A nem fogyó elektródákkal végzett ívhegesztés védőgáz-atmoszférában olyan ívhegesztési eljárás , amelyet alumínium , magnézium és ötvözeteik, rozsdamentes acél , nikkel , réz , bronz , titán , cirkónium és más nem ferromágneses fémek hegesztésére használnak. A hegesztési technika hasonló a gáz (üzemanyag) hegesztéshez , ezért magasan képzett hegesztőt igényel . Ezzel a technológiai eljárással kiváló minőségű hegesztések készíthetők. Ennek a módszernek a használatakor azonban a teljesítménymutatók nagyon alacsonyak, és nem vehetik fel a versenyt a védőgáz-atmoszférában végzett fogyóelektródos hegesztéssel, különösen félautomata hegesztőgépek vagy robotok használata esetén .
Ennek a technológiának az egyik fő előnye a sokféle anyag hegeszthetősége: az alacsony szén-dioxid-kibocsátású, erősen ötvözött és martenzites acélok mellett az alumínium és magnéziumötvözetek kiváló minőségű hegeszthetősége, és ezen felül, az olyan fémek és ötvözetek, mint a titán, cirkónium, molibdén , értékesebbek, nikkel, réz, bronz, sárgaréz . A módszert sikeresen alkalmazzák különböző anyagok egymáshoz hegesztésére is, például szénacélok és rozsdamentes acélok , réz és sárgaréz stb. [1] [2] [3]
A módszert két szempont jellemzi. Az első a nem fogyó wolframelektródák használata. A második az inert gázok használata , amelyek védik a hegesztőmedencét és magát az elektródát is. Bizonyos esetekben az argon vagy a hélium mellett hidrogént vagy nitrogént is használnak .
Az eljárás műszaki nevei az ezzel a módszerrel végzett első hegesztési kísérletek során használt héliumhoz kapcsolódnak.
Európában a módszert gyakran WIG-ként rövidítik a német Wolfram - Inertgas schweißen vagy TIG szóból, ahol a T a tungsten ( angolul tungsten ) rövidítése. Az Egyesült Államokban általában GTAW-nak jelölik a Gas Tungsten Arc Welding számára . Az Egyesült Államokban az AWS D10.11M/D10.11 érvényes. [négy]
Módszer számozás az ISO 4063 szerint.
Az elektromos ívkisülés Humphrey Davy [5] által 1800-ban és az elektromos ívet Vaszilij Petrov által 1802-ben felfedezett első években az ívhegesztési technológia lassan fejlődött.
A nem fogyó elektródával védőgázas környezetben történő hegesztés ötletét csak 1890-ben terjesztette elő Charles L. Coffin , aki megkapta a 419032 számú amerikai szabadalmat.
De még a 20. század elején is jelentős nehézségeket okozott a nem ferromágneses anyagok, például az alumínium és a magnézium hegesztése, mivel ezek a fémek gyorsan reagálnak a levegővel, pórusokat és szennyeződéseket képezve a hegesztett kötésekben, jelentősen rontva azok minőségét. . [6]
Acél és más fémek kiváló minőségű hegesztésének előállításához a hegesztési folyamat során el kell távolítani a hidrogént , a nitrogént és az oxigént az olvadékból, és így meg kell akadályozni a nem kívánt buborékok vagy pórusok képződését. A jó minőségű varratok eléréséhez vagy hegesztőmedencét vagy kiegészítő eszközöket kell használni, amelyek megvédik a hegesztendő részeket a környező légkörtől.
Néhány évtizeddel később, az 1920-as években Irving Langmuir egy olyan eljárást javasolt, amely alkalmas magas hőmérsékletű ívhegesztésre - két volfrámelektróda között hidrogénatmoszférában kialakított ívvel . A hidrogénatmoszférában egy ív a hidrogénmolekulák disszociációjához és rekombinációjához vezet, és nagy mennyiségű hő szabadul fel. 1924 - ben megkapta az 1952927 számú amerikai szabadalmat.
A fenti eljárás technológiájának fejlesztését 1941 -ben a Northrop Aircraft Inc. munkatársai végezték el . V.Pavlečka ( cseh. V.Pavlečka ) és Russ Meredith ( eng. Russ Meredith ), akik egy nem fogyó wolframelektródával történő hegesztési eljárást fejlesztettek ki, amely alkalmas magnézium , alumínium és nikkel héliumvédő atmoszférában történő hegesztésére. A módszer alkalmazása új lehetőségeket nyitott meg a repülési iparban használt hegesztőanyagok előtt , amelyek a második világháború elején különösen értékesnek bizonyultak a haditechnikai eszközök gyártásában . [7]
Az ezután kifejlesztett hegesztőpisztolyt az US2274631 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom engedélyezte.
Az 1950-es évek végén Nelson E. Anderson ( eng. Nelson E. Anderson ) szabadalmaztatott egy impulzusárammal történő hegesztési módszert (US2784349 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom), amelyben a hegesztőáram szabályos és bizonyos módon váltakozó erős impulzusok sorozata. és alacsony amplitúdójú. [nyolc]
Eleinte szelén egyenirányítót használtak a hegesztőegység egyenáramforrásaként .
Valamivel később a hegesztő transzformátorokat módosították annak érdekében, hogy lehetővé tegyék a hegesztésre alkalmasabb nagyfrekvenciás áramok ily módon történő előállítását. A legújabb lépések a hegesztő áramforrások dinamikus jellemzőinek optimalizálásához, azaz a hegesztőáram és feszültség beállításához vezettek [7]
Védőgáz atmoszférában, nem fogyó elektródával végzett hegesztéskor a volfrámelektróda és a hegesztendő alapanyagok, illetve a hegesztőmedence között elektromos ív gyullad ki. A keletkező hő megolvasztja az alapanyag hegesztett részeinek széleit és velük együtt a töltőanyagot.
Ez a kézi hegesztési módszer viszonylag bonyolult, mivel magasan képzett hegesztőt igényel. A gázhegesztéshez hasonlóan a GTAW-t is két kézzel kell elvégezni, mert a hegesztési folyamat során a hegesztő egyik kezével az elektródával (hegesztőpisztoly) lévő tartót tartja, a másik kezével a rudat a hegesztési zónába vezeti [9 ] .
Szintén fontos a rövid ívhossz megtartása, elkerülve az elektróda és a munkadarabok érintkezését [10] .
A hegesztési ívet a TIG AC nevű módszerrel egy forrásból nyerik, amelyet ma már szinte mindig nagyfrekvenciás generátorként használnak (hasonlóan a Tesla transzformátorához ), amely elektromos szikrát ad . Ez a szikra vezetőképes közeg a hegesztőáram védőgázos környezetben történő áramlásához, és lehetővé teszi az ív meggyulladását, miközben az elektródát 1,5-3 mm távolságra választják el a hegesztendő részektől [11] .
Amint az ív meggyullad, a hegesztett kötés létrehozása érdekében a hegesztő az elektródát a hegesztési zónába mozgatja, amely kör alakú, amelynek mérete az elektróda méretétől és az elektróda nagyságától függ. jelenlegi. Az elektróda és a munkadarab közötti állandó távolságot betartva a hegesztő enyhén visszahúzza a tartót, és a függőleges helyzethez képest kb. 10-15°-kal hátradönti. A töltőrúd fémét szükség szerint kézzel kell hozzáadni a hegesztési varrat elülső éléhez.
A hegesztők gyakran alkalmazzák azt a technológiát is, hogy az elektróda előretolását gyorsan váltogatják (a hegesztett kötés tényleges varratát megkapják) töltőanyag hozzáadásával. A töltőrudat minden alkalommal hozzáadják a hegesztett kötéshez, amikor az elektródát előretolják, azonban mindig a védőgáz környezetben marad, hogy megakadályozza annak felületének oxidációját és a hegesztési zóna szennyeződését. Az alacsony olvadáspontú fém töltőrudak, például az alumínium, megkövetelik, hogy a hegesztő bizonyos távolságra tartsa őket az ívtől, de ugyanakkor védőgáz környezetben. Ha a rúd túl közel van az ívhez, megolvadhat, mielőtt ideje lenne érintkezni a hegesztőmedencével. A hegesztési folyamat végén az íváramot gyakran fokozatosan csökkentik, hogy lehetővé tegyék a hegesztési varrat megkeményedését, és ezáltal megakadályozzák az élek repedését [12] [13] .
Az előnyök közé tartozik:
Hibák:
A GTAW tápegysége egyenáramú tápegység; ami azt jelenti, hogy az áramerősség (és így a hegesztési zónát felmelegítő hő) viszonylag állandó marad, függetlenül az ív hosszától és az alkalmazott feszültségtől. Ez azért fontos, mert a legtöbb GTAW-alkalmazás, mind a kézi, mind a félautomata, megköveteli, hogy a kezelő kézzel fogja meg az elektródatartót. Ha állandó feszültségű forrás helyett állandó feszültségű forrást alkalmaznának, akkor nehéz feladat lenne elfogadható ívhosszt biztosítani, mert a hegesztőáram változása miatti felmelegedési fokozatváltozások sokkal jobban megnehezítenék a hegesztési folyamatot. nehéz. [16]
A GTAW előnyös forráspolaritása nagymértékben függ a hegesztendő fém típusától. Az egyenáramot, amellyel az elektródát a negatív pólushoz csatlakoztatják (DCEN), leggyakrabban acélok , nikkel , titán és más fémek hegesztésekor használják. A DCEN-t gyakran használják alumínium vagy magnézium hegesztőgépekben is, amelyek héliumot használnak védőgázként. [17]
Leggyakrabban egyenáramot használnak az elektróda „mínuszának” betáplálásával (angol terminológiával (DCEN). Mivel az ívet képező kibocsátott elektronok a védőgáz közeg termikus ionizációját okozzák, hő keletkezik a negatív elektróda, vagyis a hegesztendő alkatrészek anyaga járulékosan melegszik Az ionizált védőgáz az elektróda irányába áramlik, nem a hegesztendő anyag, ami megakadályozza az oxidok képződését a hegesztési zónában az alkatrészeken hegeszteni kell. [17]
Ritkábban használt egyenáram az elektróda "plusz" betáplálásával (angol terminológiával DCEP), elsősorban apró alkatrészek hegesztésére, a termék anyagának melegedésének csökkentése érdekében. Ahelyett, hogy az elektródától a termék felé áramlanak, mint az előző esetben (DCEN), az elektronok az ellenkező irányba áramlanak. [17]
Az alak megtartása és az elektróda "eltompulásának" megakadályozása érdekében ebben az esetben gyakran nagyobb átmérőjű elektródát használnak, ellentétben az előző esettel. Ahogy az elektronok az elektróda felé áramlanak, ionizált védőgázáramok jutnak a hegesztendő alkatrészek felé, megtisztítva a hegesztési zónát, eltávolítva az oxidokat és egyéb szennyeződéseket, ezáltal javítva annak minőségét és megjelenését. [17]
Az alumínium és magnézium kézi vagy félautomata hegesztésénél széles körben használt váltakozó áramról ismert, hogy két félhullámból áll, amelyek során az elektróda és a hegesztendő részek felváltva „pozitív” és „negatív” pólusokká válnak. Ebben az esetben az elektronáramlás folyamatosan változtatja az irányt, ami egyben megakadályozza a volfrámelektróda túlmelegedését és magas hőmérsékletet tart fenn a hegesztendő alkatrészek anyagában. [17]
Az oxidok eltávolítása a felületről a ciklus azon része alatt történik, amikor az elektródára pozitív feszültség kerül. A hegesztendő részek legmélyebb felmelegedése pedig abban az időszakban lesz, amikor az elektródán lévő feszültség polaritása negatív. Egyes áramforrások lehetővé teszik a kezelő számára, hogy aszimmetrikus váltakozó áramot használjon, és be tudja állítani az áram pontos százalékos arányát az egyes polaritásokban, lehetővé téve az áramforrásból érkező hőmennyiség jobb szabályozását és a hegesztés minőségének javítását. [17]
Ezenkívül a kezelőnek kerülnie kell az egyenirányító hatást , amely megakadályozza az ív újragyulladását, amely akkor fordulhat elő, amikor közvetlen polaritásról (mínusz az elektródán) fordított polaritásra (pozitív az elektródán) vált. A probléma elkerülése érdekében négyszöghullámú tápegységet , valamint nagyfrekvenciás feszültségforrást lehet használni az ív indításához . [17]
Sok iparág GTAW-t használ vékony munkadarabok, elsősorban színesfémek hegesztésére. Ezt a technológiát egyre szélesebb körben alkalmazzák az űrjárművek gyártása során, és kis átmérőjű vékonyfalú csövek hegesztésére is használják, mint például a kerékpárgyártásban. Ezenkívül a GTAW-t gyakran használják nyersdarabok készítésére vagy első menetre különböző átmérőjű csővezetékek hegesztésekor. Az eljárást széles körben alkalmazzák a karbantartási és javítási munkákban is, például szerszámok és készülékek javításánál, elsősorban alumíniumból és magnéziumból készült alkatrészeknél. [tizennyolc]
Mivel ennél a módszernél a fémet nem közvetlenül az ív adja át, a fémek széles választéka áll rendelkezésre töltőanyagként való felhasználásra. Valójában egyetlen más hegesztési eljárás sem teszi lehetővé az ötvözetek ilyen széles skálájának és a termékkonfigurációk ilyen széles választékának hegesztését. A töltőrudakhoz használt fémötvözetek, mint például a tiszta alumínium és a króm, az elektromos ívből történő párolgás következtében elpárologhatnak. Ez nem történik meg a GTAW folyamat használatakor. Mivel a hegesztett termékek ugyanolyan vagy hasonló kémiai összetételűek lesznek, mint az ötvözet eredeti alapkomponense (vagy megfelelő alapkomponensei), a GTAW hegesztési varratok nagyon ellenállnak a korróziónak és a mechanikai sérüléseknek hosszú ideig. választás olyan kritikus műveletekhez, mint a kiégett nukleáris fűtőanyag - tartályok lezárása az elhelyezés előtt. [19]
A munkavégzés során a hegesztőnek védőruházatot kell viselnie , beleértve a hegesztőruhát, amely hosszú ujjú nadrágból és kabátból, kesztyűből és maszkból áll, valamint az erős ultraibolya sugárzás elleni védelem érdekében . Tekintettel arra, hogy a GTAW nem bocsát ki füstöt, ami a hagyományos ívhegesztésnél a levegőben lévő oxigénnel és a hegesztendő munkadarabokkal való fluxus reakcióterméke, itt az elektromos ív égésekor nincsenek gáz- és szilárd részecskék (salak). ) alakulnak ki; de maga az ív sokkal fényesebben ég, mint a hagyományos ívhegesztés, és a kezelőt erős ultraibolya sugárzásnak teszi ki. Az ív ultraibolya sugárzás hullámhossza eltérő lehet, mint a nap ultraibolya sugárzása; de mivel a hegesztő a sugárforrás közvetlen közelében van, hatása nagyon erős lesz.
Az égő ív károsíthatja az egészséget, beleértve a fényes villanásokat, károsíthatja a látást ( elektroftalmia ) és károsíthatja a bőrt, hasonlóan egy súlyos leégéshez . Az ultraibolya sugárzás nemkívánatos hatásai elleni védelem érdekében a hegesztők átlátszatlan sisakot használnak sötét szemüveggel, amely teljesen lefedi a fejet és a nyakat. A modern sisakokat gyakran folyadékkristályos önsötétítő (fotokróm) üvegekkel látják el, amelyek önsötétednek, ha hegesztőív erős fényének vannak kitéve. Ezenkívül a közeli dolgozók és más emberek védelme érdekében a hegesztési ív ultraibolya sugárzásától gyakran PVC -fóliából készült átlátszó hegesztőképernyőket (pajzsokat) használnak. [húsz]
A hegesztőnek gyakran meg kell küzdenie veszélyes gázokkal és részecskékkel is [21] . Bár a hegesztési folyamat során nem bocsátanak ki füstöt, a GTAW-folyamat fényes íve a környező légrés optikai lebontását idézheti elő, ózont és nitrogén-oxidokat termelve. Az ózon és a nitrogén-oxidok reakcióba lépnek a tüdőszövettel, ami párás környezetben salétromsav képződését, valamint az ózon elégetését okozza. Bár ezeknek a folyamatoknak a hatása mérsékelt, hosszan tartó expozíció, valamint ismételt időszakos expozíció emfizémát és tüdőödémát okozhat, ami korai halálhoz vezethet. Ezért ellenőrizni kell a levegő paramétereit abban a helyiségben, ahol a munkát végzik. Hasonlóképpen, az ív magas hőmérséklete miatt mérgező gázok és mérgező vegyületek képződését okozhatja a varrat tisztítására és zsírtalanítására használt anyagokból. Ezért ezekkel a szerekkel nem szabad tisztítási műveleteket végezni a hegesztési hely közelében, és megfelelő szellőzést kell biztosítani a hegesztő védelme érdekében. [húsz]