1

Spawanie łukowe w osłonie

gazów ochronnych

cz1

2

Klasyfikacja procesów spawalniczych

1

Spawanie

łukowe

Procesy spawalnicze i ich numery wg PN-EN 24 063 (ISO 4063:1990)

3

1-Spawanie łukowe

13

Spawanie łukowe w osłonie gazów ochronnych

Gas-

shielded

metal-

arc

welding; gas

metal-

arc

welding

131

Spawanie łukowe w osłonie gazu obojętnego elektrodą

topliwą, spawanie metodą

MIG

Metal-arc

inert gas

welding; MIG welding

135

Spawanie łukowe w osłonie gazu aktywnego elektrodą

topliwą, spawanie metodą

MAG

Metal-arc

active

gas

welding; MAG welding

136

Spawanie łukowe w osłonie gazu aktywnego drutem proszkowym

137

Spawanie łukowe w osłonie gazu obojętnego drutem proszkowym

Next

koncentracja energii

14

Spawanie łukowe elektrodą

nietopliwą

w osłonie ochronnego

Gas-shielded

welding

with

nonconsumable

electrode

141

Spawanie łukowe w osłonie gazu obojętnego elektrodą

wolframową,

spawanie metodą

TIG

4

Koncentracja energii w różnych metodach spawania

(gęstość

strumienia energii cieplnej)

1,00E+02

1,00E+03

1,00E+04

1,00E+05

1,00E+06

1,00E+07

1,00E+08

1,00E+09

1,00E+10

MMA

MAG

TIG

plazma

wiązką el.

laser

G

ę

st

o

ść

st

ru

mi

en

ia ci

ep

ła kW

/m

2

5

Udział

procentowy metod spawania w Europie Zachodniej w latach

1975-1995

6

Średni prąd spawania –zmiany i prognoza

7

Porównanie struktury kosztów spawania stali niskostopowej

metodą

ręczną

i zmechanizowaną

135 (MAG)

Ręczne

Zmechanizowane MAG

8

Grupa 13 nazywana także GMA (

G

as

M

etal

A

rc

)

•

GMA

MIG 131

Metal Inert Gas

elektroda topliwa

–drut pełny, gaz

obojętny

MAG 135

Metal Active

Gas

Elektroda topliwa

-drut pełny

gaz aktywny

TIME (Transferred

Ionized

Molten

Energy)

wysokowydajna

Elektroda topliwa gaz

czteroskładnikowy

Drutem proszkowym

w osłonie aktywnej 136

Elektroda topliwa-Drut proszkowy

w osłonie obojętnej 137

9

Istota spawania elektrodą

topliwą

w osłonie gazów ochronnych

grupa 13

10

Bardzo łatwo ten proces zmechanizować

Vel

Vs

•

Dwa podstawowe ruchy elektrody

•

względem materiału spawanego

11

Spawanie łukowe w osłonie gazu obojętnego elektrodą

nietopliwą

131

(MIG)

Ar, Hel lub ich
mieszanka

Drut elektrodowy pełny
Aluminiowy (do
spawania aluminium)
lub ze stali stopowej (do
spawania stali
stopowych) metoda 131

12

Spawanie łukowe w osłonie gazu aktywnego elektrodą

topliwą

135

MAG ( Gas

Metal Arc

-GMA)

CO2 lub Mieszanka
aktywna
Np.. Ar + CO2

Drut elektrodowy
Stalowy pełny (135)

13

Spawanie drutem proszkowym 136 i 137

Zużel

Gazy ochronne
CO

2

Ar+ CO

2

Ar+ O

2

14

Spawanie łukowe w osłonie gazu aktywnego drutem proszkowym 136

CO

2

lub Ar + CO

2

Mieszanka aktywna

Drut proszkowy

–metoda 136

15

Spawanie łukowe w osłonie gazu obojętnego drutem proszkowym 137

Ar, He lub ich

mieszanka

Drut proszkowy

–metoda 137

16

Druty proszkowe w przekroju poprzecznym

Rdzeń

proszkowy

Koszulka metalowa

Wsp. wypełnienia proszkiem 30-40%

17

TIME

TIME (Transferred

Ionized

Molten

Energy)

Duże prędkości podawania

drutu! Elektroda topliwa
gaz czteroskładnikowy

18

Skład gazu osłonowego w metodzie TIME

TIME

wysokowydajna

Elektroda topliwa gaz

czteroskładnikowy

65%Ar –stabilność

kolumny łuku

25% He -zwiększa przewodnictwo cieplne

8% CO

2

–

zmniejsza napięcie powierzchniowe kropel ciekłego

metalu

0,5%O

2

-jw

19

TIME -

(MAG o dużej wydajności w osłonie Ar +He +CO

2

+O

2

)

20

Porównanie wydajności spawania różnymi metodami

21

Grupa 141

Spawanie łukowe elektrodą

nietopliwą

w osłonie gazu ochronnego

nazywana także GTA (Gas

Tungsten Arc

)

•

GTA

TIG (Tungsten Inert Gas)

Elektroda wolframowa nietopliwa +metalowy drut

elektrodowy, podawany ręcznie lub automatycznie,

będący źródłem stopiwa

Gaz obojętny (Hel, Argon lub ich mieszanina)

22

TIG

Wydajność

stapiania

0,5-3 kg/h

23

TIG gorący drut

(wydajność

stapiania 10-12 kg/h)

24

Rozkład temperatur w łuku (-

na elektrodzie)

_

+

25

Rozkład temperatur w łuku TIG (100A, -na elektrodzie wolframowej)

26

Gazy stosowane do spawania łukowego

27

Wpływ gazu osłonowego na proces spawania metodą

MIG/MAG

28

Osłona grani spoiny przy spawaniu rur

Gaz
ochronny

29

Podstawowe gazy ochronne

•

Obojętne

-Argon i Hel oraz ich mieszanki

•

Aktywne

–CO

2

, O

2

, NO, N

2

i H

2

lub ich mieszanki –także z Ar i

He

•

CO

2

-

tani

, stosuje się

do spawania stali węglowych i

niektórych niskostopowych

•

Dodatek CO

2

lub O2 do Ar poprawia stabilność, zmniejsza

rozprysk i

obniża koszty spawania

•

Dodatek NO ( w ilościach 0,02-0,05%) wiąże ozon znacznie

poprawia warunki pracy spawacza

30

Inne własności

•

Ar

–bezbarwny,

bez zapachu

, chemicznie obojętny,

otrzymywany z powietrza atmosferycznego,

zastosowania do TIG, MIG; MAG, TIME

•

Azot

–

niepalny, bezbarwny,

bez zapachu

,

chemicznie obojętny w temperaturze otoczenia;

otrzymywany z rektyfikacji ciekłego powietrza,

zastosowanie do spawania Cu;

•

Hel

-

bezbarwny,

bez zapachu

, chemicznie obojętny,

otrzymywany z gazu ziemnego (do 0,5%),

zastosowanie do TIG, MIG, TIME

•

CO

2

-

niepalny, bezbarwny,

bez zapachu

, chemicznie

aktywny

w

temperaturach

łuku

31

Stopień

dysocjacji różnych gazów w funkcji temperatury

32

Skład atmosfery łuku w różnych temperaturach

Składnik

Zawartość

w [%] w temperaturze łuku

4000 K

5000 K

6000 K

CO

2

2,6

0,14

0,02

CO

51,8

50,1

48,8

C

0,000002

0,01

0,81

O

2

5,3

0,46

0,062

O

39,1

49,2

50,3

33

Współczynnik utleniania różnych mieszanek gazowych

gaz

Wsp.

utleniania

Działanie

nawęglające

Argon

0

brak

Ar+

1% O

2

1

brak

Ar+2% O

2

2

brak

Ar+5% O

2

5

brak

Ar+5% O

2

+ 15CO

2

6,5

jest

Ar+

20% CO

2

2

jest

100% CO

2

10

jest

34

Gazy osłonowe cd

35

Własności gazów

Gaz

Potencjał

jonizacji

Współczynnik

przewodnictwa

cieplnego

Gęstość

Gęstość

względem

powietrza

eV

Kcal/mh

o

C

kg/m

3

%

Argon

15,6

0,0149

1,7839

138

Azot

15,51

0,020

1,25

96

CO

2

14,4

0,012

1,9768

153

Hel

24,4

0,13

0,1785

14

Tlen

12,5

0,021

1,429

110

Wodór

15,6

0,151

0,09

7

Powietrze

14

0,022

1,293

100

36

Gęstość

gazów

Gęstość

powietrza

37

Potencjał

jonizacji

38

Wzajemne oddziaływanie metalu kropli i atmosfery łuku podczas

spawania w osłonie CO

2

39

Rozkład temperatur w jeziorku spoiny

1900-2000

o

C

2500

o

C

4500-6000

o

C

40

Rozkład temperatur

w jeziorku spoiny

podczas spawania

elektrycznego i

gazowego

41

Temperatury topnienia i gęstość

związków występujących w ciekłym

jeziorku spoiny

Temperatury wyższe
Od Tt

stali

Gęstość

niższa od

gęstości stali

42

Temperatury wrzenia niektórych pierwiastków

Niższe od Tt

stali

43

Zmiana rozpuszczalności w zależności od temperatury

44

Rozpuszczalność

wodoru i azotu w stali

Przemiany alotropowe żelaza

T topnienia

45

wodór...

•

W temperaturze

1536

o

C

–stan ciekły żelaza -rozpuszczalność

wodoru wynosi

0,0027%.

W temperaturze

1530

o

C

–tuż

po

zakrzepnięciu-

rozpuszczalność

wodoru wynosi

0,0007%,

tj. 4x

mniejsza.

•

Wodór posiada bardzo małą

średnicę

0,5

Α

–

(kation H+ jeszcze

mniejszą) łatwo dyfunduje w roztworze międzywęzłowym (parametr

sieci żelazo alfa

286A –i 365A

żelazo gamma) do nieciągłości typu

pęcherze, pęknięcia, zażużlenia, gdzie

rekombinuje

na H

2

czemu

towarzyszy bardzo

duży wzrost ciśnienia

. Powodują

one wzrost

naprężeń

lokalnych aż

do wywołania pęknięć

oraz kruchość

stali

46

Pęknięcia na zimno

Przyczyny

•

Nadmiar wodoru

•

Naprężenia

•

Zwiększona hartowność

wynikająca

ze składu chemicznego

47

Azot

•

W temperaturze 1536

o

C

–stan ciekły żelaza,

rozpuszczalność

Azotu wynosi 0,04%

•

W temperaturze 723

o

C

–po przemianie w żelazo alfa-

rozpuszczalność

Azotu wynosi 0,1%, tj. 2,5x większa

•

Azot powoduje wzrost wytrzymałości i obniżenie

własności plastycznych

48

Tlen

•

Wypala składniki stopowe obniżając własności

wytrzymałościowe, zaś

tlenki

, jeśli nie wydostaną

się

do żużla podczas krystalizacji jeziorka –jako

zanieczyszczenia

obniżają

własności plastyczne

stali

49

Przewodność

cieplna różnych gazów w funkcji temperatury ...ma

wpływ na kształt spoiny

CO

2

Ar

50

Przewodność

cieplna... fragment poprzedniego wykresu

51

Własności gazów

Gaz

Potencjał

jonizacji

Współczynnik

przewodnictwa

cieplnego

Gęstość

Gęstość

względem

powietrza

eV

Kcal/mh

o

C

kg/m

3

%

Argon

15,6

0,0149

1,7839

138

Azot

15,51

0,020

1,25

96

CO

2

14,4

0,012

1,9768

153

Hel

24,4

0,13

0,1785

14

Tlen

12,5

0,021

1,429

110

Wodór

15,6

0,151

0,09

7

Powietrze

14

0,022

1,293

100

52

Zmiana przewodności elektrycznej argonu w funkcji temperatury

53

Wpływ rodzaju gazu na kształt spoiny

54

Wpływ zawartości CO

2

na przenoszenie metalu w łuku i na kształt

spoiny

55

Prąd krytyczny dla różnych mieszanek ochronnych –drut

1,2mm, G3Si1, lw=25mm, Qg=15 l/min

Rodzaj gazu

Prąd krytyczny [A]

Napięcie łuku [V]

Ar

230

32

Ar+10%CO

2

235

31

Ar+12%CO

2

+2%O

2

290

31,5

Ar+10%CO

2

+15%He

250

34

Ar+10%CO

2

+30%He

270

34

Hel

310

40,7

56

Wpływ rodzaju mieszanki na kształt spoiny pachwinowej

57

Wpływ rodzaju mieszanki na rozprysk

58

Tendencje zmian zawartości CO

2

w gazach osłonowych

59

Wpływ składu osłony gazowej na zawartość

składników w stopiwie

drutu Sp1GS

Skład osłony

gazowej

% zawartość

składników

C

Mn

Si

S

P

Czysty CO

2

0,13

0,83

0,46

0,024

0,012

CO

2

+10% Ar

0,10

0,92

0,61

0,014

0,027

CO

2

+25% Ar

0,11

1,00

0,66

0,016

0,019

CO

2

+50% Ar

0,10

1,01

0,68

0,015

0,019

CO

2

+75%Ar

0,10

0,98

0,65

0,015

0,019

Czysty Ar

0,10

1,25

0,82

0,019

0,016

CO

2

+19%Ar+1%O

2

0,08

0,97

0,60

0,023

0,021

CO

2

+16%Ar+4%O

2

0,09

0,96

0,60

0,024

0,021

CO

2

+5%O

2

0,09

0,93

0,60

0,021

0,022

drut elektrodowy

0,10

1,30

0,85

0,018

0,019

60

Wpływ składu gazu osłonowego na zawartość

tlenu w materiale spawanym

61

Wpływ zawartości C0

2

w gazie osłonowym na wypalanie

składników stopowych z materiału spawanego

62

Wzrost zawartości węgla w spoinie przy spawaniu stali

austenitycznej w zależności od zawartości CO

2

w gazie

osłonowym

63

Wpływ rodzaju gazu na udarność

złączy spawanych

64

Mieszanka argonowa daje łagodniejsze przejście od spoiny do

materiału rodzimego co zwiększa wytrzymałość

zmęczeniową

złącza

Rozpryski

R>>

65

Emisja dymów podczas spawania metodą

MAG w osłonie mieszanki

argonowej stali węglowej drutem 1mm

66

Emisja ozonu przy spawaniu MAG stali węglowej, drutem 1mm, w

osłonie mieszanki argonowej i mieszanki z dodatkiem NO(mison)

67

Emisja ozonu dla różnych materiałów i metod spawania łukowego

w osłonach różnych gazów

68

•

Gazy osłonowe do łukowego spawania i

cięcia klasyfikacja PN EN

69

PN-EN 439

Materiały dodatkowe do spawania -

Gazy osłonowe do

łukowego spawania i cięcia

70

Oznaczenie mieszanki

•

EN 439

S M21 (3) +2,5 Ne

•

S

-dodatkowy składnik w gazie osłonowym

zobacz

•

M21

–rodzaj gazu osłonowego

zobacz

•

(3)

–

liczba charakteryzująca ilość

helu, jeśli występuje w

mieszance

zobacz

•

2,5Ne

- zawartość

składnika dodatkowego w gazie osłonowym

•

71

Grupa gazu

•

R

-mieszanki redukujące

•

I

-gazy i mieszanki obojętne

•

M

-mieszanki utleniające na bazie argonu z

dodatkiem tlenu,

•

dwutlenku węgla lub obu gazów jednocześnie

•

C

-gazy lub mieszanki silnie utleniające

•

F

-gazy reagujące lub mieszanki redukujące

•

S

-gazy specjalne nie wymienione w Tablicy nr 2

PN-EN439

•

wróć

72

Rodzaje gazów osłonowych wg PN-EN 439

wróć

hel

wróćprzykład

73

Liczba charakteryzująca (w nawiasie!..)

tylko dla

R

edukujących

i M

(utleniających)

z Helem

wróć

74

Np. gaz PN-EN 439 –

M24

•

Oznacza mieszankę

z

10% CO

2

oraz

3% O

2

i resztę

Ar

•

zobacz

•

A jeśli dodamy do niego 25% helu to oznaczymy ją

•

M24 (1)

•

zobacz

75

Czystość

gazów

Obojętne

redukujące

silnie utleniają

76

Oznaczenia butli gazowych

77

Etykieta umieszczona na butli gazowej wg PN-EN 1089-3

Obligatoryjne po 1 lipca 2006

ADR przepisy transportowe

78

•

Etykieta jest podstawowym źródłem
informacji o zawartości butli

•

Oznaczenie

ko

lor

em

ma charakter

wyłącznie pomocniczy i nie wolno na nim
polegać!

79

Obecne i nowe oznakowanie barwne butli

Obecne

Nowe

Obecne

Nowe

Obligatoryjne po 1 lipca 2006

80

Obecne i nowe oznakowanie barwne butli

Obecne

Nowe

Obecne

Nowe

Obligatoryjne po 1 lipca 2006

81

Stare i nowe oznakowanie barwne butli medycznych

82

BHP a gazy

•

Niebezpieczne są

wszystkie gazy bo są

przechowywane w butlach o wysokim
ciśnieniu, które się

zmienia pod

wpływem temperatury! Wzrost
temperatury gazu (butli!)o 40 st

C (na

słońcu!) powoduje wzrost ciśnienia o
ok.. 25%

83

Zależność

ciśnienia Ar w butli w zależności od temperatury

84

•

CO

2

–jest bez zapachu, uniemożliwia

oddychanie,

•

(JUŻ

PRZY 5% STĘŻENIU UTRUDNIONE JEST

ODDYCHANIE)

•

Tlen –ułatwia spalenie wszystkiego

Niebezpieczne bo...

85

Stanowisko z wyciągiem lokalnym

Nie rozwiązuje

problemów BHP!

86

Butle, reduktory...

•

Stan techniczny

butli, reduktorów (manometrów!),

zaworów i węży gazowych

oraz

wyobraźnia

spawacza i jego majstra

•

potrzebne są

do zachowania bezpieczeństwa

87

Reduktor do CO

2

ostatni

Wszystkie elementy
Muszą

być

szczelne!

Reduktor (obie komory),
węże, zawory
powinny być

puste po

zakończeniu spawania

88

cdn