Spawanie MIG/MAG

•

Inne nazwy- spawanie łukowe w osłonie gazowej, spawanie półautomatyczne, spawanie w osłonie CO2.

•

Sposób pracy - ręczny, z możliwością użycia mechanicznego przemieszczania prowadnika elektrody.

•

Źródło ciepła - łuk elektryczny.

•

Osłona jeziorka - gaz nie reagujący z metalem spawanym.

•

Zakres natężenia prądu - 60 ¸ 500A.

•

Moc cieplna - 1¸25kJ/s.

Zasada działania - łuk jarzy się między końcem elektrody a metalem rodzimym w linii złącza. Elektroda jest przesuwana

ze stałą prędkością za pomocą silnika o nastawnej prędkości obrotowej. Prąd zależy od prędkości podawania elektrody.

Długość łuku jest utrzymywana przez źródło prądu, a spawacz powinien prowadzić wylot prowadnika elektrody na stałej

wysokości nad jeziorkiem(zwykle kilkanaście mm). Przestrzeń łukowa i spawany metal są osłaniane gazem dobranym

odpowiednio do spawanego metalu. Gazami powszechnie używanymi są: argon, argon z dodatkiem 5% tlenu lub 20%

dwutlenku węgla albo czysty dwutlenek węgla. Typowe zastosowani - wyrób o średniej grubości łączonych elementów,

cienkie blachy.

Charakterystyka metody

Spawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonach gazowych (MIG-spawanie w osłonach gazów obojętnych, MAG-spawanie w

osłonach gazów aktywnych), jest obecnie jedną z najpowszechniej stosowanych metod spawania konstrukcji. Dokładna

osłona łuku jarzącego się między elektrodą topliwą a spawanym materiałem zapewnia, że spoina formowana jest w

bardzo korzystnych warunkach. Spawanie MIG/MAG zastosowane więc może być do wykonania wysokiej jakości połączeń

wszystkich metali, które mogą być łączone za pomocą spawania łukowego. Należą do nich stale węglowe i niskostopowe,

stale odporne na korozję, aluminium, miedź, nikiel i ich stopy. Spawanie MIG/MAG polega na stapianiu materiału

spawanego i materiału elektrody topliwej ciepłem łuku elektrycznego jarzącego się pomiędzy elektrodą topliwą i

spawanym przedmiotem, w osłonie gazu obojętnego lub aktywnego. Metal spoiny formowany jest z metalu stapiającego

się drutu elektrodowego i nadtopionych brzegów materiału spawanego. Podstawowe gazy ochronne stosowane do

spawania MIG/MAG to gazy obojętne argon, hel oraz gazy aktywne; CO2, H2, O2, N2, i NO, stosowane oddzielnie lub

tylko jako dodatki do argonu czy helu. Elektroda topliwa w postaci drutu pełnego, zwykle o średnicy od 0,5¸4,0 mm,

podawana jest w sposób ciągły przez specjalny system podający, z prędkością w zakresie od 2,5¸50 m/min. Palnik

chłodzony może być wodą lub powietrzem.

Spawanie MIG/MAG prowadzone może być prądem stałym lub przemiennym we wszystkich pozycjach. Obecnie prawie

wyłącznie stosuje się spawanie MIG/MAG prądem stałym z biegunowością dodatnią. Spawanie prowadzone jest jako

półautomatyczne zmechanizowane, automatyczne lub w sposób zrobotyzowany. Dzięki dużej uniwersalności procesu,

łatwość regulacji , spawanie MIG/MAG pozwala na wykonywanie różnorodnych konstrukcji z różnych metali i stopów w

warunkach warsztatowych i montażowych, we wszystkich pozycjach.

Parametry spawania

Podstawowymi parametrami spawania MIG/MAG są:

•

Rodzaj i natężenie prądu(prędkość podawania drutu),

•

Napięcie łuku,

•

Prędkość spawania,

•

Rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego,

•

Średnica drutu elektrodowego,

•

Długość wolnego wylotu elektrody,

•

Prędkość podawania drutu elektrodowego,

•

Pochylenie złącza lub elektrody.

a) Spawanie prądem stałym z biegunowością dodatnią jest najpowszechniej stosowanym sposobem spawania MIG/MAG.

Przy małych natężeniach prądu, elektroda stapia się w osłonie gazów obojętnych grubokroplowo bez rozprysku, natomiast

w osłonie CO2 ze znacznym rozpryskiem, nawet do kilkunastu procent. Odrywanie kropli od końca elektrody jest

utrudnione, a przenoszenie przez łuk nieosiowe.

b) Spawanie prądem stałym z biegunowością ujemną w osłonie gazów obojętnych i aktywnych umożliwia tylko spawanie

z grubokroplowym i nieosiowym przenoszeniem metalu w łuku, bez względu na wielkość natężenia prądu. Rozprysk

metalu jest znaczny, a głębokość przetopienia znacznie mniejsza niż przy biegunowości dodatniej; choć wydajność

stapiania elektrody jest nawet o 100% wyższa

c) Spawanie prądem przemiennym wymaga użycia źródeł prądu o wysokim napięciu biegu jałowego w celu zapewnienia

stabilnego jarzenia się łuku i grubokroplowego przenoszenia metalu w łuku. Gdy prąd przemienny ma biegunowość

ujemną, przenoszenie metalu jest utrudnione i występuje rozprysk, natomiast przy biegunowości dodatniej łuk jarzy się

stabilnie. Naniesienie powłoki emulsyjnej na elektrodę topliwą zapewnia, podobnie jak przy spawaniu prądem stałym z

biegunowością ujemną, stabilne i natryskowe przenoszenie metalu w łuku. Spawanie prądem przemiennym ma niewielkie

zastosowanie w przemyśle.

d) Natężenie prądu - jest ściśle powiązane ze zmianą szybkości podawania drutu, która musi być równa prędkości

stapiania drutu. Wzrost natężenia prądu powyżej wartości krytycznej, dla danej średnicy elektrody, zmniejsza wielkość

kropli, zwiększa częstotliwość ich przejścia i poprawia stabilność łuku.

Przy dużych gęstościach prądu, rzędu 600-700 A/mm2, uzyskuje się najlepsze wyniki spawania, wysoka jest wydajność

spawania dochodząca do ponad 20 kg stopiwa na godzinę. Równocześnie duża jest głębokość wtopienia, lecz spawanie

ograniczone jest tylko do pozycji podolnej i nabocznej. Przy stałym natężeniu prądu głębokość wtopienia zwiększa się

wraz z obniżeniem średnicy elektrody.

e) Napięcie łuku - ściśle zależy od składu gazu ochronnego. Wzrost napięcia łuku sprawia, że wzrasta szerokość ściegu

spoiny i obniża się głębokość wtopienia. Nadmierne napięcie łuku prowadzi do powstania rozprysku, porowatości i

podtopień lica spoiny. Zbyt niskie napięcie łuku powoduje, że spoiny są porowate i pojawiają się nacieki lica.

f) Prędkość spawania - jest parametrem wynikowym dla danego natężenia prądu i napięcia łuku, przy zachowaniu

właściwego kształtu spoiny. Gdy prędkość spawania ma być nawet nieznacznie zmieniona, należy zmienić natężenie

prądu lub napięcie łuku w celu utrzymania stałego kształtu spoiny.

Gaz ochronny

Gaz ochronny - decyduje o sprawności osłony obszaru spawania, ale i o sposobie przenoszenia metalu w łuku, prędkości

spawania i kształcie spoiny.

Gazy obojętne, argon i hel, choć doskonale chronią ciekły metal spoiny przed dostępem atmosfery, nie są odpowiednie

we wszystkich zastosowaniach spawania MIG/MAG

Przez zmieszanie w odpowiednich proporcjach helu lub argonu z gazami aktywnymi chemicznie uzyskuje się zmianę

charakteru przenoszenia metalu w łuku i wzrasta stabilność łuku i pojawia. Równocześnie możliwe jest znaczne

ograniczenie lub całkowite wyeliminowanie rozprysku.

Podstawowymi gazami aktywnymi są: CO2, O2, NO, N2, H2.

Natężenie przepływu gazu ochronnego dobrane musi być tak, aby zapewniona była stała osłona obszaru spawania, nawet

podczas przeciągów czy wiatru. Natężenie przepływu powinno ustawiać się tak, aby na jeden milimetr średnicy dyszy

gazowej przypadał 1,0 l/min.

Druty elektrodowe

a) Średnica drutu elektrodowego - decyduje o gęstości prądu, a w efekcie o głębokości wtopienia i o charakterze

przenoszenia metalu w łuku. Dla danej wartości natężenia prądu wydajność stapiania wzrasta ze zmniejszeniem się

średnicy drutu. Druty o małej średnicy, do 1,2 mm, zaleca się stosować do spawania złączy cienkich blach oraz przy

spawaniu w pozycjach przymusowych. Większe średnice drutów od 1,2 mm¸4,0 mm stosowane są w spawaniu

półautomatycznym lub automatycznym, w pozycji podolnej.

b) Długość wolnego wylotu elektrody - wpływa na intensywność podgrzania drutu na długości między końcówką prądową

a stapiającym się końcem drutu, a więc o jego temperaturze i prędkości stapiania. W związku z tym, ze wzrostem

długości wolnego wylotu elektrody , przy tym samym natężeniu prądu, znacznie wzrasta wydajność stapiania elektrody, a

więc wyższe są prędkości układania ściegów wypełniających przy spawaniu wielowarstwowym.

Urządzenia do spawania MIG/MAG

a) zasilacze łuku spawalniczego

Podstawowymi zespołami w urządzeniach do spawania elektrodami topliwymi w osłonach gazowych są zasilacze łuku

spawalniczego, dostarczające energię do łuku.

Jako zasilacze są stosowane prostowniki:

•

diodowe,

•

tyrystorowe,

•

inwersyjne.

b) podajniki drutu elektrodowego

Drugim ważnym zespołem stosowanym w urządzeniach do spawania elektrodą topliwą w osłonach gazowych jest podajnik

drutu elektrodowego. Istnieją dwa sposoby podawania drutu elektrodowego: klasyczny (stosowany od dawana) za

pomocą rolek napędzanych poprzez przekładnię klasyczną oraz nowszy z przekładnią planetarną. Podajnik drutu

elektrodowego składa się z silnika napędowego, przekładni mechanicznej, rolek napędzających drut, szpuli z drutem oraz

układu sterowania.

c) uchwyty spawalnicze

Uchwyty spawalnicze są wykonywane w dwóch odmianach: fajkowe- chłodzone naturalnie lub wodą oraz pistoletowe-

wyposażone w zespół napędowy elektrody typu "ciągnij", chłodzone wodą. Uchwyty powinny być łatwe i wygodne w

użyciu, a ich masa nie powinna przekraczać 0,4 kg. Do zapewnienia dobrego przepływu prądu do ruchomej elektrody w

postaci drutu służy rurka kontaktowa, której otwór musi być dopasowany do średnicy tego drutu. Uchwyt spawalniczy

jest połączony z podajnikiem za pomocą przewodu giętkiego. W przypadku uchwytów chłodzonych wodą przewód ten

składa się z powłoki ochronnej, węża doprowadzającego gaz, przewodu prądowo wodnego, węża doprowadzającego

wodę, węża z wkładką wewnętrzną do transportu elektrody drutowej oraz żył sterujących.

Spawanie TIG

•

Sposób pracy-ręczny,

•

Źródło ciepła-łuk elektryczny,

•

Osłona jeziorka-gaz obojętny,

•

Zakres natężenia prądu-10-300A

Zasada działania-łuk jarzy się między końcem elektrody wolframowej a metalem rodzimym złącza. Elektroda się nie

stapia, ,a spawacz utrzymuje stałą długość łuku. Wartość natężenia prądu jest nastawiana na źródle prądu. Spoiwo

zwykle jest dostępne w postaci drutu o długości 1m. Doprowadza się je w miarę potrzeby do przedniego brzegu jeziorka.

Jeziorko jest osłaniane przez gaz obojętny wypierający powietrze z obszaru łuku. Jako gaz ochronny najczęściej

stosowany jest argon.

Charakterystyka metody

Obecnie spawanie TIG jest jednym z podstawowych procesów wytwarzania konstrukcji, zwłaszcza ze stali

wysokostopowych, stali specjalnych, stopów niklu, aluminium, magnezu, tytanu i innych. Spawać można w szerokim

zakresie grubości złączy, od dziesiętnych części mm do nawet kilkuset mm. Spawanie TIG prowadzone może być prądem

stałym lub przemiennym.

Urządzenia do spawania TIG są tanie i łatwe w obsłudze. W procesie spawania łukowego elektrodą nietopliwą w osłonie

gazowej, połączenie spawane uzyskuje się przez stopienie metalu spawanych przedmiotów i materiału dodatkowego

ciepłem łuku elektrycznego jarzącego się pomiędzy nietopliwą elektrodą i spawanym przedmiotem w osłonie gazu

obojętnego lub redukcyjnego. Jest to "najczystszy" z wszystkich procesów spawania łukowego, porównywany z

metalurgicznego punktu widzenia do mikroodlewania łukowego w osłonach gazowych. Elektroda nietopliwa wykonana jest

z wolframu i zamocowana jest w specjalnym uchwycie palnika, umożliwiającym regulację położenia elektrody i jej

wymianę. Koniec elektrody wystaje poza dyszę gazową od kilku do nawet kilkudziesięciu milimetrów, w zależności od

warunków technologicznych spawania. Powłoka gazu ochronnego, podawana przez dyszę palnika wokół elektrody

nietopliwej, chłodzi elektrodę i chroni ciekły metal spoiny i nagrzaną strefę spawania łączonych przedmiotów przed

dostępem gazów z atmosfery. Jeziorko ciekłego metalu tworzone jest bez udziału topnika, niema więc wtrąceń

niemetalicznych w spoinie i na jej powierzchni, a stopienie materiału rodzimego i dodatkowego odbywa się bez istotnych

zmian w składzie chemicznym. Równocześnie nie ma rozprysku metalu, typowego dla innych procesów spawania

łukowego, a możliwości podawania z zewnątrz łuku materiału dodatkowego, pozwala na niezależne sterowanie energią

liniową łuku i ilością podawanego do obszaru spawania materiału dodatkowego. Przepływ prądu w łuku odbywa się w

zjonizowanym gazie, a głównymi nośnikami prądu są elektrony wybite z atomów gazu ochronnego. Zajarzenie łuku

odbywa się przez krótkotrwałe zwarcie elektrody nietopliwej z przedmiotem lub specjalną płytką startową i szybkie jej

cofnięcie. Drugim sposobem jest zastosowanie łuku pomocniczego między elektrodą a spawanym przedmiotem,

utworzonego w wyniku przepływu prądu o małym natężeniu i wysokiej częstotliwości oraz wysokim napięciu.

Parametry spawania

Podstawowymi parametrami spawania TIG są:

•

Rodzaj i natężenie prądu,

•

Napięcie łuku,

•

Prędkość spawania,

•

Rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego,

•

Rodzaj materiału i średnica elektrody nietopliwej,

•

Średnica (wymiary) materiału dodatkowego.

Spawanie TIG przeprowadzone może być prądem stałym oraz prądem przemiennym.

a) Spawanie prądem stałym -przebiegać może z biegunowością dodatnią lub ujemną. Gdy elektroda podłączona jest do

bieguna dodatniego (biegunowość dodatnia). Aby przenieść natężenie prądu z biegunowością dodatnią, elektroda musi

mieć znacznie większą średnicę niż przy podłączeniu do bieguna ujemnego. Stosowane jest przy spawaniu w osłonie

argonu lub helu prawie wszystkich metali i stopów z wyjątkiem cienkich blach z aluminium i jego stopów.

b) Spawanie prądem przemiennym -pozwala na wykorzystanie zalety spawania prądem stałym z biegunowością dodatnią

(zjawisko rozpylania powierzchniowej warstwy tlenków) bez specjalnych ograniczeń prądowych, wymaganych przy

spawaniu prądem stałym z biegunowością dodatnią. Gorsza jest jednak stabilność łuku.

c) Natężenie prądu - decyduje o głębokości wtopienia i szerokości spoiny, ale z drugiej strony oddziałuje na temperaturę

końca elektrody nietopliwej. Wzrost natężenia prądu spawania zwiększa głębokość wtopienia i umożliwia zwiększenie

prędkości spawania. Nadmierne natężenie prądu powoduje, że koniec elektrody wolframowej ulega nadtopieniu i pojawia

się niebezpieczeństwo powstania wtrąceń metalicznych w spoinie.

d) Napięcie łuku - decyduje w zależności od rodzaju gazu ochronnego o długości łuku oraz o kształcie spoiny i ściśle

zależy od zastosowanego natężenia prądu oraz rodzaju materiału elektrody. Wzrost napięcia łuku zwiększa szerokość lica

spoiny, maleje przy tym głębokość wtopienia i pogarszają się warunki osłony łuku i ciekłego metalu spoiny. Argon ma

niski potencjał jonizacyjny -15,7 V, łuk jarzy się więc bardzo stabilnie

e) Prędkość spawania - przy stałym natężeniu prądu i napięciu łuku, decyduje o energii liniowej spawania, a więc ilości

wprowadzanego ciepła do obszaru złącza. Przez zmianę prędkości spawania regulować można nie tylko przemiany

strukturalne w złączu, ale wielkość i rozkład naprężeń i odkształceń spawalniczych. Prędkość spawania wpływa

równocześnie na głębokość przetopienia i szerokość spoiny parametr ten jest również ważny z uwagi na koszt procesu

spawania. W przypadku spawania ręcznego TIG prędkość spawania jest parametrem wynikowym, zależnym od

umiejętności operatora oraz wymaganego kształtu ściegu spoiny, przy danym natężeniu prądu i napięciu łuku.

Podstawowe gazy ochronne

Gazy ochronne do spawania TIG, to gazy obojętne Ar i He lub ich mieszanki z ewentualnym dodatkiem H2 (tab.2).

niekiedy do gazu obojętnego dodawany jest azot, którego zadaniem jest podwyższenie temperatury łuku i umożliwienie

dzięki temu spawania z dużymi prędkościami miedzi i jej stopów, często bez podgrzania wstępnego. Inne reaktywne gazy

ochronne, jak np. CO2, powodują szybkie zużycie elektrody lub niestabilne jarzenie się łuku. W żadnym wypadku nie

należy stosować dodatku CO2 lub O2 do argonu lub helu, gdyż powoduje to bardzo szybkie zużycie drogiej elektrody

nietopliwej.

a) Własności fizyczne gazów ochronnych. Gaz ochronny ma za zadanie nie tylko osłaniać elektrodę nietopliwą i obszar

spawania przed dostępem atmosfery, ale decyduje również o energii liniowej spawania(napięcie łuku) ,kształcie spoiny i

nawet składzie chemicznym stopiwa.

Podstawowymi własnościami fizycznymi gazów ochronnych, decydującymi o ich wpływie na proces spawania TIG, są:

•

potencjał jonizacji

•

przewodnictwo cieplne

•

ciężar właściwy

•

punkt rosy

•

dysocjacja i rekombinacja gazu

•

Potencjał jonizacji gazu ochronnego decyduje o łatwości zajarzenia łuku, przewodzeniu prądu przez

łuk(oporności łuku) i o napięciu łuku.

•

Przewodnictwo cieplne gazu ochronnego decyduje o kształcie ściegu spoiny.

•

Ciężar właściwy gazu decyduje o stopniu ochrony jeziorka spawalniczego.

•

Punkt rosy gazu ochronnego - określa koncentracje wody w gazie. Im niższy jest punkt rosy, tym niższa jest

zawartość wody, a przez to mniejsze niebezpieczeństwo tworzenia się pęcherzy gazowych w spoinie.

Elektrody nietopliwe.

Elektrody nietopliwe do spawania TIG są podstawowym elementem obwodu spawania i od ich cech eksploatacyjnych

zależy w dużym stopniu jakość spawania oraz ekonomiczność procesu. Cechy te to łatwość zajarzenia łuku i stabilność

jarzenia się łuku, trwałość oraz szybkość zużycia elektrody. Elektrody nietopliwe wytwarzane są z czystego wolframu lub

ze stopów wolframu.

Materiał dodatkowy

Materiał dodatkowy do spawania TIG może mieć postać drutu, pałeczki, taśmy lub wkładki stapianej bezpośrednio w

złączu. Do spawania ręcznego stosowane są druty lub pręty proste o średnicy 0,5 ¸ 9,5 mm i o długości 500-1000mm.

Jako materiały dodatkowe do spawania TIG w większości przypadków stosowane są materiały o tym samym składzie

chemicznym, co spawany materiał. W niektórych przypadkach konieczne jest zastosowanie materiału dodatkowego o

wyraźnie różnym składzie chemicznym od spawanego materiału. I tak np. do spawania stali odpornych na korozję typu

9% Ni stosuje się stopy niklu; mosiądze spawa się brązami aluminiowymi, fosforowymi lub krzemowymi. Zazwyczaj dąży

się jednak do tego, aby materiał dodatkowy miał lepsze własności niż materiał spawany.

Urządzenia do spawania TIG

•

Prostowniki tyrystorowe lub inwersyjne,

•

Transformatory spawalnicze,

•

Źródła zasilania stosowane powszechnie do spawania elektrodami otulonymi są stosowane do spawania TIG po

wyposażeniu stanowiska spawalniczego w dodatkowe zespoły.(rys 9). Poza składanymi stanowiskami używa się

też źródeł zasilania wyposażonych we wszystkie zespoły, spełniające funkcje pomocnicze montowane we

wspólnej obudowie. Takie urządzenia są przeznaczone tylko do spawania metodą TIG.

Proces spawania metodą TIG jest sterowany za pomocą złożonych układów montowanych w tzw. przystawce do zasilacza

lub razem z zasilaczem w jednej obudowie.