Principes van het TIG lassen

Transcriptie

1 ONDERZOEK ADVIES OPLEIDING INFOTHEEK Principes van het TIG lassen IWS opleiding cyclus 2018 Ing. Tim Buyle, EWE, IWE

2 Situering TIG lasproces fusion welding by thermomechanical energy cast welding narrow gap shielded arc welding aluminothermic welded joint manual arc welding electro gas welding resistance melt welding electro slag welding gravitation welding plasma metal gas arc welding metal arc welding fusion welding fire-cracker welding metal inertgas welding (MIG) arc welding submerged arc welding metal arc welding with cored wire electrode active-gas metalarc welding (MAG) electron beam welding metal gas arc welding tungsten inert gas welding (TIG) light ray welding shielded arc welding plasma arc welding gas welding tungsten arc welding atomic hydrogen welding CO -welding 2 mixed gas metal arc welding 2

3 TIG massieve staaf TIG autogeen TIG gevulde staaf TIG massieve staaf + reducerend gas TIG gevulde staaf + reducerend gas TAG (actief gas) 3 Procesbenamingen

4 Principe van het proces Toortslichaam W elektrode Gasmondstuk Beschermgas Vlamboog Stroombron Werkstuk Lasnaad Elektrische vlamboog tussen een niet-afsmeltende elektrode en het te lassen werkstuk De vlamboog verwarmt het werkstuk, waardoor het gedeeltelijk smelt : er ontstaat een smeltbad Een inert gas schermt het smeltbad en de elektrode af van de lucht 4

5 Fysische aspecten van de TIG boog klokvormige en stabiele elektrische vlamboog de boogspanning verloopt niet lineair en vertoont sprongen de boog bestaat uit 3 gebieden boogzuil è elektrisch neutraal / plasma anode-val gebied è tekort aan positieve ionen kathode-val gebied è overschot aan positive ionen 5

6 Fysische aspecten van de boogzuil 6

7 Fysische aspecten van de kathode thermische emissie hoge kathode-temperatuur è hoogsmeltende materialen emissie kost energie è afkoeling van de elektrode hoge stroomsterkte uittree-potentiaal (spanningsbarrière) Wolfram (W) Smeltpunt 3695 K Kookpunt 5828 K Metaal Uittree-arbeid [ev] Al 4,0 Cu 4,3 Fe 4,4 Ni 5,0 W 5,4 W+Th 2,6 7

8 Fysische aspecten van de kathode ionisatie continuïteit van de lasstroom ionisatie-mechanisme in de boogzuil lawine-effect (impact ionisatie) 8

9 Ontsteking van de vlamboog niet-geleidende toestand bij kamertemperatuur initiatie van de boog door sterke verhitting van de kathode spontane en zelfstandige elektronen-emissie manieren om een vlamboog te ontsteken ontsteking via doorslag ontsteking door dirtecte kathodeverhitting hoog-frequent ontsteking 9

10 Ontsteking via doorslag vrij elektron elektrische veldsterkte lawine-effect a ionisatie a thermische emissie (secundair) Louis Carl Heinrich Paschen 10

11 Ontsteking door directe kathode-verhitting directe verhitting van de kathode thermische emissie versnelling van de elektronen o.i.v. de boogspanning lawine-effect huidige benamingen : lift-arc, scratch arc 11

12 Hoog-frequent ontsteking hoogfrequente spanning (enkele MHz, enkele kv) superpositie op de boogspanning slingerbeweging van elektronen, gevolgd door ionisatie OPGELET : vervuiling van het net (harmonischen) 12

13 Ontsteking van de TIG boog 13

14 Keuze van de polariteit DCRP DC Reverse Polarity DC+ DCSP DC Straight Polarity DC- 14

15 Invloed van de polariteit DCSP / DC- DCRP / DC+ AC 15

16 Keuze van de elektrode zuiver wolfram wolfram met toevoegingen : (Th-), Zr-, Lth- en Ce-oxide oxide toevoegingen verlagen de emissie-energie bevorderen de elektronen emissie verbeteren de ontsteking verminderen elektrode-erosie type van de lasstroom : DC, AC 16

17 Keuze van de elektrode EN ISO

18 Keuze van de elektrode EN ISO

19 Keuze van de elektrode 19

20 Vorm van de elektrode 20

21 Aanslijpen van de elektrode 21

22 Invloed van de tophoek Scherpe elektrode eenvoudige boogontsteking beperkte stroombelastbaarheid bredere boog goede boogstabiliteit minder penetratie van de las beperkte levensduur Stompe elektrode moeilijke ontsteking grote stroombelastbaarheid smalle boog potentieel instabiele boog betere penetratie lange standtijd (*) vuistregel : maximale stroombelastbaarheid ~ 70 A/mm (DC) en 40 A/mm (AC) 22

23 Keuze van het gas 23

24 Keuze van het gas EN ISO (bescherm)gassen voor lassen en snijden classificatie van beschermgassen volgens (re)activiteit R : reducerende mengsels I : inerte gassen en inerte mengsels M : oxiderende gassen op Ar-basis met toevoeging van O 2 en/of CO 2 C : sterk oxiderende gassen en mengsels F : reducerende of niet-reactieve gasmengsels codering : voorbeeld - EN ISO I 3 - EN ISO M 21 let op met verwarring met de oude norm EN439 24

25 Beschermgassen : EN ISO (2008) 25

26 Keuze van het gas Ar Ar + 5% H 2 He 26

27 Invloed van het gas 100% Ar 50% Ar / 50% He 100% He 5mm dikke plaat, 150A, booglengte 4mm, lassnelheid 15cm/min 27

28 Invloed van het gas op het lasprofiel 28

29 Invloed van het gas op het lasprofiel Ar He 11 Materiaal: Al Mg 4,5 Mn Dikte: 5,2 mm De lassnelheid : 40 cm min-1 Ar 4.6 Materiaal: Al Mg 4,5 Mn Dikte: 5,2 mm De lassnelheid : 40 cm min-1 29

30 Industriële gasmengsels 30

31 De zuiverheid van het beschermgas 31

32 Enkel gasbescherming? 32

33 Bescherming van de lasnaadwortel? 33

34 Doorlassen van buizen 34

35 Backing gas : hulpmiddelen Backing gas Elastische dichting 35

36 Backing gas : hulpmiddelen 36

37 Doorlassen van dunne plaat backing gas backing gas systeem lasnaad gascup beschermgas lasnaadwortel 37

38 Backing gas / formeergas gasmengsel N 2 + H 2 (max. 10%) boogatmosfeer van gedissocieerd ammoniak 2 NH 3 3H 2 + N 2 sterk reducerend gas veiliger dan 100% H 2 R 1 - Argon en waterstof (H 2 tot 30%) - reducerend zonder formeergas met formeergas I 1 - Argon 100% - inert F 1 - Stikstof 100% - niet reactief F 2 - Stikstof en waterstof (H 2 tot 30%) - reducerend 38

39 Gas-nasleep (trailing gas) 39

40 Lassen in een inerte atmosfeer 40

41 Benodigde apparatuur 41

42 De karakteristiek van de stroombron 42

43 De karakteristiek van de stroombron 43

44 De kenplaat van de stroombron 44

45 De kenplaat van de stroombron 45

46 De kenplaat van de stroombron 46

47 De kenplaat van de stroombron 47

48 De kenplaat van de stroombron 48

49 De kenplaat van de stroombron 49

50 De kenplaat van de stroombron 50

51 De kenplaat van de stroombron 51

52 De kenplaat van de stroombron 52

53 De kenplaat van de stroombron 53

54 De kenplaat van de stroombron 54

55 AREI art

56 AREI art

57 De TIG toorts 57

58 De TIG toorts 58

59 Bijzondere TIG toortsen 59

60 De TIG toorts : onderdelen 60

61 De TIG toorts : onderdelen Ø6 - Ø8 - Ø10 - Ø12 - Ø15 61

62 De TIG toorts met gaslens Debiet [l/min] = [diameter gascup] 62

63 De TIG toorts : wisselstukken 63

64 Het slangenpakket 64

65 Aansluitingen : (de)centraal centraal de-centraal 65

66 Aansluitingen : (de)centraal 66

67 Water-gekoelde TIG toortsen 67

68 Accessoires 68

69 Accessoires 69

70 TIG lassen van aluminium Aluminium oxide film Al 2 O 3 T S = 2050 C No or insufficient destruction of the oxide film at simultaneous melting of aluminium Aluminium or aluminium alloy T S C High thermic stress by collision of electrons Destruction of the oxide film by collision of ions 70

71 AC lassen met de TIG boog Verenigen van 2 polariteiten : aangezien de boog bij elke nuldoorgang uitgaat, werd op de lasstroom traditioneel een hoogfrequentestroom toegevoegd (150 khz bij 1500 tot 2000 Ampère) om een herontsteking van de boog te vergemakkelijken. Moderne machines hebben nu impulsgeneratoren, die geen constante hoogfrequente spanning hebben, maar in plaats daarvan een afgevlakte sinusspanning leveren. Dit heeft het voordeel, dat het gevaar van storingen bij radio- en TV ontvangsten in de omgeving, veel geringer is en daardoor geen toestemming van de verantwoordelijke autoriteiten nodig is 71

72 AC lassen met de TIG boog 72

73 AC lassen met de TIG boog BALANS REGELING 73

74 AC lassen met de TIG boog 74

75 AC lassen met de TIG boog 40 Hz 50 Hz 120 Hz 60 Hz 75

76 TIG lassen van aluminium 76

77 TIG lassen van aluminium 77

78 Pulserend TIG lassen 0,5 10 Hz 78

79 Pulserend TIG lassen 79

80 Pulserend TIG lassen CONSTANTE stroom (DC-) è lage voortloopsnelheid PULSERENDE stroom (DC-) è hoge voortloopsnelheid 80

81 Pulserend TIG lassen CONSTANTE stroom (DC-) è lage voortloopsnelheid è hogere graad van oxidatie PULSERENDE stroom (DC-) è hoge voortloopsnelheid è lagere graad van oxidatie 81 81

82 Orbitaal TIG lassen 82

83 Orbitaal TIG lassen 83

84 Orbitaal TIG lassen 84

85 Orbitaal TIG lassen 85

86 Orbitaal TIG lassen van RVS 86

87 Orbitaal TIG lassen van RVS Laag S-gehalte (< 0.01% PPM) Hoog S-gehalte (> 0.01% PPM) MARANGONI - effect 87

88 Narrow gap TIG lassen 88

89 Narrow gap TIG lassen 89

90 Cold wire TIG 90

91 Hot wire TIG 91

92 Hot wire TIG 92

93 Hot wire TIG 93

94 Mechanisering 94

95 Robotisering 95

96 Multi cathode opstelling 96

97 Activated TIG 97

98 Activated TIG 98

99 Micro TIG lassen 99

100 Toepasbaarheid van het TIG proces Toepassingen - Scheepsbouw - Staalconstructie - Drukvaten - Opslagtanks, boilers en pijpleidingen Materialen - (on)gelegeerd staal - Roestvast staal (CrNi) - Koper en koperlegeringen - Nikkel en nikkellegeringen - Titaan, Magnesium, Zirkoon, Tantaal - Aluminium - Ongelijksoortige verbindingen 100

101 WPS voor het TIG proces 101

102 WPS voor het TIG proces Belangrijke parameters - Stroom [A] - Spanning [V] - Gasdebiet [ltr./min] - Lassnelheid [cm/min] - Draadsnelheid [m/min] (gemechaniseerd TIG proces) - Heat input [kj/cm] Andere aspecten - Keuze van de elektrode - Beschermgas - Backing & trailing gas 102

103 Consumables voor het TIG lassen acc. to EN acc. to EN ISO acc. to EN ISO acc. to EN ISO Welding consumables - Rods, wires, deposits for tungsten inert gas welding of non-alloy and fine-grain steels - Classification Welding consumables - Wire electrodes, strip electrodes, wires and rods for fusion welding of stainless and heat resisting steels - Classification Welding consumables - Wire electrodes, wires, rods and deposits for gas-shielded arc welding of high strength steels - Classification Welding consumables - Wire electrodes, wires, rods and deposits for gas-shielded arc welding of creep-resisting steels - Classification acc. to EN ISO acc. to EN ISO Welding consumables - Wire electrodes, wires and rods for welding of aluminium and aluminium alloys - Classification Welding consumables - Wire and strip electrodes, wires and rods for fusion welding of nickel and nickel alloys - Classification 103

104 Praktische aspecten 104

105 Lasnaadvoorbereidingen - acc. to EN ISO , -3 Welding and allied processes - Recommendations for joint preparation Part 1: Manual metal-arc welding, gas-shielded metal-arc welding, gas welding, TIG welding and beam welding of steels Part 3: Metal inert gas welding and tungsten inert gas welding of aluminium and its alloys 105

106 Lasnaadvoorbereidingen V-joint I-joint Fillet joint 106

107 Lasnaadvoorbereidingen 107

108 Lasnaadvoorbereidingen 108

109 Lasfouten en imperfecties - acc. to EN ISO Welding and allied processes - Classification of geometric imperfections in metallic materials Part 1: Fusion welding - Classification of imperfections into 6 main groups - Cracks - Cavities - Solid inclusions - Lack of fusion and penetration - Imperfect shape and dimension - Miscellaneous imperfections 109

110 Lasfouten en imperfecties - acc. to EN ISO Welding - Fusion-welded joints in steel, nickel, titanium and their alloys (beam welding excluded) - Quality levels for imperfections - acc. to EN ISO Welding - Arc-welded joints in aluminium and its alloys - Quality levels for imperfections - Classification of size and quantity of imperfections, which are acceptable in constructions acc. to the stress / load of a construction - Limits of imperfections acc. to the stress / load of a construction 110

111 Wolfram insluitsels 111

112 Porositeiten 112

113 Onvolledige doorlassing 113

114