1
Spawanie łukowe w osłonie
gazów ochronnych
cz1
1
Spawanie łukowe w osłonie
gazów ochronnych
cz1
2
Klasyfikacja procesów spawalniczych
1
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
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
•
M21
–rodzaj gazu osłonowego
•
(3)
–
liczba charakteryzująca ilość
helu, jeśli występuje w
•
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
•
74
Np. gaz PN-EN 439 –
M24
•
Oznacza mieszankę
z
10% CO
2
oraz
3% O
2
i resztę
Ar
•
•
A jeśli dodamy do niego 25% helu to oznaczymy ją
•
M24 (1)
•
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
Wszystkie elementy
Muszą
być
szczelne!
Reduktor (obie komory),
węże, zawory
powinny być
puste po
zakończeniu spawania
88
cdn
