Nové metody svařování: A-TIG.

Další z nových a perspektivních metod svařování, které pomalu opouštějí výzkumné laboratoře a vydávají se do běžné praxe je svařování A-TIG (Active TIG). Na rozdíl od dříve popsané metody Laserhybrid "ušité na míru" robotům je A-TIG určen i pro ruční svařování a v současné době si jej může vyzkoušet prakticky kdokoliv.

Proč A-TIG, aneb omezení metody TIG.

Všichni dobře víme, že metoda svařování TIG má svá výrazná omezení. Je velmi obtížné svařovat oceli o větší tloušťce než 5 mm, či Al materiály nad 4 mm. Problém spočívá v malé tepelné účinnosti TIG oblouku. A ani zvyšování svařovacího proudu na třeba 150 či 200 a více ampér nepřináší výraznější výsledek. Přitom zvláště při svařování nerezových materiálů je svařování TIG nezastupitelné.

Celý problém je trochu zjednodušeně řečeno způsoben tvarem TIG oblouku, který se od elektrody směrem ke svařovanému materiálu zvonovitě rozšiřuje. Tím klesá proudová hustota na jednotku plochy a výkon oblouku je možné jen obtížně zvyšovat. Už od roku 1996 se výzkum v oblasti svařování snažil o zvýšení tepelného výkonu TIG oblouku. Snaha o využití různých směsí inertních a jiných plynů nepřinesla použitelný výsledek. Průlom však nastal jinde.

V ukrajinském Ústavu svařování elektrickým oblokem E. O. Patona se při modelování různých podmínek svařování metodou TIG ve velmi složitých svařovacích programech zjistilo, že přidáním některých kysličníků (oxidů) přímo do svařovací lázně by se mohl výrazně celý systém hoření oblouku a proudění taveniny ve svarové lázni změnit. Při praktických zkouškách se využilo znalostí z vlivu různých oxidů na vlastnosti svařovacího oblouku ze svařování obalovanou elektrodou a plněným trubičkovým drátem. Vznikla tak nová metoda svařování, která dostala název A-TIG, neboli Active Tungsten Inert Gas.

A-TIG.

Výhodou a základní informací o A-TIG svařování je to, že lze použít libovolné svařovací zařízení jako pro klasické TIG svařování ocelí. A-TIG se od klasického TIG liší především tím, že na místo svařování je nejprve nanesena vrstvička oxidu. A právě volba správného oxidu byla hlavním předmětem zkoumání při vývoji A-TIG metody. Některé oxidy způsobí výraznou kontrakci (stlačení) oblouku a tím se zmenší průměr sloupce oblouku a naroste proudová hustota v místě styku oblouku se základním materiálem. Současně se výrazně změní proudění ve svarové lázni, kdy tavenina proudí v ose oblouku dovnitř lázně.

Na pokusnou desku z nerezového materiálu AISI 304H o rozměru 150 x 50 x 9 mm byly naneseny 5 mm široké a 0,02 mm tlusté pásky oxidů v ose sváru a byly zkoumány vlastnosti sváru a závaru bez přidávání přídavného materiálu. Jako nejúčinnější aktivační činidlo se projevil TiO2 (oxid titaničitý). Mimochodem se ukazuje, že TiO2 má i spoustu jiných využití.

Zkušební deska pro vývoj A-TIG svařování.

Při svařování bez přídavného materiálu se projeví všechny vlastnosti oblouku bez maskování případných nepřesností jeho hoření. Nevznikají vruby, zápaly, póry a další vady způsobené nedokonalým podáváním přídavného materiálu. A samozřejmě se neporuší ani chemické složení taveniny.

Přesně uložená oxidická vrstva způsobí dramatické zvětšení hloubky závaru, při svařovacím proudu 100 A je to až o 100 %, u proudu 150 A o cca 110 % a u proudu 200 A o cca 100 %:

Porovnání závaru TIG a A-TIG.

Teoretické zdůvodnění nárůstu hloubky závaru je velmi složité, protože se jedná o kombinované působení hned několika sil (Lorencovy síly, Marangoniho konvekce, gravitační síla a další), jejichž hnacím motorem je oxidační činidlo. Tento aktivátor tedy působí na tvar obloukového sloupce, zlepšuje tekutost v hloubce taveniny tím, že mění způsob proudění tekutého kovu v tavenině a přitom se ve ztuhlém kovu po svařování nevyskytuje.

Fotografie oblouku TIG a A-TIG.

A-TIG v běžné praxi.

Přestože je metoda A-TIG stále ještě rozšířenější ve výzkumných laboratořích než v běžné praxi, je možné si ji vcelku nenákladně vyzkoušet už nyní. Na trhu se totiž objevil sprej s náplní příslušných oxidů, který si pod názvem PATIG-SA můžete koupit i v ČR.

Výrobce se o tomto spreji vyjadřuje takto: Svary dílců, zhotovené způsobem A-TIG s použitím aerosolového aktivátoru, z uhlíkových, nízkolegovaných a vysokolegovaných ocelí se z hlediska komplexu vlastností a provozních charakteristik neliší od běžných TIG svarů a základního materiálu. A-TIG svařování s použitím aktivátoru PATIG S-A lze provádět jak nepřerušovaným, tak impulsním obloukem v různých polohách svařování.

Další aktivátory na sebe nenechají dlouho čekat. Na dalším obrázku si můžete prohlédnout balení, které se jistě brzy objeví i u nás. Snad nikoho nepřekvapí, že pochází z Číny...

Další aktivátory pro A-TIG.

Závěr.

Podle tvaru a hloubky závaru se dá metoda svařování A-TIG zařadit někam mezi TIG a paprskové systémy jako plazmové či laserové svařování. V současnosti je sice metoda A-TIG chráněna řadou patentů, přesto probíhá v Anglii a v Indii rozsáhlý výzkum na dané téma. Očekává se, že po dokončení výzkumných prací se metoda A-TIG velmi rychle rozšíří, protože problémy se svařováním větších tlouštěk austenitických a feritických nerezových materiálů mají všechny vyspělé země.

Sestavil: Ing. Jiří Tichý, EWE