Сварка ВИГ постоянным током (TIG DC)

Сварка ВИГ постоянным током (TIG DC)

При сварке ВИГ постоянным током почти исключительно используется так называемая прямая полярность, при которой вольфрамовый электрод подключается к МИНУС-полюсу источника сварочного тока, а основной материал — к ПЛЮС-полюсу. На практике это означает, что вы подключаете горелку TIG к клемме MINUS сварочного аппарата, а кабель заземления к клемме PLUS. Около 1/3 всего тепла дуги выделяется на отрицательном электроде (то есть на вольфрамовом электроде в горелке), а остальные 2/3 тепла выделяются на положительном электроде (на основном материале). Таким образом, у нас есть больше тепла для более легкого плавления материала, и в то же время вольфрамовый электрод не подвергается такому большому тепловому напряжению. Сварные швы, выполненные методом TIG DC с прямой полярностью, узкие и характеризуются большой глубиной шва.

Kазерная сварка изделий из стекла и пластмассы доступна на https://laser-form.ru/technologies/lazernaya-svarka-metalla-nerzhaveyushchey-stali-titana/.

К сожалению, прямая полярность не позволяет получить так называемый очищающий эффект дуги, и поэтому ее нельзя просто использовать для материалов со стойким оксидным слоем на поверхности (алюминиевые и магниевые материалы) — оксиды она не очистит. Использование постоянного тока прямой полярности подходит для большинства свариваемых металлов, не содержащих на своей поверхности стойких оксидов. Стальные материалы от конструкционной (нелегированной) до нержавеющей (высоколегированной) стали в основном свариваются методом TIG DC-. Кроме того, TIG DC- можно использовать для материалов на основе никеля и меди, титана и для сварки твердых слоев при ремонте инструмента.

Непрямая полярность (TIG DC+)

При обратном подключении, т. е. при так называемой непрямой полярности (горелка на ПЛЮС, а заземляющий кабель на МИНУС), вольфрамовый электрод будет подвергаться большой термической нагрузке (примерно 1/2 всего тепла) и существует риск он тает. Неплавящийся электрод легко может стать плавящимся электродом. Тем не менее на практике это иногда используется в весьма ограниченном объеме, но необходимо обеспечить интенсивное охлаждение вольфрамового электрода и поэтому использовать специальное сварочное оборудование. Преимуществом непрямой полярности является ранее упомянутый очищающий эффект, о котором мы расскажем в отдельном параграфе. Поэтому непрямая полярность используется для материалов, покрытых стойким оксидным слоем. К ним относятся алюминиевые материалы (чистый алюминий и его сплавы) и магний. Его обычно применяют только для небольших толщин, которые можно сваривать малыми токами, с одновременным интенсивным охлаждением вольфрамового электрода.

Для обычной сварки общедоступным оборудованием непрямая полярность не используется. Кто попробует, как правило, сразу «прожигает» вольфрамовый электрод. Сварные швы, выполненные методом TIG DC с непрямой полярностью, широкие, с небольшой глубиной шва (неглубокие).

 

Очищающий эффект электрической дуги

Вернемся теперь к так называемому очищающему эффекту. Очищающее действие электрической дуги легко удаляет стойкие оксиды, находящиеся на поверхности некоторых материалов (алюминий, магний) и затрудняющие сварку этих материалов. Например, алюминиевые материалы покрыты слоем оксида алюминия (Al2O3), который имеет температуру плавления примерно в 3 раза выше, чем сам алюминий, является электрически непроводящим и очень твердым. Этот оксид практически делает невозможной сварку алюминиевых материалов и его необходимо удалять до или во время сварки. Это можно сделать несколькими способами.

  • Механическая очистка (шлифовка, чистка щеткой) — не очень эффективна, так как после очистки в воздухе снова начинает образовываться оксид. Тем не менее, желательно использовать механическую очистку хотя бы в том месте, где мы прикрепляем заземляющий зажим сразу после очистки и, возможно, также в том месте, где мы будем зажигать дугу. Мы должны очистить непосредственно перед сваркой.
  • Химическая очистка с использованием специальных препаратов и растворителей – более эффективна, но сложна. Применялся для сварки пламенем алюминия, для электродуговой сварки практически не применяется.
  • Электродуговая очистка с помощью катодного пятна – очищающее действие непрямой полярности постоянного сварочного тока надежно удаляет оксид. Причиной является так называемое катодное пятно. Это создается во время горения дуги на отрицательном электроде (катоде), который здесь представлен основным материалом. Пятно перемещается по материалу и ищет место с так называемой наименьшей энергией излучения. При этом в этом месте находится самый толстый слой оксида. Пятно использует свою энергию для испарения оксида. В то же время имеет место и так называемый динамический эффект дуги, когда поток положительных ионов газа, ускоренный по направлению к сварочной ванне, способствует разрушению оксидного слоя. Все это возможно только при непрямой полярности, т.е. подключение горелки к ПЛЮСУ, а материала к МИНУСУ.

При сварке алюминия методами MMA или MIG он варится с непрямой полярностью и сварка проходит относительно безотказно. Однако при сварке ВИГ необходимо учитывать недостатки непрямой полярности для сварки ВИГ, описанные выше. Поэтому для сварки материалов, где нам необходимо использовать эффект очистки, для сварки TIG используется переменный ток (AC).

Сварка ВИГ переменным током (TIG AC)

При сварке ВИГ переменным (AC) током происходит периодическое чередование полярности, т.е. рисунок в) выше. Таким образом, часть периода — это вольфрамовый электрод, подключенный к ПЛЮСУ, а оставшаяся часть периода — к МИНУСУ. Переменный ток позволит нам одновременно использовать как прямую, так и непрямую полярность. При подключении к PLUS основной материал очищается от оксидов, но при этом вольфрамовый электрод подвергается большей нагрузке. Во второй фазе меняется полярность, вольфрамовый электрод подключается к МИНУСУ и он частично охлаждается и при этом основной материал больше плавится. Проще говоря, можно сказать, что фаза очистки и фаза сварки периодически чередуются. Или что материал сначала очищается, а потом сваривается.

Более старые аппараты для сварки ТИГ переменным током имели синусоидальную форму (график 1) сварочного переменного тока, частота которого соответствовала частоте сетевого напряжения питания, т.е. 50 Гц. Эти источники не позволяли изменить чередование, т.е. соотношение между положительной и отрицательной полярностью. Соотношение очистки/сварки было 50/50. Это соотношение имеет излишне большой очищающий эффект и вызывает большую тепловую нагрузку на вольфрамовый электрод. Сегодня эта технология больше не используется. Следующее поколение сварочных аппаратов TIG AC по-прежнему использовало частоту 50 Гц и было основано на синусоидальной форме волны, но теперь можно было изменить соотношение очистки/сварки благодаря регулируемой инверсии полярности синусоиды.

Современные сварочные аппараты для сварки ВИГ переменным током имеют прямоугольный ход выходного тока и позволяют устанавливать как частоту смены полярности, так и соотношение отдельных фаз (зачистка/сварка) в диапазоне примерно 20 — 60 %. очистка/остатки сварки. Более высокий коэффициент очистки (50 — 60 %) используется только при сварке сильно окисленных материалов. Для обычных материалов достаточно степени очистки около 20-40%. Управление соотношением очистки/сварки называется балансом переменного тока.