Spawanie aluminium TIG: AC czy DC i jakie parametry

Dlaczego prąd przemienny AC rozbija tlenek, a DC tego nie robi?

Przy biegunowości ujemnej, czyli uchwycie na minusie, elektrony lecą od elektrody do materiału. Ciepło idzie w detal, wtopienie jest głębokie, ale tlenek pozostaje nienaruszony i jeziorko powstaje pod nim, co kończy się szarą, porowatą spoiną z wtrąceniami.

Biegunowość dodatnia odwraca kierunek. Jony argonu bombardują powierzchnię i zrywają tlenek. To zjawisko nosi nazwę czyszczenia katodowego. Problem w tym, że wtedy około 70 procent ciepła wraca w elektrodę wolframową, która zaczyna się topić. Praca na samym DC z uchwytem na plusie jest technicznie możliwa tylko przy prądach tak niskich, że nie nadaje się do niczego poza cienką folią.

Prąd przemienny łączy obie fazy w jednym okresie. Połowa cyklu czyści powierzchnię, druga wtapia materiał, a proporcję między nimi ustawia się balansem. Dlatego aluminium spawa się wyłącznie na urządzeniach z funkcją AC, czyli spawarkach TIG AC/DC. Źródło wyłącznie DC poradzi sobie z nierdzewką i stalą czarną, przy aluminium jest bezużyteczne niezależnie od prądu znamionowego.

Jakie parametry ustawić przy spawaniu aluminium TIG?

Tabela poniżej zbiera w jednym miejscu pełny zestaw nastaw dla spoin doczołowych w pozycji podolnej. Wartości prądu wynikają z reguły około 35 do 45 amperów na milimetr grubości, zweryfikowanej tabelami obciążalności elektrod przy prądzie przemiennym. Średnice dysz podano w oznaczeniu numerycznym i w milimetrach, bo producenci stosują oba zapisy.

Od grubości około 8 mm sensowne staje się podgrzewanie wstępne w zakresie 100 do 150 stopni Celsjusza, które skraca czas dojścia do jeziorka i ogranicza braki przetopu u nasady. Powyżej 10 mm warto sięgnąć po mieszankę argonu z 25 do 50 procentami helu, bo hel podnosi napięcie łuku i wprowadza więcej ciepła przy tym samym prądzie. Przy spoinach narożnych i pachwinowych prąd zwiększa się o 10 do 15 procent wobec wartości z tabeli, bo ciepło rozchodzi się w dwóch kierunkach jednocześnie.

Balans AC i częstotliwość: jak czytać te nastawy na spawarce?

Balans określa, jaką część okresu zajmuje faza wtopienia. Punkt startowy dla czystego, odtłuszczonego materiału to 65 do 75 procent fazy wtopienia, czyli 25 do 35 procent czyszczenia. Materiał zanieczyszczony, utleniony albo odlew wymaga przesunięcia w stronę czyszczenia, nawet do 50 procent, co kosztuje wtopienie i obciąża elektrodę. Kontrola jest wzrokowa: po obu stronach spoiny powinien zostać matowy pas czyszczenia o szerokości 1 do 2 mm. Pas na pół centymetra oznacza, że czyszczenia jest za dużo i energia idzie w powierzchnię, a nie w złącze.

Częstotliwość AC zmienia kształt łuku, nie jego moc. Ustawienia, które sprawdzają się w typowych zastosowaniach:

• 50 do 70 Hz daje łuk szeroki i duże jeziorko, przydatne przy grubszych przekrojach i spoinach wypełniających

• 100 do 120 Hz to zakres uniwersalny, od którego opłaca się zacząć przy nieznanym materiale

• 120 do 150 Hz skupia łuk w wąską kolumnę, co ułatwia spoiny narożne, naprawy pęknięć i blachy poniżej 2 mm

• powyżej 200 Hz łuk staje się bardzo sztywny i hałaśliwy, a przyrost precyzji jest już niewielki

• pulsacja wolna, 1 do 2 Hz, pozwala kontrolować jeziorko na cienkiej blasze przez przerwy na odprowadzenie ciepła

Mieszanie pojęć pulsacji i częstotliwości AC to częsty błąd w opisach. Częstotliwość AC liczy się w dziesiątkach i setkach herców i dotyczy przemiany biegunowości, pulsacja operuje w jednostkach herców i modeluje przebieg prądu w czasie. Obie można ustawiać niezależnie.

Jak przeliczyć balans między różnymi interfejsami spawarek?

Tu kryje się źródło większości sprzecznych porad w sieci. Producenci opisują balans trzema konwencjami i ta sama liczba znaczy w nich co innego. Część urządzeń podaje procent fazy ujemnej, czyli wtopienia, i tam 70 procent oznacza mocne wtopienie z wąskim pasem czyszczenia. Inne podają procent czyszczenia, gdzie 70 procent daje efekt dokładnie odwrotny. Trzecia grupa stosuje skalę symetryczną od minus 5 do plus 5, w której zero jest podziałem równym, a wartości dodatnie zwykle przesuwają w stronę czyszczenia.

Bezpieczna metoda rozpoznania nie wymaga instrukcji. Ustaw skrajną wartość w jedną stronę i wykonaj ścieg na odpadowej blasze 3 mm. Jeśli elektroda szybko zaokrągla się na końcu i pas czyszczenia jest szeroki, to skrajna wartość odpowiada czyszczeniu. Jeśli wtopienie rośnie, a elektroda zostaje ostra, to kierunek wtopienia. Dwa ściegi wystarczają, żeby ustalić konwencję raz na zawsze.

Jaka elektroda wolframowa i jaki pręt do aluminium?

Czysty wolfram z zielonym oznaczeniem był standardem w czasach spawarek transformatorowych i na takich urządzeniach nadal pracuje dobrze, bo łatwo formuje na końcu kulkę potrzebną do stabilnego łuku przemiennego. Na inwerterach z wysokoczęstotliwościowym zajarzeniem lepsze efekty dają elektrody ceriowane, oznaczane szarym kolorem, oraz lantanowane w kolorze złotym lub turkusowym. Mają wyższą obciążalność prądową, łatwiej się zajarzają i dłużej trzymają geometrię.

Szlifowanie prowadzi się wzdłuż osi elektrody, nigdy w poprzek, bo rysy poprzeczne rozpraszają łuk. Stożek 30 do 40 stopni z lekko stępionym czubkiem wystarcza, bo przy prądzie przemiennym kulka uformuje się sama w pierwszych sekundach pracy.

Krzem czy magnez: który pręt do jakiego stopu?

Dobór pręta sprowadza się do dwóch gatunków. Spoiwo krzemowe ma lepszą płynność, szerszy zakres krzepnięcia i mniejszą skłonność do pęknięć na gorąco, co czyni je wyborem domyślnym przy odlewach i stopach z serii 6xxx, w tym przy popularnym 6061. Spoiwo magnezowe daje spoinę o wyraźnie wyższej wytrzymałości i jako jedyne daje się anodować po spawaniu z zachowaniem koloru zbliżonego do materiału bazowego, dlatego trafia na stopy serii 5xxx i wszędzie tam, gdzie liczy się nośność złącza. Oba warianty obejmuje kategoria prętów spawalniczych do aluminium.

Co wygląd spoiny mówi o nastawach?

Spoina jest najszybszym miernikiem dostępnym w warsztacie, i każdy objaw daje się przełożyć na konkretną korektę liczbową.

Dwie rzeczy warto sprawdzić przed grzebaniem w nastawach. Pierwsza to czystość: aluminium wymaga odtłuszczenia i zdjęcia tlenku szczotką ze stali nierdzewnej przeznaczoną tylko do tego metalu, bo szczotka używana do stali wprowadza zanieczyszczenia żelazem. Druga to przepływ gazu po zakończeniu łuku, który przy aluminium powinien trwać około jednej sekundy na każde 10 amperów prądu. Zbyt krótki wydmuch zostawia utlenione, ciemne zakończenie ściegu, które trzeba wycinać. Przy prądach powyżej 200 amperów dochodzi jeszcze kwestia chłodzenia uchwytu, bo wersje chłodzone gazem przestają wtedy wystarczać.