TIG zavarivanje aluminijuma – komercijalni pristup

 

Uvod

Danas, pre svega na internetu, postoji ogroman broj saveta, tutorijala, vodiča za zavarivanje aluminijuma. Ipak, malo je čudno da ih ima baš toliko, i da recimo TIG zavarivanje aluminijuma privlači daleko više pažnje nego recimo zavarivanje običnom elektrodom. Možda se odgovor krije u činjenici da je lako naučiti zavarivanje običnom elektrodom a da su dostupna uputstva dovoljna i tačna, za razliku od zavarivanja aluminijuma, koje je teže naučiti a dostupna uputstva prosto nisu dovoljna.

Naša firma ICI d.o.o. je počela sa distribucijom aparata za zavarivanje firme STEL iz Italije, između ostalog i TIG AC/DC aparata, i poštujući činjenicu da je nekoga nemoguće naučiti da perfektno pliva ili igra preferans preko web stranice, namera nam je da kupcima TIG AC/DC aparata pružimo i konkretnu obuku za zavarivanje aluminijuma. A ovde bi želeli da skrenemo pažnju šta bi to naučili kupca aparati koji prodajemo (pod uslovom da mu obuka treba).

 

Za početak, pornografija!

Pogledajte ove slike, ovi ljudi su dostigli takav nivo slave da su na društvenim mrežama idoli, jedni ih zovu umetnicima, drugi genijima, a neki omladinci sve ovo zovu pornografijom (u pozitivnom smislu):

http://marcellamanifolds.net/images/Images.html

https://www.google.rs/search?q=marcella+manifold+pics&hl=en&biw=1680&bih=891&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=i2uJUdW9KYaRO7P0gbgJ&sqi=2&ved=0CCoQsAQ

Neke nasumično odabrane slikice (vlasništvo Marcella Manifolds) (uočiti vrlo usku zonu katodnog čišćenja-bele pruge sa obe strane šava):


 

  

   

Zašto bi neko ovo baš ovako radio, jer jasno je da će da „drži“ i bez ovolike krasote.

Odgovor je: zato što želi, zato što može-niko mu ne može zabraniti, zato što ima opremu, zato što zna, zato što ga plaćaju, iz inata i prkosa, iz ljubavi i strasti...

 

Malo o pozadini TIG aparata za ovakvo zavarivanje (Miller, Hitachi, Stel)

Jedna od tajni ovih zlatnih rukotvorina sa gornjih slika je da su (prvobitno) nastale radom sa aparatima za zavarivanje Miller Aerowave i kasnije na njihovoj mlađoj braći.

Miller Aerowave je bio nešto najbolje što se pojavilo na zapadu (USA i Evropa) u oblasti TIG zavarivanja aluminijuma, pravi šok za to vreme. Pojavio se na tržištu 1996 god, mada je razvijen nešto ranije.

Legenda kaže da je u jednom trenutku u fabrici avio i kosmičke opreme „Boeing“ u USA došlo do zastoja u razvoju aluminijumskih delova i sklopova a kao problem je identifikovano zavarivanje aluminijuma, npr problemi velikog pada čvrstoće usled zavarivanja, produktivnost itd... Skupili su se svi odgovorni inženjeri i svako je navodio detaljno probleme zavarivanja aluminijuma u svojoj nadležnosti kao i željena rešenja... Miller je prihvatio izazov i napravio pomenuti Aerowave i zadovoljio sve zahteve i želje. Bio je to hibridni aparat, imao je i transformatorski ali i još jedan invertorski izvor struje kojim se totalno kontrolisala AC modulacija električnog luka na wolframu. Bilo je to nešto toliko napredno za to vreme da je omogućilo skok u razvoju primene zavarivanja u pomenutim avio, kosmičkim, vojnim industrijama, a van tih krugova su retki znali za postojanje takvog uređaja...

Uprošćeno, mogućnosti pomenutog aparata možete videti na strani 4
http://www.millerwelds.com/pdf/spec_sheets/AD6-0.pdf

Za to doba, imao je fantastične mogućnosti podešavanja AC balansa (katodnog čišćenja oksida – da traje taman koliko treba a ne onoliko koliko je aparat ograničen) kao i AC frekvencije (dobijanje koncentrisanijeg luka, manjeg unosa toplote, bržeg rada, mogućnost sigurnog provara u unutrašnjem ugaonom spoju...) ali i nešto što do dana današnjeg nema gotovo niko na tržištu a to je asimetrični AC luk, tj nezavisno podešavanje amplitude kako pozitivne poluperiode tako i negativne. (Inače pomenute funkcije imaju današnji savremeni aparati ovog slavnog proizvođača od 350 A i 700 A).

Sa druge strane svi znamo za tehnološki napredni Japan ali informacije šta tačno oni imaju i koriste u svetu zavarivanja nisu uglavnom dostupne. Firma Hitachi iz Japana je takođe imala aparat za zavarivanje aluminijuma sa svim ovim karakteristikama ali prosto nisu bili zainteresovani da takve aparate plasiraju na tržišta širom sveta. (Nedavno, Hitachi je odlučio da izađe iz posla sa aparatima za zavarivanje).

Firma STEL iz Italije, je jedna od velikih tajni u svetu zavarivanja. Firma je kao brend nepoznata širokoj publici ali je po svom vrhunskom kvalitetu i rešenjima veoma poznata u tzv OEM biznisu. Prosto, za njih znaju oni koji imaju mogućnost da pod svojim brendovima prodaju proizvode koje u stvari drugi proizvode. Sam STEL je svoju računicu našao da ulaže u razvoj i istraživanje i da radi za velike brendove a da ne razvija sopstveni. Proizvodnja STEL-a je odobrena od CSA za izvoz u severnu Ameriku a pojedini proizvodi su konkretno ispitivani po kompletnim performansama, izdržljivosti, pouzdanosti od mnogih nezavisnih kontrolnih institucija (npr TUV) kao i samih velikih brendova-naručioca njihovih proizvoda. Danas se njihovi proizvodi smatraju kao jedni od najpouzdanijih na svetu, sa najmanjim brojem kvarova, uz vrhunske performanse u svojim klasama a pre svega ono što se u struci zove „dinamičke karakteristike električnog luka“.

Npr STEL REL aparati imaju savršene tj idealne tj vertikalne a ne „strmo padajuće strujno-naponske karakteristike“. Tako npr nisu potrebni posebni prekidači, sklopke... releji za TIG na REL aparatima. Aparat sam detektuje kada je luk upaljen elektrodom a kada wolframom u argonu, prostom detekcijom luka po Omovom zakonu. Ili prostije, iskorišćena je TIG statička strujno-naponska karakteristika za REL zavarivanje.

A jedno od vrhunskih dostignuća je upravo ugradnja Asimetrične AC funkcije u monofazni AC/DC TIG aparat, funkcija koju poseduje svega danas nekoliko trofaznih aparata za zavarivanje aluminijuma.

Aparat se zove STEL dp TIG 221 Hpa AC/DC.

STEL dp TIG 221 Hpa AC/DC


U ovaj aparat je ugrađena najmodernija tehnologija:

- PFC modul za angažovanje samo aktivne električne energije, tj povlačenje manje amperaže iz mreže (do 30% u odnosu na klasične invertore i daleko manje u odnosu na stare trafoe), što konkretno znači uštedu u računima za električnu struju ali zbog manje ulazne amperaže u aparat i manje grejanje komponenti aparata samim tim i veću pouzdanost, mogućnost rada na kućnoj strujnoj instalaciji sa ovim sjajnim uređajem...
- Auto-sensing modul za prihvatanje bilo kojeg napona od 90V do 280 V čime se drastično povećava pouzdanost aparata jer nema opasnosti od prljave struje, niskog/visokog napona, talasastog napona..., moguć je rad na dugim produžnim kablovima, moguć rad na bilo kojoj monofaznoj struji bilo gde u svetu...
- WindTunnel tehnologija, kompletno rešenje hlađenja komponenti koje uključuje blok od aluminijuma sa prorezima kroz koje se izduvava vreo vazduh, kao i prašinu, senzore koje prate kritična mesta, lociranje osetljivijih komponenti dalje od vrelih tačaka, optimalan razmak grejnih komponenti da se ne bi kumulirala toplota, položaj elektronskih kartica u takav položaj da se prašina ne taloži na njima već da koliko je moguće kliza sa njih, ventilatorima koji rade kada je potrebno...
- H klasa izolacije elektronskih komponenti ...
- Asimetrični AC režim – potpuno nezavisno podešavanje pozitivne i negativne poluperiode, AC frekvencija, AC balans, sve na izvol’te tj nema skrivenih menija za ove funkcije zbog kojih se i kupuje ovakav aparat, izražene u opšte prihvaćenim jedinicama npr balans u „EN %“ ili frekvencija u Hz... a ne u kodnim oznakama koje niko ne može da dešifruje...
- moguće je i pulsiranje u AC režimu,
- VRD funkcija za bezbedan rad...
- DSP, digitalna obrada signala povratnom spregom u delićima sekunde...


Koristi Asimetričnog AC režima

Poznato je da se za vreme negativne poluperiode (- pol na wolframu) vrši unos toplote u osnovni materijal, penetracija, održavanje metalnog kupatila, koncentracija luka sa uže zone (sa naoštrenog vrha) ka široj zoni (materijalu), da se materijalu predaje nekih, grubo rečeno, 70% toplote luka, a 30% toplote se prenosi na wolfram. Međutim, za vreme pozitivne poluperiode (+pol na wolframu) dešava se katodno čišćenje materijala (bele pruge pored šava), a na wolfram se prenosi 70% toplote luka a svega 30% ide u materijal.

Recimo primer zavarivanja aluminijuma debljine 2.5 mm, recimo amperažom od 100A, koja je ista i za pozitivnu i negativnu poluperiodu što je tipično za klasične AC/DC aparate. Za vreme pozitivne poluperiode, toplota koja ide u materijal nije dovoljna da pravi metalno kupatilo, ali pošto postoji, deluje u vrlo širokoj zoni pored metala šava. Potpuno bespotrebno jer pošto tu nema metala šava to je potpuno jalovo tj nepotrebno. Sa druge strane, ta amperaža tj toplota jako nagriza wolfram i razara ga. Za vreme te poluperiode, luk je nestabilniji jer elektricitet sa malopre pomenute široke zone na koje se vrši čišćenje ide ka wolframu. Plus razaranje wolframa doprinosi nestabilnom luku i čestom odlasku na oštrenje. Plus emisija elektrona sa materijala je teža nego sa wolframa na materijal... U svakom slučaju ova poluperioda jeste delom korisna jer vrši čišćenje oksida ali je nekako recimo nekontrolisana tako da daje i pomenute štetne efekte (razara wolfram, rasipa se u širinu nepotrebno, daje nestabilan luk, ne vrši penetraciju, ne može da rastopi materijal...).

Jedan od načina delimičnog smanjenja ovih nepoželjnih efekata jeste ograničavanje vremena trajanja ove poluperiode (funkcijom balansa pozitivne i negativne poluperiode), tako da se podešavanjem trajanja recimo 25-30-35% ove poluperiode u jednom ciklusu smanjuje ovaj negativni uticaj a uopšte se ne smanjuje njen korisni deo koji se odnosi na katodno čišćenje.

Međutim, ovaj način ima svoja ograničenja jer iako je vreme kraće, intenzitet amperaže ove poluperiode je još uvek takav da ostaje mnogo prostora za poboljšavanje.

Uvođenjem mogućnosti nezavisnog podešavanja amperaže za pozitivnu poluperiodu tako i za negativnu, omogućena je kompletna kontrola zavarivanja aluminijuma, potpuno izbacivanje jalovog tj štetnog uticaja.

Omogućeno je da pozitivna poluperioda bude aktivna vremenski koliko treba tj da se vrši samo čišćenje i to onoliko dugo koliko treba, a intenzitet njene amperaže takođe taman koliko treba, a takođe je moguće maksimalno povećati (koliko treba) amperažu negativne poluperiode.

Ukupan rezultat je lako osetiti pri zavarivanju:

- Radi se mnogo brže,
- Penetracija je veća, a moguće je kontrolisati širinu kupatila tj smanjiti ga na željenu,
- Wolfram se troši maltene kao kod zavarivanja čelika, tj primetno duže zadržava oštar vrh,
- Moguće je dugo raditi sa tanjim prečnikom wolframa u odnosu na klasične AC/DC aparate što dodatno poboljšava fokusiranje luka tj penetraciju tj izbegavanja rasipanja toplote u nepotrebno širok šav, a takođe tanji wolframi su jeftiniji od debljih,
- Smanjuje se vreme odlazaka na oštrenje wolframa,
- Smanjuje se potrošnja wolframa,
- Rešava se paradoks: Smatra se da klasični AC/DC aparati od 220 A bez funkcije Asimetričnog AC mogu zavarivati debljine aluminijuma do 4-5-6 mm, iako je tačka topljenja aluminijuma dosta niska, recimo oko 680 C. Sa ovom funkcijom, koja jako fokusira luk, umesto da ga širi, moguće je zavarivati debljine 8-10 mm, čime se ulazi u sferu 300 A trofaznih klasičnih AC aparata,
- Luk je izuzetno stabilan, kao kod čelika, prava je milina raditi u ovom režimu,
- Luk se stvara brže, čime se izbegava omekšavanje materijala i smanjuje opasnost od nalepljivanja,
- Pogotovo je sada lako upaliti luk u samom uglu T šava.
- Nema onog „skakanja“ tečnog aluminijuma na wolfram tzv kontaminacije tokom vođenja, tipičnog za klasične AC/DC,
- Radi se značajno brže, čime se povećava produktivnost i ekonomičnost, smanjuje potrošnja gasa,
- Unos toplote je manji zbog bržeg rada, tako da se može očekivati veća čvrstoća šava i ZUT-a tj zona omekšavanja materijala je manja nego pri radu sa klasičnim AC/DC aparatom.
- Utapanje ivica spoja (efekat kvašenja) je primetno bolje i vizuelno lepše a gusenica je vizuelno bolje definisana.

U svakom slučaju, ova funkcija je sada postala dostupna i to u aparatu firme poznate po tome što ogromnu pažnju poklanja bezbednosti, pouzdanosti i performansama.

Posedujemo demo aparat i pozivamo Vas na probu. Imamo sve, aparat, žice, gas, radno mesto, možete poneti slobodno svoje parčiće.


Šta nudimo uz aparat

Ceo radni dan o TIG zavarivanju aluminijuma. Metalurške osnove, problemi iz prakse, objašnjavanja konkretnih detalja, objašnjenja svakog dugmića na aparatu u smislu koju funkciju vrši kada se dugme podesi na jednu stranu a šta kada na drugu, itd...

Između ostalog na primer:

0) (Npr imamo razne legure aluminjuma ali se ističu odlivci i extrudirani i valjani delovi). (Imamo razne debljine, ograničimo se na 10 mm). Imamo 4 tipa spoja (sučeoni, ugaoni unutrašnji, ugaoni spoljni, preklopni)... (Položaj zavarivanja, predgrevanje, preipoji, zazori ... da zanemarimo začas... Čišćenje hemijom i četkom).

Četka za čišćenje aluminijuma sa čekinjama od inoxa


1) Koja amperaža za svaki od ovih slučaja? Recimo za ugaoni unutrašnji šav, debljina 2 mm, materijal serije 6xxx... Važi li pravilo 40-45 po 1 mm pa je to za 2 mm = 80-90 A... Ne ide najbolje? A kako se u stvari podešava amperaža? Po kom pravilu?

2) Koji materijal wolframa? 2%torijuma, cerijum? Zlatni? Plavi? Mix? Bilo koji, sve je to isto?

3) Koji prečnik wolframa je najbolje rešenja za svaki konkretan slučaj?

4) Kako naoštriti vrh? Ostaviti loptasti vrh? Zašiljiti ga vrlo oštro ili tuplje? A Lorencove sile kako utiču? Pinč efekat? Kako se formira plazma oko vrha wolframa?

 

 

Loptast vrh

Pod kojim uglom šiljiti wolfram? Koji ugao je bolji za penetraciju i fokusiraniji luk, npr za ugaoni spoj?

 

5) Da li i koliko zatupiti zašiljeni wolfram?

6) Koji # šobe za izabrani prečnik wolframa? Koristiti gas-lens (sito) ili ne, ili je svejedno?

7) Koji prečnik žice za svaki konkretan slučaj?

8) Koji protok gasa?

9) Koliko je optimalno da viri wolfram iz šobe?

10) Koju dužinu luka?

11) Kako početi? Startovati luk pa polako dizati ampetažu? Tj soft start + blagi ili jaki slope-up?

12) Koju AC frekvenciju???

 

Za monofazni aparat opseg podešavanja AC frekvencije 20-200 Hz je optimalan. Za struje do 220 A, sve preko bi moglo da dovede do slabe penetracije u ivice šava i „smrznuto“ lice sa usecima koji predstavljaju opasnost po koncentraciju napona.


13) Koji balans poluperioda?

 

 

Široka zona čišćenja, velika vrednost (vreme i amperaža) pozitivne poluperiode, veliki unos toplote, veliko smanjenje čvrstoće materijala

Uska zona čišćenja (preporuka 1.2-2.0 mm), uklonjen jalovi, bespotrebni, deo pozitivne poluperiode, brzo vođenje, velika penetracija, povoljno za čvrstoću, a čišćenje nije ugroženo (postignuto Asimetričnim AC režimom)

 

Podešavanje balansa, u opsegu 10-90% po negativnoj poluperiodi. Jasno, bez ikakvih kodnih jedinica.


14) Koliko isticanje gasa pre paljenja luka?

15) Down-slope?

16) Završna struja, za sprečavanje prsline u završnom krateru?

17) Isticanje gasa posle zavarivanja, koliko sekundi? Što ne bi bilo samo par sekundi da uštedimo nešto gasa?

18) Način vođenja? Način dodavanja žice? Brzina vođenja? Uglovi vođenja pištolja i žice?

 

Kontaminacija metala šava (uzroci mogu biti razni... loša gasna zaštita zbog gasa ili zbog dugog luka, loše očišćen materijal, oksidirana žica za dodavanje, odlamanje delića wolframa u metal šava, loše podešen balans ili amperaža pozitivne poluperiode...)

 


Kako napraviti izgled „krljušti“?



Ripne, krljušt....

Na engleskom postoji opis za ovaj efekat izgleda lica šava = „stack of dimes“. Dime je novčić, metalna kovanica, recimo kao novčić od 10 para. Kada se naslažu jedan preko drugog, dobija se ovaj izgled. „Slaganje novčića“ je omiljeni estetski efekat na kome insistiraju majstori iz USA. Činjenica je da se strogo gledano može naći mana ovakvom izgledu šava, prosto aluminijum je osetljiv na zarez tj koncentraciju napona (naročito ako je AC frekvencija previše podešena pa se dobija manja penetracija na ivicama šava), ali TIG zavarivanje aluminijuma je definitivno zanat za sebe i majstori prosto žele da nekako prenesu svoju ljubav i strast i ugrade svoj ponos u svaki zavar, pa to rade na ovaj način.

19) igrati se u AC zavarivanju pulsom? Kažu manji unos toplote, manje deformacije, ako ništa drugo.

20) Memorisanje programa?

21) Bezbednost, odvratni smrad ozona, gušenje argonom, otrovni gasovi iz odlivaka nastalim sagorevanjem ulja ili farbe...?

22) Kako držati pištolj? Kao olovku ili kao sekirče?

23) Kako vežbati produktivno, tj kako vežbom brzo dizati svoju veštinu a ne traćiti vreme?

24) Proba zavarivanja legure Magnezijuma, mnogo je lako a podiže samopouzdanje kada početnik oseti da je sposoban da zavari i „egzotiku“.
 
25) ...I naravno rad u asimetričnom AC režimu...

 

Zaključak

Za kratko vreme i početnik može savladati TIG zavarivanje aluminijuma i magnezijuma jer je sada sve lakše sa aparatom STEL dp TIG 221 Hpa AC/DC. Uz aparat dobijate osnovnu konkretnu praktičnu obuku besplatno.