ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 28 № 2 2026 50 ТЕХНОЛОГИЯ металлом в инертном газе (MIG) или металлом в активном газе (MAG) (последние две также известны как газодуговая сварка металлом или GMAW). В TIG-сварке электродом обычно является катод, представляющий собой цилиндр из вольфрама, заточенный до конического кончика. Вольфрам обычно легируют редкоземельным элементом, таким как торий или лантан, для снижения работы выхода, тем самым уменьшая температуру, при которой может происходить термоэлектронная эмиссия электронов. TIG-сварка широко изучалась исследователями плазмы, поскольку это относительно простой процесс. Как отмечалось выше, охлаждение заготовки водой позволяет получить свободно горящую дугу, стабильную в течение десятков минут (это ограничивается лишь постепенной эрозией кончика электрода) с незначительным загрязнением парами металла, что упрощает как измерения, так и моделирование. Стандартными защитными газами являются аргон, гелий и смеси аргона и гелия; иногда добавляют небольшое количество водорода. С развитием промышленности возрастают требования к эффективности сварки. Однако в традиционной GTAW и GMAW конфликт между высокой эффективностью наплавки и низким тепловым воздействием на основной металл противоречит концепции высокой эффективности. Разработка новых и высокоэффективных сварочных процессов стала актуальной областью исследований. Сварка TIG известна своей стабильностью и способностью обеспечивать высококачественные сварные швы [1, 2]. При сварке TIG в качестве источника тепла используется свободно горящая дуга, энергия дуги не концентрируется [3–5], а проплавление низкое [5–15], полное проплавление достигается только в тонких пластинах [5–7]. Эффективность сварки толстых пластин низкая. Кроме того, токовая нагрузка вольфрамовых электродов ограниченна [5, 6]. При высоких токах возникает эрозия или даже повреждение, это сокращает срок службы сварочной горелки и влияет на качество сварного шва [4–6]. Поэтому улучшение проплавляющей способности процесса сварки TIG имеет большое значение [5–15]. Так, например, сужение дугового столба для увеличения плотности энергии является эффективным методом повышения эффективности сварки [1–6]. В плазменно-дуговой сварке (ПАВ) к головке горелки добавляется сопло малого диаметра с водяным охлаждением [16]. Дуга преобразуется в сильно суженную дугу под комбинированным воздействием механического ограничения [17], теплового ограничения [18] и электромагнитного ограничения [14, 15]. В процессе сварки легко образуется эффект «замочной скважины», и эффективность сварки значительно повышается [10–15]. Процесс сварки GF-PAW был предложен [19], когда между плазменным газом и защитным газом сварочной горелки PAW добавляется фокусирующий газ с небольшим расходом для создания дополнительного эффекта газового ограничения плазменной дуги. Диаметр дуги уменьшается, а проплавление увеличивается. Однако фокусирующий газ имеет очень ограниченный диапазон регулировки для обеспечения стабильности плазменной дуги из-за узкого канала, и он практически не увеличивает давление дуги. Для ограничения дуги K-TIG было разработано устройство с остриями магнитного поля и водяным охлаждением постоянных магнитных полюсов [20]. Пороговый ток для полного проплавления в системе был уменьшен на 30 А, но магнитный полюс легко повреждается при высоких температурах. Данный процесс может увеличить глубину проплавления в 2…3 раза при сварке нержавеющей стали 304, но при этом сварочный металл имеет более высокое содержание кислорода. Авторы применили двухзащитную TIGсварку для сварки сверхтонких металлических пластин [21]. Таким образом, подводя итог вышеописанной оптимизации, можно сказать, что ограничение потока газа может повысить плотность энергии дуги и обеспечить стабильность процесса сварки. В двухзащитной TIG-сварке внутренний поток газа должен быть достаточно высоким для повышения способности к проплавлению дуги, иначе внешний активный газ увеличит плотность кислорода в сварочном металле. Для более эффективного использования внутреннего потока газа необходимо провести дальнейшие улучшения. В настоящее время предложено много технических и технологических решений по увеличению энергоэффективности TIG-сварки. На основе имеющейся литературы [6–35] были определены два направления повышения плот-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1