SPAWANIE W OSŁONIE GAZU:

OBOJĘTNEGO

MIG - METAL INERT GAS

I

AKTYWNEGO

MAG - METAL ACTIVE GAS

 

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.

 

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

Metoda MIG/MAG jest z samej swojej natury o wiele bardziej wydajna niż metoda spawania ręcznego elektrodami otulonymi, w której występują przerwy w procesie, gdy jest wymieniana zużyta elektroda. Dodatkowo występują także straty materiałowe, gdyż ogarki elektrod są wyrzucane. Z każdego kilograma elektrod otulonych około 65% staje się częścią złącza (reszta jest odrzucana). Wskutek wprowadzenia drutów pełnych i drutów rdzeniowych współczynnik ten został zwiększony do 80-95%. Metoda MIG/MAG jest metodą uniwersalną pozwalającą uzyskiwać stopiwo z bardzo dużą szybkością i we wszystkich pozycjach. Jest szeroko stosowana do spawania cienkich i średnich elementów stalowych oraz do spawania stopów aluminium, zwłaszcza gdy jest wymagana duża wydajność spawania ręcznego. Wprowadzane druty rdzeniowe coraz częściej są wykorzystywane do spawania dużych konstrukcji stalowych.

 

Spawanie odbywa się w osłonie gazu za pomocą elektrody topliwej. Drut podawany jest za pomocą podajnika przez końcówkę prądową do miejsca spawania. Drut przechodzi przez dyszę, do której doprowadzany jest gaz osłonowy. Gaz wypływając z dyszy zabezpiecza przestrzeń łuku przed dostępem powietrza. Drut elektrodowy stapiając się tworzy materiał dodatkowy, z którego łącznie z ciekłym metalem  nadtopionych brzegów spawanych elementów powstaje spoina.

 

Gazy stosowane do osłony łuku:

 

CO₂, O₂ - aktywne

Ar, He - obojętne (w europie stosuje się Argon, a w USA Hel)

 

Maszyna spawalnicza składa się z czterech obwodów:

 

- obwód prądowy

- obwód podający drut

- obwód gazowy

- obwód sterowania (regulacji)

 

Druty elektrodowe lite:

 

Muszą zawierać pierwiastki o dużym powinowactwie do tlenu, takie jak: Mn, Si, Al, Ti

 

Do metody MIG/MAG stosuje się druty o średnicy: 0.8; 1.0; 1.2 mm zwinięte w szpulach, które zakłada się do podajnika. Drut powinien być podawany z jednakową prędkością i mieć ciągły kontakt z biegunem źródła prądu. Powierzchnia drutu powinna być pomiedziowana i czysta. Drut powinien mieć odpowiednią sztywność (twardy, ciągniony), nie może być pogięty lub załamany.

 

Druty proszkowe:

 

Zbudowane z cienkiej rurki wypełnionej topnikiem i pierwiastkami stopowymi. Średnica zewnętrzna wynosi 0.9 - 3.2 mm. Oprócz dodatków stopowych i odtleniaczy, topnik może wytwarzać żużel, który ułatwia formowanie przekroju spoiny. Druty proszkowe można stosować do różnych gatunków stali. Zawiera on sproszkowane żelazo i inne składniki ułatwiające jarzenie się łuku.

 

Gazy ochronne:

 

Zabezpieczają metal oraz przestrzeń łuku przed dostępem otaczającego powietrza.

 

STALE KONSTRUKCYJNE :

 

Argon, Hel - stabilizują łuk i przyczyniają się do głębszego wtopienia

CO₂ - stabilizuje łuk elektryczny, tlen wypala Mangan, mangan zwiększa granicę plastyczności

Argon + CO₂ - 80% Ar i 20 % CO₂

 

STALE DUPLEX :

 

są to stale nierdzewne (odporne na korozję) zawartość Argonu > 90%

 

Przy spawaniu drutami proszkowymi stosuje sie 100% CO₂.

 

Spawanie łukiem pulsującym:

małe natężenie daje dużą średnicę kropli

duże natężenie daje małą średnicę kropli

 

WYDAJNOŚĆ :

 

MMA - 1.5 kG stopiwa / h - spawanie ręczne

MIG/MAG - 5 kG stopiwa / h - spawanie półautomatyczne

 

CENA ZA 1 KG STOPIWA

 

Elektroda EB - 27.28 zł

Półautomat CO₂ 100% - 14.09 zł

Półautomat Ar - CO₂ - 11.40 zł

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

Gaz ochronny	Działanie chemiczne	Spawane metale
Ar	obojętny	Zasadniczo wszystkie metale poza stalami węglowymi.
He	obojętny	Al., Cu, stopy Cu, stopy Mg, zapewniona duża energia liniowa spawania.
Ar+20-80% He	obojętny	Al., Cu, stopy Cu, Mg, zapewnione duże energie liniowe spawania, mała przewodność cieplna gazu.
N2	redukujący	Spawanie miedzi z dużą energią liniową.
Ar+20-25% N2	redukujący	Spawanie miedzi z dużą energią liniową łuku, lepsze jarzenie się łuku niż w osłonie 100% N2.
Ar+1-2% O2	słabo utleniający	Zalecana głównie do spawania stali odpornych na korozję i stali stopowych.
Ar+3-5% O2	utleniający	Zalecana do spawania stali węglowych i niskostopowych.
CO2	utleniający	Zalecana wyłącznie do spawania stali niskowęglowych.
Ar+20-50% CO2	utleniający	Zalecana wyłącznie do spawania stali węglowych i niskostopowych.
Ar+10% CO2+5% O2	utleniający	Zalecana wyłącznie do spawania stali węglowych i niskostopowych.
CO2+20% O2	utleniający	Zalecana wyłącznie do spawania stali niskowęglowych i niskostopowych.
90% He+7,5% Ar+2,5% CO2	slabo utleniający	Stale odporne na korozję.
60% He+35% Ar+5%CO2	utleniający	Stale niskostopowe o wysokiej udarności.

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.

Parametry spawania

 

MAG

 

Zakres stosowania:

g = 1 - 50 mm - grubość elementów

∆a = 2 - 8 mm - wysokość spoiny pachwinowej

 

Materiały spawane:

- stale konstrukcyjne, węglowe, niskostopowe

- stale kotłowe i okrętowe

- stale przeznaczone na stalowe konstrukcje budowlane

- stale stopowe

 

Zakres stosowanych parametrów:

Is = 40 - 500 A - natężenie spawania

U_ł = 16 - 35 V - napięcie łuku

v_s = 30 - 100 ^cm/_min - prędkość spawania

d_e = 0.8 - 2.5 mm - średnica elektrody

j = 100 - 500 ^A/_mm² - gęstość prądu

 

Gaz ochronny:

CO₂

CO₂ + Ar

O₂ + Ar

CO₂ + O₂ + Ar

 

Wydatek gazu - do 20 ^l/_min

 

Pozycje spawania: wszystkie

 

Źródło prądu:

Spawarki prądu stałego i prostownikowe z charakterystyką statyczną płaską lub lekko opadającą.

 

MIG

 

Zakres stosowania:

g = 2 - 50 mm - grubość elementów

∆a = 3 - 10 mm - wysokość spoiny pachwinowej

 

Materiały spawane:

- aluminium i jego stopy

- miedź i stopy miedzi

- inne materiały metalowe i jego stopy (Ni, Ti)

 

Zakres stosowanych parametrów:

Is = 80 - 300 A - natężenie spawania

U_ł = 18 - 30 V - napięcie łuku

v_s = 20 - 150 ^cm/_min - prędkość spawania

d_e = 0.8 - 2.5 mm - średnica elektrody

j = 100 - 150 ^A/_mm² - gęstość prądu

 

Gaz ochronny:

Ar

Ar + He

He

 

Wydatek gazu - do 20 ^l/_min

 

Pozycje spawania: wszystkie

 

Źródło prądu:

Spawarki prądu stałego i prostownikowe z charakterystyką statyczną płaską lub lekko opadającą.

---