Аргонодуговая сварка: что это, технология, оборудование, плюсы и минусы

Для монтажа различных конструкций, изготовления деталей из стали, а также ремонта механизмов, применяется электродуговая сварка. Существует несколько способов и технологий, один из которых – аргонодуговая сварка. С помощью такого метода создаются неразъемные соединения металлов высокой точности без дефектов. Применение аргоновой сварки позволяет работать с широкой номенклатурой сплавов, которые нельзя сварить другими методами.

Определение аргонодуговой сварки

Отличие аргонодуговой сварки TIG от MMA заключается в использовании вольфрамовых электродов, а также рабочей газовой среды. В качестве последней применяют инертный газ (в основном аргон), который подается под давлением в место соединения. Присутствие газовой среды обеспечивает вытеснение кислорода. Это важный параметр, который напрямую влияет на качество шва. Кислород создает пористость, что снижает прочность соединения, а также окисляет металлы (преждевременное коррозионное разрушение).

В классическом варианте TIG используется неплавящийся вольфрамовый электрод, а дуга горит в струе инертного газа (чаще всего аргона). Газ вытесняет воздух из зоны сварки, предотвращая окисление и азотирование расплава, что особенно важно для нержавеющих сталей, алюминия, титана и других активных металлов.

Виды и классификация TIG‑сварки

Аргонодуговая сварка используется большинством отраслей промышленности. Ее применяет нефте-газовый сектор, автомобиле-, авиа- и судостроение, строительная отрасль. Также TIG-сварка применяется для создания декоративных изделий, сервисного ремонта транспортных средств, и частными лицами для домашних целей.

TIG-сварка классифицируется по нескольким параметрам:

• механизация – может быть ручной, полуавтоматической, автоматической и роботизированной;
• наличие припоя – без применения присадочной проволоки и с ней;
• вид электрода – применяется как неплавкий, так и плавкий электрод (проволока);
• режим сварки – с применением постоянного или переменного тока, а также импульсно-дуговой режим;
• образование дуги – при помощи касания электродом заготовки или благодаря высокочастотному прибору (осциллятор);
• тип газовой среды – применяется аргон, азот, гелий, или их смесь;
• сила тока – колеблется от 5А до 600А;
• диаметр электрода – от 0,5 до 8мм.

Процесс ручной TIG-сварки полностью контролирует оператор (сварщик). Ведение горелки осуществляется рукой сварщика, который самостоятельно определяет скорость работы. Если требуется применение дополнительной присадки, оператор также вручную подает проволоку в место сваривания. А вот при полуавтоматическом методе подача припоя осуществляется автоматически с заданной настройками скоростью.

Автоматическая TIG-сварка подразумевает работу оператора только для задания параметров сварки и контроля процесса. При роботизированном методе присутствие человека исключается, а за процесс отвечает компьютер и промышленный робот.

При использовании вольфрамовых или графитовых электродов, процесс сварки заготовок достигается их оплавлением без припоя. Если необходимы присадка для заполнения шва, применяются плавкие электроды или дополнительно используется присадочная проволока.

Дополнительно в литературе и стандартах TIG‑сварку классифицируют:

• по международным обозначениям: TIG (Tungsten Inert Gas), WIG (Wolfram Inert Gas), «дуговая сварка неплавящимся электродом в защитном газе» (ГОСТ/ISO);
• по составу защитного газа: чистый аргон, аргон+гелий (для большего тепловложения), аргон+водород (для отдельных марок нержавеющих сталей);
• по типу поджига дуги: контактный (касанием), высокочастотный (HF), Lift Arc, импульсный.

Оборудование для аргонодуговой сварки

TIG-сварка подразумевает наличие специализированного оборудования. Данный способ соединения заготовок является затратным, но получаемый результат окупается. Кроме этого, для деталей, работающих под давлением или вращающихся с большой скоростью, применение другого способа недопустимо.

Для аргонодуговой сварки применяется следующее оборудование:

• генератор тока – этот аппарат производит ток необходимой силы и режима (переменный, постоянный), может быть инверторным или трансформаторным (промышленное производство);
• горелка – это устройство, в которое крепится вольфрамовый электрод и через которое в зону сваривания подается аргон, горелка может комплектоваться системой подачи проволоки;
• рукав – комплексное устройство, которое совмещает в себе электрический проводник (провод), шланг для подачи аргона, а также наконечник (горелку), обеспечивает возбуждение дуги между заготовкой и электродом, создание защитной газовой среды;
• баллон и газовый шланг – емкость для хранения аргона, дополнительно комплектуется редуктором понижения давления, шланг используется для соединения с установкой генерации тока;
• механизм подачи проволоки – может быть тянущим (для алюминия) или толкающим;
• расходные материалы – вольфрамовые электроды разного диаметра, аргон, присадочная проволока;
• средства защиты сварщика – респиратор, маска, краги, спецодежда и спецобувь из негорючих материалов.

Для обработки заготовок до начала сварки и после, используют металлические щетки, наждачную бумагу, напильники. Для удаления загрязнений перед работой также применяют растворители (спирт, ацетон).

Горелки бывают с воздушным и водяным охлаждением, с разными углами и диаметрами сопел; для больших токов и длительной работы предпочтительны модели с водяным охлаждением.

Вольфрамовые электроды различаются по составу и маркировке (W, WC20, WL15/WL20, WT20 и др.), что влияет на стабильность дуги, допустимый ток и применимость к AC/DC.

Технология и режимы аргонодуговой сварки

Независимо от типа механизации, TIG-сварка производится в следующей последовательности:

1. Очистка поверхности свариваемых деталей от загрязнений.
2. Разделка кромок заготовок – производится при соединении металла толщиной от 3 мм и более (необходимо для полного заполнения шва расплавом).
3. Настройка параметров – устанавливается сила тока, которая зависит от диаметра электрода и толщины заготовок, а также скорость подачи аргона (5–20 л/мин).
4. Настройка скорости подачи присадочной проволоки – при ручном методе сварщик вручную регулирует подачу проволоки.
5. Пуск защитного газа – осуществляется за 5–7 секунд до зажигания электрической дуги.
6. Зажигание электрической дуги – производится посредством касания вольфрамового электрода с заготовкой или при помощи высокочастотного генератора (осциллятора), который воспроизводит искру.
7. Формирование сварочной ванны – чем толще заготовки, тем шире должна быть сварочная ванна.
8. Проходка электродом и формирование соединения – трудоемкий процесс, результат которого зависит от опыта сварщика и точной настройки параметров.
9. Окончание проходки – сопровождается заваркой кратера в конце шва, продвинутые генераторы тока имеют функцию уменьшения силы тока для предотвращения дефектов.

Ручная TIG-сварка – это верх мастерства сварщика. На качество соединения влияет правильность настройки параметров, а также поведение руки мастера в процессе. Сварщик должен выдерживать одинаковое расстояние между электродом и сварочной ванной (1,5–5 мм), плавно и симметрично «заплавлять» обе заготовки, выдерживать угол наклона горелки 70–80 градусов.

Также важно соблюдать скорость прохода и подачи присадочной проволоки: от этого зависит качество заполнения шва и провар заготовок. Чрезмерное отведение электрода провоцирует попадание кислорода в металл, а сильное приближение угрожает возникновением кратеров и прогаров.

Для разных металлов технология имеет нюансы:

• Алюминий обычно сваривают на переменном токе (AC), тщательно очищая поверхность от оксидов и подбирая режим, обеспечивающий разрушение оксидной пленки.
• Нержавеющие стали часто требуют защиты корня шва аргоном с обратной стороны, чтобы избежать окисления и потери коррозионной стойкости.
• Титан и некоторые сплавы нуждаются в усиленной газовой защите (дополнительные сопла, локальные камеры), так как они активно реагируют с кислородом и азотом при нагреве.

Преимущества и недостатки TIG‑сварки

Рекомендуемые режимы TIG для разных металлов

(Конкретные значения тока и диаметра электрода подбираются по таблицам производителя оборудования и присадки в зависимости от толщины металла.)

Типичные дефекты и причины

• Поры – плохая защита газом, загрязнение кромок, сквозняки.
• Непровар – слишком малый ток, большая скорость сварки, большой зазор.
• Подрезы – избыточный ток, неправильный угол горелки, быстрое ведение шва.
• Включения вольфрама – касание электродом ванны, перегрев электрода.
• Окисление шва (цветные пятна на нержавейке/титане) – недостаточная защита, отсутствие поддува с обратной стороны.