форсаж дуги с типом поджига прикосновением. Модель обладает небольшими габаритами и весом 8 кг, поэтому незаменима при частых передвижениях. Производитель предоставляет гарантийный срок — 5 лет. Аппарат не перегревается, потребление электрической энергии незначительное.

Прибор Ресанта САИПА-190МФ предназначен для профессиональных сварщиков. Производятся эти приборы в Китае, а реализуются латвийской . Это устройство позволяет варить практически всеми типами сварки. Сварочный ток в режиме TIG — от 10 А до 190 А, а продолжительность включения 70% при максимальном токе. Он обладает качественным проваром и берёт металл до 10 мм.

Основным недостатком этой модели являются её габариты и вес — более 18 кг.

Аппарат FUBAG IN 176 производится немецкой компанией профессионального электрического оборудования. Модель отличается своей функциональностью, микропроцессорным управлением, небольшими габаритами и весом — 4,5 кг. Этим устройством можно варить в любом положении, регулируя в процессе работы сварочный ток.

Модель имеет запатентованный дизайн. С ней легко перемещаться от объекта к объекту и без усилий работать в труднодоступных местах.

Используемые сварочные материалы

Для TIG сварки требуются следующие материалы:

• защитные газы;
• электрические проводники (электроды);
• присадочные прутки и проволоки.

Сварочные материалы обеспечивают стабильное горение электрической дуги и получение сварных беспористых швов с высокой устойчивостью к механическим воздействиям.

Защитные газы

Защитные газы для TIG сварки оказывают влияние на перенос металлов, форму и физические характеристики шва. Они позволяют увеличить скорость и эффективность сварки. Чаще всего в качестве защитного газа используется аргон. Он имеет невысокую теплопроводность и низкий потенциал ионизации. При сварке деталей в аргоновой среде шов получается глубоким и узким.

Также в качестве защитного газа для ТИГ сварки может использоваться гелий. Он легко проводит тепло и обладает высоким потенциалом ионизации. При сваривании изделий в гелиевой среде увеличивается ширина шва. Данный инертный газ обеспечивает стабильное смачивание свариваемых заготовок по краям.

Электроды

Электроды для аргонодуговой сварки состоят из прочного вольфрама, являющегося одним из самых тугоплавких химических элементов. Они улучшают качество шва слабо нагреваются при горении электрической дуги. В следующей таблице представлен расход вольфрамовых электродов при аргонодуговой сварке деталей из различных материалов:
Расход электродов

Вольфрамовые электроды для аргонной сварки не требуют применения присадок и различных проволок. Для улучшения технических характеристик электрических проводников необходимо проводить их предварительную заточку. Эта процедура обеспечит стабильное горение дуги во время сваривания заготовок.

Достоверные факты

TIG-инвертор оснащен большим количеством настроек

Оборудование дает возможность качественно соединять большой ассортимент стали – низко-, средне- и высоколегированной. Каждый материал обладает определенными физико-химическими особенностями, что обуславливает необходимость индивидуального подхода при сварке. На выбор параметров также влияет толщина материала и целый ряд других факторов. Важно выбрать оптимальные настройки, а именно эту возможность предоставляет рассматриваемое оборудование.

Газопроводящие магистрали должны быть целыми

Для создания качественного и красивого сварного шва требуется постоянное давление инертного газа. Помимо этого, целая магистраль исключает утечку дорогостоящего расходного материала. Нужно учесть и тот факт, что утечка инертного газа может спровоцировать нештатную ситуацию на рабочем месте.

Прототипом TIG-инвертора послужила вольфрамовая нить

Американский ученый Ирвинг Ленгмюр в 1916 году опытным путем установил, что вольфрамовая нить лучше проводит заряд, если ее поверхность покрыта оксидом тория. Именно это открытие стало основой для создания в будущем вольфрамовых электродов. Они успешно применяются в аргонодуговой сварке и по сегодняшний день.

Влияние полярности тока на процесс сварки TIG

Сваривание металлов при помощи технологии TIG может осуществляется различными способами. Режиме аргонодуговой сварки зависят от полярности. Этот параметр определяет характер взаимодействия инертного газа и электрода. Выделяют 2 разновидности полярности:

1. Прямая: повышенный ввод тепловой энергии в свариваемое изделие. Отличается узкой зоной расплавления.
2. Обратная: повышенный ввод тепла в электрод. Зона расплавления отличается небольшой глубиной.

Обратная и прямая полярности отличаются несимметричностью выделения тепла. Этот параметр характеризуется напряжением в отдельных областях дуги и видом тока.

Постоянный ток

Во время сваривания деталей при постоянном токе применяется прямая полярность. Сварка в этом режиме имеет следующие преимущества:

1. Низкий расход электрической энергии.
2. Позволяет обрабатывать узкие участки деталей.
3. Увеличение скорости и эффективности сваривания.

Сварка при постоянном токе отличается высокой сложностью технологического процесса, поэтому она используется редко.

Переменный ток

Во время сваривания заготовок при переменном токе используется обратная полярность. В этом режиме смена полюсов осуществляется в автоматическом режиме. Переменный ток обеспечивает стабильность горения электрической дуги. Он позволяет очистить поверхность металлов от оксидной пленки, что улучшает качество шва. Сварка при переменном токе отличается низкой сложность технологического процесса и часто используется на крупных производствах.

Применяемый газ

Основной газ для режима ТИГ — аргон. Он тяжелее кислорода, поэтому вытесняет его из зоны факела, обеспечивая защиту. Другой газ — гелий. Второе по массе вещество, после водорода. Несмотря на высокую стоимость, гелий обеспечивает увеличение мощности дуги в 1.5-2 раза. Результат — более глубокое проплавление металла и повышение производительности.

Благодаря техническим свойствам, гелий применяют для работ с тугоплавкими материалами. Ответственные операции проводят на смеси газов: Ar около 35-40%, He порядка 60-65%. Это дает следующее сочетание преимуществ: легкий газ обеспечивает более глубокое проплавление, а тяжелый — стабилизирует показатели дуги.

Техника сваривания

Сварка TIG производится по следующему алгоритму:

1. Сборка сварочного аппарата: соединение инвертора с осциллятором, накрутка редуктора, подготовка баллона с аргоном, подключение горелки.
2. Очистка свариваемой поверхности.
3. Подача инертного газа.
4. Включение горелки и розжиг электрической дуги.
5. Регулировка движения дуги, подача проволоки.
6. Формирование шва.

Во время сваривания горелку необходимо держать в левой руке. Угол между электродом и проволокой должен составлять 90°. Электрический проводник нужно расположить на расстоянии 0,2 см от свариваемой поверхности. Важно правильно настроить подачу аргона, газ должен подаваться перед включением источника питания.

Основные параметры режима ручной сварки TIG

Режим ручной аргонодуговой сварки имеет следующие параметры:

• сварочный ток: характеризуется полярностью и силой;
• диаметр электрода;
• скорость сваривания;
• сила тока;
• расход защитного газа.

Существуют также дополнительные параметры ручного режима сварки TIG. К ним относятся положение шва, покрытие электрода и толщина свариваемых деталей.

Особенности сварки алюминия и алюминиевых сплавов

Сварку алюминия необходимо производить при переменном токе, что позволит очистить поверхность металла от оксидной пленки. Перед свариванием необходимо обезжирить заготовки с помощью растворителя. Во время обработки алюминия присадочная проволока должна перемещаться вдоль шва. Ее нужно расположить перед электрическим проводником. Наивысшее качество шва при сваривании алюминия обеспечивается при сварке деталей в горизонтальном положении.

Оборудование

Для того, чтобы выполнить сварочные работы при помощи неплавящегося электрода в защитной среде, достаточно иметь обыкновенный недорогой инвертор с горелкой, предназначенной для подачи газа. Тем не менее, на рынке существует специальное оборудование:

• TIG-инвертор. Отличается от обычного тем, что имеет встроенный блок, вырабатывающий прямой или переменный ток в зависимости от режима работы. Тем самым функционал аппарата значительно увеличивается. Можно работать с черными металлами, сплавами алюминия и других материалов.
• Выпрямители. Принцип работы основан на преобразовании переменного тока в постоянный. Относится к категории профессионального оборудования.

Выбор установки и расходных материалов напрямую зависит от того, с какими материалами нужно работать.

Правила безопасности

При сваривании деталей с помощью технологии TIG нужно соблюдать технику безопасности:

1. Голова должны быть защищена маской со смотровым стеклом.
2. На руки надевается войлочные или спилковые перчатки.
3. Тело должно быть защищено костюмом с высокой теплостойкостью.
4. Баллон с аргоном нужно размещать на расстоянии 5 м от источника питания, чтобы предотвратить возгорание.
5. Проверять работу основных приборов перед их эксплуатацией.