Газовая вольфрамовая дуговая сварка - Gas tungsten arc welding

Демонстрация сварки GTAW "TIG".

Газовая вольфрамовая дуговая сварка (GTAW), также известен как вольфрам инертный газ (TIG) сварка, является дуговая сварка процесс, в котором используются нерасходуемые вольфрам электрод производить сваривать. Зона сварки и электрод защищены от окисления или других атмосферных загрязнений с помощью инертный защитный газ (аргон или гелий ). А присадочный металл обычно используется, хотя некоторые сварные швы, известные как автогенные швы, или сварные швы плавлением не требуют этого. Когда используется гелий, это известно как гелиарная сварка. А постоянный ток источник питания для сварки производит электрическую энергию, которая проходит через дугу через столб высокоионизированного газа и паров металлов, известный как плазма. GTAW чаще всего используется для сварки тонких секций нержавеющая сталь и Цветные металлы такие как алюминий, магний, и медь сплавы. Этот процесс предоставляет оператору больший контроль над сварным швом, чем конкурирующие процессы, такие как дуговая сварка в среде защитного металла и газовая дуговая сварка, что позволяет получать более прочные и качественные сварные швы. Однако GTAW сравнительно сложнее и труднее в освоении, и, кроме того, она значительно медленнее, чем большинство других методов сварки. Связанный процесс, плазменная сварка, использует немного другую сварочную горелку для создания более сфокусированной сварочной дуги и, как следствие, часто автоматизируется.[1]

Развитие

После открытия короткоимпульсного электрическая дуга в 1800 г. Хэмфри Дэви[2][3] и непрерывной электрической дуги в 1802 г. Василий Петров,[3][4] Дуговая сварка развивалась медленно. К. Л. Гроб была идея сварки в атмосфере инертного газа в 1890 году, но даже в начале 20 века сварка цветных металлов, таких как алюминий и магний, оставалась сложной, потому что эти металлы быстро реагируют с воздухом, что приводит к образованию пористых окалина -наполненные швы.[5] Процессы с использованием покрытых флюсом электродов не обеспечивали удовлетворительной защиты зоны сварки от загрязнения. Для решения проблемы в начале 30-х годов прошлого века использовались баллонные инертные газы. Несколько лет спустя постоянный ток В авиастроении появился способ сварки магнием в среде защитных газов.[6]

Рассел Мередит из Northrop Aircraft усовершенствовал процесс в 1941 году.[7] Мередит назвал процесс Heliarc, потому что в нем использовалась дуга с вольфрамовым электродом и гелий в качестве защитного газа, но его часто называют сваркой вольфрамовым электродом в инертном газе (TIG). Официальный термин Американского общества сварщиков - дуговая сварка вольфрамовым электродом в газовой среде (GTAW). Продукция Linde Air разработала широкий ассортимент горелок с воздушным и водяным охлаждением, газовые линзы для улучшения защиты и другие аксессуары, которые увеличили использование процесса. Первоначально электрод быстро перегревался и, несмотря на высокое содержание вольфрама температура плавления, частицы вольфрама переносились на сварной шов.[6] Чтобы решить эту проблему, полярность электрода была изменена с положительной на отрицательную, но это изменение сделало его непригодным для сварки многих цветных металлов. Наконец, развитие переменный ток установки позволили стабилизировать дугу и производить высококачественные алюминиевые и магниевые швы.[6][8]

Развитие продолжалось в течение следующих десятилетий. Linde разработала горелки с водяным охлаждением, которые помогли предотвратить перегрев при сварке на больших токах.[9] В 1950-х годах, когда этот процесс продолжал набирать популярность, некоторые пользователи обратились к углекислый газ как альтернатива более дорогой сварочной атмосфере, состоящей из аргона и гелий, но это оказалось неприемлемым для сварки алюминия и магния, потому что это ухудшило качество сварки, поэтому сегодня он редко используется с GTAW.[10] Использование любого защитного газа, содержащего кислородное соединение, такое как диоксид углерода, быстро загрязняет вольфрамовый электрод, что делает его непригодным для процесса TIG.[11]В 1953 году был разработан новый процесс на основе GTAW, названный плазменной 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] Разработка в рамках процесса GTAW также продолжалась, и сегодня существует ряд вариаций. К наиболее популярным относятся методы импульсного тока, ручного программирования, сварки горячей проволокой, даббера и методы GTAW с увеличенным проникновением.[12]

Операция

Площадь сварного шва GTAW

Ручная дуговая сварка вольфрамовым электродом вольфрамовым электродом является относительно сложным методом сварки из-за согласованности действий сварщика. Подобно сварке горелкой, GTAW обычно требует двух рук, поскольку в большинстве случаев сварщик должен вручную подавать присадочный металл в область сварного шва одной рукой, а другой манипулировать сварочной горелкой. Также важно поддерживать короткую длину дуги, предотвращая при этом контакт между электродом и заготовкой.[13]

Для зажигания сварочной дуги используется высокочастотный генератор (аналогичный Катушка Тесла ) обеспечивает электрическая искра. Эта искра является проводящим путем для сварочного тока через защитный газ и позволяет зажигать дугу, когда электрод и деталь разделены, как правило, на расстоянии 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. Поддерживая постоянное расстояние между электродом и заготовкой, оператор затем немного отодвигает резак назад и наклоняет его назад примерно на 10–15 градусов от вертикали. Присадочный металл добавляется вручную в переднюю часть сварочной ванны по мере необходимости.[14]

Сварщики часто разрабатывают технику быстрого переключения между перемещением горелки вперед (для продвижения сварочной ванны) и добавлением присадочного металла. Присадочный стержень вынимается из сварочной ванны каждый раз при продвижении электрода, но он всегда остается внутри газовой защиты, чтобы предотвратить окисление его поверхности и загрязнение сварного шва. Присадочные стержни, состоящие из металлов с низкой температурой плавления, таких как алюминий, требуют, чтобы оператор держался на некотором расстоянии от дуги, оставаясь внутри газовой защиты. Если поднести присадочный стержень слишком близко к дуге, он может расплавиться до того, как коснется сварочной ванны. По мере того как сварка приближается к завершению, ток дуги часто постепенно уменьшается, чтобы позволить кратеру сварного шва затвердеть и предотвратить образование кратерных трещин в конце сварного шва.[15][16]

Безопасность

Сварщики носить защитная одежда, в том числе легкие и тонкие кожа перчатки и защитные рубашки с длинными рукавами и высокими воротниками, чтобы избежать воздействия сильных ультрафиолетовое излучение. Из-за меньшего количества дыма при GTAW свет электрической дуги не покрывается дымом и твердыми частицами, как при сварке штучной сваркой или дуговая сварка в среде защитного металла, и, следовательно, намного ярче, подвергая операторов воздействию сильного ультрафиолетового света. Сварочная дуга имеет другой диапазон и силу длин волн УФ-излучения от солнечного света, но сварщик находится очень близко к источнику, а интенсивность света очень сильная. Возможное повреждение дуговым светом включает случайные вспышки в глаза или дуга глаз и повреждение кожи, подобное сильному солнечный ожог. Операторы носят непрозрачные шлемы с темными линзами для глаз и полностью закрывают голову и шею, чтобы предотвратить воздействие УФ-излучения. Современные шлемы часто имеют жидкокристаллический Лицевая панель самозатемняется под воздействием яркого света зажженной дуги. Прозрачные сварочные завесы, обычно из желтого или оранжевого цвета. поливинил хлорид пластиковая пленка часто используется для защиты ближайших рабочих и посторонних от воздействия ультрафиолетового излучения электрической дуги.[17]

Сварщики также часто подвергаются воздействию опасных газов и частицы дело. Несмотря на то, что процесс не производит столько дыма, все же существуют риски, связанные с дымом для GTAW, особенно с нержавеющей сталью, содержащей хром. Для сварщиков невероятно важно знать о рисках сварки легированных металлов, а для сварщиков и работодателей - знать о респираторах и технологиях с принудительной подачей воздуха, которые можно использовать вместе со сварочным шлемом. В настоящее время промышленность больше сосредоточена на рисках для здоровья, связанных с загрязнением металла, например обезжиривающими и чистящими средствами, а не на опасностях самих легированных металлов. Легированные металлы могут содержать, помимо хрома, большое количество мышьяка и свинца.

Кроме того, яркость дуги в GTAW может разрушать окружающий воздух с образованием озон и оксиды азота. Озон и оксиды азота вступают в реакцию с легочной тканью и влагой, вызывая ожог азотной кислотой и озоном. Уровни озона и оксида азота умеренные, но необходимо контролировать продолжительность воздействия, многократное воздействие, а также качество и количество вытяжки дыма, а также изменение воздуха в помещении. Сварщики, которые не работают безопасно, могут заразиться эмфиземой и отеком легких, что может привести к преждевременной смерти. Точно так же тепло от дуги может вызвать образование ядовитых паров от чистящих и обезжиривающих материалов. Операции по очистке с использованием этих средств не следует проводить вблизи места сварки, а для защиты сварщика необходима соответствующая вентиляция.[17]

Приложения

Хотя аэрокосмическая промышленность является одним из основных пользователей дуговой сварки вольфрамовым электродом в газе, этот процесс используется в ряде других областей. Многие отрасли промышленности используют GTAW для сварки тонких заготовок, особенно цветных металлов. Он широко используется в производстве космических аппаратов, а также часто применяется для сварки тонкостенных труб малого диаметра, например, используемых в велосипедной промышленности. Кроме того, GTAW часто используется для выполнения корневых швов или сварных швов первого прохода трубопроводов различных размеров. При техническом обслуживании и ремонте этот процесс обычно используется для ремонта инструментов и штампов, особенно компонентов из алюминия и магния.[18] Поскольку сварочный металл не переносится непосредственно через электрическую дугу, как в большинстве процессов открытой дуговой сварки, инженеру-сварщику доступен широкий ассортимент сварочного присадочного металла. Фактически, ни один другой процесс сварки не позволяет сваривать такое количество сплавов в таком количестве конфигураций продукта. Сплавы присадочных металлов, такие как элементарный алюминий и хром, могут быть потеряны в результате испарения электрической дуги. Эта потеря не происходит в процессе GTAW. Поскольку полученные сварные швы имеют такую ​​же химическую целостность, что и исходный основной металл, или более точно соответствуют основным металлам, сварные швы GTAW обладают высокой устойчивостью к коррозии и растрескиванию в течение длительных периодов времени, что делает процедуру сварки GTAW предпочтительной для таких критических операций, как герметизация отработанное ядерное топливо канистры перед захоронением.[19]

Качественный

Угловой шов GTAW

Газовая вольфрамовая дуговая сварка, поскольку она обеспечивает больший контроль над площадью сварного шва, чем другие сварочные процессы, может обеспечить высококачественные сварные швы при выполнении квалифицированными операторами. Максимальное качество сварки обеспечивается поддержанием чистоты - все используемое оборудование и материалы не должны содержать масла, влаги, грязи и других загрязнений, поскольку они вызывают пористость сварного шва и, как следствие, снижение прочности и качества сварного шва. Для удаления масла и жира можно использовать спирт или аналогичные коммерческие растворители, в то время как проволочная щетка из нержавеющей стали или химический процесс могут удалить оксиды с поверхностей металлов, таких как алюминий. Ржавчину на стали можно удалить сначала пескоструйная обработка поверхность, а затем с помощью металлической щетки удалите въевшуюся песчинку. Эти этапы особенно важны при использовании постоянного тока отрицательной полярности, поскольку такой источник питания не обеспечивает очистки во время процесса сварки, в отличие от постоянного или переменного тока положительной полярности.[20] Чтобы поддерживать чистоту сварочной ванны во время сварки, поток защитного газа должен быть достаточным и постоянным, чтобы газ покрыл сварной шов и блокировал загрязнения в атмосфере. GTAW в ветреной или сквозняковой среде увеличивает количество защитного газа, необходимого для защиты сварного шва, увеличивая стоимость и делая процесс непопулярным на открытом воздухе.[21]

Уровень тепловложения также влияет на качество сварки. Низкое тепловложение, вызванное низким сварочным током или высокой скоростью сварки, может ограничить проплавление и привести к отрыву сварного шва от свариваемой поверхности. Однако при слишком большом подводе тепла ширина сварного шва увеличивается, а вероятность чрезмерного проплавления и разбрызгивания увеличивается. Кроме того, если сварочная горелка находится слишком далеко от детали, защитный газ становится неэффективным, вызывая пористость в сварном шве. В результате получается сварной шов с точечными отверстиями, который слабее обычного сварного шва.[21]

Если величина используемого тока превышает возможности электрода, в сварном шве могут образоваться включения вольфрама. Это явление известно как плевание вольфрамом. рентгенография и этого можно избежать, изменив тип электрода или увеличив диаметр электрода. Кроме того, если электрод плохо защищен газовой защитой или оператор случайно позволяет ему контактировать с расплавленным металлом, он может стать грязным или загрязненным. Это часто приводит к тому, что сварочная дуга становится нестабильной, что требует шлифования электрода алмазным абразивом для удаления примесей.[21]

Оборудование

Горелка GTAW с различными электродами, чашками, цангами и газовыми диффузорами
Горелка GTAW в разобранном виде

Оборудование, необходимое для операции газовой вольфрамовой дуговой сварки, включает сварочную горелку, в которой используется неплавящийся вольфрамовый электрод, источник питания для сварки постоянным током и источник защитного газа.

Сварочная горелка

Горелки для сварки GTAW предназначены для автоматического или ручного управления и оснащены системами охлаждения с использованием воздуха или воды. Автоматические и ручные резаки похожи по конструкции, но ручной резак имеет ручку, а автоматический резак обычно поставляется с монтажной стойкой. Угол между средней линией рукоятки и средней линией вольфрамового электрода, известный как угол головки, может быть изменен на некоторых ручных горелках в соответствии с предпочтениями оператора. Системы воздушного охлаждения чаще всего используются для слаботочных операций (примерно до 200А ), а для сильноточной сварки требуется водяное охлаждение (примерно до 600 А). Горелки подключаются кабелями к источнику питания и шлангами к источнику защитного газа и, если используется, к водопроводу.[22]

Внутренние металлические части горелки изготовлены из твердых сплавов меди или меди. латунь поэтому он может эффективно передавать ток и тепло. Вольфрамовый электрод необходимо надежно удерживать в центре горелки с помощью подходящего размера цанга, а отверстия вокруг электрода обеспечивают постоянный поток защитного газа. Размер цанговых патронов зависит от диаметра вольфрамового электрода, который они удерживают. Корпус горелки изготовлен из термостойкого изоляционного пластика, покрывающего металлические компоненты, обеспечивающего изоляцию от тепла и электричества для защиты сварщика.[22]

Размер сопла сварочной горелки зависит от желаемой площади экранирования. Размер газового сопла зависит от диаметра электрода, конфигурации стыка и доступности доступа сварщика к стыку. Внутренний диаметр сопла предпочтительно как минимум в три раза больше диаметра электрода, но жестких правил здесь нет. Сварщик оценивает эффективность защиты и увеличивает размер сопла для увеличения площади, защищаемой внешней газовой защитой, по мере необходимости. Сопло должно быть термостойким и поэтому обычно изготавливается из глинозем или керамический материал, но плавленый кварц, стекло высокой чистоты, обеспечивает лучшую видимость. В сопло могут быть вставлены устройства для специальных применений, таких как газовые линзы или клапаны, для улучшения управления потоком защитного газа с целью уменьшения турбулентности и попадания загрязненной атмосферы в защищенную зону. Ручные переключатели для управления сварочным током могут быть добавлены к ручным горелкам GTAW.[22]

Источник питания

При газовой вольфрамовой дуговой сварке используется источник постоянного тока, что означает, что ток (и, следовательно, Тепловой поток ) остается относительно постоянным, даже если расстояние дуги и напряжение изменяются. Это важно, потому что большинство применений GTAW являются ручными или полуавтоматическими, поэтому резак должен держать оператор. Если вместо него используется источник постоянного напряжения, трудно поддерживать достаточно устойчивое расстояние дуги, поскольку это может вызвать резкие колебания температуры и затруднить сварку.[23]

Источник питания GTAW

Предпочтительная полярность системы GTAW во многом зависит от типа свариваемого металла. При сварке часто используется постоянный ток с отрицательно заряженным электродом (DCEN). стали, никель, титан, и другие металлы. Его также можно использовать в автоматической GTAW для алюминия или магния, когда гелий используется в качестве защитного газа.[24] Отрицательно заряженный электрод генерирует тепло, испуская электроны, которые проходят через дугу, 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.[24] Постоянный ток с положительно заряженным электродом (DCEP) встречается реже и используется в основном для неглубоких сварных швов, поскольку в основном материале генерируется меньше тепла. Вместо того, чтобы течь от электрода к основному материалу, как в DCEN, электроны идут в другом направлении, заставляя электрод нагреваться до очень высоких температур.[24] Чтобы помочь ему сохранить форму и предотвратить размягчение, часто используют электрод большего размера. По мере того, как электроны движутся к электроду, ионизированный защитный газ течет обратно к основному материалу, очищая сварной шов путем удаления оксидов и других примесей и тем самым улучшая его качество и внешний вид.[24]

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 тепло в основном материале.[24] Поверхностные оксиды все еще удаляются во время положительной электродной части цикла, а основной металл нагревается более глубоко во время отрицательной электродной части цикла. Некоторые источники питания позволяют операторам использовать несимметричную волну переменного тока, изменяя точный процент времени, в течение которого ток проходит в каждом состоянии полярности, что дает им больше контроля над количеством тепла и очищающим действием, обеспечиваемым источником питания.[24] Кроме того, операторы должны опасаться исправление, при котором дуга не зажигается повторно при переходе от прямой полярности (отрицательный электрод) к обратной полярности (положительный электрод). Чтобы устранить проблему, прямоугольная волна может использоваться источник питания, а также высокочастотный для обеспечения стабильности дуги.[24]

Электрод

ISO
Класс		ISO
цвет		AWS
Класс		AWS
цвет		Сплав[25]
WPЗеленыйEWPЗеленыйНикто
WC20СерыйEWCe-2оранжевый~2% Исполнительный директор2
WL10ЧерныйEWLa-1Черный~1% Ла2О3
WL15ЗолотоEWLa-1.5Золото~ 1,5% La2О3
WL20Голубое небоEWLa-2Синий~ 2% La2О3
WT10ЖелтыйEWTh-1Желтый~1% ThO2
WT20КрасныйEWTh-2Красный~ 2% ThO2
WT30Виолетта~ 3% ThO2
WT40оранжевый~ 4% ThO2
WY20Синий~2% Y2О3
WZ3КоричневыйEWZr-1Коричневый~0.3% ZrO2
WZ8Белый~ 0,8% ZrO2

Электрод, используемый в GTAW, изготовлен из вольфрама или сплава вольфрама, потому что 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 поверхность, либо шлифованную поверхность - электроды с чистой обработкой были химически очищены, а шлифованные электроды шлифованы до однородного размера и имеют полированную поверхность, что делает их оптимальными для теплопроводности. Диаметр электродов может варьироваться от 0,5 до 6,4 миллиметра (от 0,02 до 0,25 дюйма), а их длина - от 75 до 610 миллиметров (от 3,0 до 24,0 дюйма).

Ряд вольфрамовых сплавов был стандартизирован Международная организация по стандартизации и Американского общества сварки в стандартах ISO 6848 и AWS A5.12, соответственно, для использования в электродах GTAW, и их краткое содержание приведено в таблице рядом.

  • Электроды из чистого вольфрама (классифицируются как WP или EWP) - это недорогие электроды общего назначения. У них плохая термостойкость и электронная эмиссия. Они находят ограниченное применение при сварке переменным током, например, магний и алюминий.[26]
  • Торий оксид (или тория ) легированные электроды обеспечивают отличные характеристики дуги и зажигания, что делает их популярными электродами общего назначения. Однако торий несколько радиоактивный, делая вдыхание паров и пыли опасным для здоровья, а утилизация - экологическим риском.[27]
  • Церий оксид (или церия ) в качестве легирующего элемента улучшает стабильность дуги и легкость зажигания, снижая при этом выгорание. Добавление церия не так эффективно, как торий, но работает хорошо,[28] и церий не радиоактивен.[27]
  • Сплав лантан оксид (или лантана ) имеет тот же эффект, что и церий, и также не является радиоактивным.[27]
  • Электроды, содержащие цирконий оксид (или цирконий ) увеличивают допустимый ток, улучшая стабильность дуги и зажигания, а также увеличивая срок службы электрода.[27]

Присадочные металлы также используются почти во всех областях применения GTAW, за исключением сварки тонких материалов. Присадочные материалы доступны с разным диаметром и изготавливаются из различных материалов. В большинстве случаев присадочный металл в виде стержня добавляется в сварочную ванну вручную, но в некоторых случаях требуется автоматически подавать присадочный металл, который часто хранится в катушках или бухтах.[29]

Защитный газ

Настройка системы GTAW

Как и в случае с другими сварочными процессами, такими как газовая дуговая сварка, защитные газы необходимы при GTAW для защиты зоны сварки от атмосферных газов, таких как азот и кислород, которые могут вызвать дефекты плавления, пористость и металл шва охрупчивание если они соприкасаются с электродом, дугой или сварочным металлом. Газ также передает тепло от вольфрамового электрода к металлу, что помогает зажигать и поддерживать стабильную дугу.[30]

Выбор защитного газа зависит от нескольких факторов, в том числе от типа свариваемого материала, конструкции соединения и желаемого окончательного внешнего вида сварного шва. Аргон - наиболее часто используемый защитный газ для GTAW, поскольку он помогает предотвратить дефекты из-за различной длины дуги. При использовании переменного тока защита аргоном обеспечивает высокое качество сварки и хороший внешний вид. Другой распространенный защитный газ, гелий, чаще всего используется для увеличения проплавления сварного шва в стыке, для увеличения скорости сварки и для сварки металлов с высокой теплопроводностью, таких как медь и алюминий. Существенным недостатком является трудность зажигания дуги с помощью газообразного гелия и снижение качества сварки, связанное с изменяющейся длиной дуги.[30]

Смеси аргона и гелия также часто используются в GTAW, поскольку они могут улучшить контроль подводимого тепла при сохранении преимуществ использования аргона. Обычно смеси состоят в основном из гелия (часто около 75% или выше) и остального аргона. Эти смеси увеличивают скорость и качество сварки алюминия переменным током, а также облегчают зажигание дуги. Другая смесь защитного газа, аргон-водород, используется при механизированной сварке легкой нержавеющей стали, но из-за того, что водород может вызвать пористость, его применение ограничено.[30] Точно так же к аргону иногда можно добавить азот, чтобы стабилизировать аустенит в аустенитных нержавеющих сталях и увеличивают проплавление при сварке меди. Однако из-за проблем с пористостью ферритных сталей и ограниченных преимуществ он не является популярной добавкой для защитного газа.[31]

Материалы

Газовая вольфрамовая дуговая сварка чаще всего используется для сварки нержавеющей стали и цветных металлов, таких как алюминий и магний, но ее можно применять почти ко всем металлам, за одним заметным исключением: цинк и его сплавы. Его применение, связанное с углеродистыми сталями, ограничено не из-за технологических ограничений, а из-за наличия более экономичных методов сварки стали, таких как газовая дуговая сварка металлическим электродом и дуговая сварка в среде защитного металла. Кроме того, GTAW может выполняться в различных положениях, отличных от плоских, в зависимости от квалификации сварщика и свариваемых материалов.[32]

Алюминий и магний

Сварка TIG с усиленной зоной травления переменным током
Крупным планом вид зоны травления на переменном токе для сварки TIG алюминия

Алюминий и магний чаще всего сваривают на переменном токе, но возможно и применение постоянного тока,[33] 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 проплавления и увеличения Скорость путешествия.[34] Переменный ток может обеспечить эффект самоочистки, удаляя тонкий тугоплавкий оксид алюминия (сапфир ) слой, который образуется на металлическом алюминии в течение нескольких минут после воздействия воздуха. Для начала сварки этот оксидный слой необходимо удалить.[34] Когда используется переменный ток, электроды из чистого вольфрама или циркониевые вольфрамовые электроды предпочтительнее торированных электродов, поскольку последние с большей вероятностью «выплевывают» частицы электрода через сварочную дугу в сварной шов. Предпочтительны тупые наконечники электродов, а для тонких деталей следует использовать чистый аргон. Введение гелия обеспечивает большее проникновение в более толстые детали, но может затруднить зажигание дуги.[34]

Постоянный ток любой полярности, положительной или отрицательной, также может использоваться для сварки алюминия и магния. Постоянный ток с отрицательно заряженным электродом (DCEN) обеспечивает высокое проникновение.[34] Аргон обычно используется в качестве защитного газа при сварке алюминия методом DCEN. Защитные газы с высоким содержанием гелия часто используются для лучшего проникновения в более толстые материалы. Торированные электроды подходят для сварки алюминия методом DCEN. Постоянный ток с положительно заряженным электродом (DCEP) используется в основном для неглубоких сварных 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.[34]

Стали

Для GTAW из углерод и нержавеющих сталей выбор присадочного материала важен для предотвращения чрезмерной пористости. Окислы с присадочного материала и деталей должны быть удалены перед сваркой, чтобы предотвратить загрязнение, а непосредственно перед сваркой следует использовать спирт или ацетон для очистки поверхности.[35] Предварительный нагрев обычно не требуется для мягких сталей толщиной менее одного дюйма, но для низколегированных сталей может потребоваться предварительный нагрев, чтобы замедлить процесс охлаждения и предотвратить образование мартенсит в зона термического влияния. Инструментальные стали также следует предварительно нагреть, чтобы предотвратить растрескивание в зоне термического влияния. Аустенитные нержавеющие стали не требуют предварительного нагрева, в отличие от мартенситных и ферритно-хромистых нержавеющих сталей. Обычно используется источник питания DCEN, и рекомендуются торированные электроды, заостренные к острию. Для изготовления тонких деталей используется чистый аргон, но по мере увеличения толщины можно вводить гелий.[35]

Разнородные металлы

Сварка разнородных металлов часто создает новые трудности при GTAW-сварке, потому что большинство материалов нелегко сплавляются, образуя прочную связь. Однако сварные швы из разнородных материалов находят широкое применение в производстве, ремонте и предотвращении повреждений. коррозия и окисление.[36] В некоторых соединениях для образования соединения выбирается совместимый присадочный металл, и этот присадочный металл может быть таким же, как один из основных материалов (например, при использовании присадочного металла из нержавеющей стали с нержавеющей сталью и углеродистой сталью в качестве основных материалов) , или другой металл (например, использование никелевого присадочного металла для соединения стали и чугун ). Очень разные материалы могут быть покрыты или «смазаны маслом» материалом, совместимым с конкретным присадочным металлом, а затем свариваться. Кроме того, GTAW можно использовать в облицовка или наложение разнородных материалов.[36]

При сварке разнородных металлов соединение должно иметь точную посадку с соответствующими размерами зазора и углами скоса. Следует проявлять осторожность, чтобы не допустить плавления чрезмерного количества основного материала. Импульсный ток особенно полезен для этих приложений, поскольку помогает ограничить подвод тепла. Присадочный металл следует добавлять быстро и избегать образования большой сварочной ванны, чтобы предотвратить растворение основных материалов.[36]

Варианты процесса

Импульсный ток

В режиме импульсного тока сварочный ток быстро меняется между двумя уровнями. Состояние более высокого тока известно как импульсный ток, а уровень более низкого тока называется фоновым током. В период действия импульсного тока область сварного шва нагревается и происходит плавление. После снижения до фонового тока области сварного шва дают остыть и затвердеть. GTAW с импульсным током имеет ряд преимуществ, в том числе меньшее тепловложение и, как следствие, уменьшение деформации и коробления тонких деталей. Кроме того, он позволяет лучше контролировать сварочную ванну и может увеличить проплавление, скорость и качество сварки. Аналогичный метод, запрограммированный вручную GTAW, позволяет оператору запрограммировать конкретную скорость и величину колебаний тока, что делает его полезным для специализированных приложений.[37]

Dabber

В баловаться вариация используется для точного размещения металла шва на тонких кромках. Автоматический процесс повторяет движения ручной сварки, подавая холодную или горячую присадочную проволоку в область сварного шва и нанося ее (или раскачивая) на сварочную дугу. Его можно использовать в сочетании с импульсным током и для сварки различных сплавов, включая титан, никель и инструментальные стали. Общие применения включают восстановление уплотнений в реактивные двигатели и наращивая пильные полотна, фрезы, сверла, и лезвия косилки.[38]

Заметки

  1. ^ Weman 2003, стр. 31, 37–38
  2. ^ Герта Айртон. Электрическая дуга, стр. 20 и 94. D. Van Nostrand Co., Нью-Йорк, 1902 год.
  3. ^ а б Андерс, А. (2003). «Отслеживание происхождения науки о дуговой плазме-II. Ранние непрерывные разряды». IEEE Transactions по науке о плазме. 31 (5): 1060–9. Bibcode:2003ITPS ... 31.1060A. Дои:10.1109 / TPS.2003.815477.
  4. ^ Большая Советская Энциклопедия, Статья "Дуговой разряд" (англ. электрическая дуга)
  5. ^ Кэри и Хелцер 2005, стр. 5–8
  6. ^ а б c Линкольн Электрик 1994, стр. 1.1-7–1.1-8
  7. ^ Рассел Мередит, патент США № 2,274,631.
  8. ^ Уттрачи, Джеральд (2012). Продвинутая автомобильная сварка. Северное отделение, Миннесота: CarTech. п. 32. ISBN  1934709964
  9. ^ Кэри и Хелцер 2005, п. 8
  10. ^ а б Линкольн Электрик 1994, п. 1.1-8
  11. ^ Miller Electric Mfg Co 2013, стр.14, 19
  12. ^ Кэри и Хелцер 2005, п. 75
  13. ^ Miller Electric Mfg Co 2013, стр.5, 17
  14. ^ а б Линкольн Электрик 1994, стр. 5.4-7–5.4-8
  15. ^ Джеффус 2002, п. 378
  16. ^ Линкольн Электрик 1994, п. 9,4-7
  17. ^ а б Кэри и Хелцер 2005, стр.42, 75
  18. ^ Кэри и Хелцер 2005, п. 77
  19. ^ Уоткинс и Мизия 2003, стр. 424–426
  20. ^ Минник 1996, стр. 120–21
  21. ^ а б c Кэри и Хелцер 2005, стр. 74–75
  22. ^ а б c Кэри и Хелцер 2005, стр. 71–72
  23. ^ Кэри и Хелцер 2005, п. 71
  24. ^ а б c d е ж г Минник 1996, стр. 14–16
  25. ^ ISO 6848; AWS A5.12.
  26. ^ Джеффус 1997, п. 332
  27. ^ а б c d Arc-Zone.com 2009, п. 2
  28. ^ AWS D10.11M / D10.11 - Американский национальный стандарт - Руководство по сварке корневого прохода трубы без подкладки. Американское сварочное общество. 2007 г.
  29. ^ Кэри и Хелцер 2005, стр. 72–73
  30. ^ а б c Минник 1996, стр. 71–73
  31. ^ Джеффус 2002, п. 361
  32. ^ Weman 2003, п. 31 год
  33. ^ Как выполнять сварку TIG и как использовать сварочный аппарат TIG [Настройка, советы и методы для стали и алюминия] https://weldingpros.net/how-to-tig-weld/#TIG_Welding_Aluminium
  34. ^ а б c d е Минник 1996, стр. 135–149
  35. ^ а б Минник 1996, стр. 156–169
  36. ^ а б c Минник 1996, стр. 197–206
  37. ^ Кэри и Хелцер 2005, стр. 75–76
  38. ^ Кэри и Хелцер 2005, стр. 76–77

использованная литература

внешние ссылки