TIG POSTOPEK VARJENJA

Glede na standard ISO 4063 je oznaka: 

141 – TIG welding; Gas tungsten arc welding

 

– Tungsten (Wolfram )

I – Inert

G – Gas
Varjenje z netaljivo wolframovo elektrodo v inertnem plinu argonu.

 

Postopek TIG omogoča varilcu večji nadzor nad zvarom kot varjenje po postopku MIG oziroma elektroobločno varjenje z oplaščenimi elektrodami, omogoča pa tudi močnejše in kakovostnejše zvare. Postopek TIG je zapletenejši, bistveno počasnejši in ga je v primerjavi z večino ostalih postopkov varjenja precej težje obvladati

Oprema:

  • Poleg vira varilnega toka s krmilnikom  je potrebno imeti še dodatno varilno opremo, kot je:
    – cevni paket z gorilnikom (ročni gorilnik)
    – hladilni sistem za gorilnik po potrebi
    – reducirni ventil za argon
    – maso kabel
    – elektronska varilna maska z zatemnitvijo od 8–13
    – delovna obleka, usnjen predpasnik, rokavice, narokavčniki, delovni čevlji
    – urejeno delovno mesto, pripomočki za vpetje varjenca
    – varilske klešče
    – ustrezen dodajni material po potrebi
    – zaščitni plin Ar – pravilno nastavljen pretok plina
    – plinska šoba, ki je velikost odvisna od varilnega toka in premera elektrode
    – volframova elektroda ustrezne kakovosti in obliko nabrušene konice
    – razmaščen varjenec in pripravljen varilni rob po potrebi

Vir varilnega toka s krmilnikom je najdražji del opreme. Zgrajen je tako, da omogoča varjenje z izmeničnim in enosmernim tokom. Za vzpostavljanje obloka je glavnemu viru priključen visoko frekvenčni generator. Pri vzpostavljanju obloka se vključi visoko frekvenčni tok z napetostjo 1 do 10 kV in frekvenco 100 kHz do 10 MHz. Ta tok se izključi takoj po vzpostavitvi obloka. Pri varjenju z izmeničnim tokom je VFG trajno vključen. To je potrebno za boljšo stabilnost obloka.

Krmilni del vira je lahko samostojen ali serijsko vgrajen k glavnemu viru. Njegove bistvene naloge so, da po določenem programu odpira in zapira dotok zaščitnega plina, vode za hlajenje, VF in varilnega toka.

Elektroda ima paličasto obliko s premerom 1,6 do 5 mm in dolžino 175 mm. Med varjenjem se ne tali in prenese do 70 ur varjenja. V praksi je ta čas 30 do 40 ur. Življenjska doba je odvisna od vrste varilnega toka in polaritete ter ravnanja z elektrodo.

Elektroda je postavljena v varilno pištolo, ki je pritrjena na konec gibljive cevi. Skozi cev doteka Ar, varilni in krmilni tok ter hladilna voda za hlajenje pištole.

Varilni tok
Z večanjem varilnega toka se povečuje globina uvara, podobno kot pri drugih obločnih načinih. Za varjenje jekel uporabljamo enosmerni tok. Elektroda je priključena na negativni pol. Zaradi znanega čistilnega efekta uporabljamo za varjenje aluminija in magnezija izmenični tok, ki nam pomaga razbijati oksidno kožico. Aluminijev oksid ima tališče nad 3000°C. Na površini raztaljenega aluminija se tvori kompaktna mrena, ki preprečuje zlivanje raztaljene kovine

negativen pol  na elektrodi

Torirana elektroda

W + ThO– zdrži največ.

Elektroda je najbolj pogosto priključena na negativno polariteto.

V takem primeru je oblok najbolj stabilen, zvar je najožji in uvar najgloblji. Elektroda se najmanj obrablja.,

pozitiven pol na elektrodi

Uporablja se pri varjenju aluminija ali tanke pločevine.

Elektroda se prehitro obrabi.

Izmenični tok

Elektrodaje iz W

W+ ZrO2 je bolj trajna.

Pri izmenični napetosti postane konica elektrode zaokrožena. V tem primeru je zvar širši in bolj plitek.

Uporabljajo se za varjenje lahkih kovin in zlitin, predvsem za varjenje aluminija

Pri varjenju Al in njegovih zlitin povzroča največje težave Al2O3, ki ima višje tališče in večjo gostoto od čistega Al.

 Če je W- elektroda priključena na pozitivno  polariteto , pozitivni delčki, ki izstopajo iz elektrode s svojo kinetično energijo trgajo nastalo oksidno plast. Vendar se W-elektroda prehitro obrabi, zato za varjenje aluminija uporabljamo izmenični tok.

 

 

V zadnjem času se uporablja tudi pulzno varjenje. Jakost toka se s časom spreminja. S tem pri manjši efektivni jakosti toka dosežemo večjo prevaritev. Še pomembnejše je da varilec lažje obvlada varilni proces.

Pulzno varjenje uporabljamo pri varjenju:

•       Tankih pločevin

•       Korenskih varkov

•       V prisilnih legah

•       Kadar imamo redko tekoče kovine

Vir: Varjenje in tehnološko svetovanje Benjamin Bernard s.p.

V splošnem pri varjenju TIG poznamo varjenje v levo in v desno, ki je prikazan na desni sliki. Če je varilec desničar, kar pomeni, da drži gorilnik v desni, roki dodajno žico pa v levi, se običajno vari v levo, ker lažje kontroliramo talino in dodajamo varilno palico v talino. Pregrevanje materiala je manjše kar je zelo pomembno za varjenje tankih pločevin. Drugače pa se pa pri varjenju TIG poslužujemo obeh tehnik, ker nam včasih način varjenja narekuje oblika izdelka (varjenca).

Oblika konice elektrode in premer elektrode vplivata na geometrijsko obliko obloka in s tem na obliko zvara. Dolžnost varilca je, da skrbi za pravilno obliko elektrode. Varilnice morajo biti opremljene z posebno brusilno napravo za ostrenje elektrod.

  • Za varjenje jekel uporabljamo ostro konico pri čemer konico rahlo obrusimo
  • Za varjenje aluminija uporabljamo topo konico

Če se kot konice zmanjšuje se zvar širi, uvar pa manjša. Z zažganimi in nataljenimi elektrodami ni mogoče dobro variti. Oblok je nepravilen in nestabilen.

Pravilno nabrušena volframova elektroda je prvi začetni pogoj za TIG varjenje. Oblika konice (kot brušenja) je odvisna od jakosti varilnega toka. Običajno je kot brušenja konice 18– 22° za lažjo predstavo si kot konice nabrusimo, da je dolžina 2 do 2,5x debeline elektrode. Primer: Če imamo debelino elektrode 2,4mm je dolžina konice 6mm. Izbira debeline elektrode glede na varilni tok: Ø1,6mm je priporočljivo do 60A, Ø2,4mm je do 150A, za večje tokove se uporablja elektroda Ø3,2mm. Konica je nabrušena simetrično v stožec, zelo priporočljivo je, da se brusi z vodno hlajenim diamantnim brusom, ker bolj je gladka površina konice, boljši je oblok in elektroda se manj obrablja. Ker doma običajno nimamo takih brusov, se uporablja fino zrnati kolutni brusilnik. Zelo pomembno je, da se brusi vzdolžno glede na konico in nikakor ne prečno.

Elektrode brusimo na posebnih brusilni pripravi. Elektrode se brusijo vzdolžno proti konici. Torij je radioaktiven zato ni priporočljivo vdihavati brusnega prahu. S poškodovanimi in zažganimi elektrodami ni priporočljivo variti.

Pravilno nabrušena volframova elektroda je prvi začetni pogoj za TIG varjenje. Oblika konice (kot brušenja) je odvisna od jakosti varilnega toka. Običajno je kot brušenja konice 18– 22° za lažjo predstavo si kot konice nabrusimo, da je dolžina 2 do 2,5x debeline elektrode. Primer: Če imamo debelino elektrode 2,4mm je dolžina konice 6mm. Izbira debeline elektrode glede na varilni tok: Ø1,6mm je priporočljivo do 60A, Ø2,4mm je do 150A, za večje tokove se uporablja elektroda Ø3,2mm. Konica je nabrušena simetrično v stožec, zelo priporočljivo je, da se brusi z vodno hlajenim diamantnim brusom, ker bolj je gladka površina konice, boljši je oblok in elektroda se manj obrablja. Ker doma običajno nimamo takih brusov, se uporablja fino zrnati kolutni brusilnik. Zelo pomembno je, da se brusi vzdolžno glede na konico in nikakor ne prečno,

Brusilna priprava z diamantno ploščo

Oblika konice je tudi drugačne oblike, če varimo z minus polom na elektrodi, kot če varimo na plus polu na elektrodi. Primer: Nerjaveče jeklo(-) pol na elektrodi, aluminij (+) pol na elektrodi.

Elektrode so oblikovane  tudi glede na pol, na katerem so priključene.  Pri aluminiju elektrodo samo delno obrusimo v topo obliko, ker se v popolno okroglino oblikuje sama med tokovno obremenitvijo, ko vzpostavimo oblok.

Primer brušenja volframove elektrode

Oblika konice vpliva tudi na globino uvara v material, kar je zelo pomembno. Če imamo elektrodo onesnaženo od dodajnega materiala, je oblok širši in nima dejanske talilne moči

Vpliv oblike konice na uvar

Elektrode iz čistega volframa (označene z WP ali EWP) imajo slabšo toplotno upornost in slabšo emisijo elektronov. Uporaba je omejena na varjenje TIG z izmeničnim tokom aluminija in magnezija.
Elektrode, ki v zlitini vsebujejo cerijev oksid, izboljšujejo stabilnost obloka, olajšajo vžig obloka ter imajo zmanjšan odžig. Elektrode, ki vsebujejo cerij, niso radioaktivne.
Elektrode, ki vsebujejo lantanov oksid, imajo podobne lastnosti. Dodatek 1 % lantana ima enak učinek kot dodatek 2 % cerija.
Elektrode, ki vsebujejo torijev oksid, uporabljamo pri varjenju z enosmernim (DC) tokom, prenesejo višje temperature in zagotavljajo vse prednosti, ki jih imajo elektrode iz drugih zlitin. Torij je radioaktiven material. Ko brusimo konico elektrode, moramo paziti, da ne vdihavamo prahu, ki nastaja med brušenjem, in uporabljati predpisane zaščitne maske. Kot nadomestek elektrod, ki vsebujejo torij, uporabljamo elektrode, ki imajo povečano vsebnost lantana. Več kot 0,6 % vsebnosti torija sicer ne izboljša vžiga elektrode, izboljša pa emisivnost elektronov. Večja vsebnost torija povečuje tudi odpornost volframa proti onesnaženju.
Elektrode, ki vsebujejo cirkonijev oksid, imajo povečano tokovno zmogljivost, stabilnost obloka, olajšajo vžig ter podaljšujejo življenjsko dobo elektrode.

OKSIDACIJSKA STOPNJA
Oksidacijska stopnja za titan (slika 11):Pri določenih temperaturah se nam titan obarva kot nam kažejo spodnje slike. Do temperature 450°C je dovoljeno, da je zvar glede na skupno dolžino obarvano 20%. Oksid titana se pri temperaturi 550°C začne barvati ponovno nazaj v sivo barvo z določenimi temnejšimi lisami in je zelo nevarno, da spregledamo in nepravilno ocenimo oksidacijo! Pri oksidacijski temperaturi 550°C ali več je zvar popolnoma neustrezen, ker je trdota vara prevelika in je velika nevarnost razpok po varjenju. Da se izognemo oksidaciji, je, kot smo že omenili zelo pomembno, kako imamo oblikovano plinsko šobo in nastavljen pretok plina na plinski šobi in podpihu korena.

Oksidacijska stopnja titanovih zlitin

Oksidacijska stopnja za nerjaveče jeklo:Pri nerjavečih jeklih se barvna lestvica bolj postopno spreminja kot pri titanu. Stopnja oksidacije 1 in 2 po spodnji sliki  ustreza za živilsko industrijo in farmacijo, stopnja 3–7 za konstrukcijske elemente. Stopnja oksidacije več kot 7 je popolnoma neustrezna. Pokazatelj prevelike oksidacije je tudi, če površina vara ni gladka na otip in je vizualno tipično sive barve.

Oksidacijska stopnja avstenitnih jekel

DODAJNI MATERIALI
Varjenje po TIG postopku se lahko izvaja s pretaljevanjem osnovnega materiala ali pa s uporabo dodajnega materiala v obliki okroglih tankih varilnih palic, ki ga izbiramo glede na vrsto oziroma kemično sestavo osnovnega materiala. Pri tem moramo upoštevati zgorevanje in difuzijo elementov iz osnovnega materiala v zvar. To še posebej velja, kadar varimo visoko legirana nerjavna in orodna jekla, zlasti če pri tem uporabljamo dodajni material z različno kemično sestavo, kot jo ima osnovni. Če uporabljamo pripravo za podajanje žice, je ta navita na kolutu kot pri MIG/MAG varjenju, naj bo to v ročnem ali avtomatskem režimu. Priporočilo: Dodajni materiali morajo biti čisti in priporočljivo je, da jih pred uporabo razmastimo in obrišemo z mehko krpo. Maksimalna reža, ki je dovoljena brez dodajnega materiala, je 10% od debeline tanjšega materiala. Primer: če varimo sočelno 1,0mm debelo pločevino, je maksimalna reža 0,1mm, kar pomeni navidezno nič. Zelo pomembna je kvaliteta dodajnega materiala, ki ni vedno enake sestave osnovnega materiala, ker med varjenjem zgorevajo določeni legirani elementi in jih je potrebno z dodajnim materialom nadomestiti, da dobimo kvaliteten zvar. V praksi se velikokrat pojavijo izdelki, kjer varimo več različnih materialov med seboj, zato moramo temu primerno izbrati tudi dodajni material. V spodnji tabeli je prikazano kako se med seboj mešajo različni materiali. Če izberemo napačen dodajni material lahko dobimo popolnoma neželene mehanske lastnosti zvara. Nikakor pa ne smemo variti nerjavnega jekla s titanom ali obratno, ker zvar postane krhek kot steklo. Za dodajne materiale uporabljamo tudi priporočila oziroma tabele, ki jih poda proizvajalec dodajnih materialov. Dodajne palice so na vsaj enem koncu po navadi označene s številko, ki nam pove sestavo materiala. Če ne porabimo cele palice, jo uporabljamo tako, da se vedno na eni strani vidi oznaka, da naslednjič prepoznamo njeno kvaliteto in nismo v dvomu, kateri material imamo.

TIG ČELNA PLOŠČA IN OSNOVNI PARAMETRI VARILNEGA IZVORA

Vir: Varjenje in tehnološko svetovanje Benjamin Bernard s.p.

Ne glede na proizvajalca TIG varilne opreme je videz čelne plošče (spodnja slika ) in osnovne nastavitve enake. Pomembne nastavitve na varilnem izvoru so:

Začetni tok (Is)– Nastavitev, ki je običajno nastavljena 35% od glavnega varilnega toka in služi za vzpostavitev obloka ter je tudi časovno nastavljiva. Namen te funkcije je tudi, da se pri vzpostavitvi obloka zmanjša obraba konice in da pri ročnem varjenju lažje vidimo, kako moramo usmeriti oblok na meso varjenja.

 

Čas naraščanja toka (tup):Čas naraščanja toka je nastavljen 0,1–0,5s. Pri štiritaktnem načinu varjenja pa je poljuben, ker ga s tipko držimo poljubno časa, če nam to omogoča sam varilni izvor. Če varimo spenjalne varke je čas naraščanja toka minimalen, da v najkrajšem možnem času naredimo točko in pri tem ne pregrevamo materiala.

Varilni tok (I): Glavni varilni tok se nastavi odvisno od debeline in kvalitete (vrste) osnovnega materiala. Pri nerjavečem jeklu je za 1mm debeline približno nastavitev toka 40A. Če uporabljamo visoko pulzno frekvenco, se to razmerje poveča in potrebujemo nastavitev glavnega varilnega toka višjo, ki je odvisna od število pulzov (Hz). Varilni tok je tudi nekoliko pogojen z debelino volframove elektrode.

Reducirni varilni tok (I)Namen je, da v trenutku, ko želimo imeti nižji varilni tok in ne želimo prekinjati varjenje, potisnemo gorilnik za vžig obloka naprej in pri tem tok v trenutku pade za vrednost, ki jo nastavimo v procentih glede na glavni tok. V praksi je velikokrat v uporabi 50% reducirni tok, ko želimo dodati več dodajnega materiala pri varjenju večje špranje ali nastale luknje. Funkcija je aktivna samo pri štiritaktnem varjenju.

Padanje toka (Idown)Nastavitev služi za lepši zaključek varjenja brez zajede. Čas padanja toka je običajno daljši od začetnega toka in je od 0,5–1,5s. Za aplikacije, ki so varjene v avtomatskem ali robotiziranem režimu je ta nastavitev zelo pomembna. Ne želimo, da so vidni prehodi ob zaključku prevara. To je primer, če varimo cev z avtomatskim dodajanjem hladne žice, in ko se zvar sklene, je potrebno talino postopoma ugašati, nekoliko pred končnim varjenjem se ugasne tudi podajanje žice. Popolnoma enako je tudi pri ročnem varjenju.

 

Zaključni tok (IE):Nastavimo ga na minimalno vrednost glede na glavni tok in je običajno 20% ali celo 10% . Za ročno aplikacijo je nastavitev lahko tudi 30% od glavnega toka, odvisno, kako je pomemben vizualni videz vara. Zaključni tok nam služi pri ugašanju obloka, da nimamo vidnega kraterja na kocu zvara. Dodatne nastavitve:Naštete so še dodatne nastavitve, ki pa se razlikujejo od posameznega proizvajalca varilne opreme. Sodobni varilni izvori pa imajo še mnogo več uporabnih nastavitev:

– pulzna frekvenca (DC)

– razmerje pulzne frekvence glavnega in reducirnega toka

– pulzna frekvenca (AC) pri aluminiju

– opcija avtomatskega dodajanja hladne žice

– čas visokofrekvenčnega vžiga

– čas trajanja frekvence za spenjalne zvare (točkovno varjenje)

– čas predpihovanja in zapihovanja plina

– shranjevanje varilnih programov

– avtomatsko oblikovanje volframove elektrode za AC varjenje

– priklop za digitalno povezavo z avtomatom ali robotom

 

S tipko na ročaju varilec upravlja vklop in izklop začetnega, varilnega in končnega toka. Sočasno s tem upravlja tudi vklop in izklop pretoka zaščitnega plina, v primeru uporabe visokofrekvenčnega vžiga obloka pa tudi aktivacijo sistema zanj. Za upravljanje z začetnim, varilnim in končnim tokom se najpogosteje uporabljata dvotaktni (2T) ali štiritaktni (4T) način vklopa.

Pri dvotaktnem vklopu s prvim pritiskom na tipko vklopimo začetni tok, ki zatem v nekem določenem času avtomatsko preide na varilni tok. Ves Čas varjenja držimo tipko stisnjeno, ko pa jo spustimo, preide varilni tok zopet v nekem določenem času na nulto vrednost. Običajno tako varimo spenjalne varke.

Pri štiritaktnem vklopu s prvim pritiskom na tipko vklopimo začetni tok in jo držimo stisnjeno toliko časa, kolikor časa želimo vzdrževati vrednost začetnega toka. Ko tipko spustimo, prične začetni tok prehajali na varilni tok. To se zgodi v nekem prednastavljenem času. Ko je dosežena vrednost varilnega toka, ostane konstantna ves čas varjenja. Ob ponovnem pritisku tipke izklopimo varilni tok, ki zopet v nekem prednastavljenem času preide na vrednost končnega toka. Ob sprostitvi tipke pa izklopimo še zaključni tok. Po tem dotok zaščitnega plina ne preneha, ampak doteka še nek določen čas. Enostavnejše varilne naprave ne omogočajo nastavitve trajanja prej navedenih faz. za razliko od zahtevnejših naprav, ki to omogočajo.

Pripomočki za plinsko zaščito temena zvara

Pomembno: Vse plinske zaščite niso optimalne, zato je varilec dolžan, da po končanem varjenju zunaj in znotraj pregleda izdelek in po potrebi korigira pretok. Odstopanje je dovoljeno takrat, ko se z višjimi pretoki zagotovi boljša stopnja oksidacije, vendar je treba paziti, da ne pride do nepotrebne potrate plina!

Značilnosti postopka:

  • zelo ozek in stabilen oblok
  • manjše deformacije
  • višja temperatura varjenja (do 6000° C )
  • primeren za varjenje v vseh varilnih legah
  • nastane ozek globok, gladek in čist zvar

Uporabnost:

  • Čeprav se postopek TIG uporablja največ v letalski industriji, se dosti uporablja tudi na drugih področjih, predvsem za varjenje tankih, zlasti pa neželeznih materialov. Precej pogosto se uporablja v izdelavi vesoljskih plovil ali pri varjenju tenkostenskih cevi majhnih premerov, na primer pri izdelavi koles. S postopkom TIG dostikrat zavarijo tudi prvi korenski var pri varjenju cevovodov različnih premerov. Uporablja se tudi kot reparaturno varjenje v orodjarstvu, še posebej aluminijastih in magnezijevih delov. Ker se raztaljen dodajni material ne prenaša z oblokom kot pri večini ostalih elektroobločnih postopkih varjenja, je varilcem na razpolago širok spekter različnih dodajnih materialov. Noben drug postopek ne omogoča varjenja toliko različnih materialov in zlitin kot ravno TIG. Pri elektroobločnem varjenju po ostalih postopkih lahko zaradi uparjanja prihaja do izgube nekaterih sestavin dodajnega materiala. To je še posebej izrazito pri elektrodah, ki vsebujejo krom in aluminij. Pri postopku TIG teh izgub materiala ni. Ker ima var popolnoma enako sestavo kot obdelovanec oziroma je po sestavi skoraj enak obdelovancu, so vari, izvedeni po postopku TIG, visoko odporni proti koroziji ter razpokam v daljšem časovnem obdobju. Zaradi tega je postopek TIG prva izbira pri kritičnih varih, na primer pri varjenju posod za izrabljeno jedrsko gorivo.