TIG сварка: что это такое, как работает, где применяется, ее преимущества и недостатки

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.

История появления

Сварка известна человечеству не одно десятилетие. Впервые идея того, что можно соединять металлические детали во время сильного нагревания появилась в начале 20 века. Над созданием подобного оборудования задумался Чарльз Л. Коффин — американский инженер. Однако первые образцы оборудования не позволяли использовать аппарат в промышленных условиях, сваривать сплавы металлов.

Впервые неплавящийся электрод из вольфрама и защитный газ (инертный гелий) были протестированы в 40-х годах 20 века. С помощью этой технологии удалось соединить алюминий, магний, никель. Метод стал популярен в самолёто- и ракетостроении, а потом получил популярность и среди других направлений промышленности.

Принцип действия

Для того, чтобы разобраться что это – аргонодуговая сварка TIG, необходимо иметь хотя бы элементарные познания в области сварки. Технология процесса методом сварки TIG была разработана в 1841 году. Прогресс состоял в том, что это позволило производить сварку ранее не соединяемых этим способом материалов.

Суть метода – горение электрической дуги в аргоне. Этот газ обладает рядом примечательных свойств. Тяжелее воздуха, он, проникая в сварочную ванну, является ее защитой от других атмосферных газов. В результате шов получается без оксидной пленки. Это способствует хорошему качеству соединения металлов. Аргон – самый недорогой защитный при сварке газ.

Основной элемент – электрод из вольфрама. Температура его плавления почти 4000°С. Это дает возможность работы почти со всеми видам стали. Вольфрамовый электрод не плавится. Необходима лишь его периодическая заточка для обеспечения точного и аккуратного сварочного шва. Электрод, находящийся в цанге, зафиксирован в горелке. Его избыточная длина, бездейственная в работе, находится в особом колпаке, что предотвращает  возможность замыкания.

Горелка оканчивается соплом из керамики. По центральной линии сопла проходит электрод, а вокруг находится инертный газ. При сварке ТИГ в качестве инертного газа выступает аргон. Его присутствие исключает попадание воздуха в сварочную ванну, что вызвало бы пористость шва при затвердевании. Запуск аргона регулируется кнопкой на горелке.

Электрод разжигает дугу, а она плавит кромки свариваемых металлов. Если между металлическими пластинами существует зазор или стоит задача создать шов, обладающий высоким сопротивлением на разрыв и излом, то применяют присадочную проволоку. Ее диаметр выбирают в зависимости от толщины изделия и сварного шва. При ручной сварке проволоку в зону плавления подает сварщик.

Качественный шов обеспечивает сварка аргоном с поддувом. Это осуществляется подачей защищающего газа к другой стороне шва.

Аргонодуговая сварка с поддувом имеет следующие режимы:

• автоматический;
• полуавтоматический;
• ручной.

В первом случае аргоновая сварка с поддувом осуществляется полностью автоматически. Прокладывание траекторий, по которым перемещаются  электрод и присадочная проволока, – функция аппарата. При полуавтоматическом режиме оператор регулирует сварку с помощью аппарата, а подача проволоки происходит автоматически. При ручном режиме автором процесса является сварщик.

В ручной аргонодуговой сварке не пользуются электродами с покрытием, поскольку защитой является инертный газ. Высокую температуру обеспечивает электрическая дуга. Покрытый электрод не обеспечивал бы необходимого уровня защиты. Кроме того, в отсыревших электродах может скопиться водород, что наносит урон качеству шва.

Автоматическая аргонодуговая сварка работает по такому же принципу, как и ручная. Отличие состоит в том, что управление происходит с помощью автоматов. Оператор устанавливает необходимую программу, и техническое оборудование начинает работать по заданным параметрам. Автоматическая система также подает проволоку с установленной скоростью.

Аргонодуговая сварка плавящимся электродом предполагает, что розжиг дуги возникает при соприкосновении электрода с металлом. Когда применяются неплавящиеся электроды, такой способ неприменим, поскольку у аргона величина ионизации высокая и для розжига потребуется сильная искра. При использовании вольфрамового электрода для разжигания нужен дополнительный прибор – осциллятор. Он вырабатывает ток высокой частоты для импульса розжига. В процессе сварки осциллятор генерирует импульсы, которые стабилизируют дугу.

На электрод подается высокое напряжение с большой частотой импульсов. Это обеспечивает ионизацию и розжиг дуги. Применение осциллятора позволяет сварщику спокойно осуществлять сварку, как при переменном, так и при постоянном токах.

Оборудование может работать при разных режимах. Разберемся, что это – режим TIG сварки. Для сваривания применяются два способа в зависимости от вида тока: переменного или постоянного.

При ТИГ сварке переменным током после розжига роль стабилизирующего элемента, подающего импульсы при замене полярности ТИГ сварки, играет осциллятор. Это гарантирует постоянство горения дуги.

Во время TIG сварки на постоянном токе выделяемое тепло на аноде и катоде неодинаково. Для лучшего нагрева металла используют прямой вид полярности, при котором плюс на детали, а минус – на электроде. Такая полярность TIG сварки подходит для всех сплавов, исключая алюминиевых. Для них требуется сварка на переменном токе, чтобы окись на поверхности удалялась более эффективно.

Работа при постоянном токе обладает следующими преимуществами:

1. Экономичность процесса.
2. Возможность сварки на большой глубине. Шов в результате становится глубоким, но узким.
3. Увеличение скорости процесса.

При режиме TIG сварки на переменном токе смена полюсов происходит автоматически. Режимы выбирают в зависимости от свариваемых металлов.

Сферы применения

Технология ТИГ находит применение в:

• кораблестроении;
• производстве автомобилей и летательных аппаратов;
• получении деталей различных станков и механизмов;
• изготовлении медицинской техники;
• производстве бытового и профессионального электроинструмента.

Эта методика позволяет успешно сваривать изделия из черного металла — чугуна и стали. Можно отлично приваривать, скажем, углеродистые и нержавеющие заготовки. Присадочный материал нет необходимости тщательно отбирать — подойдет практически любой вариант. Наряду с чистым вольфрамовым инструментом, могут использоваться и вольфрамсодержащие конструкции. Чугун приходится предварительно прогревать. Работа с легированными и содержащими много углерода сталями возможна, если они не будут испытывать сильных механических нагрузок, дополнительно требуется защищать металл от чрезмерного нагрева.

ТИГ сварка алюминия постоянным током за последние годы почти вышла из употребления. Сам по себе метод отличается повышенной себестоимостью. Потому его используют главным образом там, где предъявляются высокие требования к самим изделиям и их соединениям. Полноценная работа может быть выполнена лишь в условиях промышленного производства. В условиях частного дома или небольшой мастерской обычно возникают серьезные проблемы.

Методом TIG можно сравнительно неплохо варить и изделия из меди. Такой вариант позволяет получить весьма красивый шов. Обязательно следует учитывать жидкотекучесть медного расплава и повышенную теплопроводность этого металла. Сильный прогрев меди приводит к появлению тугоплавких компонентов, отличающихся повышенной хрупкостью. Создать вертикальные либо потолочные швы невозможно — все из-за той же особой текучести металла.

Режимы

ТИГ оборудование работает с помощью однополярного или переменного тока. Каждый из отдельных режимов ТИГ сварки применяется для разных материалов.

Режим ТИГ сварки

Постоянный ток

Оборудование, работающее на постоянном токе, обладает определёнными преимуществами. К ним относятся:

1. Увеличивается экономичность рабочего процесса.
2. Можно проваривать детали на большую глубину. Шов получается узки, но глубоким.
3. Возрастает скорость сварочного процесса.

Минус подаётся на вольфрамовый электрод, плюс идёт на обрабатываемую деталь. Оборудование, работающее на постоянном токе, подходит для соединения легирующих сталей, нержавейки.

Переменный ток

Оборудование, во время работы которого происходит автоматическая смена минуса и плюса. При увеличении обратной полярности поверхность эффективнее очищается от оксидной пленки.

Приборы (аппараты) для сварки

Для тиг сварки неопытному сварщику больше всего подойдет инверторный аппарат ММА с функцией tig оснащённый осциллятором. На этом инверторе начинающий сможет учиться tig сварке на нержавейке, низколегированной стали и др., которые не требуют большого мастерства от начинающих.

Для работы с алюминием, магнием и др. нужен более серьезный инвертор, который переключается на переменный ток.

Профессиональные инверторы снабжены дополнительными функциями:

• стабилизация дуги;
• модуляция сварочного тока;
• ускоренный поджиг;
• заварка кратера.

Правильно ими пользоваться и настраивать под силу только квалифицированным сварщикам.

Осциллятор

Для бесконтактного поджигания дуги в начале сварки и ее стабильности во время работы, используется высоковольтный высокочастотный генератор – осциллятор. Он может быть как отдельное устройство, так и интегрирован в сварочный аппарат.

С помощью прибора дуга зажигается без соприкосновения электрода с металлом. Это очень удобно для начинающих. В процессе сварки дуга постоянная по отношению к изменяющемуся зазору между электродом и поверхностью металла. В результате работы осциллятора получается равномерный шов.

Неплавящиеся электроды

Температура плавления вольфрама более 3400 градусов, поэтому электрод не сгорает и не плавится под действием высокой температуры. Бывают электроды из чистого вольфрама или с легирующими добавками. Кончики окрашены в различные цвета, в зависимости от предназначения.

Для получения надежного шва и стабилизации дуги, рабочий кончик электрода надо периодически затачивать. При работе с переменным током он должен быть округлым, с постоянным – под конус.

Длина заточки составляет примерно 2-3 диаметра электрода. Для стабильности дуги риски от заточного инструмента должны располагаться вдоль острия, а не поперек. Недопустимо при заточке перегревать электрод, т.к. вольфрам становится более хрупким.

Электроды выбираются в зависимости от токовых режимов сварки.

Диаметр электрода, мм	Толщина металла, мм	Сила тока, А
1,5	1	45 – 55
2	2	80 – 90
3,5	3	120 – 150
5	4	170 – 190

Начинающие чаще всего работают с электродами 1,6 и 2,4 мм в диаметре.

Сварочная горелка

При работе с малыми токами – 50-150А горелка успевает остыть естественным путем – газоохлаждение. Горелка со встроенным в ручку водяным охлаждением, расчитана на рабочий ток 200-600А. Вода циркулирует через весь кабель-канал от аппарата к горелке.

Сборка горелки происходит следующим образом:

• Устанавливаем цангодержатель;
• вставляем в него цангу;
• закручиваем колпачок (не до края) – для предохранения замыканий об массу;
• вставляем неплавящийся электрод;
• на цангу наворачиваем керамическое сопло;
• настраиваем вылет электрода – минимально возможный;
• накрепко затягиваем колпачок.

Электрод вставляется по центру сопла, а по окружности подается аргон.

Рукоятка горелки закреплена к кабель-шлангу статически или посредством гибкой шейки, что позволяет выполнять тонкую и продолжительную работу в любой плоскости. Кнопка на ручке активирует подачу тока на электрод и газа.

Цангдержатели бывают с линзой и без нее. Газовая линза похожа на фильтрующую сетку, которая обеспечивает равномерный поток газа и более широкую зону защиты. Это особенно полезно для работы с нержавейкой и активными металлами. Без газовой линзы можно работать с алюминием и черной сталью. Начинающим лучше учиться на черной стали и не использовать газовую линзу.

Расходные материалы

Сварка неплавящимся электродом не предполагает того, что он не расходуется в процессе. Скажем более, вольфрамовый электрод считается одним из видов расходников, за состоянием которого необходимо постоянно следить. Он действительно на 99 процентов состоит из вольфрама. Этот материал выбран не случайно, так как именно вольфрам имеет высокую температуру плавления. В качестве примесей используются такие компоненты, как тантал, иттрий, торий, лантан. Концентрация присадки обозначается условными цветами: белый, зеленый, синий.

К процедуре настройки относятся работы по заточке электрода. Форма торца стержня влияет на форму дуги, она в разных условиях должна быть различной. При ведении сварки постоянным током необходимо, чтобы дуга напоминала конус. Если ток переменный, то характерно закругление в месте контакта. Поверхность стержня дополнительно полируется.

Еще одним расходным материалом является газ. В сварке ТИГ его роль выполняет аргон. Аргон тяжелее воздуха, поэтому он вытесняет кислород из факела. В некоторых случаях приходится защищать зону горения от водорода. Здесь целесообразнее использовать гелий (самый легкий газ, за исключением водорода).

При ведении гелиевой сварки увеличивается мощность дуги и, как следствие, производительность. Взвесив все факторы, включая себестоимость процесса, гелий применяют только при работе с тугоплавкими металлами. В случае необходимости ведения сложных работ используют смесь, состоящую из аргона и гелия. Доля аргона составляет 40%. Аргон обеспечивает стабильное значение параметров сварки, а гелий позволяет осуществить проплавление металла на большую глубину.

Подготовка к сварке

Приведение в рабочее состояние состоит в том, чтобы собрать все гибкие связи в одно целое с аппаратом:

• закрепляем редуктор с ротаметром на газовом баллоне;
• шланг подключаем к редуктору;
• байонетный разъем горелки вставляем в минусовое гнездо;
• кабель управления присоединяется к соответствующему гнезду на лицевой панели инвертора;
• кабель массы соединяется с плюсовым гнездом на аппарате.

Обычно кабель горелки, газовый шланг и кабель заземления со всеми соединительными частями поставляется вместе со сварочным аппаратом.

Описание технологии выполнения TIG сварки

Чтобы получить качественный шов своими руками при использовании TIG-сварки, необходимо правильно подготовиться. То есть в зависимости от толщины свариваемых деталей корректно подобрать диаметр электрода, силу тока и присадочный пруток. Если что-то из перечисленного будет выбрано неверно, то сварное соединение будет плохим.

Что касается способа поджига дуги, то их существует также несколько. Каждый из них имеет свои особенности, что говорит об уровне сварочного аппарата, который используется для работы. Рассмотрим три основные:

• Чирканье или контактный. Именно так поступают неопытные мастера. После него деформируется кончик электрода и на заготовках остаётся характерный след. Приходиться тратить много времени, чтобы удалить следы.
• Поджиг путем точечного касания или TIG LIFT. Наиболее рациональный способ, применяется в большинстве аппаратах. Дуга поджигается на малом расстоянии от детали или при малейшем касании, что обеспечивается схемой управления работой силовыми модулями в аппарате.
• Третьим методом является бесконтактный, но он реализован далеко не во всех сварочных аппаратах.

Во время сваривания деталей следует держать электрод на расстоянии от заготовок в 3 мм. Если оно будет больше, то велика вероятность наплывов и как результат, потеря прочности шва.

Если свариваются детали из тонкого металла, то их разделка не нужна, но при работе с толстым металлом необходимо обработать кромки и учесть зазор, чтобы расплавленный металл мог его полностью заполнить.

Чтобы выполнить качественную сварку алюминия, чугуна или нержавейки при помощи TIG-сварки, просмотрите видео о процессе работ от мастера. Если не пройти своего рода инструктаж, можно допустить много ошибок. Например, при использовании сплава CuSi для сваривания медных деталей.

Важно при работе со сварочным оборудованием с токами до 180, 200 и более Ампер использовать сварочную маску, перчатки и огнеупорный халат. Конечно, при такой методике образуется намного меньше искр, чем при дуговой. Тогда можно будет лучше сконцентрироваться на процессе работы, и результат получится отличный.

Правила безопасности

При сварке нельзя забывать о правилах безопасности. Необходимо использовать средства защиты для сварщика: маску или щиток, перчатки или краги, специальную одежду и обувь.

Все маски можно разделить на активные и пассивные. Смотровое стекло пассивных масок имеет постоянное затемнение. У активных затемнение происходит только как реакция на световую вспышку от дуги. Преимуществом этого варианта является то, что на время прекращения сварочного процесса стекло становится прозрачным и сварщик хорошо видит объект. Нет необходимости приподнимать стекло, что достаточно удобно.

Основные виды сварочных краг:

1. Брезентовые. Не востребованы, поскольку плохо выполняют основную функцию защиты рук от высокой температуры и искр. При попадании искр легко прожигаются.
2. Спилковые. Изготавливаются из специально обработанной кожи свиней или коров. Устойчивы к летящим искрам. Прочны, эластичны, гигиеничны. Не сковывают движения рук. При наличии внутри хлопчатобумажного слоя сохраняют тепло рук.
3. Войлочные. Удобны для работ при сварке.

Существуют комбинированные модели, в которых использованы разные виды материалов. Сварочные краги бывают длиной до локтя и закрывающие только кисть руки. Наличие возможности стягивания края перчатки обеспечивает дополнительную безопасность.

Костюм для сварщика должен быть изготовлен из материалов высокого качества. Он должен обладать устойчивостью к попаданию брызг расплавленного металла. Требования к костюму сварщика указаны в ГОСТе 12.4.250. Главные части костюма – куртка и брюки. Материал, из которого они сшиты, должен обладать большой теплоустойчивостью. Согласно нормативному материалу куртка должна прикрывать брюки более, чем на 20 см. Застежки закрываются клапанами. Максимальное расстояние между ними на куртке – 15 см.

В правила соблюдения техники безопасности входит электробезопасность. Баллон с аргоном должен быть расположен на расстоянии не менее 5 метров от возможных источников огня. Баллон должен быть поставлен вертикально и быть закреплен во избежания падения. Перед работой необходимо проверять состояние шлангов.

Ошибки при ТИГ сварке

Основная ошибка – быстрое сгорание электрода. Это может произойти из-за неправильной полярности выбранного режима, маленькому расходу газа, плохо подобранному диаметру вольфрамового электрода. Может произойти загрязнение сварочного шва вольфрамом. Причина – попадание электрода в сварочную ванну и начало его плавления там.

Шов плохого качества может получиться при наличии конденсата на металле, неисправности шлага или его неплотного прилегания, недостаточного поступления газа, плохой предварительной очистке поверхности. Нестабильность дуги может образоваться вследствие неправильной полярности, загрязненности электрода, слишком длинного его размера.

К распространенным ошибкам относится изменение цвета шва и появление желтого дыма. Причиной является чересчур быстрое отключение аргона. Отключают газ через 10 секунд после того, как погаснет дуга.

Преимущества и недостатки

Любой технологический процесс обладает сильными и слабыми сторонами. Преимущества аргоновой TIG сварки:

Читайте также:  Как сделать барабан руками в домашних условиях. Электронные барабаны своими руками

1. Благодаря использованию защитного газа шов получается равномерным, без поров, трещин, пустот. Аргон защищает нагреваемую поверхность от оксидной плёнки, образующейся при взаимодействии горячего металла с кислородом.
2. Уменьшаются внутренние напряжения, образующиеся во время сваривания без защитного газа.
3. Металл не разбрызгивается.
4. После сваривания изделия не нуждаются в дополнительной обработке.
5. ТИГ сваркой можно соединять большинство известных металлов, сплавов.
6. Достаточно попробовать поработать оборудованием 2–3 раза, чтобы освоить навык создания качественных, красивых швов.

Недостатки TIG сварки:

1. Используя оборудование на открытом воздухе, нужно закрывать место соединения от ветра. Потоки воздуха сбивают направления движения защитного газа, ухудшают качество шва.
2. Нужно тщательно подготавливать рабочую поверхность.
3. Нельзя выбирать острый угол наклона горелки относительно заготовки. Это осложняет рабочий процесс.
4. На месте, где зажигается электрическая дуга, остаётся отметка, которую нужно будет счистить.

Учитывая недостатки ТИГ оборудования, можно подготовиться к возможным сложностям во время эксплуатации сварки.