Gazy osłonowe do spawania metodą MIG/MAG – cz. I
Metoda spawania łukowego elektrodą topliwą w osłonie gazów, powszechnie znana jako metoda MIG/MAG (metal inert/active gas) lub GMAW (gas metal arc welding), jest z pewnością najczęściej stosowaną metodą spawania materiałów konstrukcyjnych. Składa się na to cały szereg zalet, ale przede wszystkim:
- wyższa wydajność spawania w porównaniu z metodami MMA, TIG lub PAW,
- możliwość spawania we wszystkich pozycjach przestrzennych,
- łatwość zmechanizowania lub zrobotyzowania procesu.
Szacuje się, że w krajach uprzemysłowionych około 60% (a w Polsce jeszcze więcej) konstrukcji i wyrobów spawanych wykonuje się z zastosowaniem metody MIG/MAG. Metoda ta umożliwia łączenie prawie wszystkich materiałów konstrukcyjnych, a zatem: stali niestopowych, niskostopowych i wysokostopowych, jak również: aluminium, miedzi, niklu, tytanu i ich stopów. W praktyce przemysłowej najczęściej stosuje się jednak spawanie metodą MAG stali niestopowych i drobnoziarnistych.
Zasada spawania metodą MIG/MAG
Proces spawania metodą MIG/MAG polega na uzyskaniu trwałego połączenia w wyniku stopienia elektrody topliwej oraz materiału łączonych elementów za pomocą ciepła łuku spawalniczego, który jarzy się w osłonie gazu pomiędzy elektrodą a materiałem podstawowym. Gaz osłonowy w zależności od składu może być obojętny (metoda MIG) lub aktywny (metoda MAG). W tym miejscu należy nadmienić, że w publikacjach i opisach na stronach internetowych pochodzących spoza obszaru Unii Europejskiej bardzo często skrót MIG stosuje się, podobnie jak GMAW, zarówno do spawania w osłonie gazów obojętnych, jak i aktywnych.
Niezależnie od rodzaju gazu osłonowego spawanie metodą MIG/MAG można prowadzić we wszystkich pozycjach przestrzennych. Najbardziej popularne i najczęściej spotykane w praktyce jest ręczne przemieszczanie przez spawacza uchwytu spawalniczego wzdłuż styku łączonych elementów. Jednakże w celu zwiększenia wydajności spawania oraz zapewnienia konkurencyjności produkcji na rynkach globalnych w zakładach przemysłowych coraz częściej wdraża się spawanie metodą MIG/MAG w sposób zmechanizowany lub zrobotyzowany. Metoda MIG/MAG znajduje zastosowanie głównie w warunkach warsztatowych, gdyż osłona gazowa jest wrażliwa na ruchy powietrza (przeciąg, podmuch, wiatr), które z łatwością mogą ją zdestabilizować.
Elementy procesu spawania
Jak wynika z opisu zasady spawania metodą MIG/MAG, udział w tworzeniu trwałego połączenia biorą:
- spoiwo w postaci drutu elektrodowego,
- materiał podstawowy w postaci blach, rur, prętów lub wyrobów ciągnionych, kutych i oblewanych o różnych kształtach,
- gaz osłonowy w postaci gazu aktywnego lub obojętnego.
Gaz aktywny w procesie spawania z definicji reaguje ze stopionym materiałem. To ma wpływ zarówno na charakter przenoszenia metalu w łuku spawalniczym, jak i kształt spoin oraz własności mechaniczne złączy spawanych. Gaz obojętny jest neutralny względem materiału podstawowego oraz spoiwa, a zatem nie reaguje ze stopionym materiałem.
Z drugiej zaś strony rodzaj tego gazu ma wpływ na temperaturę i rozkład jej wartości w łuku spawalniczym. To z kolei wpływa na parametry łuku i jego kształt. To w ostateczności przekłada się na przenoszenie metalu w łuku, ruch ciekłego metalu w jeziorku spawalniczym oraz kształt spoin. Na rys. 1 pokazano wpływ rodzaju obojętnego gazu osłonowego oraz dwutlenku węgla na kształt przekroju poprzecznego uzyskiwanych spoin. Argon, hel i dwutlenek węgla są podstawowymi gazami osłonowymi, gdyż mogą być stosowane samodzielnie podczas spawania metodą MIG/MAG. Pozostałe gazy, tj.: tlen, wodór, azot lub tlenek azotu, występują tylko jako dodatki do ww. trzech gazów podstawowych. Celami ich wprowadzenia są modyfikacja jarzenia się łuku i zachowania jeziorka spawalniczego, jak również poprawa własności spoin lub warunków środowiskowych spawania.
Jak już wspomniano wyżej, oprócz wpływu na kształt łuku i przekrój poprzeczny spoin gaz osłonowy wraz z parametrami prądowo-napięciowymi łuku wpływa na typ przenoszenia w nim ciekłego metalu. Może on być: zwarciowy, kroplowy (grubokroplowy), natryskowy lub wirujący (rotacyjny). Rodzaj gazu osłonowego wpływa przede wszystkim na zmianę zakresu występowania poszczególnych typów przenoszenia metalu. Powoduje także, że nie wszystkie typy przenoszenia będą miały miejsce. Dotyczy to spawania w osłonie dwutlenku węgla i helu. Wówczas w zakresie parametrów stosowanych w praktyce przemysłowej przenoszenie natryskowe nie występuje [2, 3].
Klasyfikacja gazów do spawania metodą MIG/MAG wg PN-EN ISO 14175
W zależności od rodzaju materiału podstawowego do osłony łuku podczas spawania elektrodą topliwą są stosowane zarówno gazy obojętne (grupa I wg PN-EN ISO 14175 [4]),
jak i aktywne: utleniające (grupy: M1, M2 i M3) oraz silnie utleniające (grupa C). Istnieje jednak spora liczba mieszanek osłonowych, których skład wykracza poza składy ujęte w ww. grupach. Mieszanki te są oznaczane symbolem „Z”. Według normy PN-EN ISO 14175 gazy tworzące jednoskładnikowe gazy osłonowe lub ich mieszanki do spawania MIG/MAG są oznaczane za pomocą następujących symboli: Ar – argon; He – hel; C – dwutlenek węgla; O – tlen;
H – wodór; N – azot.
Czystość gazów do spawania metodą MIG/MAG
Według tab. 4 w normie PN-EN ISO 14175 czystość obojętnych gazów osłonowych powinna mieć min. 99,99%, mieszanek gazowych M1, M2 i M3 – min. 99,9%, a dwutlenku węgla – min. 99,8%. W przypadku szeregu materiałów konstrukcyjnych te minimalne wymagania względem czystości są w zupełności wystarczające. W niektórych przypadkach ww. czystość jest jednak zbyt niska. Dotyczy to przede wszystkim spawania metodą MIG tytanu, cyrkonu i ich stopów, ale także niektórych gatunków stali wysokostopowych oraz aluminium, niklu i ich stopów. Czystość gazów obojętnych w przypadku aluminium i niklu powinna kształtować się na poziomie 99,995-99,996%, a tytanu – min. 99,997%, gdyż ten pierwiastek wchodzi w reakcje z tlenem i azotem już w temperaturze około 250°C. To powoduje, że nawet niewielka ilość tlenu w gazie osłonowym może powodować powstawanie niedopuszczalnych barw nalotowych zarówno na powierzchni spoin, jak i materiału podstawowego w obszarze przyspoinowym. W skrajnych przypadkach: tworzenie się pęknięć.
Praktyka
W praktyce spawalniczej może jednak się zdarzyć, że mimo stosowania gazów o odpowiedniej podwyższonej czystości spoiny lub obszar wokół nich będą wciąż zanieczyszczone. Wówczas w pierwszej kolejności należy sprawdzić czystość powierzchni łączonych elementów oraz spoiwa. Następnie spróbować wymienić butle z gazem na nową. Jeśli jakość powierzchni złączy będzie nadal niezadowalająca, należy szukać przyczyn powstawania zanieczyszczenia w braku szczelności uchwytu lub przewodów spawalniczych, a także w niewłaściwej technice wykonywania ściegów i/lub nieodpowiednich parametrach spawania.
Czytaj też >> Gazy osłonowe do spawania łukowego drutem litym (MAG) stali węglowych i niskostopowych
Rodzaj i obszar stosowania gazów osłonowych w metodzie MIG
Argon
Argon jest bezbarwnym, bezwonnym i pozbawionym smaku gazem obojętnym. Potencjał jonizacji argonu wynosi 15,7 V i jest o prawie połowę mniejszy niż w przypadku helu (24,5 V). Argon cechuje się także niską przewodnością cieplną, przez co transfer ciepła od środka łuku na jego peryferie jest ograniczony. To z kolei przyczynia się do wyższej gęstości łuku i koncentracji energii na mniejszej powierzchni. Skutkiem takiego kształtu łuku jest uzyskanie spoin o wąskim, wydłużonym przekroju poprzecznym (rys. 2). A zatem łuk jarzący się w osłonie argonu zapewniają: wysoka stabilność procesu, poprawny kształt spoin oraz głębokie wtopienie.
Podczas spawania metodą MIG czysty technicznie argon stosuje się głównie do spawania:
- niklu,
- kobaltu,
- miedzi,
- tytanu,
- cyrkonu,
- aluminium,
- magnezu i ich stopów,
- jak również niektórych rodzajów stali wysokostopowych.
W przypadku aluminium i jego stopów są to przeważnie elementy o względnie niedużej grubości, gdyż przy jej zwiększeniu lepsze wyniki uzyskuje się przy zastosowaniu mieszanek argonu z helem.
Piśmiennictwo zostanie opublikowane w kolejnej części artykułu.
Mogą zainteresować Cię również
Programista robotów: Gdzie pracować? Video z ekspertem.
Zapraszamy do obejrzenia drugiej części nagrania z ekspertką – Dobromiłą Włodarską (robotycy.com) na temat pracy programisty robotów przemysłowych.
Transformacja polskiego przemysłu stalowego na europejskim rynku stali. Długofalowe zmiany rynkowe w ujęciu historycznym, cz. II
Z artykułu dowiesz się: czy jest szansa na obniżenie energochłonności w hutach w Polsce; czy przemysł hutniczy inwestuje w innowacyjne rozwiązania;
Targi FASTENER POLAND® – eksperci branży elementów złącznych z całego świata znowu spotkają się w Krakowie
Targi FASTENER POLAND®, które 25-26 września odbędą się w EXPO Kraków, to jedyne międzynarodowe targi elementów złącznych organizowane w Europie Środkowo-Wschodniej. Od siedmiu lat Targi FASTENER POLAND® są kluczowym forum wymiany do...
Jakość procesu cięcia laserowego blach stalowych – wpływ zawartości krzemu i innych pierwiastków stopowych
Przeprowadzono analizę czynników i parametrów decydujących o jakości procesu cięcia laserowego. Zestawiono blachy stalowe o gwarantowanej przez producentów jakości cięcia laserowego laser grade steels. Opisano wpływ zawartości krzemu i innych pierwiastków stopowy...
Nearshoring i friendshoring to szansa dla rozwoju branży TSL
W obliczu globalnych wyzwań, firmy coraz częściej decydują się na przeniesienie produkcji bliżej rynków zbytu. Trend ten zyskuje na sile, a Europa staje się atrakcyjną lokalizacją dla nowych inwestycji. Szczególną popularnością cieszą się koncepcje nearshoringu i friendshori...
Jakość procesu cięcia laserowego blach stalowych – wpływ zawartości krzemu i innych pierwiastków stopowych
Przeprowadzono analizę czynników i parametrów decydujących o jakości procesu cięcia laserowego. Zestawiono blachy stalowe o gwarantowanej przez producentów jakości cięcia laserowego laser grade steels. Opisano wpływ zawartości krzemu i innych pierwiastków stopowy...
Niekonwencjonalne metody kształtowania plastycznego
W artykule przedstawiono koncepcje czterech niekonwencjonalnych metod przeróbki plastycznej: kucia z oscylacyjnym skręcaniem, kucia z poprzecznym ruchem stempla, walcowania z poprzecznym ruchem walców oraz kucia segmentowego. Metody te umożliwiają wytwarzanie wyrobów o nietypo...
Współczesne trendy rozwojowe w obróbce skrawaniem
Obróbka skrawaniem w technologii maszyn zajmuje miejsce w grupie obróbki kształtowej – ubytkowej. Jest wiodącą techniką wytwarzania i na razie nic nie wskazuje na to, aby miało się to zmienić. Zastosowanie obróbki skrawaniem jest bardzo szerokie...
Polska w końcówce krajów wdrażających w firmach sztuczną inteligencję. Dlaczego tak jest?
Starsza kadra menedżerska okazuje się głównym „hamulcowym” we wdrażaniu technologii z zakresu sztucznej inteligencji w firmach – twierdzą eksperci. Brakuje nam solidnej edukacji cyfrowej, dostosowywania prawa do zmieniającego się świata i umiejętnego wykorzystania źródeł dan...
Relacja ze szkolenia „Fotowoltaika na dachach płaskich”
12 września 2024 roku w Strykowie odbyło się szkolenie pt. „Fotowoltaika na dachach płaskich”, zorganizowane przez Stowarzyszenie DAFA. Było to pierwsze takie przedsięwzięcie w Polsce, poświęcone szczegółowym aspektom projektowania i realizacji instalacji fotowoltaicznych na d...
Przepis na sukces firmy ARSTON
Kaliska firma specjalizuje się w cięciu, wykrawaniu i gięciu długich elementów z blach. Abysprostać oczekiwaniom klientów, stawia na wysoką technologię i innowacyjne rozwiązania.Od 2011 r., czyli od początku działalności, ARSTON pracuje na obrabiarkach niemieckiegopotentata,...
Odporność stali nierdzewnej na korozję w świetle obróbki spawaniem TIG
Proces spawania stali wiąże się między innymi z negatywnymi skutkami, takimi jak podatność na korozję czy też odbarwienia. Jakie metody pozwalają zatem im zaradzić? Z artykułu dowiesz się:
Polska nie może się uwolnić od węgla. Brak inwestycji w modernizację sieci elektroenergetycznych
W Polsce ponad połowa linii elektroenergetycznych jest starsza niż 30 lat, a spory odsetek ma już ponad pół wieku. To powoduje coraz większe utrudnienia w zakresie możliwości przyłączania odnawialnych źródeł energii – dane URE pokazują, że liczba odmów przyłączenia do sieci z ...
Znamy laureatów nagrody Złoty Medal targów MODERNLOG 2024
Poznaliśmy produkty wyróżnione prestiżową nagrodą Złotego Medalu na targach Logistyki, Magazynowania i Transportu MODERNLOG 2024 oraz ITM INDUSTRY EUROPE 2024. Laureaci zawalczą teraz o Złoty Medal Wybór Konsumentów. W minionym tygod...
Kwazikryształy – aperiodyczne struktury w stopach metali
Z artykułu dowiesz się: czym są kwazikryształy;jakimi cechami się charakteryzują;gdzie mogą znaleźć zastosowanie. 5 października 2011 roku izraelski badacz Dan Shechtman o...
Baker McKenzie: W branży technologicznej może pojawić się więcej sporów dotyczących rozliczenia transakcji M&A
Wraz ze spadkiem wycen spółek z branży technologicznej pojawiać się może coraz więcej sporów związanych z ostatecznym rozliczeniem transakcji sprzedaży przedsiębiorstw z tego sektora. Tak twierdzą eksperci kancelarii Baker McKenzie. Dotyczyć one mogą zwłaszcza wypłaty dodatk...
Kalendarium wydarzeń
Relacje
OpenHouse 2024: z wizytą u TRUMPF Polska
TRUMPF Polska z sukcesem zorganizowała Dni Otwarte OpenHouse 2024, które odbyły się 12 i 13 września br. Wydarzenie przyciągnęło ponad 200 gości reprezentują...
Sprawdź więcejPolitechnika Krakowska ma nowe laboratorium
25 kwietnia na Wydziale Mechanicznym Politechniki Krakowskiej odbyło się uroczyste otwarcie Laboratorium Ultraprecyzyjnych Pomiarów Współrzędnościowych. &...
Sprawdź więcejSeminarium Obróbki Laserowej 22 marca 2024
22 marca 2024, podczas targów STOM, odbyło się Seminarium Obróbki Laserowej, organizowane przez Politechnikę Świętokrzyską. Zapraszamy do zapoznania się z fo...
Sprawdź więcejKonferencja „Stal, Metale, Nowe Technologie”
20 marca, drugiego dnia targów STOM, odbyła się konferencja „Stal, Metale, Nowe Technologie”, której organizatorem była redakcja portalu dlaprodukcji.pl i dw...
Sprawdź więcej