Процесс аргонно дуговой сварки

Аргонно дуговая сварка является главным способом неподвижного соединения различных деталей, сделанных из высоколегированных сталей и цветных металлов, в первую очередь алюминиевых сплавов и титана. Аргон представляет собой инертный газ, который тяжелее воздуха. В момент сварки он подается в зону сварного соединения и вытесняет из нее воздух, содержащий кислород, что препятствует возгоранию соединяемых материалов под воздействием электрической дуги. При этом сам он ни в какие химические реакции не вступает по определению, поэтому под воздействием высокой температуры материал плавится, но не горит. Таким образом, аргонно дуговая сварка выступает как своего рода сварочный гибрид, в котором применяется одновременно и электричество, и газ.

Принципиальная схема аргонодуговой сварки.

Устройство и принцип работы

Наиболее распространенным является метод аргонно дуговой сварки с применением неплавящегося электрода. Такой электрод изготавливается из вольфрама, который традиционно считается исключительно тугоплавким металлом. Его вставляют в сопло, сделанное из прочной керамики, через которое в рабочую зону подается струя аргона. На электрод подается электрический ток большой силы, который образует между концом электрода и соединяемым материалом электрическую дугу. Для усиления сварного шва его поверхность дополнительно покрывается слоем расплавленного металла из того же материала. С этой целью в зону сварки подается присадочная проволока, которая при этом не входит в электрическую цепь.

Устройство горелки для аргоновой сварки.

Этот процесс носит техническое обозначение tig, что означает сварку с помощью вольфрама в инертной газовой среде. Он несколько отличается от газовой дуговой сварки вольфрамом, именуемой gtaw. Процесс наплавления материала присадочной проволоки при этом может носить как струйный, так и капельный характер. В последнем случае он менее устойчив и при нем происходит значительное разбрызгивание электродного материала. Поскольку давление в дуге сравнительно невелико, капли приобретают достаточно крупные размеры.

Диапазон силы тока для капельного переноса весьма широк и может варьироваться практически двукратно, от 120 до 240 А. Если же сила начинает превышать отметку в 260 А, то происходит переход к струйному нанесению материала, при этом возрастает устойчивость процесса и резко уменьшается разбрызгивание. Однако такая сила тока допустима далеко не всегда, и для усиления стабильности процесса применяют источник, испускающий электрический ток в виде импульсов. Он может обеспечить переход к струйному процессу нанесения расплавленного металла уже при токах в 100 А. Это значительно увеличивает качество соединения.

Технология аргонно дуговой сварки

Таблица характеристик аргона.

При проведении сварки в соответствии с технологией tig необходимо одной рукой держать горелку, а другой подавать в рабочую зону присадочную проволоку. Существует и автоматическая аргонодуговая сварка, когда и перемещение горелки, и подачу проволоки осуществляет специальное устройство. При ручном способе на горелке нужно нажать кнопку, которая включает ток и одновременно подачу аргона. Между концом вольфрамового электрода и рабочей поверхностью загорается электрическая дуга, которая и плавит соединяемые кромки и присадочную проволоку.

При этом касаться поверхности электродом нельзя ни в коем случае. Ионизационный потенциал аргона очень высок, поэтому искра между изделием и электродом зажигается очень плохо. К тому же при прикосновении к изделию сам электрод начинает оплавляться и сильно загрязняется. Именно поэтому параллельно с источником питания для сварочного аппарата для зажигания дуги подключается устройство, именуемое «осциллятором». С его помощью на электрод можно подавать поток высоковольтных импульсов высокой частоты, которые помогают поднять уровень ионизации промежутка, в котором образуется электрическая дуга, что позволяет ей зажечься в момент включения тока.

Сам процесс сварки в аргоновой среде может происходить как на постоянном, так и на переменном токе. В первом случае количество тепла на аноде и катоде выделяется в пропорции 7 к 3. Поэтому для того чтобы не сильно нагревать электрод и в то же время хорошо проплавить свариваемые грани, применяют прямую полярность. Именно поэтому все виды сталей, как нержавеющих, так и легированных, а также титан и большинство иных материалов свариваются таким способом. Исключение составляет алюминий, его варят на переменном токе, который помогает разрушать тугоплавкий слой оксида.

Чтобы расплавленный металл, покрывающий шов, был менее пористым, к аргону добавляют совсем небольшое количество кислорода. Если его количество будет значительным, металл начнет просто гореть. А при небольшом количестве кислорода только выгорают вредные примеси, попавшие в рабочую зону. Сварку в среде аргона можно производить и плавящимся электродом, наподобие обычной электросварки. Так варят нержавеющую сталь и алюминиевые сплавы.

Практические операции с аргонно дуговой сваркой

В отличие от большей части других видов сварных работ в этом случае горелка движется только по прямой, по линии вдоль шва. Никаких поперечных движений делать не надо, поэтому сам шов получается более узким и аккуратным. Нужно только внимательно следить, чтобы концы вольфрамового электрода и присадочной проволоки находились в облаке аргона. Проволоку нужно подавать при этом как можно более плавно, чтобы брызги металла не разлетались по сторонам.

То, насколько успешно металл в рабочей зоне проплавился, визуально можно определить по форме образующейся ванночки расплавленного металла. Если степень расплавления достаточна, она имеет каплевидную форму, узкая часть которой направлена по ходу ведения сварки. В случае если степень прогрева слишком мала, форма ванночки принимает овальную или даже круглую форму.

Направление проведения сварки обычно имеет ориентацию справа налево, поскольку горелку держат правой рукой, а присадочную проволоку левой. Бывают варианты, когда применение такой проволоки является излишним. Тогда электрод можно держать перпендикулярно к свариваемой поверхности. В противном же случае его держат под углом, подавая проволоку перед ним и не дергая ее вправо-влево. При завершении операции сварки не стоит отводить горелку в сторону, увеличивая длину дуги. При этом уходит газовая струя, и расплавленный металл не успевает застыть под ее защитой, что серьезно может снизить качество сварки. Нужно плавно уменьшать силу тока с помощью реостата, включенного в электрическую цепь.

Следует помнить, что главное при аргонно дуговой сварке в ручном режиме – это квалификация сварщика.

Рука должна двигаться выверенно и точно. Ведь автоматическую сварку не применяют при наложении коротких и швов и швов изогнутой формы. Поэтому обучение такой сварке занимает больше времени и требует большего количества знаний, чем тот же процесс для обычной электро- или газосварки. Это при том, что существует много нюансов, которые можно освоить только на практике.