TIG keevitusprotsessi kirjeldus
TIG keevituses on enamjaolt kasutuses käsikeevitusprotsess (vt joonis 6.)
Keevitaja hoiab põletit käes ja teise käega lisab kaarleeki lisamaterjali, liikudes ühtlaselt kas paremalt vasakule või vasakult paremale. Esmalt tekitatakse põhimaterjalil keevisvann ja seejärel sulatatakse sinna lisamaterjali ning tekitatakse õmblus (vt TIG-keevitusprotsessi videosalvestust). Hoolikalt tuleb jälgida, et lisamaterjal ja põhimaterjal ei satuks kontakti sulamatu elektroodiga.
TIG keevituses on enamjaolt kasutuses käsikeevitusprotsess (vt joonis 6.)
Keevitaja hoiab põletit käes ja teise käega lisab kaarleeki lisamaterjali, liikudes ühtlaselt kas paremalt vasakule või vasakult paremale. Esmalt tekitatakse põhimaterjalil keevisvann ja seejärel sulatatakse sinna lisamaterjali ning tekitatakse õmblus (vt TIG-keevitusprotsessi videosalvestust). Hoolikalt tuleb jälgida, et lisamaterjal ja põhimaterjal ei satuks kontakti sulamatu elektroodiga.
Joonis 6. TIG käsikeevitusprotsess
TIG keevitus alalisvooluga:
Alalisvooluga keevitatakse TIG meetodil süsinikteraseid, roostevaba teraseid, vaske, niklit ja selle sulameid ning titaani, kasutades vastavaid lisamaterjale ja volframelektroode. Alalisvooluga keevitamisel on sulamatu elektrood ühendatud miinuspoolega ja keevitatav detail on ühendatud plusspoolega. Antud juhul jaguneb kaarleegi kuumus sulamatule elektroodile ca 30% ja keevitatavale detailile ca 70%. Selline ühendusviis võimaldab keevitatava õmbluse sügavat ja korralikku läbikeevitust ning säästab volframelektroodi liigse kuumuse mõjul liiga kiirest kulumisest ja volframelektroodi osakeste sattumisest keevisõmblusse, mis omakorda halvendaks õmbluse kvaliteeti.
Kui polaarsus muuta vastupidiseks, e elektrood plusspoolele ja keevitatav detail miinuspoolele, siis jääb läbikeevitus kitsaks ja madalaks ning volframelektrood kulub suure kuumuse tõttu kiiresti.
Polaarsusel on oluline tähtsus sulamatu elektroodi läbimõõdu valikul, näiteks kui keevitusvoolu tugevuseks on 125 A ja elektrood on ühendatud miinuspoolega, võib elektroodi läbimõõt olla 1,6 mm. Kui elektroodi pool on ühendatud plusspoolega, siis peaks elektroodi läbimõõt olema 6,4 mm.
Eelpooltoodust lähtudes kasutatakse enamjaolt sulamatu elektroodi ühendust miinuspoolega. Alalisvooluga keevitatakse legeerimata teraseid, roostevaba teraseid, vaske, niklit ja selle sulameid ning titaani.
TIG keevitus vahelduvvooluga:
Vahelduvvooluga keevitamisel ei saa polaarsust määrata. 50 Hz-se vahelduvvooluga muutub voolu polaarsus 100 korda sekundis, seega on sulamatu elektrood ja keevitatav detail kordamööda kord miinuspoolel, kord plusspoolel ning kaarleek kustub ja süttib igas polaarsuse vaheldumise tsüklis. Polaarsuse vaheldumise tõttu jaguneb kaarleegi kuumus enamvähem võrdselt sulamatu elektroodi ja keevitatava detaili vahel.
Kaarleegi oksüüdieemaldav toime avaldub sulamatu elektroodi positiivse impulsi hetkel. Positiivselt laetud gaasiioonid siirduvad positiivse impulsi hetkel miinuspoolele (elektroodilt detailile) ja põrkudes detaili pinnaga purustavad ja aurustavad pinnal oleva oksüüdikihi.
Vahelduvvooluga TIG keevitust kasutatakse selliste materjalide keevitamisel, millel on pinnal raskestieemaldatav oksüüdikiht, nagu alumiinium ja selle sulamid ning magneesium ja selle sulamid.
Tig keevituse sulamatute elektroodide kirjeldus:
TIG elektrood kujutab endast volframipulbrist paagutatud metallvarrast, mille funktsiooniks on toimida kaarleegi süütamisel ja põlemisel sulamatu elektroodina. Volfram sobib väga hästi sulamatuks elektroodiks, kuna selle sulamistemperatuur on kõrgeim kõigist metallidest. Sellisel elektroodil on muidki eeliseid, nagu vastupidavus kõrgele voolutugevusele, hea kaarleegi süttivus, stabiilne kaarleek ja suhteliselt pikk vastupidavusaeg. Neid omadusi võivad mõjutada volframi legeerimine mõningate muldmetallide oksiididega, muuhulgas tooriumoksiidiga (ThO2), tsirkooniumoksiidiga (ZrO2), tseeriumoksiidiga (CeO2) ja lantaanoksiidiga (La2O3) [3:168].
Legeeraine parandab elektronide emissiooni ja on kasutatav nii alalis- kui ka vahelduvvooluga keevitusel. WZ elektroodi (Zr sisaldus 0,3-0,50%) sulamistemperatuur on ligi 3800°C. WT elektroodi (Th sisaldus 1,8-2,2%) sulamistemperatuur on ligi 4000°C ja on enimkasutatav, sest nn “kulumine” on kõige väiksem.
Elektroodid on markeeritud ühest otsast erinevate värvidega. Tabel 1 tutvustab erinevaid elektroodi tüüpe ja nende kasutusotstarvet materjalide järgi.
Alalisvooluga keevitatakse TIG meetodil süsinikteraseid, roostevaba teraseid, vaske, niklit ja selle sulameid ning titaani, kasutades vastavaid lisamaterjale ja volframelektroode. Alalisvooluga keevitamisel on sulamatu elektrood ühendatud miinuspoolega ja keevitatav detail on ühendatud plusspoolega. Antud juhul jaguneb kaarleegi kuumus sulamatule elektroodile ca 30% ja keevitatavale detailile ca 70%. Selline ühendusviis võimaldab keevitatava õmbluse sügavat ja korralikku läbikeevitust ning säästab volframelektroodi liigse kuumuse mõjul liiga kiirest kulumisest ja volframelektroodi osakeste sattumisest keevisõmblusse, mis omakorda halvendaks õmbluse kvaliteeti.
Kui polaarsus muuta vastupidiseks, e elektrood plusspoolele ja keevitatav detail miinuspoolele, siis jääb läbikeevitus kitsaks ja madalaks ning volframelektrood kulub suure kuumuse tõttu kiiresti.
Polaarsusel on oluline tähtsus sulamatu elektroodi läbimõõdu valikul, näiteks kui keevitusvoolu tugevuseks on 125 A ja elektrood on ühendatud miinuspoolega, võib elektroodi läbimõõt olla 1,6 mm. Kui elektroodi pool on ühendatud plusspoolega, siis peaks elektroodi läbimõõt olema 6,4 mm.
Eelpooltoodust lähtudes kasutatakse enamjaolt sulamatu elektroodi ühendust miinuspoolega. Alalisvooluga keevitatakse legeerimata teraseid, roostevaba teraseid, vaske, niklit ja selle sulameid ning titaani.
TIG keevitus vahelduvvooluga:
Vahelduvvooluga keevitamisel ei saa polaarsust määrata. 50 Hz-se vahelduvvooluga muutub voolu polaarsus 100 korda sekundis, seega on sulamatu elektrood ja keevitatav detail kordamööda kord miinuspoolel, kord plusspoolel ning kaarleek kustub ja süttib igas polaarsuse vaheldumise tsüklis. Polaarsuse vaheldumise tõttu jaguneb kaarleegi kuumus enamvähem võrdselt sulamatu elektroodi ja keevitatava detaili vahel.
Kaarleegi oksüüdieemaldav toime avaldub sulamatu elektroodi positiivse impulsi hetkel. Positiivselt laetud gaasiioonid siirduvad positiivse impulsi hetkel miinuspoolele (elektroodilt detailile) ja põrkudes detaili pinnaga purustavad ja aurustavad pinnal oleva oksüüdikihi.
Vahelduvvooluga TIG keevitust kasutatakse selliste materjalide keevitamisel, millel on pinnal raskestieemaldatav oksüüdikiht, nagu alumiinium ja selle sulamid ning magneesium ja selle sulamid.
Tig keevituse sulamatute elektroodide kirjeldus:
TIG elektrood kujutab endast volframipulbrist paagutatud metallvarrast, mille funktsiooniks on toimida kaarleegi süütamisel ja põlemisel sulamatu elektroodina. Volfram sobib väga hästi sulamatuks elektroodiks, kuna selle sulamistemperatuur on kõrgeim kõigist metallidest. Sellisel elektroodil on muidki eeliseid, nagu vastupidavus kõrgele voolutugevusele, hea kaarleegi süttivus, stabiilne kaarleek ja suhteliselt pikk vastupidavusaeg. Neid omadusi võivad mõjutada volframi legeerimine mõningate muldmetallide oksiididega, muuhulgas tooriumoksiidiga (ThO2), tsirkooniumoksiidiga (ZrO2), tseeriumoksiidiga (CeO2) ja lantaanoksiidiga (La2O3) [3:168].
Legeeraine parandab elektronide emissiooni ja on kasutatav nii alalis- kui ka vahelduvvooluga keevitusel. WZ elektroodi (Zr sisaldus 0,3-0,50%) sulamistemperatuur on ligi 3800°C. WT elektroodi (Th sisaldus 1,8-2,2%) sulamistemperatuur on ligi 4000°C ja on enimkasutatav, sest nn “kulumine” on kõige väiksem.
Elektroodid on markeeritud ühest otsast erinevate värvidega. Tabel 1 tutvustab erinevaid elektroodi tüüpe ja nende kasutusotstarvet materjalide järgi.
Tabel 1. Sulamatute elektroodide tähistus [8:10]
Puhta volframelektroodi sulamistemperatuur on umbes 3400°C. Puhas volframelektrood on omataoliste seas odavaim kuid selle voolutaluvus ja kaarleegi süüteomadused on suhteliselt kehvad. Lisaks on selle puuduseks kerge kleepuvus põhimaterjali või lisamaterjaliga keevitamise ajal.
Puhast volframelektroodi kasutatakse ainult alumiiniumi vahelduvvoolu keevituses, kuna sel on hea elektroodi otsiku ümaraks sulamise võime (vt joonis 7B) ja vahelduvvoolus põleb kaarleek väga stabiilselt [3:168].
Elektroodide teritus:
Puhast volframelektroodi kasutatakse ainult alumiiniumi vahelduvvoolu keevituses, kuna sel on hea elektroodi otsiku ümaraks sulamise võime (vt joonis 7B) ja vahelduvvoolus põleb kaarleek väga stabiilselt [3:168].
Elektroodide teritus:
Joonis 7. TIG elektroodi läbikuumutus DC keevitusel [3:170]
TIG elektroodi keevisotsiku kuju omab keevituses väga suurt tähtsust. Alalisvooluga (DC) keevitamisel on elektrood ühendatud miinuspoolega ja elektroodi ots teritatakse lihvimise või käiamise teel teravikuks. Teraviku teritusnurgast oleneb läbikeevituse sügavus ja kuumutusala laius ning kaarleegi suunatuse täpsus. Väikese teritusnurgaga elektroodi läbikuumutus on sügavam ja kuumutuslaius on kitsam, seevastu suurema teritusnurgaga elektroodi läbikuumutus on madalam ja kuumutuslaius on laiem. Kuumutussügavus ja laius oleneb ka keevitusvoolu tugevusest (A) (vt joonis 7).
Joonis 8. TIG elektroodide teritusviisid vastavalt voolutugevusele [3:170]
Mida suurem on voolu tugevus, seda suurem peaks olema elektroodi teritusnurk. Mida väiksema vooluga keevitatakse, seda siledam peaks olema teritatud pind, lihvimisjäljed peaksid kulgema piki elektroodi
(vt joonis 8.)
(vt joonis 8.)
Keevitamisel vahelduvvooluga, elektroodi tipu temperatuur tõuseb suhteliselt kõrgele ja see annab elektroodi tipule kerakujulise vormi.
Elektroodi otsa formeerumise ja kaare iseloomu alusel võib määrata vajaliku keevitusvoolu antud materjali ja elektroodi suuruse jaoks. Joonisel 9. on kujutatud volframelektroodi otsa formeerumise kuju sõltuvus voolu liigist, tugevusest ja elektroodi materjalist.
Elektroodi otsa formeerumise ja kaare iseloomu alusel võib määrata vajaliku keevitusvoolu antud materjali ja elektroodi suuruse jaoks. Joonisel 9. on kujutatud volframelektroodi otsa formeerumise kuju sõltuvus voolu liigist, tugevusest ja elektroodi materjalist.
Joonis 9. TIG elektroodi otsa formeerumine [3:170]
Keevitamisel vahelduvvooluga, elektroodi tipu temperatuur tõuseb suhteliselt kõrgele ja see annab elektroodi tipule kerakujulise vormi. Elektroodi otsa formeerumise ja kaare iseloomu alusel võib määrata vajaliku keevitusvoolu antud materjali ja elektroodi suuruse jaoks. Joonisel 9. on kujutatud volframelektroodi otsa formeerumise kuju:
А Madal keevitusvool või elektroodi suur läbimõõt. Kaar on ebastabiilne ja ei suundu keevituspunkti poole;
В Õige vool;
С Suur vool või liiga väike elektroodi läbimõõt.
А Madal keevitusvool või elektroodi suur läbimõõt. Kaar on ebastabiilne ja ei suundu keevituspunkti poole;
В Õige vool;
С Suur vool või liiga väike elektroodi läbimõõt.
Joonis 10. Volframelektroodi asetus gaasisuudmiku otsakus [8:7]
Sobilik elektroodi otsa kaugus gaasidüüsi esimesest äärest sõltub osaliselt elektroodi läbimõõdust ja voolu iseloomust (vt joonis 10.)
Töötlemise vorm mõjutab ka elektroodi sobilikku väljaulatumist. Näiteks, välimise nurga keevitamisel kasutatakse tunduvalt väiksemat väljaulatumist, kui sisemise nurga puhul. Elektroodi tuleks pingutada mõõduka jõuga. Liiga suur jõud võib vigastada elektroodi kinnitussõlme. [8:7]
TIG keevitusprotsess:
TIG keevitus on protsess, mille tulemusel saadakse väga kõrgekvaliteediline keevisõmblus. Hea lõputulemuse saavutamine eeldab keevitajalt kõrget professionaalsust. TIG keevitusprotsess on väga tundlik keevitatavatel pindadel oleva mitmesuguse mustuse suhtes. Keevituse ettevalmistusel tuleb keevitatavad pinnad ja vajadusel ka lisamaterjali vardad hoolikalt puhastada. TIG keevituses kasutatakse kokkukeevitatavate detailide vahel samatüübilisi pilusid, nagu teisteski keevitusprotsessides. Enamkasutatavad on I pilu ja V pilu, nende parameetrid on toodud joonisel 11. I- pilu sobib kuni 3 mm paksuste materjalide keevitamiseks ja V- pilu sobib 3 – 16 mm paksuste materjalide keevitamisel [5:45]
Töötlemise vorm mõjutab ka elektroodi sobilikku väljaulatumist. Näiteks, välimise nurga keevitamisel kasutatakse tunduvalt väiksemat väljaulatumist, kui sisemise nurga puhul. Elektroodi tuleks pingutada mõõduka jõuga. Liiga suur jõud võib vigastada elektroodi kinnitussõlme. [8:7]
TIG keevitusprotsess:
TIG keevitus on protsess, mille tulemusel saadakse väga kõrgekvaliteediline keevisõmblus. Hea lõputulemuse saavutamine eeldab keevitajalt kõrget professionaalsust. TIG keevitusprotsess on väga tundlik keevitatavatel pindadel oleva mitmesuguse mustuse suhtes. Keevituse ettevalmistusel tuleb keevitatavad pinnad ja vajadusel ka lisamaterjali vardad hoolikalt puhastada. TIG keevituses kasutatakse kokkukeevitatavate detailide vahel samatüübilisi pilusid, nagu teisteski keevitusprotsessides. Enamkasutatavad on I pilu ja V pilu, nende parameetrid on toodud joonisel 11. I- pilu sobib kuni 3 mm paksuste materjalide keevitamiseks ja V- pilu sobib 3 – 16 mm paksuste materjalide keevitamisel [5:45]
Joonis 11. Tig keevituses kasutatav I pilu ja V pilu [3:177]
TIG keevitusprotsessi kasutatakse enamjaolt roostevaba terase ja alumiiniumi keevitamisel. Kuna nende materjalide soojuspaisumistegurid on suuremad kui näiteks tavaterastel, siis tuleb need keevisliited kavandada selliselt, et soojuspaisumine ei rikuks keevitatava sõlme või detaili üldkuju ja mõõtmeid. TIG protsessis võib keevitada lisaainega või ilma, sellega tuleb arvestada keevituspilu suuruse valikul. Õhukesi materjale võib keevitada ilma lisaaineta ja sel puhul on I pilu ilma õhupiluta. Keevitatava materjali paksuse suurenedes on aga vajalik juba faasitud pilu ehk V pilu, mille nurk α võrdub ca 60° (vt joonis 11).
Keevitusvoolu tugevuse mõjust läbikeevituvusele võib üldjoontes anda järgmised orienteeruvad arvud [3:177]:
Keevitamise ajal tuleb keevisõmbluse moodustumist keevisvannis kaitsta õhus leiduva hapniku ja vesiniku eest. Selleks otstarbeks kasutatakse kaitsegaasi, TIG keevitusel on selleks enamjaolt argoon (Ar). Keevituskohale juhitavat kaitsegaasi hulka mõõdetakse gaasireduktori (vt joonis 2.2 peatükk 4.) või mõõterotameetriga. Gaasi hulka mõõdetakse liitrites minutis ning see sõltub keevitusvoolu tugevusest, keevitatavast põhimaterjalist, kaitsegaasi liigist, pilu tüübist, gaasisuudmiku suurusest ja töökeskkonna tingimustest (vt joonis 12.)
Tavaline gaasikogus argooni kasutuse puhul võiks olla 5 – 10 l/min, heeliumi ja selle segugaaside kasutuse puhul võiks gaasikogus olla ca 2-3 korda suurem.
Gaasikoguse reguleerimiseks tuleb vajutada keevituspõleti lülitile (vt joonis 3.1). tekitades gaasi läbivoolu reduktorist keevituspõleti gaasisuudmikusse ning reduktorit reguleerida vastavale gaasikogusele.
Keevitusvoolu tugevuse mõjust läbikeevituvusele võib üldjoontes anda järgmised orienteeruvad arvud [3:177]:
- Teraste keevitamisel alalisvooluga on läbikeevituvus ca 1mm/45A
- Alumiiniumi keevitamisel vahelduvvooluga on läbikeevituvus ca 1mm/50A
- Roostevabadele teraste keevitamisel I = 35 - 40A x t (I - voolu tugevus A, materjali paksus mm)
- Alumiiniumi keevitamisel I = 40 – 45A x t
Keevitamise ajal tuleb keevisõmbluse moodustumist keevisvannis kaitsta õhus leiduva hapniku ja vesiniku eest. Selleks otstarbeks kasutatakse kaitsegaasi, TIG keevitusel on selleks enamjaolt argoon (Ar). Keevituskohale juhitavat kaitsegaasi hulka mõõdetakse gaasireduktori (vt joonis 2.2 peatükk 4.) või mõõterotameetriga. Gaasi hulka mõõdetakse liitrites minutis ning see sõltub keevitusvoolu tugevusest, keevitatavast põhimaterjalist, kaitsegaasi liigist, pilu tüübist, gaasisuudmiku suurusest ja töökeskkonna tingimustest (vt joonis 12.)
Tavaline gaasikogus argooni kasutuse puhul võiks olla 5 – 10 l/min, heeliumi ja selle segugaaside kasutuse puhul võiks gaasikogus olla ca 2-3 korda suurem.
Gaasikoguse reguleerimiseks tuleb vajutada keevituspõleti lülitile (vt joonis 3.1). tekitades gaasi läbivoolu reduktorist keevituspõleti gaasisuudmikusse ning reduktorit reguleerida vastavale gaasikogusele.
Joonis 12. TIG kaitsegaasi koguse määramine [3:178]
Peatüki olulisemad märksõnad: Keevisvann, õmblus, alalisvool, vahelduvvool, volfram, elektroodide tüübid, elektroodide teritus, keevitusprotsess, pilu, gaasikulu.
Ülesanne: Kui suur peaks olema argooni kulu terase keevitamisel, kui voolu tugevus on ca 150 A?
Õpiobjekt on koostatud septembris 2013 ning on Creative Commons kaitse all:
Autorile viitamine – mitteäriline eesmärk – jagamine samadel tingimustel 3.0 Eesti
