TIG-sveising
TIG-sveising (engelsk: tungsten inert gas welding) er en type lysbuesveising der man bruker en ikke-oppbrukbar elektrode av wolfram (svensk: tungsten) og en inert dekkgass (vanligvis argon, helium eller en blanding av de to) for å beskytte sveiseområdet og elektroden mot oksidasjon eller annen atmosfærisk forurensning.
Vanligvis holder man sveiseapparatet i en hånd og tilsatsmaterialet i den andre, men med noen former for sveising (kjent som autogensveising eller smeltesveising) kreves ikke tilsats. En sveisestrømforsyning som leverer konstant strøm gir elektrisk energi, som så ledes over lysbuen gjennom en kolonne av svært ionisert gass og metalldamp kjent som plasma. Likestrøm (DC) brukes for å sveise konstruksjonsstål og rustfritt stål, mens vekselstrøm (AC) brukes for å sveise aluminium og magnesium.
Prosessen gir operatøren bedre kontroll over sveisen enn andre sveisetyper som pinnesveising og MIG/MAG-sveising, hvilket gjør det mulig å oppnå sterkere sveiser av høyere kvalitet. Dermed kan en dyktig operatør lettere utføre høykvalitetssveisinger. Imidlertid er TIG-sveising mer kompleks og vanskelig å mestre, og er betydelig tregere enn de fleste andre sveiseteknikker.
TIG er mest brukt til å sveise rustfritt stål og ikke-jernholdige materialer, som aluminium og magnesium, men kan brukes på nesten alle metaller (unntatt sink og sinklegeringer). Bruk på karbonstål er imidlertid begrenset på grunn av at alternative sveiseteknikker er mer økonomiske. TIG-sveising kan brukes for å sveise tynne materialer av rustfritt stål og ikke-jernholdige metaller som aluminium, magnesium og kobberlegeringer.
Vind eller sterk trekk øker mengden beskyttelsesgass som trengs for å beskytte sveisen, og TIG-sveising brukes derfor ikke så mye utendørs.[1]
Mekanisme rediger
TIG-sveising er relativt krevende og stille store krav til koordinasjon hos sveiseren. I likhet med gassveising krever TIG normalt to hender siden sveiseren manuelt mater tilsatsmetallet inn i sveiseområdet med den ene hånden mens sveisebrenneren manipuleres med den andre. Det er viktig å holde lysbuelengden kort, men wolframelektroden må samtidig ikke komme i kontakt med arbeidsstykket.[2]
For å tenne sveisebuen gir en høyfrekvent generator (ligner på en teslaspole) en elektrisk gnist. Denne gnisten gir en ledende vei for sveisestrømmen gjennom dekkgassen, og lar lysbuen starte mens elektroden og arbeidsstykket er separert, typisk med en avstand fra hverandre på cirka 1.5 mm til 3 mm. [3]
Når lysbuen har startet beveger sveiseren brenneren i en liten sirkel for å lage en "pytt" av smeltet metall, hvis størrelse avhenger av størrelsen på elektroden og mengden strøm. Deretter flytter operatøren brenneren litt tilbake og vipper den tilbake 10 til 15 grader fra vertikalen, samtidig som det holdes en konstant avstand mellom elektroden og arbeidsstykket. Fyllmetall legges manuelt i frontenden av den flytende pytten etter behov.[3]
Hvis wolfram-elektroden kommer i kontakt med sveisen kan den bli forurenset føre til ustabil sveisebue, noe som krever at elektroden slipes ned med et diamantslipemiddel for å fjerne urenheten.[1]
Sveisere utvikler ofte en teknikk for raskt å veksle mellom å flytte brenneren fremover (for å flytte sveisepytten) og tilsette fyllmetall. Fyllstaven trekkes ut av sveisebassenget hver gang elektroden beveger seg frem, men holdes alltid inne i gassskjoldet for å forhindre oksidasjon av overflaten og forurensning av sveisen. Fyllstaver sammensatt av metaller med lav smeltetemperatur, som for eksempel aluminium, krever at operatøren holder fyllet en viss avstand fra lysbuen men samtidig inne i gasskjoldet. Hvis staven holdes for nær lysbuen fyllet smelte før det får kontakt med sveisepytten. Når sveisen nærmer seg ferdigstillelse reduseres ofte lysbuestrømmen gradvis for å la sveisen størkne og forhindre dannelse av sprekker ved enden av sveisen.[4][5]
Helse, miljø og sikkerhet rediger
Sveisere bruker verneklær, hansker og langermede skjorter med høy krage brukes for å unngå eksponering for sterkt ultrafiolett lys.
TIG-sveising gir sterkt ultrafiolett lys på grunn av mindre røyk enn pinnesveising eller MIG/MAG. Sveiseren sitter svært nærme buen, og lysintensiteten er veldig sterk. Potensielle stråleskader er sveiseblindhet og hudskader som ligner sterk solbrenthet. For å hindre eksponering for UV-lys bruker operatører ugjennomsiktige hjelmer med mørke linser og full hode- og nakkebeskyttelse.
Moderne hjelmer har ofte en linse av flytende krystaller som automatisk mørkner ved eksponering for det sterke lyset når buen tennes. For å skjerme arbeidere og publikum fra eksponering brukes ofte gjennomsiktige og sterkt fargede sveisegardiner av polyvinylkloridplastfilm rundt sveiseplassen.[6]
Sveisere blir også utsatt for farlige gasser og fint svevestøv. Selv om prosessen ikke produserer røyk kan lysbuen i TIG bryte ned omkringliggende luft for å danne farlig ozon og nitrogenoksider. Ozon og nitrogenoksider reagerer med lungevev og fuktighet, og danner salpetersyre og kan gi ozonforbrenning. Nivåene av ozon og nitrogenoksid er moderate, men eksponeringens varighet, gjentatt eksponering, og kvalitet og mengde av røykavsug og luftutskiftning i rommet må overvåkes. Sveisere som jobber under utrygge forhold kan utvikle emfysem og ødem i lungene hvilket kan føre til tidlig død. Dessuten kan varmen fra lysbuen føre til at det dannes giftige røyk fra rengjørings- og avfettingsmidler. Rengjøring med slike midler bør derfor ikke utføres i nærheten av sveisestedet, og god ventilasjon er nødvendig for å beskytte sveiseren.[6]
Bruk rediger
TIG-sveising brukes hovedsakelig i luft- og romfartsindustrien, men brukes også til en rekke andre bruksområder. I mange bransjer brukes TIG for sveising av tynne arbeidsstykker, særlig ikke-jernholdige metaller. Det brukes mye i produksjonen av romfartøy, og til å sveise tynnveggede rør med liten diameter som for eksempel sykkelrammer. I tillegg brukes ofte TIG til å lage første runde med sveis på rør i større sveisejobber. Til vedlikehold og reparasjon brukes ofte TIG til å reparere verktøy og matriser, særlig på deler laget av aluminium og magnesium.[7] Siden sveisemetallet ikke overføres direkte over den elektriske lysbuen (som ved de fleste prosesser for åpen lysbuesveis) finnes det et stort utvalg av tilsatsmetaller tilgjengelig for sveiseingeniøren. Ingen andre typer sveiseprosess tillater sveising med så mange forskjellige legeringer med så mange ulike produktsammensetninger. Fyllmetall-legeringer, som elementært aluminium og krom, kan gå tapt gjennom en elektriske lysbue ved fordampning – dette tapet oppstår ikke med TIG-prosessen.
Fordi de resulterende sveisene har samme kjemiske integritet som det originale basismetallet eller matcher basismetallene nærmere er TIG-sveiser svært motstandsdyktige mot korrosjon og sprekker over lange tidsperioder, hvilket gjør TIG til den foretrukne sveiseprosedyren for kritiske operasjoner som forsegling av beholdere for brukt kjernekraft-drivstoff før lagring.[8]
Utstyr rediger
Utstyret som kreves for TIG inkluderer en sveisebrenner med wolframelektrode, en konstantstrøms strømforsyning og en beskyttelsesgasskilde.
Strømforsyning rediger
TIG-sveising bruker en konstant strømkilde, noe som betyr at strømmen (og dermed varmefluksen) forblir relativt konstant selv om bueavstanden og spenningen endres. Dette er viktig fordi TIG stort sett brukes manuelt eller halvautomatisk, hvilket krever at en operatør holder sveisepistolen.
Til motsetning kan en konstant spenningskilde være vanskelig å bruke, siden det krever at man holder helt jevn bueavstand – eller kan det forårsake dramatiske varmevariasjoner og gjøre sveisingen vanskelig.[9]
Den foretrukne polariteten avhenger i stor grad av typen metall som sveises.
- Likestrøm med en negativt ladet elektrode (DCEN) brukes ofte ved sveising av stål, nikkel, titan og andre metaller. Den kan også brukes med automatisk TIG på aluminium eller magnesium hvis helium brukes som beskyttelsesgass.[10] Den negativt ladede elektroden genererer varme ved å sende ut elektroner som beveger seg over lysbuen og forårsaker termisk ionisering av beskyttelsesgassen, slik at temperaturen øker i basismaterialet. Den ioniserte dekkgassen strømmer mot elektroden (ikke basismaterialet), og dette kan føre til at oksider dannes på overflaten av sveisen.[10]
- Likestrøm med en positivt ladet elektrode (DCEP) er mindre vanlig, og brukes først og fremst til grunne sveiser siden det genereres mindre varme i grunnmaterialet. I stedet for å strømme fra elektroden til grunnmaterialet (som på DCEN) går elektronene den andre retningen, hvilket gjør at elektroden får svært høy temperatur.[10] For å hindre at elektronden mister form og blir myk brukes det ofte en større elektrode. Når elektronene strømmer mot elektroden vil ionisert dekkgass strømme tilbake mot grunnmaterialet, og renser sveisen ved å fjerne oksider og andre urenheter. Dette forbedrer kvaliteten og utseendet. [10]
- Vekselstrøm brukes vanligvis ved manuell eller halvautomatisk sveising av aluminium og magnesium, og kombinerer de to typene likestrømmene (DCEN og DCEP) ved at elektroden og basismaterialet veksler mellom positiv og negativ ladning. Dette får elektronstrømmen til å skifte retning konstant, og forhindrer at wolframelektroden overopphetes samtidig som varmen i grunnmaterialet opprettholdes.[10] Overflateoksider fjernes fortsatt i den elektrode-positive delen av syklusen, og basismetallet varmes dypere opp under den elektrode-negative delen av syklusen. Noen strømforsyninger gjør det mulig for operatøren å bruke en ubalansert vekselstrømbølge ved å modifisere den nøyaktige prosentandelen av tiden som strømmen tilbringer i hver polaritetstilstand, slik at man får mer kontroll over hvor mye varme- eller rensevirkning som leveres av strømkilden.[10] I tillegg må operatøren være på vakt mot likeretting, hvor lysbuen ikke antenner på nytt når den går fra rett polaritet (negativ elektrode) til omvendt polaritet (positiv elektrode). For å unngå dette problemet og opprettholde lysbuestabilitet kan man bruke en strømforsyning med firkantbølger eller man kan bruke høyfrekvens. [10]
Elektroder rediger
| ISO- klasse | ISO-farge | Amerikansk klasse | Amerikansk farge | Legering |
|---|---|---|---|---|
| WP | Grønn | EWP | Grønn | Ingen (ren wolfram) |
| WC20 | Grå | EWCe-2 | Oransje | ~2% CeO2 |
| WL10 | Svart | EWLa-1 | Svart | ~1% La2O3 |
| WL15 | Gull | EWLa-1.5 | Gull | ~1.5% La2O3 |
| WL20 | Himmelblå | EWLa-2 | Blå | ~2% La2O3 |
| WT10 | Gul | EWTh-1 | Gul | ~1% ThO2 |
| WT20 | Rød | EWTh-2 | Rød | ~2% ThO2 |
| WT30 | Fiolett | ~3% ThO2 | ||
| WT40 | Oransje | ~4% ThO2 | ||
| WY20 | Blå | ~2% Y2O3 | ||
| WZ3 | Brun | EWZr-1 | Brun | ~0.3% ZrO2 |
| WZ8 | Hvit | ~0.8% ZrO2 |
Elektroden som brukes i TIG er laget av wolfram eller en wolframlegering fordi wolfram har høyest smeltetemperatur blant rene metaller på hele 3422 celsius. Som et resultat blir ikke elektroden forbrukt under sveising, selv om noe erosjon kan forekomme. Elektroder kan ha enten en ren finish eller en slipt finish - elektroder med ren overflate har blitt kjemisk renset, mens slipte elektroder har blitt slipt til en jevn størrelse og deretter polert for optimal varmeledning. Diameteren på elektroden kan variere mellom 0.5 mm til 6.5 mm, og lengden kan variere fra 75 mm til 610 mm.
En rekke wolframlegeringer er standardisert av Den internasjonale standardiseringsorganisasjonen (ISO) og American Welding Society (AWS) i henholdsvis ISO 6848 og AWS A5.12.