การเชื่อม TIG คืออะไร

การเชื่อมด้วยก๊าซเฉื่อยทังสเตน (TIG) หรือที่เรียกว่าการเชื่อมอาร์กทังสเตนด้วยแก๊ส (GTAW) ใช้อิเล็กโทรดทังสเตนที่ไม่สิ้นเปลืองและก๊าซป้องกันเฉื่อย - การเชื่อม TIG ช่วยให้สามารถเชื่อมวัตถุได้โดยไม่ต้องใช้วัสดุตัวเติม ส่งผลให้รอยเชื่อมเรียบร้อยขึ้นและไม่กระเด็น

ในกระบวนการเชื่อม TIG ส่วนโค้งจะเกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดทังสเตนปลายแหลมกับชิ้นงานในบรรยากาศเฉื่อยของอาร์กอนหรือฮีเลียม ส่วนโค้งที่รุนแรงขนาดเล็กจากอิเล็กโทรดปลายแหลมเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมคุณภาพสูงและแม่นยำ เนื่องจากไม่มีการใช้อิเล็กโทรดในระหว่างการเชื่อม เครื่องเชื่อม TIG จึงไม่จำเป็นต้องปรับสมดุลความร้อนที่ป้อนเข้าจากส่วนโค้งเนื่องจากโลหะสะสมอยู่ในอิเล็กโทรดหลอม เมื่อจำเป็นต้องใช้โลหะเติม จะต้องเติมโลหะแยกลงในสระเชื่อม

แหล่งพลังงาน

การเชื่อม TIG จะต้องดำเนินการโดยใช้แหล่งพลังงานกระแสคงที่และตกหล่น ไม่ว่าจะเป็น DC หรือ AC แหล่งพลังงานกระแสคงที่ถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้กระแสสูงเกินไปถูกดึงออกมาเมื่ออิเล็กโทรดลัดวงจรลงบนพื้นผิวชิ้นงาน สิ่งนี้อาจเกิดขึ้นโดยเจตนาระหว่างการสตาร์ทอาร์กหรือโดยไม่ได้ตั้งใจระหว่างการเชื่อม เช่นเดียวกับในการเชื่อม MIG หากใช้แหล่งพลังงานลักษณะแบน การสัมผัสกับพื้นผิวชิ้นงานอาจทำให้ปลายอิเล็กโทรดเสียหายหรือหลอมอิเล็กโทรดกับพื้นผิวชิ้นงาน ใน DC เนื่องจากความร้อนของส่วนโค้งมีการกระจายประมาณหนึ่งในสามที่แคโทด (ลบ) และสองในสามที่ขั้วบวก (บวก) อิเล็กโทรดจึงมีขั้วลบเสมอเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปและการหลอมละลาย อย่างไรก็ตาม การเชื่อมต่อแหล่งพลังงานทางเลือกของขั้วบวกของอิเล็กโทรด DC มีข้อดีคือ เมื่อแคโทดอยู่บนชิ้นงาน พื้นผิวจะถูกทำความสะอาดจากการปนเปื้อนของออกไซด์ ด้วยเหตุนี้จึงใช้ AC เมื่อเชื่อมวัสดุด้วยฟิล์มออกไซด์ที่มีพื้นผิวเหนียว เช่น อลูมิเนียม

อาร์คเริ่มต้น

อาร์คการเชื่อมสามารถเริ่มต้นได้โดยการเกาพื้นผิวทำให้เกิดการลัดวงจร เฉพาะเมื่อไฟฟ้าลัดวงจรเท่านั้นที่กระแสไฟฟ้าเชื่อมหลักจะไหล อย่างไรก็ตาม มีความเสี่ยงที่อิเล็กโทรดอาจเกาะติดกับพื้นผิวและทำให้เกิดการรวมทังสเตนในแนวเชื่อม ความเสี่ยงนี้สามารถลดลงได้โดยใช้เทคนิค 'lift arc' ซึ่งเกิดการลัดวงจรที่ระดับกระแสต่ำมาก วิธีทั่วไปในการเริ่มส่วนโค้ง TIG คือการใช้ HF (ความถี่สูง) HF ประกอบด้วยประกายไฟไฟฟ้าแรงสูงหลายพันโวลต์ซึ่งคงอยู่ไม่กี่วินาที ประกายไฟ HF จะทำให้ช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรดกับชิ้นงานพังทลายหรือแตกตัวเป็นไอออน เมื่อเมฆอิเล็กตรอน/ไอออนเกิดขึ้น กระแสสามารถไหลจากแหล่งพลังงานได้

หมายเหตุ: เนื่องจาก HF สร้างการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EM) สูงผิดปกติ ช่างเชื่อมจึงควรตระหนักว่าการใช้งานสามารถทำให้เกิดการรบกวนได้ โดยเฉพาะในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากการปล่อย EM สามารถลอยอยู่ในอากาศได้ เช่น คลื่นวิทยุ หรือส่งผ่านสายไฟ จึงต้องระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนระบบควบคุมและเครื่องมือในบริเวณใกล้กับการเชื่อม

HF ยังมีความสำคัญในการรักษาเสถียรภาพของส่วนโค้ง AC; ใน AC ขั้วอิเล็กโทรดจะกลับกันที่ความถี่ประมาณ 50 ครั้งต่อวินาที ส่งผลให้ส่วนโค้งดับลงทุกครั้งที่ขั้วเปลี่ยน เพื่อให้แน่ใจว่าส่วนโค้งจะถูกจุดอีกครั้งในการกลับขั้วแต่ละครั้ง ประกายไฟ HF จะถูกสร้างขึ้นทั่วช่องว่างอิเล็กโทรด/ชิ้นงานเพื่อให้ตรงกับจุดเริ่มต้นของแต่ละครึ่งรอบ

ขั้วไฟฟ้า

โดยปกติแล้ว อิเล็กโทรดสำหรับการเชื่อมแบบ DC จะเป็นทังสเตนบริสุทธิ์ที่มีทอเรีย 1 ถึง 4% เพื่อปรับปรุงการจุดระเบิดของอาร์ค สารเติมแต่งทางเลือก ได้แก่ แลนทานัมออกไซด์และซีเรียมออกไซด์ซึ่งอ้างว่าให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่า (การสตาร์ทส่วนโค้งและการใช้อิเล็กโทรดน้อยกว่า) สิ่งสำคัญคือต้องเลือกเส้นผ่านศูนย์กลางอิเล็กโทรดและมุมปลายที่ถูกต้องสำหรับระดับกระแสเชื่อม ตามกฎแล้ว ยิ่งกระแสไฟฟ้าต่ำลง เส้นผ่านศูนย์กลางของอิเล็กโทรดและมุมปลายก็จะน้อยลง ในการเชื่อมแบบ AC เนื่องจากอิเล็กโทรดจะทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่ามาก จึงใช้ทังสเตนที่เติมเซอร์โคเนียเพื่อลดการกัดเซาะของอิเล็กโทรด ควรสังเกตว่าเนื่องจากมีความร้อนจำนวนมากที่เกิดขึ้นที่อิเล็กโทรด จึงเป็นเรื่องยากที่จะรักษาปลายแหลมและปลายอิเล็กโทรดจะมีลักษณะเป็นทรงกลมหรือ 'ลูกบอล'

ก๊าซป้องกัน

ก๊าซป้องกันถูกเลือกตามวัสดุที่กำลังเชื่อม แนวทางต่อไปนี้อาจช่วยได้:

อาร์กอน + 2 ถึง 5% H2 - การเติมไฮโดรเจนลงในอาร์กอนจะทำให้ก๊าซเกิดขึ้นเล็กน้อย ช่วยให้เกิดรอยเชื่อมที่ดูสะอาดตายิ่งขึ้นโดยไม่มีการเกิดออกซิเดชันที่พื้นผิว เนื่องจากส่วนโค้งร้อนกว่าและตีบตันกว่า จึงทำให้ความเร็วในการเชื่อมสูงขึ้น ข้อเสีย ได้แก่ ความเสี่ยงของการแตกร้าวของไฮโดรเจนในเหล็กกล้าคาร์บอน และความพรุนของโลหะเชื่อมในโลหะผสมอลูมิเนียม

ส่วนผสมของฮีเลียมและฮีเลียม/อาร์กอน - การเติมฮีเลียมลงในอาร์กอนจะทำให้อุณหภูมิของส่วนโค้งสูงขึ้น สิ่งนี้ช่วยเพิ่มความเร็วในการเชื่อมที่สูงขึ้นและการเจาะทะลุที่ลึกยิ่งขึ้น ข้อเสียของการใช้ฮีเลียมหรือส่วนผสมฮีเลียม/อาร์กอนคือ ต้องใช้ก๊าซต้นทุนสูง และสตาร์ทอาร์กได้ยาก

การใช้งาน

การเชื่อม TIG ถูกนำมาใช้ในทุกภาคอุตสาหกรรม แต่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมคุณภาพสูง ในการเชื่อมแบบแมนนวล อาร์คที่ค่อนข้างเล็กเหมาะสำหรับวัสดุแผ่นบางหรือการเจาะแบบควบคุม (ในระยะรูทของรอยเชื่อมท่อ) เนื่องจากอัตราการสะสมอาจค่อนข้างต่ำ (โดยใช้แท่งบรรจุแยกต่างหาก) MMA หรือ MIG อาจเหมาะกว่าสำหรับวัสดุที่หนากว่าและสำหรับการเติมผ่านในการเชื่อมท่อที่มีผนังหนา

การเชื่อม TIG ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบยานยนต์ทั้งแบบอัตโนมัติหรือแบบลวดเติม อย่างไรก็ตาม มีระบบ 'นอกชั้นวาง' หลายระบบสำหรับการเชื่อมท่อแบบวงโคจร ซึ่งใช้ในการผลิตโรงงานเคมีหรือหม้อไอน้ำ ระบบไม่จำเป็นต้องมีทักษะในการบิดเบือน แต่ผู้ปฏิบัติงานต้องได้รับการฝึกอบรมมาเป็นอย่างดี เนื่องจากช่างเชื่อมควบคุมพฤติกรรมส่วนโค้งและสระเชื่อมได้น้อยกว่า จึงควรให้ความเอาใจใส่อย่างระมัดระวังในการเตรียมขอบ (เครื่องจักรมากกว่าการเตรียมด้วยมือ) การประกอบข้อต่อ และการควบคุมพารามิเตอร์การเชื่อม