TIG svařování I - základní principy.

TIG svařování. Pro spoustu, zejména amatérských, ale i profesionálních svářečů má toto označení nádech čehosi magického. Nebo alespoň něčeho složitého, precizního či nedosažitelného. Prostě vyšší dívčí. Naštěstí i přes to nachází svařování metodou TIG stále širší uplatnění a s TIGem začínají koketovat i mnozí amatéři. V tomto článku se seznámíme se základními principy svařování TIG. Opravdu se nejedná o nic magického...

Poznámka: původně měl být tento článek vyčerpávajícím popisem metody svařování TIG. Jenže jak časem přibývaly různé poznámky, obrázky a text, článek nabobtnal do "obludných" rozměrů. Proto jsme přistoupili k jeho rozdělení na (zatím) 3 části, které vydáme postupně. Nejprve si tedy vyjasníme základní principy TIG svařování, a dále výhody a nevýhody této metody. V dalším článku se podíváme na TIG mnohem podrobněji a nakonec se seznámíme s technickým zařízením pro TIG svařování.

TIG nebo WIG?

Ještě než se TIG svařováním budeme zabývat podrobněji, je nutné udělat pořádek ve zkratkách. Často se totiž v našich končinách můžete setkat se zkratkou WIG, která označuje to samé. Proč tomu tak je? Zkratka TIG pochází z angličtiny, znamená Tungsten Inert Gas a symbolizuje svařování wolframovou elektrodou (tungsten je anglicky wolfram) v ochranné atmosféře inertního (Inert) plynu (Gas). Zkratka WIG pochází z němčiny a znamená Wolfram Inert Gas, tedy naprosto to samé. Je s podivem, že se u nás spíše uchytila anglická zkratka TIG, přestože máme foneticky blíže k WIGu. Zkratka WIG byla u nás masivně propagována v devadesátých letech díky firmám z německy hovořících zemí (zejména FRONIUS z Rakouska). Přesto se nakonec (nejen u nás) prosadilo označení TIG. Pokud se tedy setkáte s označením WIG, není to nic odlišného. Prostě WIG = TIG. Perličkou na konec může být třeba pohled do výrobního katalogu, již zmíněného Froniusu, který u svých svářeček TRANSTIG píše: "Zdroj pro svařování metodou WIG". A aby toho nebylo málo, v Americe se pro označení této metody svařování používá zkratka GTAW, která znamená Gas Tunsten Arc Welding. Také existuje číselné označení této metody. Takže pokud vám někdo řekne, že to vařil metodou 141, budete vědět, že to svařoval TIGem.

Prostě 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 svařovaným materiálem. Protože se elektroda nemá odtavovat, musí být vyrobena z materiálu, který odolává velmi vysokým teplotám. Tuto podmínku splňuje wolfram (používá se také na vlákna klasických žárovek). Wolframová elektroda je pomocí kleštiny upnuta v hlavici TIG hořáku. Pomocí kleštiny je do elektrody přenášen také svařovací proud. Hořák je dále opatřen hubicí, kterou ven proudí plyn vytvářející v místě svařování inertní (netečnou) ochrannou atmosféru. Inertní atmosféra (obvykle argonu) chrání tavnou lázeň před přístupem vzduchu a usnadňuje zapalování oblouku.

Svařování může být provedeno buď pouze roztavením a slitím základních materiálů dohromady (bez použití přídavného materiálu), nebo s přidáním přídavného materiálu - svařovacích kovových tyčinek (drátů) podobného složení jako má základní materiál (podobně jako u svařování plamenem). Při ručním svařování TIG drží drát svářeč ve druhé ruce (v jedné ruce má hořák) a přidává jej do lázně po kapkách dle potřeby. Právě v tomto případě mluvíme o ručním TIG svařování. TIG svařování lze také částečně mechanizovat, nebo úplně 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 tlačítkem na hořáku. Při úplné automatizaci je hořák upnut v nějakém stroji (třeba robotu) a vše je řízeno automaticky - tedy vedení hořáku i přidávání drátu.

Základní, výše popsaný, princip svařování TIG je ale shodný pro všechny případy. Tedy pro ruční, mechanizované i automatizované svařování. Princip TIG svařování je schematicky znázorněn na následujícím obrázku:

Princip svařování TIG - schematicky.

Svařování TIG - v reálné podobě.

Přestože se TIG svařování začíná prosazovat v masovém měřítku až v posledních 15 - 20 letech, nejedná se o žádnou novinku. Tuto metodu svařování totiž vynalezl jistý Russell Meredith pracující v Northrop Aircraft Company v USA. Své experimenty s TIG svařováním prováděl již v letech 1939 - 1941 a nový svařovací proces, který vynalezl nazval jako Heliarc, tedy v doslovném překladu něco jako heliumoblouk. Označení vycházelo z Helia, které se v té době používalo jako inertní ochranná atmosféra. V současné době se jako ochranný plyn používá především Argon, a proto se svařování TIG často říká jako Svařování pod Argonem.

Výhody a nevýhody TIG svařování

Už z toho, že se o TIGu mluví čím dál více, je možné usoudit, že má asi nějaké zásadnější výhody. Ale co když má také nevýhody? Jak moc jsou jeho výhody a nevýhody zásadní? Pojďme se na to podívat:

Výhody TIG svařování:

Asi nejvýraznější výhodou TIG svařování je výborná kontrola nad svarovou lázní. TIG je zkrátka precizní. Tím, že na rozdíl od jiných metod svařování elektrickým obloukem, nedochází k neustálému přísunu přídavného materiálu do lázně, může svářeč daleko lépe ovlivňovat svarovou lázeň a tím i vlastnosti svarového spoje. Přídavný materiál si svářeč do lázně přidává dle potřeby. TIGem lze také svařovat zcela bez přídavného materiálu (např. roztavením lemu u lemového spoje) a to je z metalurgického hlediska nejlepší, protože svarový kov má na 100% shodné chemické složení se základním materiálem. Nedochází tedy k zavlečení jiných prvků do svarového kovu. Někdy je dokonce možné jako přídavný materiál použít odstřižek nebo úlomek ze základního materiálu. To nám opět zaručí 100% shodu svarového kovu a základního materiálu. U svařování obalenou elektrodou nebo MIG/MAG toto prostě není možné.

Princip lemového svaru.

Pokud si říkáte, že tohle umí i autogen máte pravdu. Práce s přídavným materiálem je opravdu prakticky stejná jako při svařování plamenem. Taky proto občas můžete zaslechnout, že TIG je vlastně takovej "elektrickej autogen". Jenže nastupují další výhody TIGu, kterým klasický autogen prostě konkurovat nemůže:

Vysoká teplota oblouku. Díky tomu je možné svařovat i materiály, které autogenem neroztavíte, zejména vysocelegované ocele. Zároveň je ale teplotní pole velmi úzké. Nedochází proto k tepelnému ovlivnění základního materiálu v tak širokém pásmu okolo svaru a naopak je možné dosáhnout velké hloubky závaru. To má mimo jiné i pozitivní vliv na tepelné deformace svarku. Navíc je možné přísun tepla do svaru efektivně regulovat. TIG oblouk je totiž možné v určitých případech tvarovat (prodlužovat či zkracovat, zužovat či rozšiřovat a ohýbat) a dosahovat tak různých tepelných účinků na svařovaný materiál.

Výborná ochrana svarové lázně před škodlivými účinky vzduchu (hlavně vzdušného kyslíku). To je zajištěno použitím inertních plynů jako ochranné atmosféry.

Z dalších pozitivních vlastností můžeme jmenovat příznivé tvarování svarové housenky na povrchu i v kořeni a dobré operativní vlastnosti TIGu v polohách.

Zajímavá je také možnost svařování velice tenkých materiálů. Při TIG svařování je totiž možné používat velmi malé proudy (od jednotek ampér) a z toho vyplývá možnost svařování opravdu velmi tenkých materiálů. V extrémních případech lze při použití speciálních zdrojů a hořáků svařovat i kovové fólie či šperky proudy menšími než 1A!

Nevýhody TIG svařování:

Nevýhody (alespoň ty zásadní) jsou v podstatě jen dvě:

Vysoká technická náročnost na svařovací zařízení, zejména při TIG svařování střídavým proudem. Zařízení pro TIG svařování jsou obecně komplikovanější a dražší, než svářečky pro jiné běžné metody svařování. To platí zejména pro svářečky umožňující svařovat metodou TIG AC (střídavým proudem), které jsou dosti složité, mají velký počet regulačních prvků a jsou tedy i dosti drahé. Ovšem díky jejich stále masivnějšímu nasazování a všeobecnému poklesu cen elektroniky i jejich cena nezadržitelně klesá.

Zásadnější nevýhodou ale je malá produktivita. Zejména ruční svařování TIGem je prostě pomalé. Je to dáno hlavně tou precizností, kterou jsme v předešlé kapitole vyzdvihli jako hlavní přednost TIGu. S TIGem si prostě musíte více hrát a díky tomu je svařování relativně pomalé. Proto se TIG nehodí na velkosériovou výrobu relativně jednoduchých svařenců, ale spíše na tvarově složité konstrukce z ušlechtilých materiálů. V některých případech, jako je svařování potrubí, se TIGem svařují jen kořenové vrstvy, u kterých velmi záleží na kvalitě. Výplňové a krycí vrstvy se pak dělají efektivnějšími metodami svařování (MMA, MIG/MAG). Malou produktivitu lze sice odstranit mechanizací či automatizací. Ovšem v případě TIGU je to o trošku složitejší než u třeba u MIG/MAG, ale není to nemožné a běžně se to v průmyslu používá.

Kde je vhodné použít TIG svařování?

Z výčtu výhod a nevýhod by se dalo říci, že výhody TIG svařování převažují nad nevýhodami. Ale nemusí to platit vždy a pro každého. Konečný úsudek si musí udělat každý sám. Pojďme si ještě představit typické aplikace TIG svařování:

- náročné kořenové vrstvy potrubí produktovodů. Další vrstvy se obvykle pokládají produktivnější metodou.

- trubky kotlů v energetice.

- tvarově složité konstrukce, zejména z trubek z hliníkových materiálů a nerez ocelí: rámy kol a motorek, reha pomůcky, ochranné rámy off-road automobilů, zábradlí, žebříky a kovový nábytek s vysokým požadavkem na dekorativnost.

- svařování speciálních materiálů a heterogenních spojů: vysocelegované a nástrojové oceli, oceli pro energetiku, hliníkové materiály, titan, měď a bronzy, hořčík, apod.

- svařování velmi tenkých materiálů.

Na závěr se podívejte na ukázky svarů provedených metodou TIG:

Ukázky svarů provedených metodou TIG.

Co dál?

V pokračování tohoto článku se na svařování TIG podíváme podrobněji. Ukážeme si možnosti zapalování oblouku, rozdíly mezi TIG svařováním stejnosměrným a střídavým proudem a další parametry pro TIG svařování.