TIG-сварка (Tungsten Inert Gas) — это процесс дуговой сварки плавлением‚ при котором дуга горит между неплавящимся вольфрамовым электродом и изделием‚ а зона сварки защищается потоком инертного газа‚ чаще всего аргона․ В литературе также встречаются аббревиатуры GTAW (США) и WIG (Германия)․ В просторечии этот способ часто называют «аргонной сваркой»․

Краткая история

Способ был разработан в США в начале 1940-х годов для сварки магния и алюминия‚ которые в то время вызывали серьёзные трудности․ Дальнейшее развитие было продиктовано потребностями авиационной и космической отраслей:

• Изначально в качестве защитного газа использовался гелий‚ позже перешли на более дешёвый аргон‚ который в большинстве случаев лучше защищает шов;
• Сначала сварку выполняли на постоянном токе обратной полярности (DC+)‚ затем лёгкие сплавы стали варить на переменном токе (AC)‚ а остальные металлы — на постоянном токе прямой полярности (DC–)․
• Электроды эволюционировали от чистого графита и вольфрама до легированных вольфрамовых электродов с улучшенными свойствами․
• Для бесконтактного поджига дуги (во избежание попадания частиц вольфрама в шов) был разработан высокочастотный высоковольтный генератор — осциллятор․

С начала 1950-х годов TIG-сварка стала полноценным промышленным способом․ Сегодня она применяется в роботах‚ установках для сварки шовных труб‚ оборудовании для орбитальной сварки и вварки труб в трубные доски․

Принцип процесса

При TIG-сварке дуга горит между неплавящимся электродом и изделием․ Электрод‚ дуга‚ сварочная ванна и присадочная проволока изолированы от окружающего воздуха потоком инертного газа․ Это важно‚ потому что кислород‚ азот и влага‚ содержащиеся в воздухе‚ не должны попадать в зону сварки — иначе шов будет пористым и хрупким․

Аргон выполняет две функции:

1. Защищает расплавленный металл и электрод от вредного воздействия атмосферы;
2. Обеспечивает ионизацию дугового промежутка‚ необходимую для стабильного горения дуги․

Оборудование

Источник питания

Современные инверторные источники позволяют работать на постоянном (DC) и переменном (AC) токе‚ регулировать силу тока‚ использовать импульсный режим и функции плавного спада тока (crater fill)․

Горелка

Горелки бывают с воздушным и водяным охлаждением․ Водяное охлаждение необходимо при больших токах (обычно свыше 150–200 А)․ В горелке устанавливаются цанга‚ цанговый корпус и газовая линза‚ улучшающая качество газовой защиты․

Вольфрамовые электроды

Электроды различаются по легирующим добавкам (маркировка по цвету):

• WP (зелёный) — чистый вольфрам‚ для сварки алюминия на переменном токе․
• WT-20 (красный) — торированные‚ универсальные для постоянного тока (сталь‚ нержавейка)․
• WC-20 (серый), церированные‚ хороший поджиг на малых токах․
• WL-15/20 (золотистый/голубой) — лантанированные‚ универсальные для AC и DC․

Газовое оборудование

Баллон с аргоном высокой чистоты (99‚993 % и выше)‚ редуктор с ротаметром‚ газовые шланги․ Расход газа обычно составляет 6–12 л/мин в зависимости от диаметра сопла и условий работы․

Присадочные прутки

Присадка подбирается по составу основного металла: для нержавеющих сталей — ER308L‚ ER316L; для алюминия — ER4043‚ ER5356; для углеродистых сталей, ER70S-2‚ ER70S-6․

Подготовка к сварке

1. Зачистка кромок․ Металл очищают до блеска механически (щёткой из нержавеющей стали‚ абразивом) и обезжиривают ацетоном или спиртом․ Для алюминия это особенно критично․
2. Заточка электрода․ Для постоянного тока электрод затачивают конусом (длина заточки 2‚5–3 диаметра электрода)‚ для переменного тока кончик слегка оплавляют в шарик․
3. Настройка режимов․ Выбирают полярность‚ силу тока (примерно 30–40 А на 1 мм толщины стали)‚ расход газа‚ время продувки до и после сварки․
4. Сборка․ Детали фиксируют прихватками с минимальным зазором․

Техника сварки

Поджиг дуги

Предпочтителен бесконтактный поджиг через осциллятор (HF) или функция Lift-Arc (кратковременное касание с малым током)․ Поджиг касанием нежелателен — в шов могут попасть частицы вольфрама․

Положение горелки и присадки

• Горелку держат под углом 70–80° к поверхности изделия․
• Длина дуги — минимальная‚ 1‚5–3 мм (короткая дуга даёт лучшую защиту и концентрацию тепла)․
• Присадочный пруток подают под углом 15–20° к поверхности‚ в переднюю кромку сварочной ванны․ Конец прутка не должен выходить из зоны газовой защиты․

Ведение шва

Горелку ведут равномерно‚ без поперечных колебаний (или с минимальными)․ Скорость подбирают так‚ чтобы ванна была стабильной‚ а шов, равномерным‚ с характерной «чешуйчатой» поверхностью․ В конце шва плавно снижают ток‚ чтобы избежать кратерной трещины‚ и не убирают горелку‚ пока идёт послесварочная продувка газом (2–5 секунд)․

Особенности сварки различных металлов

Нержавеющая сталь

Постоянный ток‚ прямая полярность (DC–)․ Обязательна защита обратной стороны шва аргоном (продувка) при сварке труб и тонких листов‚ иначе образуется окалина․

Алюминий и его сплавы

Переменный ток (AC): положительная полуволна разрушает оксидную плёнку (катодное распыление)‚ отрицательная — обеспечивает провар․ Рекомендуется баланс AC с преобладанием отрицательной полуволны․

Углеродистые и низколегированные стали

Постоянный ток‚ прямая полярность․ Тщательная зачистка от ржавчины и масла обязательна;

Титан

Требует максимальной газовой защиты: увеличенные сопла‚ газовые линзы‚ защита обратной стороны и задаточные устройства․ Шов должен иметь серебристый или светло-соломенный цвет․

Типичные дефекты и их причины

• Пористость, недостаточная газовая защита‚ загрязнение металла или присадки‚ сквозняки․
• Включения вольфрама — касание электродом ванны‚ превышение допустимого тока для данного диаметра электрода․
• Непровары — малый ток‚ большая скорость‚ длинная дуга․
• Прожоги — завышенный ток‚ малая скорость․
• Потемнение шва — недостаточный расход газа‚ короткая послесварочная продувка․

Техника безопасности

1. Использовать сварочную маску с затемнением DIN 9–13‚ краги‚ спецодежду из плотной ткани․
2. Обеспечить вентиляцию помещения — при сварке выделяются озон и оксиды азота․
3. Баллоны с аргоном закреплять вертикально‚ беречь от ударов и нагрева․
4. Проверять исправность изоляции кабелей и горелки․
5. Помнить: аргон тяжелее воздуха и может скапливаться в приямках и замкнутых объёмах‚ вытесняя кислород․

TIG-сварка — это способ‚ обеспечивающий наивысшее качество швов среди всех видов дуговой сварки․ Она незаменима при работе с тонкими металлами‚ нержавеющей сталью‚ алюминием‚ титаном‚ при сварке ответственных конструкций‚ трубопроводов и изделий с высокими эстетическими требованиями․ Освоение этого метода требует терпения и практики‚ но результат — чистые‚ прочные и красивые швы — полностью оправдывает затраченные усилия․