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.
Виды сварочных аппаратов в зависимости от типа сварки
Рассмотрев, какие бывают сварочные аппараты по типу источника питания, перейдем к их разновидностям по режимам сварки.
Аппараты для ручной дуговой сварки ММА
Такие виды сварочных аппаратов построены на базе инверторов, трансформаторов или выпрямителей. Сварщик орудует держателем, на котором закрепляется плавящийся электрод. Металлический стержень замыкает дугу на изделии и служит присадочным материалом. Наружная обмазка, расплавляясь, создает газовое облако для защиты сварочной ванны от внешней среды.
Аппарат для ручной дуговой сварки — MMA.
Применение. Этим типом сварки можно соединять черные металлы. Если установить электроды с нержавеющим стержнем, то получится сваривать легированную сталь. Но скорость работы получается медленной, нужен достаточный опыт, чтобы получить качественное соединение, постоянно приходится контролировать длину дуги, поскольку электрод уменьшается.
Схема процесса электродуговой сварки.
Смотрите видео о сварочных аппаратах MMA:
Аппараты для полуавтоматической сварки MIG/MAG
Сварка МИГ/МАГ называется полуавтоматической, поскольку шов ведется при помощи горелки, но проволока внутри подается от специального механизма с катушки. Принцип действия похож на ММА, только вместо держателя предусмотрена компактная горелка. Металл соединяется за счет электрической дуги (кабель массы подключается к изделию, а «плюс» остается на проволоке).
Аппарат для полуавтоматической сварки — MIG/MAG.
Применение. Благодаря непрерывной подаче присадки можно создавать длинные, аккуратные швы. В сварочной ванне нет шлака, поэтому сварщику лучше ее контролировать. Защитой от внешней среды служит газ, подаваемый от баллона через сопло горелки. Такой вид сварки быстрый и позволяет соединять металл толщиной от 0.6 до 20.0 мм. В зависимости от типа устанавливаемой проволоки можно сваривать черный металл, нержавейку, алюминий. Но за собой требуется возить баллон. Еще при ветре и работе на улице сварочная ванна становится беззащитна (подаваемый газ сдувается).
Схема процесса полуавтоматической сварки.
Смотрите видео о сварочных полуавтоматах MIG/MAG:
Аппараты для аргонодуговой сварки TIG
Сварка ТИГ выполняется инверторами. Здесь тоже присутствует электрическая дуга, но она горит между изделием и неплавящимся вольфрамовым электродом. Последний бывает в диаметре 1.6-3.2 мм и затачивается в виде острого конуса. Это позволяет создавать узкие швы. Выполнять соединения можно как за счет только сплавляемых кромок, так и при помощи дополнительно подаваемой присадки свободной рукой сварщика. Сварочную ванну защищает аргон, выдуваемый из сопла горелки.
Сварочный аппарат аргонодуговой сварки.
Применение. При работе на постоянном токе можно сваривать черные металлы и нержавейку. Есть виды сварочных аппаратов с функцией AC/DC, предназначенные для сварки алюминия. Таким оборудованием получится варить очень аккуратно и экономно, но скорость метода значительно уступает полуавтомату.
Схема процесса аргонодуговой сварки.
Смотрите видео о сварочных аппаратах для аргонодуговой сварки:
Универсальные сварочные аппараты
Универсальные модели сварочных аппаратов комбинируют в себе сразу несколько режимов сварки.
Вот существующие варианты:
- ММА+МИГ. Модель способна варить покрытыми электродами и проволокой, подающейся с барабана. В первом случае это практично для резки электросваркой, а во втором для серийного выпуска деталей из листового металла или кузовного ремонта.
- МИГ+ТИГ. Полуавтомат с возможностью присоединения аргоновой горелки. Разрешает накладывать быстро швы на нержавейке и черном металле при помощи режима MIG, а также соединять алюминий, переключившись на TIG.
- ММА+ТИГ. Инвертор для сварки обычными электродами и вольфрамовыми стержнями. Практичен при чередовании сварки черных и цветных металлов там, где не требуется высокая скорость.
- 3 в 1. Самые универсальные аппараты, способные выполнять сварку в режимах ММА, TIG и MIG. Для этого на фронтальной панели предусмотрено несколько гнезд для присоединения соответствующих горелок. Такое оборудование приобретают для самых разносторонних задач.
Аппараты для точечной сварки
Аппараты для точечной сварки бывают в виде моделей с клещами для двухсторонней сварки или с пистолетом и обратным молотком для односторонней сварки. Первые применяются для сборки тонколистовых конструкций (ящики, двери, ворота, калитки).
Аппарат для точечной двухсторонней сварки.
Вторые используются при кузовном ремонте, когда требуется привариться к плоскости без доступа к обратной стороне. Есть ручные переносные модели с весом до 16 кг и стационарные станки контактной сварки. Толщина свариваемого металла варьирует от 3 до 9 мм.
Аппарат для точечной односторонней сварки.
Аппараты для плазменной сварки
Такие виды аппаратов используют электрическую дугу, горящую в сопле между катодом и анодом. Через нее пропускается сжатый воздух от компрессора, что и образует плазму. Замыкание массы на изделии позволяет перенести дугу и сделать из нее не дежурную, а режущую дугу. Если использовать присадочную проволоку, то этот метод подойдет для сваривания деталей.
Аппарат для плазменной сварки.
Смотрите видео о плазморезах:
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.
Описание сварочного процесса
Итак, весь процесс будет объединять в себе такие действия:
- Выполнение зачистки поверхностей каждой детали.
- Монтаж нижней подкладки.
- Монтаж деталей на подкладку.
- Выставление ширины зазора, а также фиксирование деталей неподвижно.
- Укладка электродов между деталями.
- Монтаж защитной прокладки, стальной и медной накладки.
- Запуск сварочной дуги.
- Охлаждение и зачистка шва от сварки.
Для начала электроды следует установить в держатель, а после можно укладывать их между деталями – так масса подключится к нижней подкладке. Максимально допустимо длиной свариваемого за одну процедуру создания шва будет 120 см, потому что при большей длине появляется преждевременное перегревание остатков электрода.
Интересно, что сварка лежачим электродом применяется чаше всего для формирования прямых швов, но допускается согнуь электрод по форме предполагаемого шва не больше, чем на угол в 30 градусов, потому что перегибание способно привести к тому, что обмазка начнет осыпаться и оборвется электрод во время сварке. По этой же причине не допускается применение нескольких стыкующихся электродов вместо единого длинного.
Подкладка из бумаги между накладкой из меди и деталями применяется для того, чтобы предотвращать преждевременный износ прокладки, и при этом стоит проследить, чтобы края подкладки не торчали наружу, потому что у них есть свойства самовозгорания при сварке, что может стать причиной возникновения пожара.
Запустить дугу можно сразу двумя способами:
- Вторым электродом, который подключен к аппарату.
- Куском ненужного металла.
Если вы используете сварочный аппарат стационарного типа, то лучше запускать дугу вторым электродом, который установлен в держателе, и при этом очень важно, чтобы держатель был закреплен (тот, в котором зажаты электроды). Дело в том, что притяжение, которое возникает при появлении дуги, способно вытягивать лежачие электроды из-под прокладки. Для запуска дуги куском металла следует соединить отрезком материала край детали, которую приваривают и конец электрода. Учтите, что во время такого процесса держать отрезок металла следует в электроизоляционных рукавицах.
Не обращая внимания на то, что дуга сварки будет скрыта под поверхностью накладки из меди, сварщику требуется использовать специальные защитные очки для глаз, потому что излучение дуги всегда видно в начале и в завершении сварки. Более того, есть большой риск откидывания недостаточно тяжелой накладки при сварке и открытии дуги. Размещать металл для сварки можно и в одной плоскости, и под разными углами друг к другу, но в таком случае зазор между деталями не устанавливают, а накладку подгоняют по форме усеченного уголка в разрезе.
Обратите внимание, что вместе накладки из меди можно использовать сыпучий флюс, и в таком случае электроды нужно брать без обмазки. Применение флюса для сварки лежачим электродом дает возможность не ограничивать длину сварного шва, который будет сформирован за одну процедуру. Более того, электрод без обмазки можно согнуть на больший угол во время сварки деталей с изгибами.
Когда требуется варить сразу 3-4 детали вокруг одного основного шва, то предметы следует расположить в таком порядке:
- Вниз укладываем самую большую деталь.
- По бокам должны быть расположены близкие по форме детали.
- Поверх самого электрода укладываем самую легкую по весу деталь.
Верхняя деталь обязательно должна покрывать лежачий электрод полностью и ее нужно прижимать грузом (обычно для этого применяют кирпичи). Для сварки больше, чем двух деталей одновременно лучше всего применять пучок из 3 или 7 электродов.
При помощи лежачего электрода вы сможете формировать не только соединение для стыков, но даже варить плоские листы металла, которые расположены внахлест. Для этого верхнюю накладку следует сделать в виде продольного бруска металла, в котором будет проделана канавка для электродов. Накладку следует поместить на листы, которые закреплены внахлест, канавкой с электродом вниз, и при этом листы будут проплавлены насквозь (при условии, что их толщина до 0.8 см), или же оплавится полностью лишь верхний лист (и при этом нижний лист очень толстый).
Преимущества и недостатки
Любой технологический процесс обладает сильными и слабыми сторонами. Преимущества аргоновой TIG сварки:
- 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.
- Уменьшаются внутренние напряжения, образующиеся во время сваривания без защитного газа.
- Металл не разбрызгивается.
- После сваривания изделия не нуждаются в дополнительной обработке.
- ТИГ сваркой можно соединять большинство известных металлов, сплавов.
- Достаточно попробовать поработать оборудованием 2–3 раза, чтобы освоить навык создания качественных, красивых швов.
Недостатки TIG сварки:
- Используя оборудование на открытом воздухе, нужно закрывать место соединения от ветра. Потоки воздуха сбивают направления движения защитного газа, ухудшают качество шва.
- Нужно тщательно подготавливать рабочую поверхность.
- Нельзя выбирать острый угол наклона горелки относительно заготовки. Это осложняет рабочий процесс.
- 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
Применение
Поскольку ТИГ технология позволяет соединять множество металлов и сплавов на их основе, её используют в различных направлениях промышленности:
- Автомобилестроение, изготовление деталей для промышленного оборудования.
- Космическая промышленность.
- Строение кораблей, самолётов.
- Изготовление медицинских инструментов.
- Строительство, создание электроинструментов.
Часто ТИГ технология применяется в домашних условиях. С помощью аппаратов с вольфрамовыми электродами заваривают детали от кузова автомобилей, чинят радиаторы.
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:
- Увеличивается экономичность рабочего процесса.
- Можно проваривать детали на большую глубину. Шов получается узки, но глубоким.
- 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.
Аппарат для газовой резки и сварки
Газовая сварка предполагает нагрев детали до расплава пламенем высокой температуры. При этом применяются горючие газы — водород, природный газ, ацетилен. Отличительным свойством этих газов является хорошее горение на воздухе. Чаще всего в газосварочных аппаратах используют ацетилен, легко получаемый с помощью карбида кальция и воды. Температура горения этого газа 3200–3400 °C.
Достоинства газовой сварки и резки металлов:
- Несложная технология.
- Не требуется доступ к электрической сети, нет необходимости в использовании электрического тока.
- Оборудование, на базе которого выполняется сварка, достаточно несложно.
Следует, однако, отметить, что газовая сварка не обеспечит высокую скорость работ и производительность, ведь выполняется лишь вручную.
Серьёзное внимание при газовой сварке уделяется подготовке деталей, регулированию мощности горелки, установке её в нужное положение.
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:
- Инвертор TIG. Дополняется блоком, который может вырабатывать прямой или переменный ток. Благодаря этому увеличивается функционал аппарата. Даёт возможность работать со сталями, алюминием, сплавами.
- 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:
- Соединить осциллятор с инвертором.
- Провод, отвечающий за массу, закрепить на клемме, отмеченной значком плюса.
- Провод, который соединён с горелкой, нужно подключить к клемме со значком минуса.
- На рукав, через который будет проводиться поток газа, закрепить горелку.
- Подготовить баллон с аргоном. Накрутить редуктор.
- Рукав, подающий газ, закрепить на редукторе.
- 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.
Техника сваривания
Процесс сварки своими руками требует предварительной настройки аппарата. Для этого сварщику нужно выполнить ряд действий:
- При использовании неплавящихся вольфрамовых электродов их необходимо заранее подготовить. Рабочий стержень нужно заточить с помощью надфиля.
- После заточки электрода его нужно установить на горелку. Для этого используется цанговый зажим.
- Открыть вентиль на баллоне с аргоном. С помощью редуктора установить рабочий расход газа. Оптимальный показатель — 13 л/мин.
- Массу закрепить на обрабатываемой заготовке или металлическом рабочем столе.
- Включить осциллятор. Горелку поднести к поверхности металла.
- 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.
Основы сварки инвертором
Для начала разберемся в конструкции сварочного инвертора. «Начинку» рассматривать не будем, осмотрим, что есть сверху и чем придется пользоваться.
Из чего состоит инверторный сварочный аппарат (Чтобы увеличить размер картинки щелкните по ней правой клавишей мышки)
Этот аппарат представляет собой небольшой металлический ящик, который в зависимости от мощности весит от 3 кг до 6-7 кг. Корпус обычно металлический, некоторые производители делают в нем вентиляционные отверстия — для лучшего охлаждения «начинки» (большей частью — трансформатора). Для переноски есть ремень, иногда есть еще и ручка: ремень надевают на плечо, если работа требует передвижения.
На одной из панелей есть клавиша или тумблер включения питания. В лицевой части расположены индикаторы питания и перегрева. Также есть ручки выставления напряжения и сварочного тока. Также на передней панели есть два выхода — «+» и «-» к которым подключаются рабочие кабели. Один кабель заканчивается зажимом-прищепкой, который цепляют к детали, второй — держателем электрода. Разъем подключения кабеля электропитания находится, как правило, сзади. Вот собственно, все.
При покупке инвертора обратите внимание, чтобы кабели были достаточно длинными и гибкими: так удобнее работать. Именно на недостаточно длинные и жесткие рабочие кабели больше всего нареканий у пользователей популярной марки сварочных инверторных аппаратов «Ресанта».
Общие принципы работы с инверторным сварочным аппаратом рассказаны в этом видео.
Сварка инвертором для начинающих
Как при любой электросварке, расплавление металла происходит за счет теплоты электрической дуги. Она возникает между сварочным электродом и свариваемым металлом. Для создания дуги их подключают к противоположным полюсам: на один подают «+», на второй «-«.
При подключении электрода к «минусу» а детали к «плюсу» соединение называют «прямым». Если на электрод подан «плюс» — подключение — обратное. И тот и другой вариант используются при сварке, но только для металлов разной толщины: обратную — для сварки тонких металлов; прямую — для сварки толстых металлов (толщиной более 3 мм). Но это — не непреложное правило, иногда поступают наоборот.
Прямая и обратная полярность подключения на сварочном инверторе
Чем на практике вызвано такое разделение? Физикой процесса. Электроды при возникновении дуги движутся от минуса к плюсу. И передают при этом положительно заряженной поверхности еще и свою энергию, увеличивая ее температуру. Потому тот элемент, который подключен к положительному выходу, нагревается больше. При сварке металлов достаточной толщины их нужно хорошо разогревать, чтобы они сплавились и шов был качественный. Потому на них подают «+». Тонкий металл, наоборот, от перегрева может прогореть и к нему цепляют «минус», сильнее разогревая электрод, с которого в шов поступает больше расплавленного металла.
Правильно варить металл инвертором можно только если электрод хорошо вами контролируется. Для этого нужно держак взять правильно. Как это сделать, смотрите в видео.
Как при сварке образуется шов
Чтобы азы сварки инвертором были понятнее, рассмотрим, что происходит при образовании шва. Для начала уточним, что сварочный электрод для сварки металлов состоит из металлического сердечника и обмазки — специального покрытия, которое закрывает область сварки от контакта с кислородом, содержащимся в воздухе. Подробнее об электродах для инверторов читайте тут.
Теперь собственно о процессе сварки. Электрическая дуга образуется при контакте сердечника электрода и металла (как разжечь дугу читайте чуть ниже). При этом начинает гореть обмазка. Она частично расплавляется, переходя в жидкое состояние, частично превращается в газы. Эти газы окружают зону сварки — сварную ванну. Они не дают «прорваться» к расплавленному металлу кислороду из воздуха. Та часть обмазки, которая перешла в жидкое состояние, покрывает расплавленный металл, создавая второй слой защиты. После остывания она превращается в шлак, который коркой покрывает шов. И на этом этапе шлак защищает горячий еще металл от кислорода.
Как происходит сварка инвертором
Но шлак и защита — далеко не единственный процесс, который при этом происходит, и который нужно контролировать. При сварке необходимо следить за тем, чтобы место соединения двух кусков металла прогревалось равномерно и достаточно. Обе детали должны расплавиться на одинаковое расстояние от края. Чтобы прогрев был равномерным, нужно удерживать одинаковое расстояние от кончика электрода до детали. Делать это не очень просто: электрод в время сварки плавится, и частицы его расплавленного металла дугой переносятся в шов. Потому приходится держатель электрода постепенно пододвигать ближе к детали. Но и на этом еще не заканчивается техника сварки электродом. Нужно еще его кончиком «выписывать» некоторые фигуры — зигзаги, круги, елочки и т.д. Они позволяют сделать шов шире и сплавить две детали вместе. Самые распространенные движения электрода представлены на фото ниже.
Движения электрода при сварке инвертором: для начинающих сварщиков нужно отработать несколько движений до автоматизма
То есть, двигать электрод нужно из стороны в сторону на ширину шва по одной из этих траекторий, следить при этом за тем, в каком состоянии находится сварная ванна, и еще опускать по мере прогорания электрод, поддерживая расстояние до детали постоянным. Вот такая непростая задача стоит перед тем, кто хочет научиться варить металл. Сварочным инвертором это проще — дуга постоянная и не скачет, но поначалу у вас может не получиться.
В этом видео с очень большим замедлением показан процесс переноса частиц металла с электрода в сварную ванну и то, как она формируется.
