Аргоновая сварка своими руками — технология процесса

Сварка металлических деталей известна человечеству давно. Однако с развитием металлургии, появлением новых сплавов, соединений технология начала улучшаться, чтобы отвечать всем требованиям складывающихся реалий. Любому начинающему сварщику нужно узнать побольше информации о ТИГ сварке: что это такое, как пользоваться оборудованием, какими сильными и слабыми сторонами она обладает.

ТИГ сварка

Что такое ТИГ сварка?

Прежде чем переходить к описанию оборудования, разбору преимуществ и недостатков, необходимо разобраться с принципами технологии, особенностями ТИГ сварки. TIG сварка — это способ соединения металлов, при котором используется вольфрамовый электрод с защитным газом. Стержень считается «неплавящимся». Сварщик должен затачивать его перед применением, чтобы дуга была стабильной, а шов получался ровным.

Вольфрамовый электрод закрепляется в горелке по центру сопла. По краям горелки находятся отверстия, через которые подаётся защитный газ. Для этого применяется аргон. Он защищает место сваривания от образования оксидной плёнки. Дополнительно нужно использовать присадочную проволоку. Желательно, чтобы она была изготовлена из того материала, который нужно сварить.

НЕДОСТАТКИ

Также своим долгом считаем рассказать вам и о минусах TIG технологии.

1. Ветреная погода может разрушить все ваши планы на сварку, ведь газ будет выдуваться из сварной зоны (вы можете установить щиты для защиты, однако будет тратиться больше газа).
2. Необходима скрупулезная подготовка металлических поверхностей перед сваркой. Детали должны быть очищены, не иметь масляных, грязных и жирных следов. Без этого обязательного этапа существенно снизится качество сварочного шва.
3. Механизм горелки не дает легко сварить детали в малодоступных зонах. Вы можете сделать больше вылет стержня или уменьшить электрод, однако может произойти перегрев или другие проблемы.
4. Если вы не опытны в деле сварки TIG, поджигание дуги вне сварной области может привести к образованию следов, которые затем надо убирать.

История появления

Сварка известна человечеству не одно десятилетие. Впервые идея того, что можно соединять металлические детали во время сильного нагревания появилась в начале 20 века. Над созданием подобного оборудования задумался Чарльз Л. Коффин — американский инженер. Однако первые образцы оборудования не позволяли использовать аппарат в промышленных условиях, сваривать сплавы металлов.

Впервые неплавящийся электрод из вольфрама и защитный газ (инертный гелий) были протестированы в 40-х годах 20 века. С помощью этой технологии удалось соединить алюминий, магний, никель. Метод стал популярен в самолёто- и ракетостроении, а потом получил популярность и среди других направлений промышленности.

Область применения TIG сварки

TIG-сварка по своим свойствам является универсальным методом, потому что с ее помощью можно выполнять надёжное соединение различных видов металлов. В некоторых случаях можно и вовсе сваривать между собой разнородные сплавы. Область применения ее ограничивается только тем, что с собой придется постоянно возить тяжёлый баллон с газом.

Поэтому такая сварка больше является стационарной, нежели мобильной, но в ряде случаев все же пользуется популярностью и с выездными работами.

В основном ее используют все же для сваривания цветных металлов, потому что позволяет работать в среде с инертным газом без доступа кислорода, который является мощным окислителем.

При выходе же аргона в область плавки, воздух вытисняется им, что создает оптимальные условия для плавки без окалины. Также ею отлично свариваются различные металлические детали из других видов сплавов, создавая биметаллические соединения, поэтому она является универсальной и может быть применена для работы в любой ситуации.

Особенно стоит упомянуть возможность сваривания тонкостенных деталей, труб, тонкого профиля, чего нельзя сказать про режим электродуговой сварки. Путем наплавления металла поверх деталей образуется толстый шов, за счет глубокого проникновения расплава между деталями.

Преимущества и недостатки

Любой технологический процесс обладает сильными и слабыми сторонами. Преимущества аргоновой TIG сварки:

1. Благодаря использованию защитного газа шов получается равномерным, без поров, трещин, пустот. Аргон защищает нагреваемую поверхность от оксидной плёнки, образующейся при взаимодействии горячего металла с кислородом.
2. Уменьшаются внутренние напряжения, образующиеся во время сваривания без защитного газа.
3. Металл не разбрызгивается.
4. После сваривания изделия не нуждаются в дополнительной обработке.
5. ТИГ сваркой можно соединять большинство известных металлов, сплавов.
6. Достаточно попробовать поработать оборудованием 2–3 раза, чтобы освоить навык создания качественных, красивых швов.

Недостатки TIG сварки:

1. Используя оборудование на открытом воздухе, нужно закрывать место соединения от ветра. Потоки воздуха сбивают направления движения защитного газа, ухудшают качество шва.
2. Нужно тщательно подготавливать рабочую поверхность.
3. Нельзя выбирать острый угол наклона горелки относительно заготовки. Это осложняет рабочий процесс.
4. На месте, где зажигается электрическая дуга, остаётся отметка, которую нужно будет счистить.

Учитывая недостатки ТИГ оборудования, можно подготовиться к возможным сложностям во время эксплуатации сварки.

Красивые швы сварки

TIG

Эта аббревиатура переводится с английского языка как «вольфрам и инертный газ», наиболее распространенный – аргон. Мы уже поняли, что использование вольфрамовых неплавких электродов характерно для ручного аппарата. Достоинства:

• сразу образуется очень красивый шов, не требующий зачистки;
• предотвращение пористости;
• присадочная проволока – из того же состава, что и заготовка;
• отсутствие окисления;
• небольшая зона прогрева, поэтому можно не бояться деформаций;
• легкий метод, им могут пользоваться даже новички;
• мало вредных веществ выбрасывается при работе.

Применение

Поскольку ТИГ технология позволяет соединять множество металлов и сплавов на их основе, её используют в различных направлениях промышленности:

1. Автомобилестроение, изготовление деталей для промышленного оборудования.
2. Космическая промышленность.
3. Строение кораблей, самолётов.
4. Изготовление медицинских инструментов.
5. Строительство, создание электроинструментов.

Часто ТИГ технология применяется в домашних условиях. С помощью аппаратов с вольфрамовыми электродами заваривают детали от кузова автомобилей, чинят радиаторы.

Особенности

Если перевести на русский язык наименование режима, дающего аббревиатуру TIG, то получится «вольфрам с инертным газом». Разберем подробнее назначение каждого элемента в сварочном процессе. Проплавление металла осуществляется под воздействием электрической дуги, которая создается между двумя электродами под высоким напряжением. Роль одного электрода играет свариваемая деталь, а другого – специальный вольфрамовый стержень, которым управляет сварщик.

Вольфрамовый электрод плавится при температуре 4000°C градусов. Этот показатель существенно выше, чем у других металлов и сплавов, поэтому таким электродом можно вести сварку практически любых типов сталей. Для получения точного и аккуратного шва следует периодически затачивать электрод. Вольфрамовый стержень закреплен в цанге горелки, а незадействованная часть уложена в специальный колпак, предотвращающий замыкание.

Горелка сварочного аппарата устроена таким образом, что в середине сопла размещен электрод, а газ при этом подается по кругу. Так как в качестве защитного газа выступает аргон, то подобный способ сварки называют аргонодуговым. Идея защиты инертным газом заключается в вытеснении кислорода. Если он проникнет в сварную ванну, то в результате химических реакций начнет выделяться водород, что приведет к появлению множества трещин при кристаллизации металла. Для каждого сплава определяется свой режим сварки, характеризующийся определенным количеством газа и значением напряжения на электродах.

При достаточно точной обработке кромок свариваемых деталей происходит их проплавление и последующая кристаллизация. Если между поверхностями существует зазор, который нельзя устранить, то используется специальное присадочное вещество, которое подается в зону сварки в виде проволоки.

Тип сварки TIG получил широкое распространение. Благодаря тому, что температура дуги достаточно высокая, имеется возможность ведения работ с углеродистой сталью, а также с цветными металлами и их сплавами. Сварку ТИГ применяют при обработке чугунных, медных и алюминиевых изделий, но основное свое преимущество она показывает при сварке нержавеющей стали. Нержавейку можно сваривать и инверторами MMA, однако именно при ведении аргонодуговой сварки получается аккуратный и точный шов, который не следует впоследствии очищать от шлаков.

Проволока для присадки должна быть выполнена из того же материала, что и свариваемые элементы. ТИГ сварка позволяет сваривать алюминий. Если нет защитного газа, то расплавленный алюминий быстро окисляется. В среде аргона характерная пленочка окисла не образуется, и кромки равномерно расплавляются.

Сварка TIG чаще всего применяется в следующих работах и отраслях:

• машиностроение;
• работа с пищевой сталью, производство посуды;
• производство емкостей для хранения химически агрессивных веществ;
• ремонт автомобилей.

Как и любой другой вид сварки, аргонодуговой предъявляет ряд требований и обладает определенными особенностями. О них должен знать каждый сварщик, так как в противном случае невозможно будет гарантировать качественного результата.

• Свариваемые детали, в частности поверхности кромок, необходимо очистить от посторонних элементов и обезжирить.
• Вольфрамовый электрод подключается к отрицательной клемме инвертора.
• Для сварки алюминия необходимо оборудование, работающее в режиме AC (переменный ток).
• Необходимо правильно рассчитать сварной ток, исходя из условий работы. В частности, на выбор его значения влияет диаметр электрода. Чрезмерно большой ток приведет к плавлению электрода, что нежелательно.
• При отсутствии должного опыта рекомендуется формировать дугу небольшого размера.
• Перед сваркой необходимо провести подготовку горелки. Вольфрамовый электрод должен выступать из цанги на 3-5 мм.
• Необходимо обратить внимание на равномерное распределение газа по сечению сопла горелки.

Режимы

ТИГ оборудование работает с помощью однополярного или переменного тока. Каждый из отдельных режимов ТИГ сварки применяется для разных материалов.

Режим ТИГ сварки

Постоянный ток

Оборудование, работающее на постоянном токе, обладает определёнными преимуществами. К ним относятся:

1. Увеличивается экономичность рабочего процесса.
2. Можно проваривать детали на большую глубину. Шов получается узки, но глубоким.
3. Возрастает скорость сварочного процесса.

Минус подаётся на вольфрамовый электрод, плюс идёт на обрабатываемую деталь. Оборудование, работающее на постоянном токе, подходит для соединения легирующих сталей, нержавейки.

Переменный ток

Оборудование, во время работы которого происходит автоматическая смена минуса и плюса. При увеличении обратной полярности поверхность эффективнее очищается от оксидной пленки.

Что нужно для сварки аргоном

Метод сварки металла с использованием инертного газа подразумевает большие возможности в плане выбора оборудования и материалов. Иногда начинающих сварщиков это сбивает с толку. Но на самом деле их опасения сделать неправильный совершенно напрасны. Большинство представленного на потребительском рынке оборудования и принадлежностей универсальны и пригодны для выполнения широкого спектра работ.

Установки, предназначенные для аргонно-дуговой сварки, делится на три группы:

• Специализированное. Разработано специально для выполнения однотипной работы. Чаще всего востребовано в промышленности, когда нужно быстро и точно обрабатывать однотипные заготовки.
• Специальное. Еще один вид востребованного на промышленных предприятиях оборудования, которое предназначено для работы с заготовками одного размера.
• Универсальное. Получило наиболее широкое распространение и востребовано среди самых разных категорий пользователей – от профессионалов до начинающих сварщиков.

Кроме аппарата нужна и дополнительная оснастка:

• горелка и расходники вольфрамовые;
• контактор – применяется для подключения питания к горелке;
• баллон с редуктором для инертного газа;
• реле – отвечает за подключение осциллятора или контактора;
• выпрямитель – преобразует напряжение в постоянное 24В;
• таймер – используется для контроля периода времени обдува рабочей зоны аргоном;
• амперметр – измеряет силу тока;
• клапан подачи электропитания;
• аккумулятор для стабилизации цепи переменного тока;
• фильтр – контролирует импульсы высокого напряжения.

Для работы потребуется два трансформатора: основной и вспомогательный. Осциллятор подключается в цепь параллельно с источником питания. Он требуется для подачи импульса высокой частоты, с помощью которого поджигается дуга между металлом и неплавящимся вольфрамовым стержнем. В бытовой сети напряжение составляет 220 В, а частота – 50 Гц. После осциллятора эти показатели составляют 6 000 вольт и 500 000 Гц.

Чтобы работать с заготовками большой толщины или с целью повышения производительности сварочного оборудования, необходима дополнительная оснастка:

• специальная горелка, в которую вставляется несколько электродов одновременно. В результате шов хорошего качества получается на большей скорости перемещения горелки;
• приспособление предварительного разогрева присадочной проволоки.

Пульсирующая подача тока дает возможность делать микропаузы в работе, которые способствуют кристаллизации расплава и улучшению качества шва.

Оборудование

Проводить сварочный процесс с защитным газом, неплавящимся вольфрамовым электродом можно с помощью обычного инвертора с горелкой, которая может подавать газ. Однако существует два вида специализированного инструмента:

1. Инвертор TIG. Дополняется блоком, который может вырабатывать прямой или переменный ток. Благодаря этому увеличивается функционал аппарата. Даёт возможность работать со сталями, алюминием, сплавами.
2. Сварочные выпрямители. Аппарат преобразует переменный ток в постоянный. Является профессиональным аппаратом.

Оборудование и расходные материалы нужно выбирать зависимо от того, какой металл или сплав будет обрабатываться.

Инвертор ТИГ сварки

Алгоритм сборки сварочного аппарата

После покупки установки, расходных материалов, соединительных элементов нужно собрать отдельные детали и механизмы вместе. Этапы сборки:

1. Соединить осциллятор с инвертором.
2. Провод, отвечающий за массу, закрепить на клемме, отмеченной значком плюса.
3. Провод, который соединён с горелкой, нужно подключить к клемме со значком минуса.
4. На рукав, через который будет проводиться поток газа, закрепить горелку.
5. Подготовить баллон с аргоном. Накрутить редуктор.
6. Рукав, подающий газ, закрепить на редукторе.
7. Инвертор подключить к общей сети — 220 В. Осциллятор должен питаться от блока питания, вырабатывающего 6 В.

Чтобы не ошибиться при подключении элементов, можно посмотреть схемы и обучающее видео. После сборки необходимо провести настройку аппарата. От этого будет зависеть качество проводимых работ.

Советы опытных сварщиков

1. Одна из первых рекомендаций – внимательно изучить всю информацию касательно режима нагрева, особенностей сплава, возможностей сварочного аппарата и нюансов блока деталей. Не лишним будет ознакомиться с примерами технологических (операционных) карт, составляемых на производстве для конкретных сварочных операций. При этом обязательно нормируются такие параметры, как: расход газа, режим сварочного тока, скорость подачи электрода (для автоматических аппаратов), толщина и материал свариваемых деталей.

   

2. Включать подачу аргона в зону необходимо на 20 секунд раньше, чем запускается розжиг, и выключать не ранее чем через 10 секунд после ее выключения.
3. Чтобы электрод и присадочная проволока не окислялись, они должны постоянно находиться в зоне газовой защиты.
4. Присадочную проволоку подают в зону плавления под углом и к электроду, и к сварочному шву. Это позволит получить более качественную и узкую полосу сварки.

   

5. Перемещать горелку по шву следует аккуратно, без поперечных резких движений – это делает шов неровным и излишне широким.
6. Чем меньше величина дуги, тем глубже и ровнее получится шов, но уменьшение дуги требует максимального приближения электрода и присадочной проволоки к сварочной ванне.
7. Завершать работу резким выключением дуги нельзя. Необходимо заваривать кратер с постепенным уменьшением силы тока (регулируется реостатом аппарата).
8. При работе с объемными или сложной формы деталями необходимо заранее предусмотреть возможность постепенного перехода сварщика от одного участка к другому и, соответственно, нужной длины шланга и в некоторых случаях использования мобильной платформы для сварочного аппарата и баллона с редуктором. В других случаях удобнее использование поворотного/подвижного стола с жестко закрепленным на нем свариваемым блоком.

Техника сваривания

Процесс сварки своими руками требует предварительной настройки аппарата. Для этого сварщику нужно выполнить ряд действий:

1. При использовании неплавящихся вольфрамовых электродов их необходимо заранее подготовить. Рабочий стержень нужно заточить с помощью надфиля.
2. После заточки электрода его нужно установить на горелку. Для этого используется цанговый зажим.
3. Открыть вентиль на баллоне с аргоном. С помощью редуктора установить рабочий расход газа. Оптимальный показатель — 13 л/мин.
4. Массу закрепить на обрабатываемой заготовке или металлическом рабочем столе.
5. Включить осциллятор. Горелку поднести к поверхности металла.
6. После нажатия на кнопку включения появится искра. Открыть подачу газа на горелке.

Расстояние между окончанием электрода и рабочей поверхностью должно быть не менее 3 мм. Вести заострённую часть можно по-разному. Если увеличивать расстояние между вольфрамовым наконечником и металлом, шов будет получаться широким, а глубина проварки уменьшится. При соединении тонких заготовок нужно делать движения горелкой справа налево. Чтобы сделать корневой шов, нужно вести электрод ровно. Угловые стыки соединяются под углом 45 градусов.

ТИГ сварка используется для соединения металлов и сплавов на их основе. Защитный газ, применяемый во время проведения работ, не даёт появляться оксидной плёнке. Важно правильно настраивать оборудование, затачивать неплавящийся электрод перед работой, удерживать дугу на одном расстоянии от заготовки.

Принцип работы аргонодуговой сварки

В международном обозначении аргонодуговой метод имеет аббревиатуру TIG. Он активно применяется на производстве и в мастерских. С его помощью соединяют треснутые детали автомобилей (поддоны картера, блоки охлаждения двигателя), собирают емкости для пищевой и химической промышленности, изготавливают нержавеющие полотенцесушители, коллекторы, фильтры для жидкостей и т. д. В гараже таким аппаратом можно успешно выполнять кузовной ремонт или выпускать мелкую продукцию.

Принцип работы аргоновой сварки заключается в соединение металлов электрической дугой в среде инертного газа. Для процесса понадобиться источник тока, который понижает напряжение и повышает ампераж. Ток подается на горелку, оснащенную вольфрамовым электродом. Он неплавящийся, поэтому сварщику легче контролировать длину дуги, которая должна быть 2-5 мм. Кабель массы подключается к изделию.

Прикосновение конца вольфрамовой иглы к детали возбуждает электрическую дугу. Для тонких швов не требуется поперечных колебаний — электрод ведется ровно, справа налево вдоль линии шва, поверхность соединения получается гладкой как зеркало. Если между деталями присутствует зазор или необходимо расширить границы шва, то при ведении горелки, сварщик совершает незначительные колебания по сторонам, растягивая сварочную ванну. Это содействует образованию мелкой чешуи.

Процесс аргонодуговой сварки.

Температура дуги колеблется от 2000 до 5000 градусов, в зависимости от силы тока. Это позволяет расплавлять кромки металла и соединять его тонким швом. Чтобы усилить конструкцию, используется присадочная проволока, подающаяся второй рукой сварщика в сварочную ванну. Так, можно повысить высоту валика, придать шву чешуйчатость и даже выполнять наплавку металла под последующую механическую обработку (проточку на токарном станке, шлифовку).

Для защиты сварочной ванны от внешней среды применяется инертный газ аргон. Он подается от баллона в горелку и вытесняет обычный воздух. Это исключает образование пор в структуре шва. Соединение получается герметичным и прочным. Параллельно защитный газ охлаждает вольфрамовый электрод и керамическое сопло, чтобы они не перегревались. На заключительной стадии, когда дуга погашена, аргон содействует застыванию шва.

Схема процесса аргонодуговой сварки.

Плюсы и минусы метода TIG

У метода TIG есть явные преимущества перед другими способами сварки, но работа аргоновым сварочным аппаратом имеет и несколько недостатков, к которым нужно быть готовым, выбирая этот метод сваривания.

Плюсы метода TIG

1. локальный нагрев исключает серьезные деформации изделия;
2. тонкая вольфрамовая игла позволяет создавать узкие, аккуратные швы;
3. можно вести сварку с присадкой и без нее, влияя на высоту валика;
4. соединение получается без шлаковой корки сверху;
5. в большинстве случаев не требуется последующая
6. механическая обработка; можно сваривать нержавеющие стали и цветные металлы;
7. швы герметичны и выдерживают высокое давление;
8. отсутствуют брызги металла, прилипающие к поверхности.

Минусы метода TIG

1. скорость соединения уступает MIG;
2. колпак горелки мешает работе в труднодоступных местах;
3. керамическое сопло немного ограничивает видимость сварочной ванны;
4. качество шва зависит от навыков пользователя (сразу взять и варить, как полуавтоматом не получится);
5. требуется постоянно подавать второй рукой присадку и контролировать ее длину (при сварке длина проволоки быстро сокращается, а длинные куски неудобно держать в руках,
6. поскольку они «гуляют»);
7. вольфрамовые электроды стоят дороже покрытых;
8. дополнительные расходы на аргон;
9. нельзя качественно сварить детали на улице при сильном ветре (сдувается аргон и сварочная ванна остается незащищенной).