ARTA DE A SUDA (Partea II)

SUDURA IN MEDIU PROTECTOR DE GAZ CU ELECTROD NEFUZIBIL DIN TUNGSTEN (TIG - Tungsten Inert Gaz)

A. Introducere

Sudura in mediu protector de gaz cu electrod din tungsten (wolfram) este o procedura de sudura in care caldura necesara sudurii este furnizata de arcul electric ce se produce intre electrodul infuzibil si piesa de sudat.
Sudarea manuală WIG/TIG este adeseori considerată ca fiind cel mai dificil procedeu de sudare utilizat în industrie. Deoarece sudorul trebuie să menţină o lungime mică a arcului electric, este necesara o atenţie sporită şi o bună îndemânare pentru a preveni contactul dintre electrod şi piesele de sudat. Sper deosebire de celelalte procedee WIG/TIG necesita ca operatorul sa folosească ambele mâini, deoarece majoritatea aplicaţiilor necesita ca sudorul sa aducă cu o mână material de adaos în baia de metal topit iar cu cealaltă mână să manevreze pistoletul; totuşi, la realizarea îmbinării dintre două materiale subţiri nu este necesara folosirea de material de adaos.
Pentru a aprinde arcul electric este nevoie de un generator de înaltă frecvenţă care sa creeze o cale a curentului de sudare prin gazul de protecţie, permiţând arcului sa se aprindă când distanţa dintre electrod şi piesa de sudat este de aproape 1,5 - 3mm. O altă metoda de aprindere a arcului electric se poate face prin metoda „touch arc” sau „lift arc” însă prin aceasta metoda se pot contamina atât electrodul cât şi sudura. Odată aprins arcul electric sudorul mişcă pistoletul circular pentru a forma baia de metal topit, mărimea acesteia depinzând de mărimea electrodului şi de densitatea de curent. În timp ce menţine constantă lungimea arcului, sudorul înclina pistoletul până la aproximativ 10-15° faţă de verticală. Materialul de adaos este introdus manual în baia de metal topit (dacă este necesar).
Sudorii adesea dezvolta o tehnica rapida de mişcare a pistoletului şi de aducere de material de adaos în baia de metal topit. Când procesul de sudare este aproape finalizat, intensitatea arcului este treptat redusă pentru a permite solidificarea craterului final şi a preveni apariţia fisurilor la capătul îmbinării sudate.
Electrodul infuzibil este fabricat din tungsten (wolfram) sau dintr-un aliaj ce contine tungsten.
Baia de sudura este protejata de un gaz inert ce este adus in zona de sudura prin intermediul tortei port-electrod.
Sudura TIG poate fi:
- fara material de adaos - se realizeaza topirea locala a materialelor ce urmeaza a fi sudate.
- cu material de adaos - se realizeaza topirea locala a materialului de baza si a materialului de adaos.


B. Circuitul de sudura

Este format din :
- aparatul de sudura (generator)
- torta port-electrod cu cablu de sudura
- butelie gaz inert cu regulator de presiune
- cleste de masa cu cablu de masa
- materialul de adaos
- unitate de racire cu apa

1. Sursa de putere

Rolul sursei de putere este de a furniza energia necesara amorsarii si mentirnerii arcului electric care se realizeaza intre electrodul infuzibil si materialul de baza.
In interiorul unui aparat de sudura exista un dispozitiv ce are ca scop asigurarea stabilitatii arcului electric. Acest dispozitiv poate fi de urmatoarele tipuri:
- mecanic (sunt magnetic )
- electronic (variator cu tiristori sau invertor)
Procedeul WIG/TIG poate utiliza atât curentul continuu polaritate directa sau inversa cât şi curentul alternativ, depinzând de setările sursei de sudare. Curentul continuu polaritate inversa la electrod cauzează o emisie puternica de electroni care bombardează suprafaţa piesei de sudat generând o cantitate mare de căldura în zona sudarii. Acest lucru duce la realizarea unei cusături cu pătrundere mare şi lăţime mică.

a) aparat de sudura in curent alternativ(AC):
- tensiunea de iesire are o forma dreptunghiulara si isi schimba sensul periodic cu frecvente cuprinse intre 20-200Hz.

b) aparat de sudura in curent continuu (DC).

Tensiunea de la bornele aparatului este continua si se obtine cu ajutorul unor dispozitive capabile sa transforme curentul/tensiunea din alternativ in continuu.
Daca curentul de sudura este continuu el poate fi clasificat dupa polaritate:

b1) polaritatea normala:-torta se leaga la polul negativ al aparatului de sudura iar polul pozitiv se leaga prin intermediul clestelui de masa la piesa ce urmeaza a fi sudata.
Caldura produsa de arcul electric este concentrata pe piesa de sudat producand topirea locala a acesteia.
Sudarea cu polaritate normala se utilizeaza pentru aproape toate materialele si aliajele cu exceptia aluminiului si a aliajelor sale care se sudeaza cu polaritate inversa.
b2) polaritate inversata:torta se conecteaza la polul pozitiv al aparatului iar clestele de masa la polul negativ.Caldura degajata de arcul electric se concentreaza in special pe electrod ceea ce impune sudarea cu curenti mici de sudura pentru a evita arderea electrodului infuzibil.

Exista o familie de surse de sudura cu curent continuu la care nu conteaza polaritatea curentului si care se numesc suruse de curent continuu modulat sau pulsatoriu.
Curentul continuu modulat sau pulsatoriu se obtine prin suprapozarea peste curentul continuu de baza a unui curent pulsatoriu(de obicei de forma dreptunghiulara) in scopul obtinerii unui arc de sudura pulsant.

Acest tip de curent de sudura se utilizeaza in situatiile in care se doreste sudarea a doua materiale foarte subtiri caz in care este necesar un control total al acestuia.

2. Torta cu electrod de tungsten

Torta cu electrod de tungsten este un cleste special care este legat
la unul din polii sursei de sudura precum si la butelia cu gaz inert (prin intermediul unui tub continuu racordat la regulatorul de presiune) si care fixeaza electrodul infuzibil prin intermediul une pensete elastice.
Tortele pot fi:
- cu racire normala (pentru curenti mici de sudura)-racirea este asigurata de gazul inert ce trece prin torta;
- cu racire fortata (pentru curenti mari de sudura 200-500A)-racirea se realizeaza cu apa ;

3. Materialul de adaos
- in functie de grosimea materialelor sudate se poate folosi sau nu material de adaos. Acesta este adus manual in zona baii de sudura unde este topit si inglobat in materialul de baza.
Calitatea materialului de adaos se alege in functie de materialul de baza si contine o cantitate mica de material dezoxidant sau alte materiale ce au ca scop imbunatatirea proprietatilor cusaturii sudate.

4. Butelie de gaz inert cu reductor de presiune
Circuitul de alimentare cu gaz este alcatuit din:
- un rezervor cu gaz inert (sau amestec de gaze inerte);
- un manometru ce indica presiunea gazului inert din butelie
- un regulator de gaz
- un electroventil care deschide sau inchide circuitul (in cazul in care torta este prevazuta cu buton pentru controlul ellectroventilului);

5. Clestele de masa si cablul de masa
- are rolul de a realiza legatura electrica dintre dintre sursa de sudura si materialul de sudat;
- sectiunea cablului se alege in functie de lungimea necesara si de curentul maxim de sudura;

6. Unitatea de racire cu apa
- este utilizata pentru racirea tortei cand se sudeaza cu curenti mari de sudura;

C. Gazul protector inert

Rolul sau este de a asigura un scut protector de gaz inert intre baia de sudura si mediul ambiant.
Gazul protector are influente diferite asupra asupra baii de sudura in functie de compozitia chimica a acestuia. Gazele utilizate sunt: argon, heliu, amestec argon-heliu sau argon-hidrogen.
Este foarte indicat ca gazul inert sa fie foarte curat deoarece impuritatile pot afecta calitatea sudurii.

Argonul
- este ieftin
- arcul este relativ stabil
- piesa de sudat este mentinuta mai rece fapt ce permite sudarea materialelor subtiri

Heliul
Arcul pretejat cu gaz inert heliu degaja o cantitate sporita de caldura astfel incat heliul se recomanda la sudarea materialelor cu conductivitate termica ridicata. Fiind mai usor decat argonul se impune utilizarea unei cantitati sporite de heliu pentru a asigura o buna protectie a baii de sudura .

Alegerea gazului de protecţie depinde de câţiva factori cum ar fi: tipul materialelor ce se sudează, tipul rostului şi aspectul final al cordonului de sudură. Argonul este cel mai utilizat gaz de protecţie la sudarea WIG/TIG. Când este utilizat în curent alternativ, argonul, conferă cordonului de sudură o calitate deosebită şi un aspect bun. Alt gaz de protecţie adesea utilizat este heliul folosit pentru creşterea pătrunderii în îmbinare şi a vitezei de sudare şi este folosit la sudarea materialelor cu conductivitate termică mare cum ar fi cuprul şi aluminiul. Singura problema apăruta la sudarea în mediu protector de argon este aceea a dificultăţii amorsării arcului electric.
Amestecul de argon şi heliu este de asemenea folosit ca gaz de protecţie la procedeul WIG/TIG, pentru menţinerea sub control a cantităţii de căldură introduse menţinând beneficiile conferite de argon. Acest amestec este eficient în creşterea vitezei de sudare şi a calităţii îmbinării sudate în curent alternativ la sudarea aluminiului conferind şi o uşurinţă la amorsarea arcului. Amestecul argon-heliu asigura proprietati intermediare si se comporta in functie de procentajul celor doua gaze.

D. Electrodul infuzibil

Electrodul folosit la sudarea WIG/TIG este din wolfram sau aliaje ale wolframului, deoarece wolframul are o temperatura de topire ridicata, în jurul a 3422°C, ceea ce determină faptul că electrodul nu este consumat în timpul procedeului de sudare, insă acesta de poate eroda în timp.
Sunt mai multe tipuri de electrozi infuzibili:
- electrozi din tungsten pur.
- sunt utilizati cu curenti de sudura relativ mici, mentinand un arc relativ stabil
- sunt cei mai ieftini electrozi infuzibili
- electrozi din aliaj tungsten-thoriu
- se utilizeaza pentru curenti mari
- arcul se amorseaza usor si ramane relativ stabil
- se recomanda la sudarea otelului cu curent continuu cu polaritate normala
- electrozi din aliaj tungsten-zirconiu
- se utilizeaza pentru sudarea manuala a aluminiului ,magneziului si aliajelor acestora cu curenti mici-medii.
- electrozi din ceriu
- asigura o buna patrundere a sudurii

O serie de aliaje ale wolframului au fost standardizate de către Institutul Internaţional de Standardizare (International Organization for Standardization) şi de Societatea Americană de Sudură (American Welding Society), în ISO 6848 şi AWS A5.12; respectiv pentru sudarea WIG/TIG electrozii sunt prezentaţi în tabelul 1.

Clasa	Culoarea	Clasa	Culoarea	Aliaje
ISO	ISO	AWS	AWS
WP	verde	EWP	verde	nu
WC20	gri	EWCe-2	portocaliu	2%CeO2
WL10	negru	EWLa-1	negru	1%La2O3
WL15	auriu	EWLa-1.5	auriu	1,5%La2O3
WL20	bleu	EWLa-2	albastru	2%La2O3
WT10	galben	EWTh-1	galben	1%ThO2
WT20	rosu	EWTh-2	rosu	2%ThO2
WT30	violet			3%ThO2
WT20	portocaliu			4%ThO2
WY20	albastru			2%Y2O3
WZ3	maro	EWZr-1	maro	0,3%ZrO2
WZ3	alb			0,8%ZrO2

Electrozii din wolfram pur sunt propuşi pentru utilizare generală (clasificaţi ca WP sau EWP), electrozii aliaţi cu oxid de ceriu şi oxid de lantaniu îmbunătăţesc stabilitatea arcului; cei aliaţi cu thoriu sunt folosiţi pentru aplicaţiile care utilizează curentul continuu, însă acesta este puţin radioactiv, aceşti electrozi pot fi înlocuiţi cu electrozi aliaţi cu oxid de lantaniu cu concentraţie mare. Electrozii de wolfram aliaţi cu oxid de zirconiu măresc capacitatea curentului, îmbunătăţesc stabilitatea şi amorsarea arcului crescând totodată şi durata de viaţă a electrodului. Producătorii de electrozi pot confecţiona electrozi de wolfram aliaţi cu diferite aliaje specificate de client

E. Sistemul de amorsare a arcului

- amorsare cu frecventa mare(HF strike)
Curentul de amorsare este furnizat de un generator de curent cu frecventa mare al carui curent se suprapunerea peste curentul de sudura; puterea dezvoltata de acest generator este mica dar suficienta pentru a permite amorsarea arcului de la distanta.
Pentru a se utiliza acest sistem de amorsare (HF strike) este necesara o torta avand un buton prin apasarea caruia se declanseaza sistemul de amorsare.

- amorsare cu un arc-pilot
In acest caz amorsarea se face cu ajutorul unui arc-pilot ce se produce intre electrodul infuzibil si cel auxiliar. Electrodul auxiliar are o forma inelara si se afla pe duza tortei. Sistemul se utilizeaza in instalatiile de sudura TIG automate.

- amorsarea prin ridicare(LIFT)
Amorsarea se face prin intermediul unui dispozitiv ce furnizeaza un curent cu valoare mica (pentru a nu deteriora electrodul de tungsten) atunci cand electrodul este in contact cu piesa de sudat. La indepartarea electrodului de piesa se realizeaza un arc electric. Sursa de putere mareste automat curentul de sudura pana la valoarea necesara sudarii materialului.
Contactul dintre electrod si material poate duce la contaminarea sudurii.

- amorsarea prin zgariere(SCRATCH)
Amorsarea arcului electric se face prin atingerea electrodului infuzibil de materialul ce urmeaza a fi sudat. Prin contactul dintre electrod si piesa se poate contamina baia de sudura si astfel este afectata calitatea sudurii.

F. Materiale sudate prin procedeul TIG

Procedeul de sudare WIG/TIG este utilizat în special pentru sudarea oţelurilor inoxidabile şi a materialelor neferoase cum ar fi aluminiul şi magneziul, poate fi aplicat însă pentru sudarea aproape a tuturor metalelor. Sudarea oţelurilor carbon este limitată din cauza restricţiilor procedeului şi mai ales din cauza existenţei altor procedee de sudare a acestora, mult mai eficiente din mai multe considerente, în principal cel economic. De asemenea procedeul poate fi aplicat în toate poziţiile de sudare depinzând cel mai mult de îndemânarea sudorului.
In principal procedeul TIG se utilizeaza pentru sudarea otelului inoxidabil, ichelului, cuprului, aluminiului, magneziului si aliajelor acestora.
Otelul inoxidabil-se sudeaza in curent continuu cu polaritate directa. Este poosibila sudarea materialelor avand grosimi de pana la 2,5mm fara utilizarea de material metalic de adaos.

Aluminiul si aliajele sale
Se sudeaza in curent alternativ (AC) cu un curent de o frecventa foarte mare.
Se recomanda indepartarea oxidului de aluminiu folosind o perie sau prin metode chimice.
Sudura TIG este utilizata pentru sudarea otelurilor carbon sau aliate, nichelului si aliajelor sale, cuprului si aliajelor sale precum si a titenului si metalelor. Pentru a suda aceste materiale se utilizeaza curent continuu cu polaritate directa.