TIG-сварка (от англ. Tungsten Inert Gas, также GTAW — Gas Tungsten Arc Welding) — это способ дуговой сварки, при котором используется неплавящийся вольфрамовый электрод и поток инертного газа (обычно аргона или гелия) для защиты расплавленного металла от окисления. Процесс обеспечивает высокую точность, контроль тепловложения и аккуратный внешний вид шва, что делает его стандартом для ответственных соединений из нержавеющих сталей, алюминия, титана и других цветных металлов.
Основы процесса TIG
TIG образует электрическую дугу между заострённым вольфрамовым электродом и свариваемой деталью. Инертный газ выталкивает воздух из зоны дуги, предотвращая контакт расплава с кислородом и азотом. Присадочная проволока (если нужна) подаётся вручную отдельно от электрода, что даёт оператору независимый контроль над формированием ванны и наплавки.
Электрическая схема включает источник постоянного или переменного тока, горелку с керамической соплой, редуктор-расходомер и иногда водяное охлаждение горелки. Для алюминия и магния применяется переменный ток (AC) с балансом очистки оксидной плёнки, для сталей и титана — постоянный ток прямой полярности (DCEN). Запуск дуги производится поджигом высокой частотой (HF start) без касания детали или мягким касанием (Lift-arc).
Ключ к качеству — чистота кромок и стабильная газовая защита. Инертный газ должен быть строго без активных примесей; чаще всего используется аргон благодаря стабильной дуге и доступности, гелий применяют для глубокой проплавки и при толстых сечениях.
Оборудование и компоненты
- 🔧 Горелка TIG: воздушного или водяного охлаждения, с держателем вольфрамового электрода и газовой линзой.
- ⚡ Источник питания: DC/AC, с регулировкой тока и опциями пульсации, балансом AC, частотой AC.
- 🧪 Электрод из вольфрама: легированный (лантан, церий, торий, цирконий) или чистый; диаметр подбирается под ток.
- 🛢️ Баллон с аргоном/гелием, редуктор-расходомер и шланги; иногда используется смесь Ar+He.
- 🧵 Присадочные прутки: по материалу — углеродистые стали, нержавеющие, алюминиевые, титановые сплавы и др.
- 🎛️ Пульт/педаль: дистанционное управление током и режимами для точного контроля ванны.
- ❄️ Охлаждение: водоблок для токов свыше ~200 А и длительной работы.
Параметры и типовые настройки
| ⚙️ Параметр | Рекомендации/Варианты | Зачем это нужно |
|---|---|---|
| Тип тока | DCEN для сталей, Ti; AC для Al/Mg | Оптимизирует проплав и очистку оксидов |
| Полярность | DCEN (электрод −), DCEP редко; AC с балансом | DCEN даёт глубину, DCEP/AC — катодная очистка |
| Диаметр электрода | 1.0–1.6 мм (низкий ток), 2.4–3.2 мм (средний/высокий) | Стабильность дуги и ресурс электрода |
| Заточка электрода | Острый конус для DC; притуплённый/округлый для AC | Форма дуги и концентрация тепла |
| Газовая защита | Ar 99.99% 6–12 л/мин; He или Ar+He для толстой Al | Предотвращает окисление и пористость |
| Сопло/газовая линза | Сопло №6–10; газовая линза для длинного вылета | Равномерный поток и лучшая защита |
| Пульс TIG | 0.5–5 Гц (ручной контроль), до сотен Гц (микро) | Контроль тепловложения и профиль шва |
| Частота AC | 50–100 Гц универсально; 120–250 Гц для узкой дуги | Фокусировка дуги на алюминии |
| Баланс AC | 30–40% на электроде для очистки, остальное — проплав | Компромисс между чистотой и глубиной |
| Присадка (примеры) | ER70S-2 (углерод.), ER308L (нерж.), ER4043/5356 (Al), ERTi-2 (Ti) | Соответствие основному металлу и свойствам шва |
| Задержка газа (post-flow) | 5–15 с в зависимости от тока и диаметра электрода | Охлаждение электрода и защита кратера |
| Обратная защита корня | Аргон-поддув при нержавейке/титане | Чистый корень шва без окислов |
Технология выполнения шва
- Подготовка: снятие масел и влаги (ацетон), механическое удаление оксидов; подгонка кромок и прихватки.
- Настройка: выбор тока, типа тока, расхода газа; проверка шлангов и герметичности.
- Позиционирование: оптимальный вылет электрода, размер сопла, газовая линза при длинном доступе.
- Поджиг дуги: HF или Lift-arc; формирование стабильной ванны до внесения присадки.
- Ведение: поддерживайте короткую дугу, перемещайте горелку равномерно; присадку вводите в переднюю кромку ванны.
- Завершение: уменьшение тока (Slope-down), заполнение кратера; выдержка постпродувки газом.
- Контроль: визуальный осмотр, при необходимости — травление/оценка корня, неразрушающий контроль.
Качество, типичные дефекты и их профилактика
Пористость возникает из-за загрязнений, влаги или турбулентности газа. Устранение: чистые кромки, стабильный ламинарный поток, адекватный расход, исключение сквозняков. Для алюминия критична свежая зачистка оксидов (незадолго до сварки) и корректный баланс AC.
Загрязнение вольфрама (прикосновение к ванне) вызывает нестабильную дугу и включения. Прекратите сварку, переточите электрод вдоль оси, восстановите защиту газа. При DC старайтесь держать острый, но слегка притуплённый кончик для устойчивости.
Недостаточная проварка и непровар — следствие недостаточного тока, слишком быстрого перемещения или неудобной геометрии кромок. Увеличьте ток, уменьшите скорость, примените разделку кромок, используйте подогрев детали при массивных сечениях.
Окисленный корень шва на нержавейке и титане («сахарение») устраняется поддувом аргоном с тыльной стороны, использованием заглушек и контрольных отверстий для промывки полости.
Области применения и когда выбирать TIG
TIG выбирают для тонколистовых и ответственных конструкций: пищевое и фармацевтическое оборудование, трубопроводы из нержавейки, авиа- и автомобильные компоненты из алюминия, велорамки и художественные изделия. По сравнению с MIG/MAG TIG медленнее и требует большей квалификации, зато обеспечивает исключительное качество, контроль геометрии шва и минимальные брызги. Для серийной толстой стали с высокой производительностью целесообразнее полуавтомат (MIG/MAG), а для плотной пайки цветных металлов — пайка аргоном с присадками низкой температуры.
Историческая справка. Первые эксперименты с дугой и вольфрамовыми электродами относятся к началу XX века, однако широкое применение технология получила в аэрокосмической промышленности, когда возникла потребность качественно соединять алюминиевые сплавы без флюсов. В 1941 году инженер Рассел Мередит (Northrop Aircraft) разработал процесс «Heliarc» — дуговую сварку неплавящимся электродом в среде гелия; вскоре аргон вытеснил гелий в качестве универсального газа благодаря доступности и стабильности дуги.
С развитием инверторных источников питания стали доступны функции пульсации, высокочастотный поджиг, точный контроль частоты и баланса AC, что расширило применимость TIG до микронастройки тепловложения. Орбитальная TIG-сварка автоматизировала создание корневых швов в трубопроводах высокой чистоты (полупроводниковая, фармацевтическая отрасли).
Персоны и вклад
Рассел Мередит — инженер Northrop, считающийся одним из ключевых разработчиков процесса Heliarc (1941). Его работа положила основу современному AC TIG для алюминия и защищённой дуге в инертном газе.
Компании Linde/Union Carbide — коммерциализация оборудования и расходников для Heliarc/TIG; именно индустриальная поддержка ускорила распространение процесса в авиа- и судостроении.
Материалы, электроды и безопасность
Для сталей и нержавеющих сталей применяют DCEN, электроды с добавками лантана или церия для лёгкого поджига и стабильной дуги. Для алюминия/магния — AC с частотой 80–200 Гц и балансом очистки; электроды с цирконием или лантаном устойчивы к шарообразованию на AC. Титану и никелю требуется идеальная защита: расширенное сопло, газовая линза, «хвостовая» защита (trailing shield) и обратная поддувка корня аргоном.
Присадка подбирается по совместимости химсостава и требуемой прочности/пластичности: для 304-нерж. — ER308L, для 316 — ER316L; для алюминия — ER4043 (силиций, хорошая растекаемость) или ER5356 (магний, выше прочность и коррозионная стойкость, но осторожно с термостойкостью); для углеродистых сталей — ER70S-2 с раскислителями.
- 🧯 Средства защиты: маска с автозатемнением DIN 9–13, перчатки и рукава, негорючая одежда; отсекание ультрафиолета и отражений.
- 🌬️ Вентиляция: удаление озона и паров металлов; особенно важно при сварке нержавейки и титана в замкнутых объёмах.
- ☢️ Вольфрам с торием (WT20) слаборадиоактивен; шлифуйте с вытяжкой и используйте без искрообразования. В качестве альтернативы — лантан/церий.
Особые режимы и автоматизация
Пульс-TIG позволяет чередовать высокий импульсный ток (формирование ванны) и низкий базовый (охлаждение), уменьшая тепловложение в тонкие детали и повышая контроль «гусеницы» шва. Микро-TIG с высокими частотами пульса применяется для тончайших работ в электронике и медтехнике. Орбитальная TIG-сварка автоматизирует вращение горелки вокруг неподвижной трубы, обеспечивая повторяемый корневой шов с внутренней поддувкой.
Современные инверторы дают тонкую настройку фронтов тока (upslope/downslope), предварительную и последующую продувку, частоту AC и «баланс очистки», что критично для высококачественных швов на алюминии без избыточного нагрева и эрозии электрода.
Сравнение с альтернативами
По сравнению с MIG/MAG TIG:
— медленнее, но обеспечивает точный контроль ванны и минимальные брызги;
— лучше подходит для тонкого металла и сложных материалов (Al, Ti);
— требует большей квалификации и более «тихой» рабочей зоны (без сквозняков).
С плазменной сваркой TIG конкурирует на толщине 0.1–3 мм: плазма быстрее на автоматизированных линиях, TIG гибче в ручных и мелкосерийных работах.
FAQ по смежным темам
Чем TIG отличается от MIG/MAG?
TIG использует неплавящийся электрод и отдельную присадку, тогда как MIG/MAG подаёт плавящуюся проволоку автоматически. TIG — про точность и чистоту, MIG/MAG — про скорость и производительность.
Можно ли варить TIG без присадки?
Да, «встык без присадки» возможен на тонких деталях и при идеальной подгонке кромок. Однако присадка повышает прочность и контролирует геометрию, особенно на толщине свыше ~1 мм.
Как выбирать между аргоном и гелием?
Аргон — универсален и стабилен, облегчает поджиг и даёт мягкую дугу. Гелий увеличивает тепловложение и глубину проплавки, полезен для толстого алюминия/меди, но дороже и требует большего расхода; часто применяют смесь Ar+He.
Что такое пульс TIG и когда он нужен?
Это режим чередования тока, уменьшающий среднее тепловложение. Нужен для тонкого металла, латуней/медных сплавов, контроля ширины и «чешуйчатости» шва, снижения деформаций.
Почему шов «чернеет» на нержавейке?
Недостаточная защита или перегрев. Увеличьте постпродувку, улучшите газовую линзу/сопло, обеспечьте обратную поддувку корня и уменьшите тепловложение.
Подходит ли TIG для чугуна?
Возможно, но сложно из‑за графита и склонности к трещинам. Обычно предпочтительнее пайка TIG (brazing) специальными прутками на пониженной температуре или никелевые присадки с предварительным подогревом и контролем охлаждения.
Зачем нужна обратная поддувка?
Чтобы защитить корень шва от окисления на нержавейке и титане. Она обеспечивает ярко‑серебристый корень без «сахара» и повышенную коррозионную стойкость трубопроводов и сосудов.
