TIG/WIG svařování

Základním prvkem svařovacího hořáku WIG je neodtavující se teplotně stálá wolframová elektroda. Oblouk, který z ní vychází, ohřívá materiál a převádí jej do kapalného stavu. Pokud je to žádoucí, uskutečňuje se přísun svařovacího drátu buď rukou nebo prostřednictvím podavače. Malá svarová spára nepotřebuje v mnoha případech vůbec žádný přídavný materiál. Zapálení oblouku probíhá obvykle bez dotyku wolframové elektrody s obrobkem. K tomu účelu slouží zdroj vysokého napětí, který se při zapalování na přechodnou dobu připojí. Vlastní svařování se u většiny kovů uskutečňuje pomocí stejnosměrného proudu. Pouze hliník se svařuje střídavým proudem.

Kolem wolframové elektrody je umístěná tryska pro ochranný plyn. Proud vytékajícího plynu chrání rozežhavený materiál před chemickými reakcemi s okolním vzduchem a zaručuje tak deklarovanou pevnost a houževnatost svarového kovu. Jak ochranné plyny slouží vzácné plyny, argon, hélium a jejich směsi. V jednotlivých případech se používá také vodík. Všechny tyto plyny neochotně reagují, na což poukazuje jejich z řečtiny převzaté odborné označení „inertní“.  Z druhu ochranného plynu a materiálu elektrody vychází název WIG (Wolfram-Inert-Gas = wolfram-inertní-plyn). S anglickým názvem pro wolfram, tungsten, pak nese tento svařovací postup označení TIG (Tungsten-Inert-Gas).

Nejpoužívanějším ochranným plynem pro WIG svařování je argon. Optimalizuje zapalovací vlastnosti i stabilitu oblouku a napomáhá k vytvoření lepší čisticí zóny, než hélium. Toto zase naopak zaručuje obzvláště hluboký a široký závar, za který vděčí svojí devětkrát vyšší tepelné vodivosti oproti argonu. Také tvorba pórů je ve spojení s hliníkem méně patrná. Pro austenitické ocele se používá také vodík, přičemž jeho podíl činí 2 až 5% a zbytek je tvořený argonem. Tepelná vodivost vodíku je dokonce jedenáctkrát vyšší než u argonu, což se projevuje velmi hlubokým závarem a mimořádně efektivním odplynováním.

Při svařování korozivzdorných materiálů, jako jsou na příklad nerezové ocele, oxidují rozežhavené okrajové zóny v důsledku styku se vzdušným kyslíkem, kterému nelze vždy zcela zabránit. Vznikají tak zvaná náběhová zbarvení. Tato se dají následným opracováním odstranit, čímž se odolnost proti korozi obnoví. Efektivním postupem je tvorbě náběhových zbarvení zcela zabránit. To se děje prostřednictvím tak zvaných formovacích plynů. Tyto plyny brání přístupu vzduchu k okrajovým zónám svaru a v mnohých případech ovlivňují dokonce i tvorbu kořene svarového spoje. Jako formovací plyny slouží směsi vodíku a dusíku, avšak nevylučuje se ani použití argonu.

 

Aplikace a výhody

Svařování WIG je mnohostranný postup, který se nabízí pro všechny svařitelné materiály a aplikace. Hlavním aplikačním oborem jsou nerezové ocele a slitiny hliníku a niklu. Koncentrovaný a stabilní oblouk zajišťuje vysokou kvalitu svarového kovu a plochý svarový šev bez přítomnosti rozstřiku nebo strusky. Pro aplikace s nejvyššími nároky na kvalitu, jako je na příklad stavba potrubních vedení v reaktorech, je proto tento pracovní postup první volbou. V mnoha případech odpadá dokonce i používání přídavného materiálu. U plechů o síle menší než 4 mm poskytuje mechanizovaný přísun drátu velice hospodárné svařovací rychlosti. Svařování silnějších plechů je hospodárné jen v omezené míře, přičemž lze doporučit svařovat WIG postupem pouze kořenovou vrstvu. Navařování plnicích vrstev je lepší provádět pomocí výkonnější postupů, jako je proces MIG/MAG nebo svařování pod tavidlem.

Pro mnoho aplikací je výhodné použití pulzního svařovacího proudu, aby se zabránilo příliš intenzivnímu natavování základního materiálu a tím protavení svaru. Zejména u tenkých plechů lze z tohoto důvodu tvorbu svarového švu lépe ovládat, protože základní materiál se pouze po malých úsecích natavuje a opětovně tuhne.

Všude, kde je hliník vystavený působení vzduchu, vytvoří se okamžitě na jeho povrchu oxidová (kysličníková) vrstva s bodem tavení 2015°C. Avšak hliník samotný se taví při teplotě 650°C. Pokud by zůstala oxidová vrstva pevná a neporušená, roztavený hliník by se po ní roztékal a vytvoření svarového spoje by nebylo možné. Tuto oxidovou vrstvu je proto nutné odstranit, na příklad kladným pólováním elektrody. Nevýhodou tohoto způsobu by bylo zhoršení svařovacích vlastností, protože wolframová elektroda musí být při WIG svařování pólovaná záporně. Řešením je zde svařování střídavým proudem. Zatímco kladná půlvlna rozbíjí oxidovou vrstvu, zvětšuje záporná půlvlna závar a dodává potřebný svařovací výkon.

 

Přístrojová technika

Nezávisle na délce oblouku dodává ideálně fungující zdroj pro WIG svařování téměř konstantní výstupní proud. Kromě toho se vyžaduje plynulá regulace proudu pro pokrytí všech tloušťěk plechu. Pro tento účel se používají tyristorové svařovací zdroje, které mají za transformátorem zařazený usměrňovač. Nevýhodou tyristorových zdrojů je nízká účinnost, způsobená velkou výstupní tlumivkou potřebnou k vyhlazení svařovacího proudu.

Moderní invertorové zdroje nejsou těmito nedostatky zatížené a nabízejí navíc výhodu rychlé reakce na změny v průběhu svařovacího procesu. Na transformátor se nepřivádí síťové napětí, nýbrž pulzní napětí o mnohem vyšší frekvenci, které je z něho vygenerované. Tento může být, z důvodů vysoké frekvence, vyrobený v mnohem lehčím, kompaktnějším a účinnějším provedení, než v případě tyristorových svařovacích zdrojů. Nízké zvlnění výstupního proudu transformátoru umožňuje mnohem kompaktnější konstrukční provedení, případně též vypuštění výstupní tlumivky. Usměrňovač je zde tvořený běžnými neřízenými diodami.

Po získání střídavého proudu (AC) potřebného pro svařování hliníku, mají svařovací zdroje s možností AC svařování střídač, který je zařazený za usměrňovačem. Mnohé zdroje umožňují nastavování sinusového nebo obdélníkového střídavého proudu a rovněž spojení obou těchto průběhů. Sinusový svařovací proud se vyznačuje nestabilním, byť velmi tichým obloukem. Obdélníkový průběh svařovacího proudu stabilizuje oblouk. Znatelně zvýšený provozní hluk však vyžaduje pracovat se sluchovými chrániči. Jako velmi stabilní a současně zcela tiché se ukázalo spojení sinusového a pravoúhlého průběhu svařovacího proudu.

Svařovací hořáky WIG jsou k dispozici jak v plynem chlazeném, tak také ve vodou chlazeném provedení. Plynem chlazené hořáky se chladí protékajícím ochranným plynem, zatímco vodou chlazené hořáky jsou navíc vybavené výkonným kapalinovým chlazením s čerpadlem  a výměníkem tepla. Existují také svařovací hořáky WIG s integrovaným zařízením pro strojním přívod drátu.

Resumé

WIG proces není zcela jistě nejhospodárnějším svařovacím postupem. Zlepšení v oblasti svařovacích zdrojů, stejně tak jako mechanizované nebo automatizované aplikace kvalifikovaly WIG svařování i pro velké série. V každém případě zůstává WIG proces stále první volbou pro řadu aplikací s vysokými nároky na kvalitu.

Zdroj: Fronius.com

Comments are closed.