1 Technologie spojování kovových materiálů. Svařování metodou TIG

1 Technologie spojování kovových materiálů. Svařování metodou TIG

Univerzita Jana Evangelisty Purkyně v Ústí n.L.
Fakulta výrobních technologií a managementu
Seminární práce
Technologie spojování kovových materiálů.
Svařování metodou TIG
Vypracoval: Paur Petr
Akademický rok 2013 / 2014
1
Obsah:
úvod
historie
popis svařování
použití
výhody a nevýhody
závěr
použité zdroje
2
Úvod
Téma pro svou seminární práci jsem si vybral technologii svařování metodou TIG. Je to hojně
používaná metoda v moderním strojírenském průmyslu.
Historie TIG
Metodu TIG svařování vynalezl pan Russel Meredith pracující v Northrop Aircraft Company
v USA. Své experimenty s TIG svařováním prováděl již v letech 1939 – 1941.
Nový svařovací proces, který vynalezl nazval jako Heliarc, což je v překladu něco jako
helium-oblouk. Označení vycházelo z Helia, které se v té době používalo jako inertní
ochranná atmosféra. V současné době se jako ochranný plyn používá převážně argon.
Metoda svařování s netavící se elektrodou se v Evropě a v České republice ujala pod zkratkou
TIG. Zkratka TIG pochází z Angličtiny a znamená Tungsten Inert Gas. Symbolizuje
svařování wolframovou elektrodou (tungsten) v ochranné atmosféře interního (inert) plynu
(gas). Obdobná zkratka WIG pochází z němčiny a znamená Wolfrám Inert Gas, tedy naprosto
to samé. Tato metoda má také číselné označení dle ISO 4063 a to 141. Pokud někdo řekne, že
vařil metodou 141, víme, že svařoval TIGem. Metoda TIG svařování nachází široké uplatnění
nejen ve strojírenském průmyslu.
Popis svařování metodou TIG
TIG je tedy mezinárodní zkratka pro označení metody svařování elektrickým obloukem za
pomoci netavící se elektrody a ochranné atmosféry inertního (netečného) plynu. Při této
svařovací metodě hoří elektrický oblouk mezi netavící se elektrodou a základním svařovacím
materiálem. Protože se elektroda nemá odtavovat, musí být vyrobena z materiálu, který
odolává velmi vysokým teplotám. Tuto podmínku splňuje wolfram. Wolframová elektroda je
pomocí kleštiny upnuta v hlavici TIG hořáku. Pomocí kleštiny je do elektrody přenášen také
svařovací proud. Hořák je opatřen hubící, kterou ven proudí plyn vytvářecí v místě svařování
inertní ochrannou atmosféru. Inertní atmosféra chrání tavnou lázeň před přístupem vzduchu a
usnadňuje zapalování oblouku.
Netavící se elektrodu lze popsat jako jehlu o průměru 0,5 do 10 mm a délce od 50 do 175 mm.
Vyrábí se spékáním buď čistého wolframu (99,9%), nebo wolframu s legurami oxidů kovů
thoria, lanthanu, ceru, zirkonu nebo yttria v množství zhruba od 1do 4%.
Druhy elektrod se rozlišují barevným proužkem umístěným na konci elektrody, kterým se
nesvařuje.
Vybavení
Při svařování netavící se elektrodou se používá jak stejnoměrný tak i střídavý elektrický proud
a tomu odpovídají i požadavky na rozdílné svařovací zdroje. (Obr.č.1)
Svařovací zdroj musí mít voltampérovou charakteristiku, aby se dal používat tentýž zdroj pro
obě metody svařování. Základem zdroje pro stejnoměrný proud je buď usměrňovač nebo
invertor doplněný o řídící jednotku a programátor. Řídící jednotka kompletně ovládá
svařovací proces, zapálení oblouku, dynamický průběh proudu a napětí v čase, použití
3
impulsů a ve spolupráci s programátorem zajišťuje předfuk a dofuk ochranného plynu,
aktivaci chladícího hořáku a další činnosti dle stupni mechanizace.
Při použití střídavého proudu se vzájemně frekvenčně mění polarita na elektrodě a na
základním materiálu. V okamžiku, kdy je na elektrodě kladný pól, pohybuje se po základním
materiálu katodová skvrna v místech pokrytí oxidy.
(Obr.č.1) Svařovací zdroj
Svařování může být provedeno buď pouze roztavením a slitím základních materiálů
dohromady (tzn. bez použití přídavného materiálu). To je z metalurgického hlediska nejlepší,
protože svarový kov má na 100% shodné chemické složení jako základní materiál. Nedochází
k zavlečení jiných kovových prvků do svarového kovu. Možné je použít jako přídavný
materiál odstřižek ze základního materiálu, který opět zaručí 100% shodu svarového kovu a
základního materiálu. Nebo s přidáním přídavného materiálu (svařovacích kovových drátů) v
podobném složení jako má základní materiál.
Při ručním svařování TIG (Obr.č.2) drží svářeč v jedné ruce hořák a ve druhé ruce má drát a
přidává jej z boku do lázně dle potřeby (Obr.č.3). Výkon při ručním svařování je tedy velmi
nízký.
4
(Obr.č.2) Ruční svařování
Svařuje se většinou tzv. metodou dopředu, tj. před hořákem se pohybuje tyčka přídavného
materiálu, ze kterého se tvoří svarový kov na okraji svarové lázně. Hořák je skloněn mírně
vzad v úhlu asi 10° a tyčka je skloněna proti hořáku pod úhlem zhruba 70°.
Přídavný materiál se používá ve formě tyček nebo drátů navinutých na cívkách. V přídavných
materiálech se dodávají všechny požadované legovací prvky, které mají zabezpečit dezoxidaci
a odplynění svarového kovu a doplnit vypálené prvky.
Svařovací tyčky se vyrábějí v průměrech od 1 do 8 mm a délkách od 600 do 1000 mm,
svařovací dráty pak o průměrech 0,6 až 2,4 mm.
5
(Obr.č.3) Svářeč přidává svařovací drát z boku do lázně.
(Obr.č.4) Vzhled výrobku po sváření
Jak už jsme uvedli, při svařování touto metodou se používá jako ochrana inertní plyn. Plyn je
o vysoké čistotě a brání přístupu okolní atmosféry do svarové lázně. Chrání se tím jak
elektroda, tak i tavná lázeň a její okolí. Plyn proudí mírným přetlakem kolem elektrody a je
usměrňován keramickou hubicí. Další funkcí ochranného plynu je zabezpečení podmínek pro
zapálení a stabilní hoření elektrického oblouku.
6
Inertní plyn má vliv i na hladkost povrchu svaru a jeho přechod na základní materiál a
zároveň i na vlastnosti svarového spoje.
(Obr.č.5) Vzhled po začištění svaru
TIG svařování lze i částečně mechanizovat nebo automatizovat. Při částečné mechanizaci
stále svářeč v ruce drží hořák, ale drát je podáván bovdenem pomocí speciálního, motorem
hnaného, podavače do oblouku. Posun drátu ovládá svářeč pomocí tlačítka na hořáku.
Při úplné automatizaci je hořák upnut ve stroji (robotu) a vše je řízeno automaticky (jak
vedení hořáku, tak i přidávání drátu).
Výhody svařování TIG:
Nejvýraznější výhodou svařování TIG je výborná kontrola nad svarovou lázní. Svářeč může
daleko lépe ovlivňovat svarovou lázeň a tím i vlastnosti svarového spoje.
Diky vysoké teplotě oblouku je možné svařovat i materiály, které autogenem neroztavíme,
zejména vysoce-legované ocele. Zároveň je teplotní pole velmi úzké, nedochází k tepelnému
ovlivnění základního materiálu v tak širokém pásmu okolo svaru a je možné dosáhnout velké
hloubky závaru. To má pozitivní vliv na tepelné deformace svarku. Přísun tepla je možné
efektivně regulovat. TIG oblouk lze v určitých případech tvarovat a dosahovat tak různých
tepelných účinků na svařovaný materiál.
Velmi zajímavá je možnost svařovat velice tenký materiál. Při svařování TIG je možné
používat velmi malé proudy (od jednotek ampér) a z toho vyplývá možnost svařování velmi
tenkých materiálů. Za pomoci speciálních zdrojů a hořáků lze svařovat kovové fólie nebo
šperky.
Nevýhody TIG
7
První je vysoká náročnost na svařovací zařízení, komplikovaná a dražší zařízení, zvláště pro
svařování střídavým proudem.
Druhá je poměrně malá produktivita, zvláště pro ruční svařování.
Dále je to bezpečnost spojená s rizikem použití ochranných plynů na zdraví a život osob,
které tuto činnost provádějí. Při svařování je potřeba řadu bezpečnostních opatření. Zejména
se jedná o ochranu před úrazem elektrickým proudem a popálením, vznikem požáru,
dýmovými zplodinami a udušením.
Použití TIG
Z předchozího výčtu výhod a nevýhod, lze říci, že výhody TIG převažují nad nevýhodami.
Ale to nemusí platit pro každého. Každý si musí úsudek udělat sám. Tak si ještě představíme
typické aplikace pro svařování s TIG:
-pro náročné kořenové vrstvy potrubí produktovodů.
-pro tvarově složité konstrukce z nerez ocelí; rámy kol a motorek, zábradlí, rámy
automobilů.
-pro svařování speciálních materiálů – vysoce legované a nástrojové oceli, hliníkové
materiály, titan, měď, apod.
-pro svařování velmi tenkých materiálů.
Závěr
Používání kvalitních materiálů s nejmodernější technologií svařování v ochranné atmosféře
inertního plynu garantují vysokou kvalitu a dlouhou životnost svařovaného spoje. Zároveň je
potřeba důkladná příprava svařovacích obsluh a jejich letitá zkušenost s TIG svařováním.
Metoda totiž vyžaduje vysokou zručnost svářeče při ručním svařování.
Použité zdroje:
Internet: www.svarbazar.cz (TIG svařování – základní principy)
www.fronius.com (TIG / WIG svařování)
www.iss-cheb.cz
fotografie: vlastní fotoaparát
8
9