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 MIG/MAG (ang. Metal Inert Gas / Metal Active Gas) – spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazów obojętnych (MIG) lub aktywnych (MAG). Jako gazy ochronne najczęściej stosuje się argon, hel oraz mieszaniny tych gazów. Natomiast jako gazy aktywne – dwutlenek węgla lub jego mieszaninę z argonem.

W metodzie MIG/MAG łuk elektryczny jarzy się między spawanym materiałem a elektrodą w postaci drutu. Łuk i jeziorko ciekłego metalu są chronione strumieniem gazu obojętnego lub aktywnego. Metoda nadaje się do spawania większości materiałów,dobierając druty elektrodowe odpowiednie dla różnych metali.

Parametry spawania [edytuj]

natężenie prądu: 60–500 A[1]

moc cieplna: 1,25 kW[1]

napięcie elektryczne: 18–28 V

prędkość spawania 0,2–0,5 m/min

średnica drutu spawalniczego: zazwyczaj 0,5-4,0 mm[1]

natężenie przepływu gazu ochronnego 12–30 l/min

Zastosowanie metody [edytuj]

w liniach technologicznych i pracach montażowych

do spawania automatycznego i półautomatycznego

Zalety metody [edytuj]

dobra jakość spoin

duża wydajność

możliwość zrobotyzowania metody

możliwość spawania elementów o szerokim zakresie grubości

możliwość spawania we wszystkich pozycjach

Wady metody [edytuj]

przeznaczona jest wyłącznie do spawania stali niestopowych (MAG)

w czasie spawania przy osłonie dwutlenku węgla występuje duży rozprysk metalu (MAG)

konieczność stosowania osłony przed wiatrem w czasie spawania na przestrzeni otwartej

W skład stanowiska do spawania metodą MIG/MAG wchodzi:

źródło prądu wraz z układem sterowania. Popularne nazwy to: półautomat spawalniczy, migomat.

podajnik drutu - może być wbudowany w źródło prądu lub umieszczony na zewnątrz,

przewód zespolony - łączy podajnik drutu ze źródłem prądu - niezbędny tylko wówczas, gdy podajnik jest na zewnątrz źródła prądu,

wielofunkcyjny przewód z uchwytem MIG/MAG doprowadzający prąd spawania do drutu, gaz osłonowy, sterowanie oraz opcjonalnie układ chłodzenia,

przewód masowy z zaciskiem łączący spawany przedmiot ze źródłem prądu,

źródło gazu osłonowego - butla z gazem,

opcjonalnie - układ wodnego chłodzenia uchwytu - chłodnica cieczy.

Jak spawać półautomatem spawalniczym (migomatem) - podstawowe informacje

Przed przystąpieniem do spawania migomatem należy dobrać podstawowe parametry spawania opisane niżej.

Zajarzenie łuku następuje po naciśnięciu przycisku na uchwycie spawalniczym. Zajarzenie ma charakter kontaktowy. Wysuwający się drut z zadaną prędkością stapia się i dzięki zjawisku samoregulacji długość łuku pozostaje w przybliżeniu stała. Po rozpoczęciu spawania należy uchwyt spawalniczy przemieszczać równomiernie wzdłuż spoiny. Należy obserwować kształt spoiny, utrzymywać stałą pozycję oraz odległość uchwytu od spawanego elementu. Spawacz przez cały czas powinien koncentrować się na tworzeniu prawidłowej spoiny. Chwila nieuwagi zwiększa ryzyko powstania błędów. Należy wówczas przerwać spawanie, a następnie je wznowić.

Podstawowe parametry procesu spawania metodą MIG/MAG

Rodzaj i biegunowość prądu spawania - w metodzie MIG/MAG stosuje się prąd stały o biegunowości dodatniej, co powoduje intensywne stapianie drutu spawalniczego.

Półautomaty spawalnicze wyższej klasy umożliwiają spawanie prądem pulsującym, a nawet prądem o podwójnej pulsacji. Między drutem a spoiną jarzy się wówczas łuk o małej mocy, zasilany prądem podstawowym (bazowym), przerywany impulsami o bardzo wysokim natężeniu prądu. Wszystkie parametry są tak dobrane, aby w czasie niskiego prądu następowało uformowanie jednej kropli ciekłego metalu na końcu drutu, a następnie jej bezzwarciowe przeniesienie w sposób natryskowy do spoiny w czasie wysokiego impulsu. Pierwotnie spawanie prądem pulsującym było wykorzystywanie do spawania aluminium oraz stali nierdzewnych. Największą korzyścią spawania prądem pulsującym jest spoina wolna od odprysków o prawidłowym przekroju bez porowatości. W przypadku związków niklu oraz innych trudnospawalnych materiałów, ułatwia to również pracę spawacza.

Natężenie i napięcie łuku - półautomaty spawalnicze mają płaskie charakterystyki napięciowe źródła prądu, przez co parametrem bezpośrednio regulowanym jest napięcie łuku. Natężenie prądu spawania jest natomiast uzależnione od wartości nastawionego napięcia, ale także od szybkości podawania drutu i jego średnicy. Wartość napięcia może być regulowana w migomatach skokowo lub płynnie. Wyższa wartość napięcia to dłuższy łuk, co powoduje mniejszą głębokość wtopienia i szersze lico spoiny. Zbyt duże napięcie zwiększa rozprysk, porowatość, ryzyko podtopień i przyklejeń. Zbyt małe napięcie może spowodować niestabilność procesu.

Prędkość podawania drutu - to drugi obok napięcia łuku podstawowy parametr nastawiany podczas spawania półautomatem. Przy danej wartości napięcia łuku należy tak nastawić prędkość podawania drutu aby jego stapianie miało stabilny przebieg.

Rodzaj i średnica drutu - rodzaj drutu dobiera się w zależności od spawanego materiału. Drut spawalniczy występuje w średnicach: 0,6mm, 0,8mm, 1,0mm, 1,2mm, 1,6mm i dobiera się w zależności od grubości spawanego elementu i pozycji spawania. Istotna jest gęstość prądu płynącego przez drut spawalniczy. Im mniejsza średnica tym większa gęstość i większa głębokość wtopienia. Gęstość prądu ma również wpływ na charakter przenoszenia metalu w łuku spawalniczym.

Rodzaj i natężenie przepływu gazu osłonowego - rodzaj gazu osłonowego ma bardzo duży wpływ na przebieg procesu spawania. Stale niestopowe i niskostopowe spawa się głównie w osłonie mieszanek aktywnych na bazie argonu z dodatkiem CO2 lub CO2 i O2 co daje lepszą jakość spoin i wydajność niż przy użyciu samego CO2, który to gaz zaleca się używać tylko do stali niskowęglowych.

W osłonie gazów obojętnych takich jak argon, hel i ich mieszanki można spawać wszystkie metale, ale praktycznie używa się ich do spawania metali podatnych na utlenianie, takich jak Al, Mg, Cu, Ti, Zr i ich stopów.

Stale wysokostopowe również można spawać w samych gazach obojętnych, ale proces przebiega korzystniej w mieszance argonu z dodatkiem 1÷3% O2 lub 2÷4% CO2.

Natężenie przepływu gazu osłonowego powinno być tak dobrane, aby zapewnić skuteczną osłonę łuku spawalniczego i jeziorka, nawet w przypadku niewielkich przeciągów powietrza. Orientacyjnie można przyjąć zasadę, aby natężenie przepływu wynosiło 1,0 litr/min. na każdy milimetr średnicy dyszy gazowej.

Wolny wylot - czyli długość wysunięcia drutu mierzona jako odległość od topiącego się końca drutu do końcówki prądowej. Wolny wylot drutu spawacz reguluje wysokością trzymania uchwytu nad spawanym przedmiotem. Długość wysunięcia drutu 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 spawania. Zbyt duża wartość wysunięcia drutu zaburza stabilność łuku, aż do powstania tzw. "strzelania" i zwiększonego rozprysku. Za krótki wolny wylot prowadzi do jarzenia łuku zbyt blisko końcówki prądowej i może prowadzić do przyklejenia się drutu i zniszczenia końcówki.

Długość wolnego wylotu jest uzależniona m.in. od rodzaju i średnicy drutu, natężenia prądu i napięcia łuku. Przykładowo podczas spawania metodą MAG łukiem zwarciowym optymalna długość wynosi 6÷15mm, a przy łuku natryskowym 18÷25mm.

Prędkość spawania - to szybkość przemieszczania końca drutu z jarzącym się łukiem. Prędkość 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 prędkość podawania drutu lub napięcie łuku w celu utrzymania stałego kształtu spoiny. Prędkość spawania ręcznego zwykle mieści się w zakresie 0,25÷1,3 m/min.

Pochylenie uchwytu - pochylenie uchwytu zależy m.in. od rodzaju złącza i spoiny oraz pozycji spawania. Pochylenie decyduje o głębokości wtopienia oraz szerokości i kształcie lica spoiny. Pochylenie uchwytu w kierunku zgodnym z kierunkiem spawania daje większą głębokość wtopienia przy mniejszej szerokości spoiny. Pochylenie w kierunku przeciwnym zmniejsza głębokość wtopienia a lico spoiny jest wyższe i szersze, co pozwala na spawanie cieńszych materiałów.

Sposób przepływu ciekłego metalu z topiącego się drutu do jeziorka w procesie spawania MIG/MAG ma wpływ na jego stabilność, wielkość rozprysku, możliwość spawania w określonych pozycjach, kształt spoiny, głębokość wtopienia i na wydajność spawania.

W zależności od nastawionych parametrów spawania: natężenia prądu, napięcia łuku oraz od składu gazu osłonowego można w uproszczeniu wyodrębnić przepływ ciekłego metalu jako zwarciowy, natryskowy i mieszany.

Przy małym natężeniu prądu spawania i niskim napięciu łuk jest krótki, a tworzące się na końcu elektrody krople są duże i co pewien czas powodują zwarcia obwodu spawania. Powstały w ten sposób łuk zwarciowy posiada małą energię i nadaje się do spawania elementów cienkich we wszystkich pozycjach oraz elementów grubszych w pozycjach przymusowych. Łuk zwarciowy zapewnia dobre wtopienie i niewielki rozprysk ale niezbyt równe lico spoiny.

Zwiększanie tylko napięcia, a więc wydłużanie łuku powoduje tzw. przelot grubokroplowy, bezzwarciowy, charakteryzujący się mniejszą stabilnością, większym rozpryskiem i nierównym licem.

Równoczesne zwiększanie natężenia prądu i napięcia łuku wywołuje przepływ mieszany, który jest bardzo niekorzystny - niestabilny, o dużym rozprysku i bardzo nierównomiernym licu.

Dalsze zwiększanie natężenia prądu i napięcia łuku inicjuje strumieniowy przepływ w łuku dużej liczby drobnych kropelek, zwany przepływem natryskowym. Spawanie łukiem natryskowym zapewnia dużą wydajność, wzrasta głębokość wtopienia spoiny, maleje ilość odprysków a lico spoiny staje się gładkie. Z uwagi na dużą energię spawania i objętość jeziorka, łukiem natryskowym można spawać tylko w pozycji podolnej. Warunkiem pojawienia się przypływu natryskowego jest również odpowiedni skład gazu osłonowego. Łuk natryskowy nie występuje, gdy osłoną jest sam CO2 lub jego udział w mieszance przekracza 20%.