IMG
21

4.1.4. Intensyfikacja procesu spawania elektrodą nietopliwą (GTAW)

Proces spawania lukowego elektrodąnietopliwą w osłonie gazów obojętnych stosowany w przemyśle od kilkudziesięciu lat jest nadal jednym z podstawowych procesów spawania, zapewniającym bardzo w'ysoką jakość złączy oraz możliwość spawania ręcznego, automatycznego i zrobotyzowanego.

Podstawowymi ograniczeniami procesu spawania metodą GTAW są jednak:

-    niska wydajność spawania,

-    znaczny wpływ zmian składu chemicznego spawanych materiałów, a zwłaszcza zawartości węgla i zanieczyszczeń, na głębokość przetopienia,

-    stosunkowo mała grubość złączy możliwych do spawania jednostronnego w- jednym

przejściu.

Spawanie GTAW może być prowadzone bez materiału dodatkowego, a w wypadku stali austenitycznej możliwe jest spawanie jednostronne w osłonie argonu złączy doczołowych blach o grubości do 3,0 mm. Zastosowanie ukosowania złącza oraz podawanie materiału dodatkowego w postaci pręta (spawanie ręczne) lub drutu litego czy proszkowego (spawanie automatyczne) umożliwia wykonanie złączy doczołowych o dowolnej grubości, lecz wtedy wymagana jest w iększa liczba ściegów. Proces spawania GTAW staje się jednocześnie bardzo kosztowny oraz występuje zagrożenie znacznego wzrostu naprężeń i odkształceń spawalniczych [54].

Zwiększanie natężenia prądu podczas spawania GTAW bez materiału dodatkowego sprawia. że zwiększa się znacznie szerokość lica przy niewielkim wzroście głębokości wtopienia. Złącza doczołowe o większej grubości (do około 4,(k-6,0 mm) można spawać jednostronnie w osłonie helu lub mieszanek He + Ar + H₂ na skutek większej energii luku jarzącego się w osłonie helu o znacznie większej energii jonizacji (24,9 eV) niż dla argonu (15,7 eV).

Najnowszym rozwiązaniem problemu niskiej wydajności spawania GTAW jest zastosowanie specjalnych topników aktywujących, które powodują zwężenie luku (zmniejszenie średnicy plamki anodowej w obszarze spawania) i nawet kilkakrotne zwiększenie głębokości wtopienia. Metoda ta w krajowej literaturze została nazwana metodą A-TIG. Ponieważ podczas spawania z topnikiem aktywującym promień plamki anodowej jest mniejszy niż przy spawaniu tradycyjną metodą GTAW, następuje zwiększenia składowej osiowej siły elektromagnetycznej Lorentza, tworzącej ukierunkowany strumień ciekłego metalu od powierzchni jeziorka spawalniczego do jego dna. W wyniku oddziaływania ukierunkowanego strumienia ciekłego metalu o wysokiej temperaturze stapianie materiału rodzimego zachodzi w wąskim obszarze na kierunku oddziaływania strumienia.

Drugim mechanizmem wyjaśniającym zwiększenie głębokości wtopienia jest zwężenie luku. Topniki aktywujące są zazwyczaj mieszaniną tlenków i fluorków, które odparowując z powierzchni złącza, zwężają intensywnie luk w wyniku wychwytywania elektronów z zewnętrznego obszaru łuku przez odparowane i zjonizowane cząsteczki tlenków i fluorków.

Istotnym problemem przy spawaniu metodą GTAW nowoczesnych stali rafinowanych o bardzo dużej czystości (niskiej zawartości siarki, fosforu, tlenu) jest znacznie mniejsza głębokość wtopienia w porównaniu ze spawaniem stali wytworzonych tradycyjną metodą. Zastosowanie topnika aktywującego ze spawaniem stali bardzo czystych eliminuje te różnice.

131