Działanie GTAW: 7 kroków

Główne etapy udanego działania gazowego spawania łukiem wolframowym (GTAW) obejmują: 1. Przygotowanie elektrody 2. Tworzenie kopii zapasowych płytek i przeczyszczanie 3. Rozpoczęcie łuku 4. Konserwacja łuku 5. Bieżąca rektyfikacja za pomocą spawania prądem przemiennym 6. Technika spawania 7. Zatrzymanie łuk.

Krok # 1. Przygotowanie elektrody:

Prawidłowe przygotowanie elektrody wolframowej jest bardzo ważne, jeśli chcemy uzyskać mocną, czystą i dobrą jakość spoiny. Symetria kształtu elektrody określa wzór przepływu gazu, a tym samym stopień ochrony zapewniony dla stopionego metalu w jeziorku spawalniczym. Kiedy prąd jest zbyt niski lub średnica elektrody jest zbyt duża, łuk wędruje od punktu do punktu, zwłaszcza gdy używana jest DC EN.

Ten stan można jednak skorygować, szlifując elektrodę do punktu. Kąt wierzchołkowy elektrody jest związany z prądem spawania i grubością spawanego materiału. Jego zakres wynosi od 30 ° do 120 °, ale najczęściej używanym kątem jest 60 °. Stopień stożka wpływa również na penetrację spoiny; im mniejszy kąt, tym głębsza penetracja i węższa stopka.

Elektroda jest zwykle przygotowywana do kulistego końca o średnicy, która nie może przekraczać 1½ średnicy średnicy końca elektrody. Chociaż czasami kulisty koniec jest wykonany w szczególności na elektrodzie o kształcie i rozmiarze pokazanym na fig. 9.5, początkowo łącząc elektrodę w obwodzie spawania z DCEP i proces jest przerywany, gdy wytwarzana jest kula o pożądanej wielkości, ale w rzeczywistości. użycie końca elektrody przyjmuje kształt w zależności od rodzaju prądu i polaryzacji, jak pokazano na Rys. 9.6. Stopiona półkulista końcówka jest najbardziej pożądana do spawania.

Ugięte elektrody wolframowe nie kulują się łatwo i dlatego muszą być zwężane, szczególnie w przypadku spawania przy niskich prądach. Zapewniają również bardziej niezawodne inicjowanie łuku i stabilność łuku przy wysokich prądach spawania.

Występ elektrody poza dyszą gazową jest określony przez konstrukcję złączki i położenie spawania, na przykład w spawaniu od spodu elektroda może rozciągać się do 5 mm poza dyszę, spoiny pachwinowe są trudniejsze do manipulowania z punktu widzenia dostępu, a więc przedłużenia o wartości do 6 mm może być pożądane, natomiast w przypadku spoin narożnych wystarczające jest rozszerzenie o długości od 1, 5 do 3 mm. Minimalne wydłużenie elektrody poza dyszę nie powinno być mniejsze niż 1, 5 mm, w przeciwnym razie dysza zostanie nadmiernie rozgrzana i prawdopodobnie zostanie poważnie uszkodzona.

Krok # 2. Tworzenie kopii zapasowych płytek i przeczyszczanie:

Po tym, jak palnik GTAW jest wyposażony w odpowiednio przygotowaną elektrodę wolframową, przed rozpoczęciem spawania należy ustawić oczyszczoną pracę z odpowiednią ochroną od tyłu, aby uniknąć złego działania gazów atmosferycznych.

Do zapewnienia satysfakcjonującego podłoża stosuje się różne metody. Jedną z takich metod jest zastosowanie prętów wsporczych, takich jak pręt z sadzy powszechnie wykorzystywany w tym samym celu w spawaniu tlenowo-acetylenowym. Drugą metodą jest wprowadzenie gazu osłonowego z tyłu.

Jest to szczególnie przydatne do spawania rur, choć może być stosowane do pracy płytowej, zapewniając uchwyt podtrzymujący z przepuszczającym gazem, jak pokazano na Rys. 9.7. Zastosowanie podkładu topnika to kolejna metoda ochrony tylnej strony spoiny przed zanieczyszczeniem atmosferycznym. W przypadku wklejenia strumienia z tyłu aktywuje się, aby wytworzyć gaz ochronny, gdy temperatura przekroczy określony limit.

Aby uzyskać całkowitą ochronę tylnej strony spoiny, jest ona zwykle oczyszczana strumieniem gazu z tyłu w sposób podobny do pokazanego na Rys. 9.7. Gazem zwykle używanym do tworzenia kopii zapasowych jest gaz obojętny, taki jak argon, jednak czasami azot może być używany jako gaz oczyszczający do spawania stali nierdzewnych. Wodór może być również stosowany tam, gdzie problem wybuchu jest zabezpieczony, a jego absorpcja przez metal nie jest problemem. Gdy nie jest możliwe zapewnienie oprzyrządowania do oczyszczenia lub osłaniania gazu, alternatywną metodą jest wykorzystanie płomieni tlenowo-wodorowych z tyłu. Dzięki temu spód jest bezpieczny od atmosfery i jej zanieczyszczających efektów.

Krok # 3. Rozpoczęcie łuku:

Do zainicjowania łuku wymagany jest regularny przepływ elektronów. Emisja elektronów w wolframie jest typu termonowego, konieczne jest podniesienie temperatury końcówki elektrody w celu rozpoczęcia emisji elektronów. Metoda "dotyk i przeciąganie" stosowana do inicjacji łuku w ekranowanym spawie łukowym może być bez wątpienia zastosowana, ale powoduje to zanieczyszczenie elektrody wolframowej szczególnie w przypadku wysokiego prądu spawania.

Powoduje to obniżenie temperatury topnienia końcówki elektrody, co może prowadzić do włączenia wolframu do metalu spoiny, większego zużycia elektrody i ustanowienia niestabilnego łuku, a zatem jest to niepożądana praktyka.

W świetle tych ograniczeń inicjacja łuku w GTAW odbywa się zwykle za pomocą jednej z następujących trzech metod:

(i) stosowanie bloków węglowych lub złomu,

(ii) zasilanie wysokonapięciowe wysokiego napięcia, oraz

(iii) Łuk pilotowy o niskim prądzie.

Powszechną praktyką jest inicjowanie łuku metodą dotykania i rysowania na bloku węglowym. Łuk jest łatwy do ustalenia i utrzymuje się przez krótki czas, aby rozgrzać elektrodę wolframową w celu ustalenia emisji termoelektrycznej. Zwykle zajmuje to kilka sekund, po czym łuk jest łatwo inicjowany w miejscu, w którym spawanie ma rozpocząć się na obrabianym przedmiocie.

Ten sposób dotykania i rysowania nie zawsze jest bezbłędny, ponieważ cząstki węgla mogą przyklejać się do elektrody wolframowej, która może następnie zostać przeniesiona do przedmiotu obrabianego, prowadząc do niepożądanego inkluzji lub pobierania węgla przez metal spoiny. Węglik wolframu ma również niższą temperaturę topnienia, a zatem powoduje zwiększenie wielkości stopionego sferycznego końca.

Powoduje to również przechodzenie łuku i wzrost rezystancji łuku, co zmniejsza gęstość prądu. Ponieważ są to niepożądane warunki, często zaleca się rozpoczynanie łuku od złomu materiału roboczego, aż do uzyskania wymaganego rozgrzania elektrody, a następnie łuk zostanie przeniesiony do miejsca, w którym ma rozpocząć się spawanie.

Wysokonapięciowy prąd wysokiej częstotliwości jest często używany w połączeniu ze źródłami prądu przemiennego w celu uzyskania łatwego inicjowania łuku bez dotykania elektrody do przedmiotu obrabianego. Kiedy wysokonapięciowy prąd o wysokim napięciu nakłada się na normalny obwód spawania, szybko jonizuje szczelinę powietrzną pomiędzy wierzchołkiem elektrody a obrabianym przedmiotem, przez co emisja elektronów staje się łatwiejsza z elektrody wolframowej.

Zastosowana wysoka częstotliwość mieści się w zakresie od 100 KHz do 2 MHz przy napięciu od 3000 do 5000 woltów. Ta metoda inicjacji łuku jest bardzo wydajna i czysta i zapewnia długą żywotność elektrody wolframowej. Po zainicjowaniu i stabilizacji łuku prąd HFHV zostaje wyłączony i rozpoczyna się normalny obwód spawania. Rys. 9.3 przedstawia obwód elektryczny układu inicjującego łuk HFHV, a na Rys. 9.8 przedstawiono podstawowy kształt fali uzyskany za pomocą takiej jednostki, aby zainicjować lub utrzymać łuk.

Układ łuku pilotowego o niskim prądzie to wysoce niezawodny sposób inicjowania łuku, który może być stosowany z układem spawania dc. Łuk pilotowy jest ustalany pomiędzy elektrodą wolframową a inną elektrodą (zwykle anodą) wbudowaną w dyszę palnika GTAW, jak pokazano na Rys. 9.9. Łuk pilotowy jest zasilany przez małe pomocnicze źródło zasilania i zapewnia warunki do rozpoczęcia łuku spawalniczego w sposób podobny do łuku pilotowego używanego do oświetlenia kuchenki gazowej. Łuk pilotujący może być uruchamiany techniką scratch lub energią wysokiej częstotliwości.

Krok # 4. Konserwacja łuku:

Utrzymanie stabilnego łuku jest konieczne dla uzyskania spójnych i dobrej jakości spoin. To nie może stanowić większego problemu w łuku prądu stałego, ale przy spawaniu prądem przemiennym napięcie łuku i prąd spawania osiągają wartość zerową co pół cyklu. W związku z tym dla normalnego zasilania sieciowego 50 Hz łuk gaśnie 100 razy na sekundę, co może prowadzić do przerwania łuku, jeżeli nie zostaną podjęte odpowiednie środki w celu utrzymania jego stabilności.

Zwykle odbywa się to za pomocą jednej z następujących trzech metod:

(i) Wysokie napięcie obwodu otwartego transformatora spawalniczego,

(ii) Nałożenie wysokiego napięcia wysokiej częstotliwości na główny obwód spawania, oraz

(iii) Wstrzyknięcie udaru wysokiego napięcia.

Pierwsza metoda polega na tym, że transformator jest tak skonstruowany, aby uzyskać wystarczająco wysoką wartość OCV i niską bezwładność elektryczną, aby pomóc w ponownym zajarzeniu łuku natychmiast po zerowej pauzie. Podczas dodatniego półcyklu elektroda biegnie gorętsza, więc nie jest potrzebne wysokie OCV w ujemnym półcyklu, ponieważ łuk ponownie zapala się natychmiast po zmianie z dodatniego na ujemny półcykla, ale przy ujemnej do dodatniej zmianie cyklu, elektroda jest chłodniejsza i stąd występuje opóźnienie ponownego zapłonu, które powoduje obecną zerową pauzę, a zjawisko to znane jest jako częściowa rektyfikacja.

Podczas bieżącej zerowej przerwy następuje skok napięcia w celu ponownego zapalenia łuku, jak pokazano na rys. 9.10. W ten sposób łuk wzbudza się w zadowalający sposób, gdy OCV jest wystarczająco wysoki; to powoduje dobrze utrzymany łuk. Ta metoda utrzymywania łuku spawalniczego jest również określana jako samozapalenie.

Samozapalenie, choć proste, ma swoje wady, ponieważ OCV jest zwykle wysoki, który zwykle zbliża się do 100 woltów i prowadzi do niskiego współczynnika mocy (tj. V _łuk / OCV). Aby uzyskać większą niezawodność, samozapłon jest często uzupełniany przez dostarczenie iskry wysokiej częstotliwości, która jest obsługiwana z OCV i przestaje działać, gdy napięcie spada do normalnego napięcia roboczego łuku. To wyłączenie ogranicza również czas trwania zakłóceń radiowych.

Gdy urządzenie HFHV jest włączone do obwodu spawalniczego do ciągłego użytkowania, może ono być wykorzystywane nie tylko do inicjacji łuku, ale także do konserwacji łuku. W celu ponownego zapłonu iskry są rozładowywane na całej długości szczeliny łuku i zapewniają zjonizowaną ścieżkę przepływu prądu w głównym obwodzie spawania. Nieznacznie niższe napięcia w obwodzie otwartym są wymagane w przypadku jednostki wysokiej częstotliwości, co prowadzi do odpowiedniego polepszenia współczynnika mocy.

Zespół iskry wysokiej częstotliwości składa się z kondensatora, który jest ładowany przez transformator wysokiego napięcia, który rozładowuje się przez iskiernik. Jest on obsługiwany w taki sposób, że pociąg iskier powstaje, gdy napięcie zasilania spawalniczego przekracza napięcie przebicia iskiernika i ma miejsce w czasie, gdy prąd spawania przechodzi przez bieżącą zerową pauzę (patrz rys. 9.8). Zwykle pokrywa dwie trzecie każdego półcyklu. Ze względu na cykliczny charakter jego działania nie może on zapewnić natychmiastowego ponownego zapłonu łuku, co skutkuje częściową rektyfikacją.

Trzecia metoda ponownego zajarzenia łuku polega na wstrzyknięciu napięcia do obwodu mocy w celu dostarczenia szczytowego napięcia wymaganego do ponownego zapłonu. Osiąga się to przez rozładowanie kondensatora za pomocą przełącznika obsługiwanego przez obwód mocy w zamierzonym momencie. Jeżeli łuk zgaśnie pod koniec ujemnego półcyklu, zaczyna się narastać szczyt reżimu napięcia i wystrzeliwuje zawór wyładowczy, który z kolei wyładowuje kondensator, aby ponownie zapalić łuk. Ponowne włączenie w tym przypadku jest natychmiastowe i w ten sposób eliminuje możliwość częściowej korekty napotykanej w metodzie HFHV.

Ponieważ transformator nie musi dostarczać szczytowej wartości OCV, dlatego współczynnik mocy systemu można poprawić, wykorzystując transformator niskiego napięcia OCV. Ponowny zapłon może zostać osiągnięty przy wartości 50 woltów rms; w ten sposób może również poprawić bezpieczeństwo operacyjne. System działa chwilowo i jest automatycznie wyłączany po ponownym zapaleniu łuku.

Czasowy wzrost napięcia może utrzymać tylko łuk, nie może go zainicjować z zimna lub zawsze po chwilowym wygaśnięciu. Schemat obwodu wtryskiwacza udarowego i jego działanie przedstawiono na rys. 9.11.

Krok # 5. Aktualna rektyfikacja za pomocą spawania prądem przemiennym:

Po ustanowieniu stabilnego łuku za pomocą ac w GTAW elektroda wolframowa nagrzewa się do znacznie wyższej temperatury niż temperatura zgrzewanego metalu. Powoduje to różne zdolności elektrody i przedmiotu obrabianego do emitowania elektronów; elektroda, która jest gorętsza, emituje elektrony o wiele łatwiej niż przedmiot obrabiany. Powoduje to różnicę w oporności na przepływ prądu, który ma tendencję do wytwarzania asymetrycznego ac pokazanego na fig. 9.12.

Gdy wyższe napięcie jest potrzebne, gdy elektroda jest dodatnia, powoduje to niższy przepływ prądu, co powoduje częściową rektyfikację. Ta częściowa rektyfikacja jest również znana jako nieodłączna rektyfikacja i skutkuje d. c składnik prądu, który ma tendencję do nasycania transformatora powodując jego obniżenie do poziomu 30%. Sytuacja ta jest dodatkowo uwydatniona z powodu obecnych zerowych przerw w ich wystąpieniu.

Szkodliwe skutki naturalnej rektyfikacji można skorygować, wstawiając banki odwracalnych kondensatorów elektrolitycznych, które mogą dać do 100 pF / A w obwodzie mocy, jak pokazano na Rys. 9.13. To powoduje, że na tych kondensatorach pozostaje ładunek, gdy elektroda jest ujemna, co powoduje większy przepływ prądu, gdy elektroda jest dodatnia.

Jednakże rola tego zespołu kondensatorów jest odwracana w momencie inicjacji łuku, kiedy łuk ulega uszkodzeniu podczas ujemnego cyklu prądu. W wyniku tego powstaje odwrotna rektyfikacja, która pozostawia ładunek odwrotnej polaryzacji do tego, dla którego jest włożony do obwodu. W związku z tym sprzeciwia się inicjacji łuku. Aby temu zapobiec, kondensator tłumiący jest wyłączany podczas okresu inicjacji łuku.

Gdy używana jest wysoka częstotliwość ac, łatwo jest zainicjować łuk GTAW i jeśli jednostka HF jest używana regularnie, to nie stanowi to problemu. W takim przypadku transformator spawalniczy jest tak skonstruowany, aby utrzymywać elektrodę wolframową w chłodzie i zapewniać niezbędny bilans cieplny poprzez modyfikację dodatnich i ujemnych pół cykli, aby uzyskać pożądany wynik. W tym celu dodatni do ujemnego półcyklu może mieć stosunek tak wysoki jak 1: 20, i może mieć dowolną pożądaną konfigurację, jak pokazano na Fig. 9.14.

Krok # 6. Technika spawania:

Zarówno ręczne, jak i zmechanizowane tryby pracy są wykorzystywane do GTAW. W przypadku spawania ręcznego, po rozpoczęciu łuku, palnik spawalniczy jest trzymany pod kątem 70 ° do 80 ° w pozycji spawania przedniego. W przypadku zmechanizowanej GTAW palnik spawalniczy jest zwykle trzymany prostopadle do obrabianego przedmiotu.

Aby rozpocząć spawanie ręczne, łuk jest przesuwany w małym okręgu, aby utworzyć jeziorko spawalnicze o odpowiedniej wielkości. Po ustanowieniu jeziorka spawalniczego o żądanej wielkości w punkcie początkowym spoinę wykonuje się przesuwając palnik wzdłuż złącza spawanego z pożądaną prędkością spawania. Zestalenie stopionego metalu daje pożądany kształt ściegu spoiny i osiąga się zgrzew.

Dodatek lub brak metalu wypełniającego w GTAW zależy od grubości przedmiotu obrabianego i kształtu złącza. Kiedy wymagane jest dodawanie metalu wypełniającego podczas spawania ręcznego, odbywa się to poprzez ręczne podawanie pręta wypełniającego na przednim końcu jeziorka spawalniczego.

Palnik spawalniczy i pręt wypełniacza są płynnie przesuwane wzdłuż krawędzi złącza, aby utrzymać jeziorko o stałej wielkości. Zapewnia się, że osłona gazu osłonowego jest utrzymywana nad stopionym metalem aż do zestalenia się i gorący koniec wypełniacza jest również utrzymywany w osłonie gazu osłonowego, aby uniknąć możliwości utleniania.

Przyjmuje się różne metody podawania materiału wypełniającego do jeziorka spawalniczego. Najbardziej zalecanym materiałem cienkim jest to, w którym pręt wypełniacza jest trzymany w odległości 15 ° w stosunku do powierzchni przedmiotu obrabianego przed palnikiem i jest wielokrotnie dodawany do jeziorka spawalniczego, jak pokazano na rys. 9.15. W drugim sposobie drut spawalniczy jest trzymany na obrabianym przedmiocie wzdłuż szwu spawalniczego i jest stopiony razem z krawędzią złącza. W przypadku dużej spoiny drut napełniający podawany jest w sposób ciągły do ​​jeziorka spawalniczego; zarówno palnik, jak i drut napełniający są oscylowane, ale w przeciwnym kierunku. W automatycznej GTAW drut napełniający podawany jest mechanicznie przez prowadnicę do jeziorka spawalniczego z równomierną szybkością.

Z punktu widzenia dobrej penetracji, odpowiednie zbrojenie, jakość spoiny i oszczędność, spawanie w dół lub płaskie najlepiej nadaje się do GTAW. Dobre spenetrowanie można jednak uzyskać również przy spawaniu w pionie. Palnik GTAW jest zwykle trzymany w pozycji spawania pod kątem 75 °, w pozycji spawania przedniego, zarówno przy spawaniu w dół, jak i w pionie. Spawanie pionowe w dół zwykle nie jest zadowalające; metal może się opaść, co często powoduje brak penetracji.

Zmechanizowana GTAW jest często stosowana i często złącza są tak zaprojektowane, aby wyeliminować potrzebę stosowania drutu spawalniczego. Jednakże, gdy jest to potrzebne, drążek sterujący o wymaganym rozmiarze jest podawany do puli spawalniczej ze szpuli. Zmechanizowane jednostki często wykorzystują urządzenia sterujące długością łuku, dla których palnik GTAW jest zaciśnięty na liniowym siłowniku, a ruch palnika wzdłuż niego jest oparty na sprzężeniu zwrotnym uzyskanym w kategoriach zmiany napięcia łuku.

To urządzenie jest bardzo użyteczne, aby zachować stałą długość łuku i dlatego może łatwo wyeliminować zmiany geometrii spoiny dzięki niewielkim zmianom w konturze przedmiotu. Jednak jest on również wykorzystywany w automatycznej GTAW linii rur, gdzie automatycznie dostosowuje długość łuku, zmieniając pozycję palnika za każdym razem, gdy runda jest zakończona w wieloprzebiegowym obwodowym spawaniu. Zapewnia to, że napięcie łuku i prąd spawania pozostaną spójne z konsekwentną spójnością jakości spoiny.

Krok # 7. Zatrzymanie łuku:

Łuk musi zostać wygaszony na końcu przebiegu spawania i należy to zrobić stopniowo, a nie gwałtownie. Nagłe zatrzymanie spawania może prowadzić do defektów, takich jak rura centralna i pęknięcia łapy. Te wady mogą powodować nieszczelności w stawach, w szczególności te przeznaczone do użycia w próżni lub pod ciśnieniem.

Normalną metodą zatrzymania łuku jest zatem zmniejszenie prędkości spawania i stopniowe wycofywanie palnika, aż krater zostanie całkowicie wypełniony. W spawaniu prądem stałym łuk wygaszany jest przez wydłużenie go, co prowadzi do zwiększonego napięcia i zmniejszenia prądu w sposób zależny od charakterystyki woltamperowej źródła prądu spawania.

W przypadku spawania zmechanizowanego krater końcowy jest redukowany przez zwiększenie prędkości spawania przed wyłączeniem. Rurę kraterową można również wyeliminować, zmniejszając prąd stopniowo, przed zatrzymaniem, za pomocą urządzenia zwanego wypełniaczem kraterowym.

We wszystkich tych przypadkach obwód spawania jest tak skonstruowany, aby włączał gaz osłonowy przed rozpoczęciem przepływu prądu w obwodzie spawalniczym iw momencie wyłączenia palnika przepływ prądu zatrzymuje się natychmiast, ale przepływ gazu osłonowego jest utrzymywany dla kilka sekund dłużej, aby zapewnić ochronę gorącego zestalającego się metalu spoiny. Osiąga się to przez zapewnienie zaworów elektromagnetycznych w obwodzie.