Spawanie łukowe w osłonie gazów GTA

Spawanie łukowe elektrodą nietopliwą w osłonie gazów GTA znane również jako spawanie metodą TIG (ang. tungsten inert gas) polega na otrzymaniu złącza spawanego poprzez stopienie brzegów łączonych materiałów i materiału dodatkowego ciepłem łuku elektrycznego jarzącego się po między nietopliwą elektrodą wolframową a spawanym materiałem w osłonie gazów osłonowych .

 

Metoda spawania TIG - schemat
Rys. 1: Schemat spawania metodą TIG

 

Spawanie odbywa się w lewo prądem stałym lub przemiennym we wszystkich pozycjach.

 

Zastosowanie:

  • Stale wysokostopowe
  • Stale specjalne
  • Stopy niklu
  • Stopy aluminium
  • Stopy magnezu
  • Stopy tytanu
  • Stale żaroodporne

Spawanie jednowarstwowe odbywa się przeważnie do grubości max.4[mm], natomiast spawanie wielowarstwowe odbywa się w zakresie 4-10[mm], gdyż powyżej tej grubości spawanie TIG staje się nieekonomiczne.

 

Parametry spawania TIG

Do parametrów spawania metodą TIG zaliczamy:

  • Rodzaj i natężenie prądu spawania
  • Napięcie łuku
  • Prędkość spawania
  • Rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego
  • Rodzaj materiału i średnica elektrody wolframowej
  • Średnica materiału dodatkowego

Głównym parametrem w spawaniu metodą TIG jest rodzaj i natężenie prądu spawania. W zależności od biegunowości prądu stałego, rodzaj wtopienia będzie miał inne parametry. Dla prądu stałego z biegunowością dodatnią (+), uzyskujemy czyszczenie katodowe w przypadku spawania dużymi średnicami elektrod stopy aluminium i magnezu, gdyż prąd ten charakteryzuje się płytkim i bardzo szerokim wtopieniem. Natomiast dla prądu stałego z biegunowością ujemną (-) w osłonie argonu i helu średnica elektrody powinna być mała, ponieważ prąd ten charakteryzuje się głębokim wtopieniem ale warstwa tlenków pozostaje nie usunięta.

 

Czynnikami decydującymi o doborze rodzaju prądu spawania jest usuwanie warstewki tlenu i sprawność energii łuku.

Prąd przemienny pogarsza stabilność łuku i pojawia się zjawisko prostowania się łuku.

Krótkie podsumowanie zostało przedstawione na diagramie poniżej:

 

Diagram natężenia prądu podczas spawania metodą TIG
Diagram 1 Natężenie prądu - cechy

 

Jako gazy osłonowe przeważnie stosuje się argon do spawania ręcznego, który posiada stabilny łuk oraz hel do spawania zautomatyzowanego stosowany do  grubszych blach, łuk elektryczny posiada wyższe napięcie i dużą moc cieplną.

Wzrost natężenia prądu spawania powoduje głębsze wtopienie, większą szerokość spoiny oraz zwiększenie prędkości spawania . Zbyt duże natężenie prądu spawania może doprowadzić do nadtopienia końca elektrody wolframowej co spowoduje pojawienie się niebezpieczeństwa wtrąceń niemetalicznych w spoinie.

 

Nastęnym parametrem jest napięcie łuku, które w zależności od rodzaju gazu ochronnego decyduje o długości łuku i kształcie spoiny. Jest również uzależnione od natężenia prądu oraz rodzaju materiału elektrody. Wzrost napięcia łuku decyduje o szerokości lica spoiny, ale zmniejsza się za to głębokość wtopienia.

 

Prędkość spawania wpływa na głębokość przetopienia i szerokość lica spoiny. Prędkością spawania można regulować wielkość i rozkład naprężeń i odkształceń spawalniczych jak również przemian strukturalnych.

 

Gazy ochronne mają odpowiednie funkcje w procesie spawania. Gazy ochronne tj. argon (Ar) i hel (He) mają za zadanie osłonić elektrodę nietopliwą i jeziorko spawalnicze przed dostępem zanieczyszczeń z atmosfery, decydują o energii liniowej spawania, kształcie spoiny i składzie chemicznym stopiwa.

 

Do podstawowych własności fizycznych gazów ochronnych zaliczamy:

  • Potencjał jonizacji - decyduje o łatwiejszym zajarzaniu łuku, przewodzeniu prądu przez łuk i napięciu łuku.
  • Przewodnictwo cieplne - ma wpływ na kształt ściegu spoiny.
  • Ciężar właściwy - wpływa znacząco na stopień ochrony jeziorka spawalniczego.
  • Punkt rosy - czym niższy (czyli posiada w sobie mniej wody) tym mniejsze niebezpieczeństwo tworzenia się pęcherzy gazowych w spoinie.
  • Dysocjacja i rekombinacja  gazu

Materiał dodatkowy może mieć postać drutu, pałeczki, taśmy lub wkładki stapianej bezpośrednio w złączu o średnicy 0,5-9,5[mm] i długości 500-1000[mm] dla spawania ręcznego i średnicy 0,8-3,2[mm] dostarczanego w kręgach.

Do metali nie wykorzystywanych do spawania metodą TIG zaliczamy metale takie jak kadm, cyna i cynk. Są to metale, które w stanie ciekłym mają tendencję do parowania.

 

Spawanie różnych materiałów

Żeliwo

Metodą TIG można prowadzić spawanie naprawcze  uszkodzonych konstrukcji żeliwnych.
Spawanie takie odbywa się prądem stałym lub przemiennym biegunowością ujemną. Materiałem dodatkowym mogą być materiały na osnowie niklu lub ze stali austenitycznych. W celu uniknięcia pęknięć zaleca się podgrzewanie wstępne i obróbkę cieplną po spawaniu.

 

Stale węglowe i niskostopowe

Spawanie tych stali odbywa się za pomocą gazu ochronnego jakim jest argon, prądem stałym z biegunowością ujemną. Dobrze spawalne są cienkie blachy  i ściegi graniowe wielowarstwowych złączy doczołowych spawanych jednostronnie.

 

Stale odporne na korozje

Do spawania tych stali stosuje się argon jako gaz ochronny do cienkich blach. Dla większych grubości zalecane są mieszanki helu z argonem lub czystego helu. Stosuje się elektrody wolframowe z dodatkiem toru.

 

Aluminium i stopy aluminium

Tego typu materiały spawa się prądem stałym z:

  • biegunowością ujemną jeśli są to złącza grube (brak czyszczenia katodowego),
  • biegunowością dodatnią - złącza o bardzo małej grubości (czyszczenie katodowe).

Stosuje się również prąd przemienny dla złącza o małej i średniej grubości, który łączy w sobie spawanie prądem stałym z biegunowością ujemną i dodatnia.

 

Miedź i stopy miedzi

Spawanie miedzi i jej stopów odbywa się prądem stałym z biegunowością ujemną. Stosuje się tutaj argon jako gaz ochronny.

 

 

 

 

Literatura:

[1]Instytut Spawalnictwa -Technologia spawania i napawania stali, staliwa i żeliwa, 1996,

[2] Andrzej Klimpel – Technologia spawaniai cięcie metali,1997

[3] Poradnik Inżyniera Spawalnictwo tom 1 i 2, 2003