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.
" y
ródło ciepła - łuk elektryczny.
" Osłona jeziorka - gaz nie reagujący z metalem spawanym.
" Zakres natężenia prÄ…du - 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 z
ródło 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 korozjÄ™, aluminium, miedz
, 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 peÅ‚nego, zwykle o Å›rednicy od 0,5¸4,0 mm,
podawana jest w sposób ciÄ…gÅ‚y przez specjalny system podajÄ…cy, z prÄ™dkoÅ›ciÄ… 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 sÄ…:
" Rodzaj i natężenie prądu(prędkość podawania drutu),
" Napięcie łuku,
" Prędkość spawania,
" Rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego,
" Åšrednica 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 Å‚uk 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 z
ródeł 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 siÄ™ zmianÄ™
charakteru przenoszenia metalu w łuku i wzrasta stabilność łuku i pojawia. Równocześnie możliwe jest znaczne
ograniczenie lub całkowite wyeliminowanie rozprysku.
Podstawowymi gazami aktywnymi sÄ…: 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. WiÄ™ksze Å›rednice drutów od 1,2 mm¸4,0 mm stosowane sÄ… 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.
UrzÄ…dzenia do spawania MIG/MAG
a) zasilacze Å‚uku spawalniczego
Podstawowymi zespołami w urządzeniach do spawania elektrodami topliwymi w osłonach gazowych są zasilacze łuku
spawalniczego, dostarczajÄ…ce energiÄ™ do Å‚uku.
Jako zasilacze sÄ… 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. IstniejÄ… 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,
" y
ródło 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 z
ródle 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 sÄ…:
" 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 sÄ… 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
zÅ‚Ä…czu. Do spawania rÄ™cznego stosowane sÄ… druty lub prÄ™ty proste o Å›rednicy 0,5 ¸ 9,5 mm i o dÅ‚ugoÅ›ci 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
wyraz
nie 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.
UrzÄ…dzenia do spawania TIG
" Prostowniki tyrystorowe lub inwersyjne,
" Transformatory spawalnicze,
" y
ródła 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 z
ródeł 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.