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
