Сварка аргоном

04.10.2023

Определение аргонодуговой сварки и ее основные принципы.
 
С помощью аргонодуговой сварки производится соединение металлов под воздействием электрической дуги, возбуждаемой постоянным либо переменным током. Обязательным условием является создание защитной среды в рабочей зоне при помощи инертного газа. Для обозначения метода используется аббревиатура TIG, которая расшифровывается как Tungsten Inert Gas. В названии зашифрованы главные составляющие, где Tungsten – вольфрам (перевод с английского), Inert Gas – инертный газ. В роли последнего чаще всего используется аргон, отчего появилось второе название – сварка аргоном.
 
TIG имеет множество отличий от других видов сварки, главным из которых является использование неплавящегося электрода. Он нужен для возбуждения дуги, которая под действием высокой температуры образует сварочную ванну (плавит кромки соединяемых деталей). Последняя заполняется тем же материалом (бронза, алюминий, нержавеющая сталь и т.д.), что используется в изготовлении деталей. Он поставляется в рабочую зону отдельно, причем без задействования горелки (не так, как в аппаратах MIG/MAG – непрерывно, автоматически). Для этого в TIG используются присадочные прутки, которые так же, как и свариваемые детали, плавятся под воздействием дуги.
 
Особое внимание стоит уделить роли инертного газа в данном процессе. Чтобы во время сварки не протекали окислительные и другие процессы, рабочую зону нужно оградить от воздействия окружающего воздуха. Почему используется именно аргон? Его одноатомное строение обеспечивает инертность (отсутствие химической реакции) к металлам, повышая качество соединения, чистоту сварочного шва. Так как все инертные газы тяжелее, плотнее воздуха, они не смешиваются с окружающей средой. В зависимости от физических свойств свариваемых деталей, используются чистые газы или их смеси. К примеру, для работы с черными металлами аргон может смешиваться с углекислым газом, кислородом, гелием. 
 
Почему в роли электрода используется вольфрам? Данный материал относится к категории тугоплавких, сохраняя физические свойства в широком температурном диапазоне. Электроды TIG часто включают в себя другие металлы, отличаясь формой наконечника (заточки), назначением, режимами работы, другими характеристиками. Добавление в вольфрам циркония, иттрия (и т.д.) изменяет его физические свойства, необходимые для реализации той или иной технологии. К примеру, для грубой работы на постоянном токе (DC) с прямой полярностью хорошо подходят электроды с добавлением 2% тория. Современные инверторы, включающие в себя режим переменного тока (AC), требуют большей электропроводности, которой можно добиться добавлением циркония. 
 
Особенности аргонодуговой сварки  
 


TIG сварка может производиться на постоянном (DC) или переменном (AC) токе. В первом случае электроны двигаются в одном направлении (от плюса к минусу), обеспечивая стабильность дуги, высокую скорость осаждения металла и более качественный провар. На постоянном токе (аппаратах DC) варят черные металлы (в том числе чугун). Для расширения функционала, в частности – обеспечения возможности сварки и цветных металлов, стоит приобрести инвертор формата AC/DC. Стоимость такого оборудования всегда выше.
 
В чем заключается особенность работы в режиме AC? Переменный ток меняет свое направление (полярность) более 100 раз в секунду. Данное воздействие равномерно распределяет тепловую энергию, что может выгодно использоваться для работы с тонкостенными заготовками. Режим AC позволяет работать с цветными металлами, а также намагниченными деталями, физические свойства которых негативно влияют на дугу. Поэтому для сварки различного оборудования, приборов и систем используется именно переменный ток.
 
Если не привязываться к полярности, типу тока и виду используемых электродов, у данного вида сварки можно выделить следующие особенности: 
 

• позволяет работать с широким спектром металлов (высоколегированными, низкоуглеродистыми, мартенситными сталями), в том числе образующих оксидную пленку во время нагрева;
• подходит для качественной проварки толстых, а также соединения тонких деталей, за счет настройки мощности (и других параметров) в большом диапазоне;
• позволяет сваривать разнородные материалы при соблюдении определенных условий, например, нержавеющей стали с латунью;
• обеспечивает чистоту, эстетичность сварного шва за счет низкого уровня зашлакованности, в том числе являющегося следствием вытеснения кислорода аргоном.    

• Производстве летательных аппаратов (самолетов, спутников, вертолетов, ракет, дронов).
• Автомобилестроении. Современные модели включают в себя алюминиевые детали кузова, титановые элементы отделки, конструкционно сложные колесные диски и пр.
• Судостроении (корпуса катеров из нержавеющей стали, приборы и системы трубопроводов из цветных металлов).
• Изготовлении двухколесной техники (самокатов, велосипедов, мотоциклов).
• Строительно-садовой сфере, складском деле (корпуса различных аппаратов, мебель, тележки, стеллажи, леса).
• Производстве спортивного оборудования (тренажеры, стойки, турники, лестницы;
• изготовлении предметов искусства (памятников, арт-объектов).       

 
Сложно назвать сферу деятельности, где бы ни использовалась аргонодуговая сварка. Благодаря технологичности современных аппаратов, сварка аргоном почти не имеет ограничений по применению. С её помощью можно варить черные и цветные металлы, углеродистые и нержавеющие стали, разнородные и трудносвариваемые материалы. Среди них: чугун, титан, медь, латунь и многие другие. TIG также позволяет работать с металлами, вступающими во взаимодействие с компонентами окружающего воздуха (магний, цирконий, алюминий). 
 
Преимущества и недостатки использования аргонодуговой сварки в различных сферах
 

Работа сопровождается быстрым, направленным и очень мощным тепловым воздействием на кромки соединяемых деталей, не перегревая другие участки. Это стало возможным, в том числе благодаря покрытию зоны сварки аргоном. Последний подается через шланг с определенной скоростью, создавая барьер для тепловой и других видов энергии. В этом заключается секрет работы с тонколистовыми деталями, а также сплавами, легко поддающимися деформации при нагреве. Среди других ярких преимуществ технологии стоит выделить:
 

• стабильно высокое качество соединения, за счет отсутствия влияния внешних факторов;
• возможность работы в помещениях и на улице;
• отсутствие необходимости постобработки сварных швов, при условии использования целевого оборудования, соблюдении всех правил и профессионализма сварщика;
• отсутствие эффекта разбрызгивания, за счет чего сварочная ванна заполняется равномерно.

• Зависимость от погодных условий во время работы на улице. В ветреную погоду аргон будет раздуваться, что станет причиной снижения качества шва.
• Более качественная подготовка (зачистка) деталей к работе. Поэтому для ремонта трубопровода на месте лучше выбрать ММА оборудование.
• Сложность процесса. Несмотря на существование различных электронных помощников в современных аппаратах TIG, сварка аргоном требует от сварщика богатого опыта и знаний;
• Низкая маневренность. Большая массивная горелка и задействование обеих рук не позволяют работать под острыми углами и в труднодоступных местах.   

 
Основные компоненты и оборудование для аргонодуговой сварки
 


Сложность технологии отражается в разнообразии принадлежностей, необходимых для создания сварных швов в среде защитного газа. В их число входят:
 

• источник питания (сам аппарат), рассчитанный на те или иные режимы работы с панелью управления и электронными системами (если последние предусмотрены конструкцией);
• баллон со сжиженным газом, цвет которого говорит о виде и качестве используемого материала. Для чистого аргона используются серый, для технического – черный;
• TIG горелка. Она является главным инструментом, с помощью которого мастер направляет дугу для расплавления металлов и формирования шва. Может включать в себя кнопку включения/выключения, регулятор скорости подачи проволоки (на полуавтоматах), некоторые другие органы управления;
• расходные материалы (электроды, проволока, присадочные прутки), размер, форма, диаметр, материал изготовления которых зависят от особенностей работ. К примеру, для сварки титановых пластин используются титановые прутки;
• специальный шланг (как правило, высокого давления), который соединяет баллон со сварочным аппаратом для подачи газа;
• рукав горелки со съемным коннектором, с помощью которого происходит подключение к аппарату. От его длины и эластичности зависит удобство работы. Рукав является частью горелки – продается комплектом;
• редуктор устанавливается на баллон для возможности настройки скорости подачи и контроля давления. К нему (а если быть точнее – через него) подключается шланг;
• провод массы, соединяющий аппарат со свариваемой деталью. Благодаря нему между минусом (например, неплавким электродом) и плюсом (алюминиевой заготовкой) возбуждается электрическая дуга;
• дополнительные принадлежности, а также инструменты для подготовки к сварке. Сюда можно отнести ножные педали управления, щетки для зачистки швов, сварочные маски и т.д.     

1. Отрегулировать при помощи редуктора расход газа, который зависит от размера сопла, условий работ (в мастерской или на улице).
2. Включить аппарат, если он поддерживает несколько режимов работы – выбрать TIG.
3. Выбрать постоянный или переменный ток. Стоит отметить, что прямая или обратная полярность настраивается в момент сборки (провод массы и горелка подключаются к тем или иным клеммам). 
4. Настроить время предпродувки газом, это исключит попадание воздуха в момент начала сварки. 
5. Выставить ток поджига и время нарастания его величины до рабочего тока. Диапазон рекомендуемых параметров можно посмотреть в инструкции. Точные значения выбираются опытным путем – отталкиваясь от вида работ, предпочтений мастера.
6. Настроить рабочую величину сварочного тока, опираясь на специальную таблицу, где учитываются вид газа, материал и толщина деталей. Последнюю можно найти в сопроводительной документации или прямо на корпусе аппарата.  
7. Установить время спада для заваривания кратера, величину тока.
8. Выставить время постпродувки (в секундах) для защиты свежесваренного участка от воздействия воздуха после выключения горелки.  

• WP – вольфрам без добавок. Такие электроды обеспечивают стабильность дуги, что может выгодно использоваться в работе с трудно свариваемыми металлами.
• WZ – с легированием цирконием. Материал создан для сварки на переменном токе.
• WC – с добавлением оксида церия. Довольно универсальные электроды, в том числе позволяющие работать на небольших значениях тока.
• WY – с легированием иттрием, что повышает износостойкость во время работы на постоянном токе.
• WL – с добавлением лантана. Универсальный материал, пригодный для соединения деталей из нержавеющей и углеродистой стали, а также алюминиевых сплавов.
• WT – торированные электроды, отличающиеся легким поджигом и стабильной дугой. Позволяют сваривать, в том числе, титан и медные сплавы. 

1. Помещение должно хорошо проветриваться, включая в себя принудительную систему циркуляции воздуха (приточно-вытяжную вентиляцию). Это связано с тем, что многие металлы выделяют вредные для здоровья вещества. К тому же, сам аргон может вызвать удушение при длительных работах, замещая собой воздух. 
2. Работа в полевых условиях также требует подготовки. На оборудование ни в коем случае не должны попадать осадки, а в зону сварки – сильные воздушные потоки. Для этих целей устанавливаются ширмы, покрытые огнестойкими красками. Высота таких ограждений не должна быть менее 2-х метров. Над головой устанавливается брезент. Важно – даже если сделан навес, работать в сильный дождь и грозу строго запрещается.
3. Сварщик должен быть одет в спецодежду (в том числе обувь), использовать целевую маску, защитные перчатки. Их выбор зависит от специфики проведения работ, а также опасности выделяемых веществ.
4. Между элементами оборудования (аппаратом, баллоном, верстаком и т.д.) должны оставаться свободные проходы шириной около 1 метра. При этом нельзя устанавливать агрегаты впритык к стенам (или ограждениям) – они должны располагаться на расстоянии не менее 0,5 метра.
5. Наилучшим решением организации рабочего пространства будет работа в специальных кабинах, оборудованных вытяжными панелями.     

1. Трещины, которые появляются вследствие неправильных конструкционных расчетов, использование излишне высокого тока или резкого охлаждения зоны сварки. 
2. Наплывы, которые портят вид и могут свидетельствовать о непроваре заготовок. Возможные причины – много присадочного материала (в том числе из-за использования слишком толстой проволоки или прутка); недостаточная величина тока, которой не хватает для качественного прогрева соединяемых заготовок.
3. Подрезы (или приямки), образующиеся с обеих сторон шва. Данный дефект является следствием неправильной настройки ампеража. Устранение – снижение показателя рабочего тока.
4. Кратеры – результат взаимодействия с окружающей средой –  отсутствия или неправильной настройки постпродувки газом. Металл не успевает сформироваться (застыть) до того, как оборудование перестает подавать защитный газ.
5. Прожоги. Образуются сразу по нескольким причинам. Это может быть высокий ампераж, излишне большой зазор между деталями или неправильно подобранный диаметр присадочного материала. У новичков прожоги часто связаны с неравномерной или недостаточной скоростью движения горелки, а также отсутствием согласованности действия разных рук (горелка и пруток).

• Неверная полярность. Концентрация теплового воздействия зависит от того, где располагается «+» – на электроде или на заготовке. Прямая полярность концентрирует нагрев на детали, обратная – на электроде.
• Не тот электрод. Для корректировки физических свойств вольфрама производители используют легирование другими металлами. Одни модели лучше подходят для работы на малых токах, другие – для сварки в режиме АС, третьи – для трудносвариваемых металлов.
• Неверная настройка газа. Недостаточное давление станет причиной снижения качества шва за счет попадания кислорода в зону сварки. Избыточное – увеличит расход газа. Данный показатель зависит от особенностей работ (режима, типа и толщины металла), а также окружающих условий. Для сварки на улице требуется более сильный поток аргона (для защиты от ветра), чем в мастерской. Стоит отметить, что во время включения горелки давление немного падает. Поэтому настройка редуктора производится до начала работ и не подвергается корректировке в процессе сварки. Для проверки показаний на редукторе можно использовать ротаметр. 

• параметров сварочного аппарата, наличия электронных помощников (например, режима Pulse в моделях с MIG), грамотности выбора расходных материалов;
• умений, навыков и опыта сварщика, который подбирает, подготавливает, настраивает оборудование, а также производит саму сварку. 

• Очень важно понимать, из чего сделаны детали/заготовки. Например, если это нержавейка, то вы должны узнать марку. Для достижения высококачественного результата, одни сплавы придется прогревать, другие – проваривать с двух сторон.
• Для долгой, безаварийной эксплуатации той или иной конструкции нужно знать о её назначении. Обратите внимания на эстетическую ценность, условия, особенности нагрузки.
• Вид вольфрамового электрода играет огромную роль в процессе. Для создания ответственных соединений используйте узкоцелевые модели. Детально изучите маркировку (в том числе цветовую), которая привязана к конкретному стандарту. Если в ISO 6848 (аналог ГОСТ 24949) черный цвет используется в моделях WLa 10, то в ГОСТ 23949 – это электроды марки ЭВЛ.
• Изучите вопрос заточки электрода, ведь от этого зависит форма дуги, её влияние на сварочный шов (глубина проплавления, ширина легкость зажигания), другие характеристики (срок службы электрода, величина сварочного тока и пр.).
• Создайте условия, при которых в сварочную ванну не попадут никакие посторонние вещества. Тщательно очищайте материалы, сохраняйте чистоту на протяжении всего рабочего процесса.
• Используйте тестовые образцы для настройки оборудования и выбора расходных материалов.
• Тестируйте разные газовые линзы для того, чтобы найти идеальную модель для вас и отдельных видов работ. Она изменяет характеристики потока газа, и как следствие – защитной среды.
• Правильно храните присадки (влажность, температура и т.д.), исключая контакт одних расходных материалов с другими.