Zavarivanje TIG postupkom

Zavarivanje TIG postupkom.

Način rada zavarivanja TIG postupkom.

Kutni zavar izveden zavarivanjem TIG postupkom.

Dio opreme za zavarivanje TIG postupkom.

Oprema za zavarivanje TIG postupkom.

Zavarivanje TIG postupkom (engl. Tungsten Inert Gas), TIG postupak zavarivanja ili elektrolučno zavarivanje netaljivom elektrodom u zaštiti inertnog plina (engl. Gas Tungsten Arc Welding – GTAW) je ručni postupak zavarivanja u neutralnom zaštitnom plinu ili neutralnoj smjesi plinova, koji koristi netaljivu volframovu elektrodu (ili volfram s dodacima, npr. torijevog oksida ili oksida drugih elemenata kao cirkonij, lantan, itrij) i posebno dodatni materijal. Svojstvo ovog postupka je stabilan električni luk i visoko kvalitetan zavar, ali zahtjeva izuzetne vještine zavarivača i relativno je spor. Iako se može koristiti za skoro sve vrste materijala, najčešće se koristi za zavarivanje nehrđajućih čelika i lakih metala (aluminijeve legure, titanijeve legure). Pogodan za zavarivanje tankih limova (do debljine 6 mm), a često se koristi kod proizvodnje bicikla, zrakoplova i brodova, te kod zavarivanja u prinudnim položajima. U pravilu se volframova elektroda priključuje na (-) pol izvora istosmjerne struje, zbog znatno manjeg trošenja volframove elektrode. Koristi se pulsirajuća struja zavarivanja.

Električni luk se uspostavlja pomoću visokofrekventnog generatora (VF generator), koji se uključuje samo u djeliću sekunde, neposredno pred zavarivanje. Nakon uspostavljanja električnog luka između netaljive volframove elektrode i radnog komada, tj. priključaka na polove električne struje (istosmjerne ili izmjenične), VF generator se isključuje, a postupak zavarivanja se odvija sa (ponekad i bez) dodavanja dodatnog materijala (žice) u električni luk. Nakon toga slijedi taljenje ivica žlijeba za zavarivanje (kod materijala manje debljine – I spoj), odnosno ravnomjerno ručno dodavanje žice za zavarivanje u električni luk, te taljenje žice i stvaranje zavarenog spoja (kod debljih materijala ili kod provarivanja korijena debelih materijala).

Prednosti i nedostaci

Prednosti zavarivanja TIG postupkom su: kvaliteta zavarenog spoja je vrlo visoka (kako u pogledu broja grešaka u zavarenom spoju, tako i sa stajališta estetskog izgleda i mehaničkih svojstava zavara), pogodan je za reparaturna (popravak) zavarivanja, ima mogućnost zavarivanja u svim položajima zavarivanja, nema rasprskavanja kapljica.

Nedostaci su: viša cijena opreme za zavarivanje (uređaja za zavarivanje) u odnosu na zavarivanje MIG postupkom, kvaliteta zavara još uvijek ovisi o vještini zavarivača, nije pogodan za automatizaciju i robotizaciju, vrijeme za izobrazbu dobrog zavarivača je dugo, daleko manja učinkovitost u odnosu na zavarivanje MIG postupkom i zavarivanje plazmom, dolazi do jakog bljeskanja pri zavarivanju, otežan rad na otvorenom (vjetar!), pri zavarivanju se oslobađaju plinovi (potrebna dobra ventilacija prostora), dugotrajni rad može ostaviti štetne posljedice na zdravlju zavarivača (reuma, oštećenja dišnog sustava).

Oprema za zavarivanje TIG postupkom

Netaljive elektrode

Netaljive elektrode za zavarivanje TIG postupkom (volfram ima talište 3410 °C) mogu biti:

• čisti volfram (zelena),
• volfram + torijev oksid ThO₂ (žuta, crvena, ljubičasta),
• volfram + cirkonijev oksid ZrO₂ (smeđa, bijela),
• volfram + lantanov oksid LaO₂ (crna).

Za netaljive volframove elektrode često je potrebno oblikovanje (brušenje elektrode zbog gubitka geometrije).

Zaštitni plin

Zaštitni plin se koristi kod elektrolučnog zavarivanja, kod postupaka: zavarivanje TIG postupkom, zavarivanje MIG postupkom i zavarivanje MAG postupkom. Zaštitni plin kod ovih postupaka bitno određuje kvalitetu zavarenog spoja. U počecima uvođenja postupka zavarivanja u atmosferi zaštitnog plina uobičajeno je bilo svega nekoliko pojedinačnih plinova, na primjer kod zavarivanja MIG postupkom čisti argon, a kod zavarivanja MAG postupkom čisti ugljikov dioksid. Danas prevladavaju mješavine plinova. U međuvremenu je količina standardiziranih plinskih mješavina znatno povećana, jer se kao dijelovi u mješavini ne primjenjuju samo argon i CO₂, već također i kisik, helij, vodik i dušik. Podjela različitih zaštitnih plinova dana je u europskom standardu EN „Zaštitni plinovi za elektrolučno zavarivanje i rezanje“. Zbog uobičajnosti korištenja argona kao zaštitnog plina, TIG postupak zavarivanja naziva se i argonsko zavarivanje.

Izvor struje za zavarivanje

Izvor struje za zavarivanje TIG postupkom može biti:

• istosmjerni izvor s minus polom na elektrodi: koristi se za nehrđajuće čelike, nelegirane čelike, titanijeve legure, bakar;
• istosmjerni ili izmjenični izvor: koristi se za aluminij, magnezij i njihove legure;
• izmjenični izvor je skuplji zbog HF (visokofrekventnog) modula, koji se koristi za uspostavljanje i održavanje električnog luka i ima strmopadajuću karakteristiku.

Izvor struje ima padajuću karakteristiku kao kod REL postupka zavarivanja. Zbog toga većina novih strojeva ima mogućnost TIG i REL zavarivanja. Izvori struje za TIG zavarivanje mogu biti:

• za standardno TIG zavarivanje,
• za impulsno TIG zavarivanje.

Prednosti impulsnog zavarivanja su :

• stabilniji električni luk (ako se dobro odrede parametri),
• precizna kontrola penetracije smanjenje veličine taline zavara smanjenje unosa, topline u radni komad a time i smanjenje deformacija.

Uspostavljanje električnog luka:

• dodirivanjem volframove elektrode s radnim komadom ili takozvano kresanje (rijetko se koristi – mogućnost oštećivanja volframove elektrode i kontaminacija radnog

komada),

• uz pomoć visokofrekventnog generatora (VF generator) – koji služi za uspostavljanje električnog luka bez dodira vrha volframove elektrode sa radnim komadom (DC i AC) te za podržavanje stabilnosti električnog luka kod zavarivanja izmjeničnom strujom AC).

Zavarivanje TIG postupkom istosmjernom strujom s elektrodom na negativnom polu (istosmjerna struja je vrsta električne struje gdje ne dolazi do promjene smjera toka elektrona u jedinici vremena) je najčešća kombinacija struje/polariteta kod primjene TIG postupka (DCEN – Direct Current Electrode Negative). Elektroni se kreću s negativne elektrode na pozitivni osnovni materijal, ubrzavajući kroz električni luk, a pozitivni elektroni imaju suprotan smjer. Pri tome, količina kinetičke energije elektrona značajno je veća od one iona pa dolazi do većeg zagrijavanja radnog komada, a manjeg vrha elektrode (približni odnos toplinskog opterećenja: 1/3 na elektrodi, 2/3 na radnom komadu). Zbog toga ovaj način TIG zavarivanja omogućuje rad sa manjim promjerima elektroda, to jest rad s velikim strujama, a vrh elektrode može biti zašiljen što daje stabilnost električnom luku. Ovaj način zavarivanja daje dobru penetraciju.

Kod zavarivanja TIG postupkom istosmjernom strujom gdje je elektroda na pozitivnom polu (DCEP - Direct Current Electrode Positive) smjer elektrona je suprotan pa je time i raspodjela topline drugačija – dolazi do velikog toplinskog opterećenja elektrode. Stoga, ovaj način zavarivanja je moguć kod manjih struja zavarivanja uz primjenu netaljivih elektroda većeg promjera. Također, u odnosu na prethodni slučaj, penetracija je manja, a zaobljenost vrha elektrode može rezultirati nestabilnošću električnog luka. Ipak, smjer pozitivnih iona (s elektrode na radni komad) rezultira razaranjem tankih površinskih oksida s površine osnovnog materijala što omogućuje zavarivanje aluminija, magnezija i njihovih legura.

Zavarivanje TIG postupkom izmjeničnom strujom (AC – Alternating Current - izmjenična struja je vrsta električne struje gdje dolazi do promjene smjera toka elektrona u jedinici vremena) je način TIG zavarivanja gdje se uz mogućnost dobrog čišćenja oksida s površine osnovnog materijala dobiva i dobra penetracija, a toplinsko opterećenje je približno podjednako na elektrodi i radnom komadu (iako ovisi o balansu izmjenične struje). Pri tome, dolazi do mijenjanja pravca kretanja čestica (ovisno o frekvenciji struje), a time i do "gašenja i paljenja" luka što dovodi do njegove nestabilnosti (utjecaj ove pojave može se smanjiti dodatnim uređajem na izvoru struje koji proizvodi visokonaponsku i visokofrekventnu struju u trenutku "gašenja" luka). Kod TIG AC zavarivanja promjenom frekvencije izmjenične struje, ali i njezinim balansom (odnosom koliko vremena je elektroda na pozitivnom, a koliko na negativnom polu), može se utjecati na geometriju zavarenog spoja, čišćenje oksida, ali i termičko opterećenje radnog komada i elektrode.