Газовая дуговая сварка вольфрамовым электродом ( GTAW , также известная как сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа или TIG , и гелиарговая сварка, когда используется гелий) — это процесс дуговой сварки , в котором для получения сварного шва используется неплавящийся вольфрамовый электрод . Область сварки и электрод защищены от окисления или других атмосферных загрязнений инертным защитным газом ( аргоном или гелием ). Обычно используется присадочный металл , хотя некоторые сварные швы, известные как « автогенные сварные швы » или « сварные швы плавлением », не требуют его. Источник питания для сварки постоянным током вырабатывает электрическую энергию, которая проводится по дуге через столб высокоионизированного газа и паров металла, известный как плазма .
Этот процесс предоставляет оператору больший контроль над сваркой, чем конкурирующие процессы, такие как сварка металлическим электродом в среде защитного газа и газовая дуговая сварка металлическим электродом , что позволяет получать более прочные и качественные сварные швы. Однако сварка TIG сравнительно более сложна и трудна в освоении, и, кроме того, она значительно медленнее большинства других методов сварки.
Сварка TAG была названием, данным в начале 1970-х годов новому и революционному методу сварки стержнями ранее проблемных металлов. Сварка TAG тогда была использованием сварочного аппарата с вольфрамовым наконечником, создающим дугу. Наконечник был центрирован в кожухе, который подавал аргоновый газ вокруг вольфрамового наконечника, чтобы предотвратить окисление и хрупкость состава сварного шва. Сварка TAG использовала стержни из металла, подходящего для материала, который должен был быть сварен постоянно вместе. Стержни могли быть металлом, покрытым маслом, чтобы предотвратить окисление стержня, если это необходимо, или при более сложной сварке металлов стержень покрывался «флюсом», который был не активным флюсом, а методом защиты сварочных стержней от окисления во время хранения (основными примерами этого были стержни для сварки; чистый алюминий, дюралюминий, сплав магния/алюминия и стержни из нержавеющей стали, используемые для ремонта сверхвысококачественной углеродистой стали, как в танках Sherman Второй мировой войны). В настоящее время наиболее распространенным применением сварки TAG является производство высококачественных велосипедов из алюминиевого сплава, эти сварные швы отчетливо видны как рябь на сварном соединении. Помимо производства велосипедов, TAG был превзойден использованием наконечников из вольфрамового сплава и газа аргона в сочетании с другими инертными газами. Сварочные прутки TAG теперь представляют собой узкоспециализированные проектные прутки из металлического сплава или, что более часто, гибкие барабанные машины с «флюсовым» кабелем/проволокой для массового производства. Эти разработки сделали название TAG неспецифичным и оно вышло из употребления, хотя основной революционный процесс остался прежним.
Сварка Meta TIG [ требуется разъяснение ] чаще всего используется для сварки тонких профилей из нержавеющей стали и цветных металлов, таких как алюминиевые , магниевые и медные сплавы.
Схожий процесс, плазменная дуговая сварка , использует немного другую сварочную горелку для создания более сфокусированной сварочной дуги и, как следствие, часто автоматизируется. [1]
После открытия короткой импульсной электрической дуги в 1801 году Хамфри Дэви [2] [3] и непрерывной электрической дуги в 1802 году Василием Петровым [ 3] [4] дуговая сварка развивалась медленно. У CL Coffin была идея сварки в среде инертного газа в 1890 году, но даже в начале 20-го века сварка цветных металлов, таких как алюминий и магний, оставалась сложной, поскольку эти металлы быстро реагировали с воздухом, что приводило к пористым, заполненным шлаком сварным швам. [5] Процессы с использованием покрытых флюсом электродов не обеспечивали удовлетворительной защиты области сварки от загрязнения. Для решения этой проблемы в начале 1930-х годов использовались баллонные инертные газы. Несколько лет спустя в авиационной промышленности появился процесс сварки постоянным током в среде защитного газа для сварки магния. [6]
В начале 1940-х годов Northrop Aircraft разрабатывала экспериментальный самолет из магния под названием XP-56 , для которого Владимир Павлецка , Том Пайпер и Рассел Мередит разработали процесс сварки под названием Heliarc, поскольку он использовал дугу вольфрамового электрода и гелий в качестве защитного газа (конструкция горелки была запатентована Мередитом в 1941 году). [7] Сейчас ее часто называют сваркой вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG), особенно в Европе, но официальный термин Американского общества сварки — газовая дуговая сварка вольфрамовым электродом (GTAW). Linde Air Products разработала широкий спектр горелок с воздушным и водяным охлаждением, газовых линз для улучшения защиты и других аксессуаров, которые увеличили использование этого процесса. Первоначально электрод быстро перегревался, и, несмотря на высокую температуру плавления вольфрама , частицы вольфрама переносились в сварной шов. [6] Для решения этой проблемы полярность электрода была изменена с положительной на отрицательную, но это изменение сделало его непригодным для сварки многих цветных металлов. Наконец, разработка установок переменного тока позволила стабилизировать дугу и производить высококачественные сварные швы алюминия и магния. [6] [8]
Разработки продолжались в течение следующих десятилетий. Linde разработала горелки с водяным охлаждением, которые помогали предотвратить перегрев при сварке с высокими токами. [9] В 1950-х годах, по мере того как процесс продолжал набирать популярность, некоторые пользователи обратились к углекислому газу в качестве альтернативы более дорогим сварочным атмосферам, состоящим из аргона и гелия , но это оказалось неприемлемым для сварки алюминия и магния, поскольку снижало качество сварки, поэтому сегодня его редко используют в GTAW. [10] Использование любого защитного газа, содержащего кислородное соединение, такого как углекислый газ, быстро загрязняет вольфрамовый электрод, делая его непригодным для процесса TIG. [11] В 1953 году был разработан новый процесс, основанный на GTAW, называемый плазменно-дуговой сваркой. Он обеспечивает больший контроль и улучшает качество сварки за счет использования сопла для фокусировки электрической дуги, но в значительной степени ограничивается автоматизированными системами, тогда как GTAW остается в основном ручным, ручным методом. [10] Развитие в рамках процесса GTAW также продолжалось, и на сегодняшний день существует ряд вариаций. Среди наиболее популярных методов — импульсный ток, ручное программирование, сварка горячей проволокой, нанесение мазков и метод GTAW с увеличенным проникновением. [12]
Ручная газовая вольфрамовая дуговая сварка является относительно сложным методом сварки из-за необходимой для сварщика координации. Подобно сварке горелкой, GTAW обычно требует двух рук, поскольку в большинстве случаев сварщику требуется вручную подавать присадочный металл в зону сварки одной рукой, одновременно управляя сварочной горелкой в другой. Также важно поддерживать короткую длину дуги, не допуская контакта между вольфрамовым электродом и заготовкой. [13]
Для зажигания сварочной дуги высокочастотный генератор (похожий на катушку Тесла ) обеспечивает электрическую искру . Эта искра является проводящим путем для сварочного тока через защитный газ и позволяет инициировать дугу, когда электрод и заготовка разделены, как правило, на расстоянии около 1,5–3 мм (0,06–0,12 дюйма) друг от друга. [14]
После зажигания дуги сварщик перемещает горелку по небольшому кругу, чтобы создать сварочную ванну, размер которой зависит от размера электрода и силы тока. Сохраняя постоянное расстояние между электродом и заготовкой, оператор затем немного отводит горелку назад и наклоняет ее назад примерно на 10–15 градусов от вертикали. Присадочный металл добавляется вручную в передний конец сварочной ванны по мере необходимости. [14]
Сварщики часто разрабатывают технику быстрого чередования перемещения горелки вперед (для продвижения сварочной ванны) и добавления присадочного металла. Присадочный пруток извлекается из сварочной ванны каждый раз, когда электрод продвигается вперед, но он всегда находится внутри газового экрана, чтобы предотвратить окисление его поверхности и загрязнение сварного шва. Присадочные прутки, состоящие из металлов с низкой температурой плавления, таких как алюминий, требуют, чтобы оператор поддерживал некоторое расстояние от дуги, оставаясь внутри газового экрана. Если держать присадочный пруток слишком близко к дуге, он может расплавиться до того, как соприкоснется со сварочной ванной. По мере того, как сварка приближается к завершению, ток дуги часто постепенно уменьшается, чтобы позволить кратеру сварки затвердеть и предотвратить образование трещин кратера в конце сварки. [15] [16]
Физика GTAW включает в себя несколько сложных процессов, включая термодинамику, физику плазмы и гидродинамику. Нерасходуемый вольфрамовый электрод может работать как катод или анод и используется для создания электрической дуги между электродом и заготовкой. Для того чтобы изначально создать дугу, область сварки заполняется инертным газом, и высокое напряжение зажигания (обычно 1 кВ на 1 мм) генерируется сварочным аппаратом для преодоления электрического сопротивления атмосферы, окружающей область сварки. После установления дуги напряжение понижается, и ток течет между заготовкой и электродом. Несмотря на высокие температуры этой электрической дуги, основным механизмом передачи тепла в GTAW является джоулев нагрев, возникающий в результате этого протекания тока. [17]
Сварщики носят защитную одежду , включая легкие и тонкие кожаные перчатки и защитные рубашки с длинными рукавами и высокими воротниками, чтобы избежать воздействия сильного ультрафиолетового света . Из-за отсутствия дыма при GTAW свет электрической дуги не покрыт парами и твердыми частицами, как при сварке палкой или дуговой сварке защитным металлом , и, таким образом, он намного ярче, подвергая операторов сильному ультрафиолетовому излучению. Сварочная дуга имеет другой диапазон и силу длин волн ультрафиолетового света от солнечного света, но сварщик находится очень близко к источнику, и интенсивность света очень велика. Потенциальное повреждение дуговым светом включает случайные вспышки в глаза или повреждение глаз и кожи дугой, похожее на сильный солнечный ожог . Операторы носят непрозрачные шлемы с темными линзами для глаз и полностью покрывают голову и шею, чтобы предотвратить это воздействие ультрафиолетового света. Современные шлемы часто оснащены лицевой панелью жидкокристаллического типа, которая сама затемняется при воздействии яркого света зажженной дуги. Прозрачные сварочные шторы, изготовленные из ярко окрашенной поливинилхлоридной пластиковой пленки, часто используются для защиты находящихся поблизости рабочих и прохожих от воздействия ультрафиолетового излучения электрической дуги. [18]
Сварщики также часто подвергаются воздействию опасных газов и твердых частиц . Хотя процесс не производит дыма, яркость дуги в GTAW может расщеплять окружающий воздух с образованием озона и оксидов азота. Озон и оксиды азота реагируют с легочной тканью и влагой, создавая азотную кислоту и озоновый ожог. Уровни озона и оксида азота умеренные, но продолжительность воздействия, повторное воздействие, качество и количество вытяжки дыма и воздухообмен в помещении должны контролироваться. Сварщики, которые не работают безопасно, могут заболеть эмфиземой и отеком легких, что может привести к ранней смерти. Аналогично, тепло от дуги может привести к образованию ядовитых паров из чистящих и обезжиривающих материалов. Операции по очистке с использованием этих средств не следует выполнять вблизи места сварки, и для защиты сварщика необходима надлежащая вентиляция. [18]
В то время как аэрокосмическая промышленность является одним из основных пользователей сварки вольфрамовым электродом в газе, этот процесс используется и в ряде других областей. Многие отрасли промышленности используют GTAW для сварки тонких деталей, особенно цветных металлов. Он широко используется в производстве космических аппаратов, а также часто применяется для сварки тонкостенных труб малого диаметра, таких как те, которые используются в велосипедной промышленности. Кроме того, GTAW часто используется для выполнения корневых или первых проходных сварных швов для трубопроводов различных размеров. При техническом обслуживании и ремонте этот процесс обычно используется для ремонта инструментов и штампов, особенно компонентов, изготовленных из алюминия и магния. [19] Поскольку металл сварного шва не переносится напрямую через электрическую дугу, как большинство процессов сварки открытой дугой, инженеру по сварке доступен широкий ассортимент сварочного присадочного металла. Фактически, ни один другой процесс сварки не позволяет сваривать так много сплавов в стольких конфигурациях продуктов. Сплавы присадочного металла, такие как элементарный алюминий и хром, могут быть потеряны через электрическую дугу из-за улетучивания. Эта потеря не происходит при процессе GTAW. Поскольку полученные сварные швы имеют ту же химическую целостность, что и исходный базовый металл, или более точно соответствуют базовым металлам, сварные швы GTAW обладают высокой устойчивостью к коррозии и растрескиванию в течение длительного времени, что делает GTAW предпочтительным методом сварки для таких критических операций, как герметизация контейнеров с отработанным ядерным топливом перед захоронением. [20]
Газовая вольфрамовая дуговая сварка, поскольку она обеспечивает больший контроль над областью сварки, чем другие сварочные процессы, может производить высококачественные сварные швы, если выполняется опытными операторами. Максимальное качество сварки обеспечивается поддержанием чистоты — все используемое оборудование и материалы должны быть свободны от масла, влаги, грязи и других примесей, поскольку они вызывают пористость сварного шва и, следовательно, снижение прочности и качества сварки. Для удаления масла и смазки можно использовать спирт или аналогичные коммерческие растворители, в то время как щетка из нержавеющей стали или химический процесс могут удалить оксиды с поверхностей металлов, таких как алюминий. Ржавчину на стали можно удалить, сначала обработав поверхность пескоструйной обработкой , а затем используя проволочную щетку для удаления любой вкрапленной крошки. Эти шаги особенно важны, когда используется постоянный ток отрицательной полярности, поскольку такой источник питания не обеспечивает очистки во время процесса сварки, в отличие от постоянного тока положительной полярности или переменного тока. [21] Для поддержания чистоты сварочной ванны во время сварки поток защитного газа должен быть достаточным и постоянным, чтобы газ покрывал сварной шов и блокировал примеси в атмосфере. GTAW в ветреных или сквозняковых условиях увеличивает количество защитного газа, необходимого для защиты сварного шва, что увеличивает стоимость и делает этот процесс непопулярным на открытом воздухе. [22]
Уровень подводимого тепла также влияет на качество сварки. Низкий подвод тепла, вызванный низким сварочным током или высокой скоростью сварки, может ограничить проникновение и привести к тому, что сварной шов оторвется от свариваемой поверхности. Однако, если подводимого тепла слишком много, сварной шов увеличивается в ширину, а вероятность чрезмерного проникновения и разбрызгивания (выброса мелких нежелательных капель расплавленного металла) увеличивается. Кроме того, если сварочная горелка находится слишком далеко от заготовки, защитный газ становится неэффективным, вызывая пористость внутри шва. Это приводит к сварке с точечными отверстиями, которая слабее типичной сварки. [22]
Если величина используемого тока превышает возможности электрода, в сварном шве могут появиться вольфрамовые включения. Это явление известно как разбрызгивание вольфрама, его можно обнаружить с помощью радиографии и предотвратить, изменив тип электрода или увеличив его диаметр. Кроме того, если электрод недостаточно защищен газовым экраном или оператор случайно допускает его контакт с расплавленным металлом, он может загрязниться или стать загрязненным. Это часто приводит к тому, что сварочная дуга становится нестабильной, и для удаления примесей требуется шлифовка электрода алмазным абразивом. [22]
Оборудование, необходимое для дуговой сварки вольфрамовым электродом в газовой среде, включает в себя сварочную горелку с неплавящимся вольфрамовым электродом, источник постоянного тока для сварки и источник защитного газа.
Сварочные горелки GTAW предназначены как для автоматического, так и для ручного режима работы и оснащены системами охлаждения с использованием воздуха или воды. Автоматические и ручные горелки имеют схожую конструкцию, но ручная горелка имеет ручку, в то время как автоматическая горелка обычно поставляется с монтажной стойкой. Угол между центральной линией ручки и центральной линией вольфрамового электрода, известный как угол головки, может изменяться на некоторых ручных горелках в соответствии с предпочтениями оператора. Системы воздушного охлаждения чаще всего используются для операций с низким током (примерно до 200 А ), в то время как водяное охлаждение требуется для сварки с высоким током (примерно до 600 А). Горелки подключаются кабелями к источнику питания и шлангами к источнику защитного газа и, где используется, к источнику воды. [23]
Внутренние металлические части горелки изготовлены из твердых сплавов меди или латуни , чтобы она могла эффективно передавать ток и тепло. Вольфрамовый электрод должен быть надежно закреплен в центре горелки с помощью цанги соответствующего размера , а порты вокруг электрода обеспечивают постоянный поток защитного газа. Цанги имеют размер в соответствии с диаметром вольфрамового электрода, который они удерживают. Корпус горелки изготовлен из термостойкого, изолирующего пластика, покрывающего металлические компоненты, обеспечивая изоляцию от тепла и электричества для защиты сварщика. [23]
Размер сопла сварочной горелки зависит от желаемой площади экранированной области. Размер газового сопла зависит от диаметра электрода, конфигурации соединения и доступности доступа к соединению для сварщика. Внутренний диаметр сопла предпочтительно должен быть не менее трехкратного диаметра электрода, но жестких правил нет. Сварщик оценивает эффективность защиты и увеличивает размер сопла, чтобы увеличить площадь, защищенную внешним газовым экраном, по мере необходимости. Сопло должно быть термостойким и, таким образом, обычно изготавливается из оксида алюминия или керамического материала, но плавленый кварц , стекло высокой чистоты, обеспечивает большую видимость. В сопло могут быть вставлены устройства для специальных применений, такие как газовые линзы или клапаны, чтобы улучшить управление потоком защитного газа для уменьшения турбулентности и попадания загрязненной атмосферы в экранированную область. Ручные переключатели для управления сварочным током могут быть добавлены к ручным горелкам GTAW. [23]
Газовая вольфрамовая дуговая сварка использует источник постоянного тока, что означает, что ток (и, следовательно, тепловой поток ) остается относительно постоянным, даже если расстояние дуги и напряжение изменяются. Это важно, поскольку большинство применений GTAW являются ручными или полуавтоматическими, требующими, чтобы оператор держал горелку. Поддержание достаточно постоянного расстояния дуги затруднено, если вместо этого используется источник постоянного напряжения, поскольку это может вызвать резкие колебания тепла и затруднить сварку. [24]
Предпочтительная полярность системы GTAW во многом зависит от типа свариваемого металла. Постоянный ток с отрицательно заряженным электродом (DCEN) часто используется при сварке сталей , никеля , титана и других металлов. Его также можно использовать при автоматической сварке GTAW алюминия или магния, когда в качестве защитного газа используется гелий. [25] Отрицательно заряженный электрод генерирует тепло, испуская электроны, которые перемещаются по дуге, вызывая термическую ионизацию защитного газа и повышая температуру основного материала. Ионизированный защитный газ течет к электроду, а не к основному материалу, и это может привести к образованию оксидов на поверхности сварного шва. [25] Постоянный ток с положительно заряженным электродом (DCEP) менее распространен и используется в основном для неглубоких швов, поскольку в основном материале выделяется меньше тепла. Вместо того, чтобы течь от электрода к основному материалу, как в DCEN, электроны идут в другом направлении, заставляя электрод достигать очень высоких температур. [25] Чтобы помочь ему сохранить свою форму и предотвратить размягчение, часто используют больший электрод. Когда электроны текут к электроду, ионизированный защитный газ течет обратно к основному материалу, очищая сварной шов, удаляя оксиды и другие примеси и тем самым улучшая его качество и внешний вид. [25]
Переменный ток, обычно используемый при ручной или полуавтоматической сварке алюминия и магния, объединяет два постоянных тока, заставляя электрод и основной материал чередоваться между положительным и отрицательным зарядом. Это заставляет поток электронов постоянно менять направление, предотвращая перегрев вольфрамового электрода, сохраняя при этом тепло в основном материале. [25] Поверхностные оксиды все еще удаляются во время электродно-положительной части цикла, а основной металл нагревается глубже во время электродно-отрицательной части цикла. Некоторые источники питания позволяют операторам использовать несбалансированную волну переменного тока, изменяя точный процент времени, которое ток проводит в каждом состоянии полярности, что дает им больше контроля над количеством тепла и очищающим действием, обеспечиваемым источником питания. [25] Кроме того, операторы должны опасаться выпрямления , при котором дуга не может повторно загореться при переходе от прямой полярности (отрицательный электрод) к обратной полярности (положительный электрод). Чтобы устранить проблему, можно использовать источник питания с квадратной волной , а также высокочастотный источник питания для повышения стабильности дуги. [25]
Электрод, используемый в GTAW, изготавливается из вольфрама или вольфрамового сплава, поскольку вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди чистых металлов — 3422 °C (6192 °F). В результате электрод не расходуется во время сварки, хотя может произойти некоторая эрозия (называемая выгоранием). Электроды могут иметь либо чистую, либо шлифованную отделку — электроды с чистой отделкой были химически очищены, в то время как электроды с шлифованной отделкой были отшлифованы до однородного размера и имеют полированную поверхность, что делает их оптимальными для теплопроводности. Диаметр электрода может варьироваться от 0,5 до 6,4 миллиметра (от 0,02 до 0,25 дюйма), а их длина может варьироваться от 75 до 610 миллиметров (от 3,0 до 24,0 дюйма).
Ряд вольфрамовых сплавов были стандартизированы Международной организацией по стандартизации и Американским обществом сварки в ISO 6848 и AWS A5.12 соответственно для использования в электродах GTAW; их сводка приведена в таблице рядом.
Присадочные металлы также используются почти во всех применениях GTAW, за исключением сварки тонких материалов. Присадочные металлы доступны с различными диаметрами и изготавливаются из различных материалов. В большинстве случаев присадочный металл в форме стержня добавляется в сварочную ванну вручную, но некоторые применения требуют автоматической подачи присадочного металла, который часто хранится на катушках или рулонах. [30]
Как и в других процессах сварки, таких как газовая дуговая сварка металлическим электродом, защитные газы необходимы в GTAW для защиты зоны сварки от атмосферных газов, таких как азот и кислород , которые могут вызывать дефекты сплавления, пористость и охрупчивание металла сварного шва при контакте с электродом, дугой или металлом сварки. Газ также переносит тепло от вольфрамового электрода к металлу, и он помогает зажечь и поддерживать стабильную дугу. [31]
Выбор защитного газа зависит от нескольких факторов, включая тип свариваемого материала, конструкцию соединения и желаемый конечный внешний вид шва. Аргон является наиболее часто используемым защитным газом для GTAW, поскольку он помогает предотвратить дефекты из-за переменной длины дуги. При использовании с переменным током защита аргоном обеспечивает высокое качество сварки и хороший внешний вид. Другой распространенный защитный газ, гелий, чаще всего используется для увеличения провара сварного шва в соединении, увеличения скорости сварки и сварки металлов с высокой теплопроводностью, таких как медь и алюминий. Существенным недостатком является сложность зажигания дуги гелием и снижение качества сварки, связанное с переменной длиной дуги. [31]
Смеси аргона и гелия также часто используются в GTAW, поскольку они могут улучшить контроль над подводимым теплом, сохраняя при этом преимущества использования аргона. Обычно смеси изготавливаются в основном из гелия (часто около 75% или выше) и остатка аргона. Эти смеси увеличивают скорость и качество сварки алюминия переменным током, а также облегчают зажигание дуги. Другая защитная газовая смесь, аргон- водород , используется при механизированной сварке тонкой нержавеющей стали, но поскольку водород может вызывать пористость, ее применение ограничено. [31] Аналогично, азот иногда можно добавлять в аргон, чтобы помочь стабилизировать аустенит в аустенитных нержавеющих сталях и увеличить проплавление при сварке меди. Однако из-за проблем с пористостью в ферритных сталях и ограниченных преимуществ он не является популярной добавкой защитного газа. [32]
Газовая дуговая сварка вольфрамовым электродом чаще всего используется для сварки нержавеющей стали и цветных металлов, таких как алюминий и магний, но ее можно применять практически ко всем металлам, за исключением цинка и его сплавов. Ее применение с углеродистыми сталями ограничено не из-за ограничений процесса, а из-за существования более экономичных методов сварки стали, таких как газовая дуговая сварка металлическим электродом и дуговая сварка металлическим электродом в защитной среде. Кроме того, GTAW можно выполнять в различных положениях, отличных от плоских, в зависимости от навыков сварщика и свариваемых материалов. [33]
Алюминий и магний чаще всего сваривают с использованием переменного тока, но возможно использование и постоянного тока, [34] в зависимости от желаемых свойств. Перед сваркой рабочая зона должна быть очищена и может быть предварительно нагрета до 175–200 °C (347–392 °F) для алюминия или максимум до 150 °C (302 °F) для толстых магниевых заготовок для улучшения проникновения и увеличения скорости перемещения. [35] Переменный ток может обеспечить эффект самоочищения, удаляя тонкий, тугоплавкий слой оксида алюминия, который образуется на алюминии в течение нескольких минут после контакта с воздухом. Этот слой оксида должен быть удален для осуществления сварки. [35] При использовании переменного тока чистые вольфрамовые электроды или цирконированные вольфрамовые электроды предпочтительнее торированных электродов, так как последние с большей вероятностью «выплевывают» частицы электрода через сварочную дугу в сварной шов. Предпочтительны тупые наконечники электродов, а для тонких заготовок следует использовать чистый аргон в качестве защитного газа. Введение гелия обеспечивает лучшее проникновение в более толстые заготовки, но может затруднить зажигание дуги. [35]
Постоянный ток любой полярности, положительной или отрицательной, может использоваться для сварки алюминия и магния. Постоянный ток с отрицательно заряженным электродом (DCEN) обеспечивает высокую проницаемость. [35] Аргон обычно используется в качестве защитного газа для сварки алюминия методом DCEN. Защитные газы с высоким содержанием гелия часто используются для более высокой проницаемости в более толстых материалах. Торированные электроды подходят для использования при сварке алюминия методом DCEN. Постоянный ток с положительно заряженным электродом (DCEP) используется в основном для неглубоких швов, особенно с толщиной шва менее 1,6 мм (0,063 дюйма). Обычно используется торированный вольфрамовый электрод вместе с чистым аргоном в качестве защитного газа. [35]
Для GTAW углеродистых и нержавеющих сталей выбор присадочного материала важен для предотвращения чрезмерной пористости. Оксиды на присадочном материале и заготовках должны быть удалены перед сваркой, чтобы предотвратить загрязнение, и непосредственно перед сваркой следует использовать спирт или ацетон для очистки поверхности. [36] Предварительный нагрев, как правило, не требуется для мягких сталей толщиной менее одного дюйма, но низколегированные стали могут потребовать предварительного нагрева, чтобы замедлить процесс охлаждения и предотвратить образование мартенсита в зоне термического влияния . Инструментальные стали также должны быть предварительно нагреты, чтобы предотвратить растрескивание в зоне термического влияния. Аустенитные нержавеющие стали не требуют предварительного нагрева, но мартенситные и ферритные хромистые нержавеющие стали требуют. Обычно используется источник питания DCEN, и рекомендуются торированные электроды, сужающиеся к острой точке. Чистый аргон используется для тонких заготовок, но гелий может быть введен по мере увеличения толщины. [36]
Сварка разнородных металлов часто создает новые трудности для сварки GTAW, поскольку большинство материалов нелегко сплавляются, образуя прочную связь. Однако сварка разнородных материалов имеет многочисленные применения в производстве, ремонтных работах и предотвращении коррозии и окисления . [37] В некоторых соединениях выбирается совместимый присадочный металл, который помогает сформировать связь, и этот присадочный металл может быть тем же самым, что и один из основных материалов (например, использование присадочного металла из нержавеющей стали с нержавеющей сталью и углеродистой сталью в качестве основных материалов), или другим металлом (например, использование присадочного металла из никеля для соединения стали и чугуна ). Очень разные материалы могут быть покрыты или «смазаны» материалом, совместимым с определенным присадочным металлом, а затем сварены. Кроме того, GTAW может использоваться для плакирования или наплавки разнородных материалов. [37]
При сварке разнородных металлов соединение должно иметь точную посадку с надлежащими размерами зазоров и углами скоса. Следует проявлять осторожность, чтобы избежать чрезмерного расплавления основного материала. Импульсный ток особенно полезен для этих применений, так как он помогает ограничить поступление тепла. Присадочный металл следует добавлять быстро, и следует избегать большой сварочной ванны, чтобы предотвратить разбавление основных материалов. [37]
В режиме импульсного тока сварочный ток быстро переключается между двумя уровнями. Состояние с более высоким током известно как импульсный ток, в то время как уровень с более низким током называется фоновым током. В течение периода импульсного тока область сварки нагревается и происходит сплавление. После снижения до фонового тока область сварки может остыть и затвердеть. Импульсный ток GTAW имеет ряд преимуществ, включая более низкий подвод тепла и, следовательно, уменьшение искажений и коробления тонких заготовок. Кроме того, он позволяет лучше контролировать сварочную ванну и может увеличить проплавление, скорость сварки и качество. Похожий метод, программируемый вручную GTAW, позволяет оператору программировать определенную скорость и величину изменений тока, что делает его полезным для специализированных применений. [38]
Вариант с dabber используется для точного размещения сварного металла на тонких кромках. Автоматический процесс воспроизводит движения ручной сварки, подавая холодную или горячую присадочную проволоку в зону сварки и вдавливая (или колеблясь) ее в сварочную дугу. Его можно использовать в сочетании с импульсным током, и он используется для сварки различных сплавов, включая титан, никель и инструментальные стали. Обычные области применения включают восстановление уплотнений в реактивных двигателях и наращивание пильных полотен, фрез , сверл и лезвий газонокосилок. [39]
