Data: 11.04.1997	LABORATORIUM S P A W A L N I C T W A	Ocena:
Marcin Filipiak gr. 21M	Temat: Spawanie łukowe w osłonie gazowej.	Podpis:

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z metodą spawania łukiem w osłonie gazowej.

2. Teoria.

Gazy wytwarzane przez otulinę mają zbyt małe ciśnienie, aby osłonić topiony metal od silnych prądów powietrza, powstających drogą naturalną wskutek ogromnej różnicy temperatury między łukiem a otaczającą atmosferą. Dlatego też powstały metody spawania łukiem osłanianym od dostępu powietrza przez strumień gazu o ciśnieniu znacznie większym od atmosferycznego. Praktyczne zastosowanie znalazły: gazy obojętne - argon i hel, dwutlenek węgla oraz wodór.

MAG (Metal Active Gas) to metoda spawania w strumieniu dwutlenku węgla. Stosuje się ją wyłącznie do stali węglowych. Osłona gazowa pozwala na obciążanie elektrody bardzo wysokim natężeniem (100 do 400A), dlatego jako spoiwo stosuje się cienkie druty o średnicy 0,8; 1,2; 1,6; 2,0; 2,4 mm. Ponieważ drut topi się bardzo szybko, posuw drutu jest znaczny i wynosi od 100 do 700 m/h. Drut podawany jest ze stałą szybkością niezależną od napięcia, źródłem prądu jest prostownik o płaskiej charakterystyce. Zanieczyszczenia CO₂ nie powinny przekraczać 2%, musi on być również dobrze osuszony z wody. Podczas spawania gaz przepływa przez podgrzewany elektrycznie reduktor pod ciśnieniem od 1 do 1,5 atm. (8 do 20 l/min - zależnie od grubości drutu). Łuk w osłonie CO₂ charakteryzuje się głębokim wtopem, można więc spawać bez ukosowania i grube elementy. Ponieważ CO₂ ulega w łuku częściowemu rozkładowi na CO i O₂ na elektrody stosuje się spoiwo o dużej zawartości krzemu i manganu (0,6% Si i 0,9% Mn), co przeciwdziała utlenianiu metalu spoiny. W metodzie tej elektroda połączona jest z biegunem ujemnym.

MIG (Metal Inert Gas) to metoda spawania w osłonie gazów obojętnych (argon i hel), która jest jakby dopełnieniem metody MAG, gdyż stosuje się ją do stali wysokostopowych i metali nieżelaznych (aluminium, miedź). Osłona z gazów obojętnych chroni łuk od dostępu powietrza i podwyższa jego temperaturę. Metale i stopy nieżelazne spawa się bez topników, używając gołego drutu jako spoiwa. Można więc spawać: aluminium i jego stopy, stale nierdzewne, kwaso- i żaroodporne oraz inne stale stopowe, magnez i jego stopy, miedź i brązy, tytan i inne. Zużycie gazu, zależnie od jeziorka topionego metalu, wynosi 15 do 25 l/min. Do spawania Al i stopów lekkich stosuje się argon o czystości 99,99%, stali stopowych i metali nieżelaznych ciężkich dodaje się 1 do 3% tlenu lub stosuje się argon o czystości 97% (reszta tlen). Charakterystyczną cechą metody MIG jest stosowanie drutu o małej średnicy, który przy wielokrotnie wyższych natężeniach prądu niż przy spawaniu łukiem zwykłym, topi się z dużą szybkością. Dzięki wysokiej gęstości prądu łuk wtapia się w metal rodzimy na znaczną głębokość, tak że rowek spoiny może być bardzo wąski. Przy spawaniu metali ciężkich o grubości conajmniej 3mm stosujemy drut o grubości: 0,8; 1,2; 1,6; 2,4mm, natężenie prądu 120 do 400 A i biegunowość dodatnią. W łuku metal przenoszony jest w postaci drobnego deszczu - jest to przenoszenie natryskowe. Do spawania materiałów o grubości poniżej 3mm stosuje się drut o średnicy 0,8 i 1,2mm oraz natężenie prądu dostatecznie niskie, aby otrzymać kroplowe przenoszenie metalu przez łuk. Metoda ta nie nadaje się do stosowania na powietrzu przy silnym wietrze.

Przykładowe parametry spawania metodą MIG

grubość [mm]	kształt spoiny	liczba warstw	natężenie prądu poziome pionowe sufitowe			średnica drutu	zużycie argonu [l/m]
4	czołowa pachwinowa	1 1	150-170 150-170	140-155 140-160	130-155 150	1,6 1,6	20 20	23 23	23 23
6	czołowa pachwinowa	1 1	210-240 210-250	160-180 160-180	160-180 160-200	2,4 2,4	23 23	25 25	25 25
8	czołowa	1	250-280	220	220	2,4	23	25	25
12	czołowa pachwinowa	2 2	310-350 310-350	200-215 250-265	220 220	2,4 2,4	25 25	25 25	25 25

TIG (Tungsten Inert Gas) to metoda spawania łukiem jarzącym się między elektrodą wolframową osłoniętą strumieniem gazu obojętnego a przedmiotem. Spawanie odbywa się bez dodawania spoiwa (cienkie elementy) lub z dodawaniem spoiwa topionego w łuku jednocześnie z metalem rodzimym. Elektrody wolframowe wytwarzane są z czystego, sproszkowanego wolframu poprzez spiekanie go w atmosferze wodoru. Stosuje się również domieszki dwutlenku toru (ThO₂) - 1 do 2%, co zwiększa obciążalność elektrody o 25% oraz jej zużycie aż o około 50%. Jeżeli elektroda ma biegunowość ujemną, jest ona źródłem emisji elektronów i jonizacji gazu, jej temperatura wynosi około 3300^OC a łuk ma napięcie od 9 do 14V. Natomiast gdy elektroda ma biegunowość dodatnią, ulega ona szybkiemu zniszczeniu gdyż bombardowana jest strumieniem elektronów z przedmiotu. Przy takiej polaryzacji napięcie łuku wzrasta o 3 do 7V w stosunku do poprzedniego przypadku. Przy spawaniu metali ciężkich stosuje się prąd stały (natężenie zależy od średnicy elektrody) i elektrodę torowaną o biegunowości ujemnej.

Natężenie prądu w [A] zależne od średnicy elektrody

Φ [mm]	1	1,5	2	2,5	3	4	5
Prąd [A]	10 - 80	50 - 140	120 - 200	150 - 250	220 - 350	380 - 500	500 - 800

Przy spawaniu metali lekkich bierze się pod uwagę fakt, że metale te są pokryte warstewką tlenków i nie można ich spawać gdy elektroda jest spolaryzowana ujemnie. Natomiast kiedy elektroda ma biegunowość dodatnią, emisja katodowa metalu spawanego rozpyla błonkę tlenków i spawanie jest możliwe. Do takiego spawania stosowany jest prąd przemienny gdyż przy prądzie stałym elektroda szybko ulega zniszczeniu. W czasie, gdy elektroda jest anodą, następuje rozpylenie katodowe tlenków, a zmiana biegunowości zapobiega przedwczesnemu zużywaniu się elektrody.

Spawanie plazmowe to spawanie atmosferą gazową zjonizowaną o wysokiej temperaturze, złożoną z jonów dodatnich i elektronów, stanowiącą tę część słupka łuku elektrycznego, która przewodzi prąd. Przez zawężenie łuku otrzymuje się skoncentrowany strumień plazmy o znacznie wyższej temperaturze niż temperatura łuku jarzącego się swobodnie w powietrzu lub w osłonach gazowych. Ten metoda spawania jest bardzo podobna do spawania elektrodą wolframową w osłonie z argonu (metoda TIG). W obu metodach łuk jarzy się w osłonie z argonu, ale przy spawaniu plazmowym elektroda jest wewnątrz dyszy, przez którą przepływa argon, a na zewnątrz wypływa strumień argonu w postaci plazmy, której temperatura jest przynajmniej 2 razy wyższa niż łuku TIG. Elektroda z wolframu jest połączona z biegunem ujemnym źródła prądu - z biegunem dodatnim może być połączona albo dysza palnika-łuk wewnętrzny, albo przedmiot spawany-łuk zewnętrzny. Dysza jest nie tylko anodą przy łuku wewnętrznym, lecz pełni także rolę anody przy każdorazowym zajarzaniu łuku, które osiąga się za pomocą impulsów wysokiej częstotliwości i wysokiego napięcia z oddzielnego źródła prądu (jonizatora). Temperatura w centrum strumienia plazmy u wylotu dyszy wynosi od 8000 - 25000K.

---