Sudarea TI6/WIG (III)

Controlul cantităţii de căldură intro­dusă în material este un aspect ex­trem de important, iar un bun sudor trebuie să fie capabil să controleze cantitatea de căldură introdusă în material.

Controlul cantităţii de căldură introdusă în mate­rial depinde de mai mulţi factori, cum ar fi:

• Amperajul utilizat
• Gazul de protecţie utilizat
• Polaritatea aleasă pentru electrodul de wol­fram
• Poziţia de sudare
• Utilizarea unor echipamente de sudare TIG care oferă posibilitatea unor reglaje multiple; pentru parametri cum ar fi în cazul curentului pulsat: curen­tul de bază si cel de vârf, durata curentului de vârf, frecvenţa, etc. Acesti parametri sunt foarte importanţi în cazul sudării în curent pulsat a tablelor subţiri.

Amperajul trebuie să fie reglat în concordanţă cu grosimea materialului si în funcţie de fiecare apli­caţie în parte. În cazul tablelor de grosime mai mare, precum si în cazul utilizării de material de adaos (baghete sau sârmă - în cazul aplicaţiilor de sudare cu sârmă caldă sau rece) va fi obligatoriu să se uti­lizeze amperaje mai mari pentru a putea permite o bună topire a materialului de bază, cât si a materialu­lui de adaos si, de asemenea, pentru a avea o bună viteză de sudare. Din contră, în cazul tablelor sub­ţiri este foarte important să se utilizeze un amperaj mic pentru a nu avea deformaţii excesive si a evita pericolul străpungerii tablelor.

Tocmai pentru a facilita reglajul rapid al amperajului în timpul lucrului, astfel încât sudorul să nu fie obligat să se oprească mereu la schimbarea pozi­ţiei de lucru sau în cazul în care observă că temperatura introdusă în material este insuficientă sau că este prea ridicată, echipamentele de sudare TIG pot fi echipate cu diverse accesorii care să permită reglarea curentului de sudare în timpul lucrului:

• Pedala pentru reglarea amperajului
• Telecomanda pentru reglarea amperajului
• Pistolete de sudare TIG prevăzute cu butoane sau cu potenţiometru pentru reglarea amperajului

Polaritatea afectează si ea cantitatea de căldură introdusă în material. Desi în majoritatea cazurilor, sudarea TIG se realizează în curent continuu cu polaritate directă (DCEN - curent continuu electrod la borna negativă), sudarea unor materiale precum aluminium, magneziu, etc. necesită în mod nor­mal utilizarea curentului alternativ pentru a curăţa suprafaţa si pentru a străpunge stratul de oxid în timpul operaţiei de sudare. Acest lucru introduce în ecuaţie o variabilă suplimentară si anume balanţa în curent alternativ între polaritatea pozitivă (cea care permite curăţarea suprafeţei) si cea negativă (cea care determină pătrunderea).

Există pe piaţă surse de sudare TIG moderne care oferă posibilitatea de reglare a balanţei la sudarea în curent alternativ, permiţând sudorului să reglezeperioada în care va fi activă polaritatea pozitivă si respectiv perioada în care va fi activă polaritatea negativă, pentru a determina atât obţinerea unei bune pătrunderi cât si o curăţare optimă a suprafeţei materialului. Se va ţine cont de faptul că o curăţare excesivă a suprafeţei va limita pătrunderea, deci va fi important ca înainte de operaţia de sudare suprafe­ţele pieselor care se sudează să fie curăţate (chimic sau mecanic) de stratul de oxid de la suprafaţă.

Utilizarea de surse de sudare care oferă posibili­tatea de control atât a balanţei, cât si a frecvenţei în curent alternativ, permite curăţarea stratului de oxid utilizând polaritatea pozitivă într-un procent destul de ridicat (până la 40%) si în acelaşi timp păstrează o bună pătrundere când setăm frecvenţa în curent alternativ în jur de 120 Hz.

Poziţia de sudare

Chiar dacă sudorul a setat corect amperajul si se deplasează cu viteză optimă de sudare, unghiul sub care este ţinut pistoletul de sudare (în funcţie de geometria zonei de îmbinare) va influenţa în mod considerabil cantitatea de căldură si implicit si rezul­tatul operaţiei de sudare. De exemplu, pentru aplica­ţii de sudare cap la cap sudorul va încerca să ţină pistoletul la circa 90° faţă de planul piesei (perpen­dicular pe aceasta), iar pentru aplicaţii de sudare de colţ pistoletul va fi asezat la circa 45° faţă de planul perpendicular pe cordonul de sudare.

Sudorii începători au în mod obisnuit probleme cu unghiul de sudare, iar acest lucru nu se întâmplă doar în momentul amorsării arcului, ci si în timpul sudării. De exemplu, sudorul poate să înceapă să sudeze având o poziţie corectă, iar mai apoi, pe măsură ce avansează, să modifice (din neglijenţă) unghiul, astfel încât electrodul de tungsten să fie îndreptat spre unul din pereţii piesei si să genereze topire incompletă pe celălalt perete.

Lungimea electrodului din tungsten si lungimea arcului electric joacă si ele un rol foarte important. Lungimea arcului (distanţa dintre vârful electrodului si piesa de sudat) trebuie să fie cât mai constantă si să se încadreze în general între 0,8 si 1,6 mm. Lungimea capatului liber al electrodului depinde de geometria îmbinării. Dacă sudorul nu ajustează lungimea capătului liber al electrodului astfel încât să obţină o lungime corectă a arcului electric (pentru a avea o tensiune corectă) la realizarea trecerii de rădăcină, se generează premizele apariţiei de zone cu topire incompletă.

De asemenea, lungimea capătului liber al electrodului este foarte impor­tantă si pentru realizarea unei bune protecţii de gaz. Din acest motiv, de obicei electrodul nu va fi scos în afara calotei ceramice cu o lungime mai mare decât lungimea pe care s-a efectuat ascuţirea. Totusi, în funcţie de aplicaţie lungimea capătului liber al electrodului poate ajunge si la 15 - 17 mm (dar aceste cazuri sunt foarte rare). Pentru a găsi lungimea corectă a capătului liber al electrodului si lungimea corectă a arcului electric, sudorul trebuie să fie capabil să aleagă si accesoriile pistoletului de sudare (si anume: grupa calotei ceramice, penseta si lentila de gaz sau port-penseta) în funcţie de fiecare aplicaţie în parte.

În special în cazul unui sudor începător, capătul liber al electrodului tre­buie să fie suficient de lung pentru a-i permite să se apropie cât mai mult de zona de îmbinare a pieselor si în acelaşi timp atât de scurt încât să nu afecteze protecţia de gaz şi să permită evitarea contactului dintre vârful ascuţit al elec­trodului si materialul de bază.

Lentilele de gaz sunt de obicei soluţia optimă atât în ceea ce priveşte protecţia de gaz, cât şi pentru a permite lucrul cu un capăt liber al electrodului mai lung. Datorită faptului că permit o mai bună acoperire cu gaz a cordonului de sudură, ele oferă posibilitatea sudorului să utilizeze un capăt liber al electrodului mai lung pentru a permite acoperirea unei game largi de aplicaţii (de la sudarea de colţ exterior până la sudarea în rost îngust).

Gazul de protecţie

Procedeul de sudare TIG necesită debite relativ mici de gaz de protecţie, în comparaţie cu alte pro­cedee de sudare cu arc electric. Pentru procedeul de sudare TIG sunt necesare debite de gaz de protec­ţie între 6 şi 12 l/min, faţă de 12 - 18 l/min în cazul procedeului de sudare MIG/MAG.

Un debit de gaz prea mare va determina apariţia unor turbulenţe în cor­donul de sudură şi automat va genera pori, în timp ce un debit de gaz prea mic va conduce la contaminarea băii de material topit de către aerul atmosferic. Dat fiind debitul relativ mic de gaz de protecţie utilizat în cadrul procedeului de sudare TIG, trebuie acordată o atenţie sporită unor factori potenţial pertur­batori care pot afecta sudura:

• Curenţii de aer din hala în care se sudează
• Existenţa unor sisteme centralizate de extracţie a noxelor din hală (care pot să influenţeze negativ debitul de gaz de protecţie)
• Poziţia de sudare (deoarece argonul este mai greu decât aerul şi pot să apară probleme la sudarea peste cap).

De asemenea, în cazul procedeului de sudare TIG, timpul de pregaz şi cel de postgaz sunt foarte importanţi. În special timpul de postgaz este foarte important din următoarele considerente:

• Previne apariţia de pori şi fisuri la închiderea craterului
• Previne oxidarea capătului liber al electrodului în momentul terminării operaţiei de sudare. Oxidarea capătului liber al electrodului va conduce la o amorsare dificilă a arcului electric sau va face aproape imposibilă amorsarea arcului pentru un sudor neexperimentat. Pentru o bună protecţie de gaz se recomandă un timp de postgaz de minim 5 secunde.

Echipamentul de sudare TIG utilizat

Alegerea unui echipament de sudare TIG per­formant ajută foarte mult atât pentru îmbunătă­ţirea calităţii operaţiei de sudare cât şi în procesul de învăţare corectă a procedeului de sudare TIG. Există pe piaţă echipamente care oferă o multitudine de funcţii speciale care permit îmbunătăţirea semnifica­tivă a calităţii şi productivităţii.

Dintre aceste funcţii voi enumera câteva care sunt în standard pe echipamentele de sudare TIG produse de firma WECO SRL Italia:

1. Funcţia Q-Spot uşurează foarte mult procesul de hăftuire.

Utilizarea acestei funcţii permite poziţionarea precisă a electrodului de wolfram în punctul de îmbinare, în contact cu materialul, astfel încât sudorul poate controla perfect întregul ciclu. În momentul în care electrodul este ridicat uşor de pe piesă, cu trăgaciul apăsat, echipamentul emite un curent de sudare pentru un timp prestabilit. În acest fel materialele sunt îmbinate instantaneu, foarte precis şi fără urme de oxid, iar cantitatea de căldură trans­ferată în material este minimă. Riscul de contaminare a zonei de îmbinare şi a electrodului scade semnificativ.

2. Funcția Dynamic Arc. Permite creșterea curentului de sudare atunci când tensiunea arcu­lui scade şi respectiv scăderea curentului de sudare atunci când tensiunea arcului creşte.Plaja de reglare a acestei funcţii este între 1 A şi 50 A pentru fiecare variaţie cu 1 Va tensiunii arcului. Valoarea sa se alege în funcţie de grosimea materialului de bază şi de aplicaţia realizată. Valorile recomandate sunt între 1 A şi 20 A pentru table sub­ţiri şi între 20 A şi 50 A pentru table groase.

• FOTO 1. Principiu de lucru TIG DC standard și TIG DC cu Dynamic Arc

Rezultatul acestei funcţii este acela că, indiferent de variaţiile în lungimea arcului, energia absorbită rămâne constantă.

După cum se poate vedea, funcţia Dynamic Arc permite, ca atunci când lungimea arcului se modifică, baia de material topit să-şi menţină lăţi­mea (D) constantă, evitând supraîncălzirea materi­alului de bază şi reducând în acest fel deformaţiile plastice şi evitând alterarea proprietăţilor mecanice ale structurii.

Efectele funcţiei Dynamic Arc şi benefici­ile aduse de utilizarea acesteia:

• Permite sudarea folosind un arc foarte scurt, deoarece atunci când electrodul este foarte aproape de materialul de bază curentul de sudare creşte, evitând lipirea electrodului şi contaminarea cordonu­lui de sudură prin împingerea băii
• Creşte viteza de sudare
• Se diminuează deformaţiile plastice ale struc­turii sudate deoarece căldura este concentrată doar în punctul de sudare
• Se reduce oxidarea pieselor şi în felul aces­ta scad costurile implicate de operaţiile ulterioare sudării
• Un control mai bun la realizarea stratului de rădăcină
• Scade rata defectelor şi creşte stabilitatea arcului
• Prin combinarea curentului pulsat şi frecven­ţei ridicate este posibilă obţinerea unui arc foarte concentrat cu o densitate de putere ridicată.

3. Funcţia MULTITACK. Permite reducerea sub­stanţială a cantităţii de căldură introdusă în material în cazul sudării unor table subţiri (0.6 mm - 0.8 mm grosime). Această funcţie constă într-o serie de amorsări succesive ale arcului la intervale foarte scurte, fapt ce permite materialului să se răcească în timpul pauzei dintre două amorsări succesive, reducându-se astfel deformaţiile. Posibilitatea de ajustare a frecvenţei de amorsare a arcului în uni­tatea de timp permite adaptarea arcului electric la viteza de sudare şi la geometria îmbinării.

Spre deosebire de această funcţie, în cazul sudării în curent continuu echipamentul furnizează o energie constantă împiedicând materialul să se răcească, astfel cauzând supraîncălzirea si implicit pătrundere si deformaţii excesive. Folosirea curentului pulsat permite reducerea efectului de supraîncălzire, însă nu total, deoarece arcul rămâne aprins tot timpul si astfel continuă să furnizeze atât putere cât si căldură.

• FOTO 2. Deosebirea dintre sudarea în curent pulsat (în partea stângă) şi sudarea cu funcţia Multitack (în partea dreaptă).

• FOTO 3. Deosebirea dintre un cordon realizat cu funcţia MULTITACK (în partea stângă) şi unul realizat în curent pulsat (în partea dreaptă)

În cazul sudurii de colţ a tablelor subţiri în curent pulsat, cantitatea de căldură acumulată va duce la o pătrundere excesivă, cu impact asupra calită­ţii produselor, în timp ce în cazul funcţiei Multitack cordonul va avea o formă geometrică perfectă, fărănecesitatea prelucrărilor ulterioare. Această funcţie este mult utilizată de firmele care produc mobilier sau echipamente din oţel inoxidabil.

Un alt avantaj oferit de funcţia Multitack este acela că se obţine un cordon alb si lipsit de oxidare, fapt ce reduce necesitatea folosirii tratamentelor cu acizi, necesare după sudarea MAG si respectiv TIG în curent continuu sau pulsat.

După cum se poate vedea din cele prezentate mai sus, aceste funcţii speciale aduc utilizatorilor următoarele beneficii faţă de sudarea TIG DC clasică:

• Hăftuirea si cordonul continuu de sudură în cazul tablelor subţiri se realizează fără a fi necesar material de adaos
• Se reduce influenţa termică asupra materi­alului si implicit se diminuează deformaţiile plastice

Se reduce semnificativ gradul de oxidare al zonei de îmbinare.

Zona influenţată termic, pe partea opusă a unei table din inox de 6 mm grosime, în cazul sudării TIG în curent pulsat (foto 4) şi în cazul sudării TIG cu funcţia Multitack (foto 5)