ONDERZOEK ADVIES OPLEIDING INFOTHEEK Principes van het TIG lassen IWS opleiding cyclus 2018 Ing. Tim Buyle, EWE, IWE 15.01.2018 1
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
141 142 143 145 146 147 TIG massieve staaf TIG autogeen TIG gevulde staaf TIG massieve staaf + reducerend gas TIG gevulde staaf + reducerend gas TAG (actief gas) 3 Procesbenamingen
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
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
Fysische aspecten van de boogzuil 6
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
Fysische aspecten van de kathode ionisatie continuïteit van de lasstroom ionisatie-mechanisme in de boogzuil lawine-effect (impact ionisatie) 8
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
Ontsteking via doorslag vrij elektron elektrische veldsterkte lawine-effect a ionisatie a thermische emissie (secundair) Louis Carl Heinrich Paschen 10
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
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
Ontsteking van de TIG boog 13
Keuze van de polariteit DCRP DC Reverse Polarity DC+ DCSP DC Straight Polarity DC- 14
Invloed van de polariteit DCSP / DC- DCRP / DC+ AC 15
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
Keuze van de elektrode EN ISO 6848 17
Keuze van de elektrode EN ISO 6848 18
Keuze van de elektrode 19
Vorm van de elektrode 20
Aanslijpen van de elektrode 21
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
Keuze van het gas 23
Keuze van het gas EN ISO 14175 - (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 14175 - I 3 - EN ISO 14175 - M 21 let op met verwarring met de oude norm EN439 24
Beschermgassen : EN ISO 14175 (2008) 25
Keuze van het gas Ar Ar + 5% H 2 He 26
Invloed van het gas 100% Ar 50% Ar / 50% He 100% He 5mm dikke plaat, 150A, booglengte 4mm, lassnelheid 15cm/min 27
Invloed van het gas op het lasprofiel 28
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
Industriële gasmengsels 30
De zuiverheid van het beschermgas 31
Enkel gasbescherming? 32
Bescherming van de lasnaadwortel? 33
Doorlassen van buizen 34
Backing gas : hulpmiddelen Backing gas Elastische dichting 35
Backing gas : hulpmiddelen 36
Doorlassen van dunne plaat backing gas backing gas systeem lasnaad gascup beschermgas lasnaadwortel 37
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
Gas-nasleep (trailing gas) 39
Lassen in een inerte atmosfeer 40
Benodigde apparatuur 41
De karakteristiek van de stroombron 42
De karakteristiek van de stroombron 43
De kenplaat van de stroombron 44
De kenplaat van de stroombron 45
De kenplaat van de stroombron 46
De kenplaat van de stroombron 47
De kenplaat van de stroombron 48
De kenplaat van de stroombron 49
De kenplaat van de stroombron 50
De kenplaat van de stroombron 51
De kenplaat van de stroombron 52
De kenplaat van de stroombron 53
De kenplaat van de stroombron 54
AREI art. 57 55
AREI art. 57 56
De TIG toorts 57
De TIG toorts 58
Bijzondere TIG toortsen 59
De TIG toorts : onderdelen 60
De TIG toorts : onderdelen Ø6 - Ø8 - Ø10 - Ø12 - Ø15 61
De TIG toorts met gaslens Debiet [l/min] = [diameter gascup] 62
De TIG toorts : wisselstukken 63
Het slangenpakket 64
Aansluitingen : (de)centraal centraal de-centraal 65
Aansluitingen : (de)centraal 66
Water-gekoelde TIG toortsen 67
Accessoires 68
Accessoires 69
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 550 660 C High thermic stress by collision of electrons Destruction of the oxide film by collision of ions 70
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
AC lassen met de TIG boog 72
AC lassen met de TIG boog BALANS REGELING 73
AC lassen met de TIG boog 74
AC lassen met de TIG boog 40 Hz 50 Hz 120 Hz 60 Hz 75
TIG lassen van aluminium 76
TIG lassen van aluminium 77
Pulserend TIG lassen 0,5 10 Hz 78
Pulserend TIG lassen 79
Pulserend TIG lassen CONSTANTE stroom (DC-) è lage voortloopsnelheid PULSERENDE stroom (DC-) è hoge voortloopsnelheid 80
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
Orbitaal TIG lassen 82
Orbitaal TIG lassen 83
Orbitaal TIG lassen 84
Orbitaal TIG lassen 85
Orbitaal TIG lassen van RVS 86
Orbitaal TIG lassen van RVS Laag S-gehalte (< 0.01% - 100 PPM) Hoog S-gehalte (> 0.01% - 100 PPM) MARANGONI - effect 87
Narrow gap TIG lassen 88
Narrow gap TIG lassen 89
Cold wire TIG 90
Hot wire TIG 91
Hot wire TIG 92
Hot wire TIG 93
Mechanisering 94
Robotisering 95
Multi cathode opstelling 96
Activated TIG 97
Activated TIG 98
Micro TIG lassen 99
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
WPS voor het TIG proces 101
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
Consumables voor het TIG lassen acc. to EN 1668 - acc. to EN ISO 14343 - acc. to EN ISO 16834 - acc. to EN ISO 21952 - 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 18273 - acc. to EN ISO 18274 - 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
Praktische aspecten 104
Lasnaadvoorbereidingen - acc. to EN ISO 9692-1, -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
Lasnaadvoorbereidingen V-joint I-joint Fillet joint 106
Lasnaadvoorbereidingen 107
Lasnaadvoorbereidingen 108
Lasfouten en imperfecties - acc. to EN ISO 6520-1 - 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
Lasfouten en imperfecties - acc. to EN ISO 5817 - Welding - Fusion-welded joints in steel, nickel, titanium and their alloys (beam welding excluded) - Quality levels for imperfections - acc. to EN ISO 10042 - 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
Wolfram insluitsels 111
Porositeiten 112
Onvolledige doorlassing 113