Новые технологии. Что такое K-TIG сварка?

Чем K-TIG сварка отличается от обычной сварки, ее преимущества, особенности и как вообще работает.

K-TIG (Keyhole TIG) — это новая технология сварки, разработанная и запатентованная Австралийской правительственной организацией по научным и промышленным исследованиям (CSIRO) несколько лет назад. По сути, K-TIG сварка — это более высокотехнологичная версия TIG / GTAW сварки. Она имеет внешний вид обычной сварки TIG, но при этом, имеет характеристики супер проникновения плазменной сварки. Сварочный шов составляет 100% материнского слоя, и нет нескольких линий сплавливания, полностью нет шлака, воздушного отверстия и общих дефектов сварки. K-TIG сварка обеспечивает высокое качество покрытия обоих слоев, и полностью не требует очистки задней части и полировки поверхности.
K-TIG сварка нашла широкое применение в судостроении и производстве цистерн, трубопроводах, очистке воды, нефтегазовой отрасли, производстве электроэнергии,  возобновляемых источниках энергии, ядерной и оборонной продукции, криогенной технике. В целом же, спектр применения обширен. Например, GE (General Electric) развернула технологию в нескольких местах и использует её при изготовлении самых больших и самых современных газовых турбин в мире. В настоящее время, технология K-TIG сварки используется в производстве в США, Аргентине, Великобритании, Норвегии, Швеции, Дании, Индии, Китае, Тайване, Малайзии, Австралии и ряде других стран.

Отличия K-TIG от привычных видов сварки:

1. Однопроходные швы
K-TIG выполняет очень быстрые, однопроходные, полностью проникающие сварные швы диаметром до 16 мм в титане, 13 мм в нержавеющей стали и 9 мм в сплавах.

2. Широкий спектр материалов сварки
Процесс K-TIG хорошо подходит для материалов с низкой теплопроводностью, таких как нержавеющие стали, никелевые сплавы, титановые сплавы и действительно большинство коррозионно-стойких и экзотических материалов, включая нержавеющую сталь серии 300, дуплекс, супердуплекс, хастеллой, инконель, нимоник, цирконий и другие материалы.

3. Большая скорость сварки
Сварные швы выполняются со скоростью до 100 раз быстрее по сравнению с обычной сваркой TIG / GTAW и в соответствии со стандартом качества, который отвечает самым строгим требованиям. Высокие скорости перемещения означают, что сварные швы K-TIG имеют удивительно низкую усадку и деформацию сварного шва.

Типовые примеры скорости К-TIG сварки:

 - 12 мм аустенитная нержавеющая сталь — скорость 250 мм / мин;
 - 8 мм сталь C-Mn — скорость 400 мм / мин;
 - 3 мм ферритная нержавеющая сталь — скорость 1000 мм / мин.
Все в одном полном прохождении, при этом указаны средние скорости процесса K-TIG сварки, которые могут быть увеличены (в некоторых случаях значительно), если целью является оптимизация скорости.

Навыки сварщика

По сравнению с выполнением сварочных работ другими видами сварок, например, с дуговой сваркой под флюсом требуется обширная подготовка оператора, так как отсутствие навыков может легко сказаться на качестве сварного шва. Время обучения обычно составляет от 1 до 2 недель, в то время как оператор может быть обучен навыкам работы с системой K-TIG всего за 3 часа. Супервайзер K-TIG может быть обучен за 1-2 дня.

Преимущества K-TIG сварки:

 - снижает потребление энергии и газа до 95%;
 - потребление проволоки снижается более чем на 90% или полностью исключается;
 - не требует обработки кромок;
 - используется только один сварочный газ и его расход экономичен;
 - работает в очень широком диапазоне сварочных токов;
 - обеспечивает для сотрудников безопасную и чистую среду с низким уровнем задымления.
Такой перечень технологических особенностей обусловлен решением главных задач – существенного сокращения затрат на производство и повышение производительности.

Как работает K-TIG сварка?

Технология K-TIG обеспечивает преимущества, доступные ранее только дорогостоящим лазерным, или электронно-лучевым установкам.

Этот простой процесс обеспечивает автоматическую, высококачественную глубокую сварку, доступную для любого мелкого и среднего размера.

Запатентованная технология основана на обширном научном исследовании процесса газово-вольфрамовой дуги и является результатом многих нововведений, связанных с характеристиками дуги, стабилизацией сварочной ванны, снижением теплообмена и эффективностью процесса сварки. 

По сути, вариант K-TIG является решением проблем с неустойчивостью сварного шва, которые характерны для GTAW. В данном случае используется самоиндуцированные эффекты для создания плазменной струи. Там нет отверстия, что делает процесс намного проще, чем плазменная дуговая сварка.

Фундаментальной характеристикой процесса является преднамеренное увеличение дугового давления до того момента, когда происходит расширение кратера на дне сварочной  ванны. В этот момент дно кратера прорывается через корневую поверхность сварного шва, образуя так называемую «замочную скважину» и позволяя дуговым газам уходить. Самое главное, чтобы отверстия на лицевой и корневой поверхностях сварного шва закрепились на жидкой поверхности сварочной ванны. Помогая понять, как это выглядит, можно визуализировать упругие свойства пленки мыльного пузыря, как показано на изображении справа.

Минимизация поверхностной энергии, связанная с геометрией «замочной скважины» и относительно беспрепятственный выход газов, создают в совокупности очень прочную и спокойную сварочную ванну. Кроме того, поверхностное натяжение не дает расплавленному металлу в сварочной ванне выпадать с поверхности корня шва. Технология замочной скважины K-TIG позволяет испаренным примесям покидать сварной шов через заднюю часть замочной скважины, предотвращая их попадание в ловушку в виде пористости в затвердевающем сварном шве.

Способ сварки K-TIG уникален, потому что он не зависит от очень высокой плотности энергии как при использовании, например, лазера и плазмы, что приводит к более широкой зоне слияния на лицевой поверхности.