Lutospawanie MIG/MAG

Wstęp

Postęp techniczny przynosi z sobą nowe rozwiązania. Współczesne technologie pozwalają również na produkcję wyrobów z materiałów już ocynkowanych. Ocynkowane blachy w procesach ciągłych znalazły zastosowanie w produkcji zamkniętych i otwartych profili zimnogiętych. Opanowanie spawalniczych metod łączenia profili ocynkowanych otworzyło nowe rynki i możliwości zastosowań.

Cynkowanie, które nie tylko w dziedzinie budowy samochodów jest symbolem wyższej jakości i długiej żywotności, w przypadku spawania metodą MAG powoduje znaczne zwiększenie tworzenia się pęcherzy i odprysków na skutek odparowania warstwy cynku. Alternatywą w przypadku łączenia materiałów cynkowanych warstwą o grubości do 20 mm jest lutospawanie metodą MIG. Jako materiał dodatkowy wykorzystuje się brąz (np. CuSi3). Dodatkowy, korzystny efekt: nie występuje potrzeba ponownego cynkowania, gdyż spoina lutospawana w metodzie MIG jest odporna na korozję.

Lutospawanie

Lutospawanie MIG/MAG przyjęło nazwę utworzoną z dwóch różnych technologii. Lutowanie jako proces spajania, w którym nie następuje stopienie materiału rodzimego tylko lutu oraz technologii spawania MIG/ MAG, z której wykorzystano przygotowanie brzegów materiału jak do spawania oraz sposób stapiania drutu w łuku elektrycznym w atmosferze gazów ochronnych, podawanego automatycznie ze szpuli. Lutospawanie można by, więc nazwać lutowaniem metodą spawalniczą. Używanym gazem ochronnym jest najczęściej czysty argon.

W procesie spawania parujący cynk jest przyczyną porowatości spoin, ponieważ wysokie temperatury powstające w tym obszarze niszczą warstwę ochronną, elementy łączone tracą swoją odporność korozyjną. Mechaniczne usuwanie cynku przed spawaniem jak i ponowne nakładanie w miejscach, gdzie nastąpiło odparowanie jest procesem bardzo kosztownym. Uzupełnianie ubytków preparatami cynkowymi ( farbami) niedostatecznie zabezpiecza konstrukcję przed korozją. Ponadto należy zwrócić uwagę, że przy spawaniu blach ocynkowanych następuje bardzo duża emisja szkodliwych dla zdrowia oparów cynku. Niedogodności tych można uniknąć przy zastosowaniu technologii lutospawania metodą MIG/ MAG.
Jako materiał dodatkowy stosuje się najczęściej spoiwa na bazie miedzi. Są to druty oznaczone jako CuSi3 lub SG -CuAl (do alucynków i blach aluminiowanych). Właściwości mechaniczne spoiwa Rm: 350-450 N/ mm2, twardość 80HB zakres temperatur topienia 910- 1025 stopni Celsjusza.

Do spawania należy stosować półautomaty z możliwością szybkiej "samoregulacji łuku" przy wahaniach długości wolnego wylotu drutu elektrodowego z podajnikiem cztero rolkowym wyposażonym maksymalnie w trzymetrowy uchwyt z wkładem teflonowym.

Lutospawanie MIG/MAG znalazło zastosowanie przy spajaniu blach o grubości od 0,5 do 3 mm pokrytych cienką powłoką cynku do grubości 5 - 15 mikrometrów ( obecnie również znacznie grubsze powłoki cynku ogniowego), jak również do cienkich blach ze stali nierdzewnych i połączeń różnoimiennych np. miedzi ze stalą, stali kwasoodpornej ze stalą zwykłej jakości, aluminium z blachą ocynkowaną. W przypadku typowych zastosowań do blach cienkich lutospawanie odbywa się prądem o natężeniu poniżej 100 A, częściowo pulsującym.

Niewątpliwą zaletą metody lutospawania jest utrzymanie ochronnej powłoki cynkowej na styku lutowie-cynk. Temperatura łuku nie powinna przekraczać temperatury parowania cynku, toteż cynk nie odparowuje(lub odparowuje w niewielkim stopniu), a jedynie chwilowo stapia się, nie powodując ubytków w ochronnej powłoce cynkowej. W przypadku powstania niewielkich ubytków powłoce cynkowej, ochrona katodowa cynku zabezpiecza stal w dalszym ciągu przed korozją.



Wadą natomiast jest stosunkowo jest wysoki koszt wykonania samej spoiny, na który składa się przede wszystkim koszt drutu i gazu osłonowego (argon) oraz estetyka wykonania (czerwona spoina na błyszczącym cynkowym tle). Mimo tych wad, jak pokazuje doświadczenie, wykorzystując metodę lutospawania w produkcji ogrodzeń i balustrad można ograniczyć koszty wytworzenia wyrobu o 5-20 %. Wynika to z eliminacji lub ograniczenia następujących operacji produkcyjnych:

* przygotowania materiału do cynkowania (np. eliminacja wiercenia otworów technologicznych),
* wyeliminowania kosztów transportu do i z cynkowni, oraz czynności z tym związanych,
* znaczne ograniczenie zakresu przygotowania powierzchni do lakierowania (gładka powierzchnia),
* ograniczenia ilości odpadów profili ocynkowanych niemal do zera (istnieje możliwość zakupu profili w długościach ścisłych w niewielkich ilościach),
* prostowanie po cynkowaniu ( brak występowania naprężeń spawalniczych i tym samym zagrożenia deformacji kształtu w procesie produkcyjnym)
* ponownego gwintowania zalanych cynkiem gwintów.

Niewątpliwą zaletą jest również często kilkukrotne skrócenie cyklu produkcyjnego.

Badania wytrzymałościowe wykonywane na złączu doczołowym blach obustronnie pokrytych elektrolitycznie cynkiem w próbie rozciągania wykazały następujące właściwości:
* Rm ok. 350 N/mm2
* A 20%
W próbie przeginania bezproblemowo uzyskano kąt 180stopni. Występuje jednakże liniowy spadek osiąganego kąta gięcia wraz ze wzrostem grubości łączonych blach. Pomiary twardości w obszarze stal - lutowie wykazują regularny rozkład na poziomie 110 HB. Na przekroju próbki widać wyraźnie granice między materiałem rodzimym, a lutowiem. Oznacza to, że w przeciwieństwie do połączeń spawanych nie występuje obszar wymieszanego materiału rodzimego ze spoiwem.

Ilość i rozmiary wnikniętego lutowia są nie tylko uzależnione od grubości łączonych blach, ale również od pozycji lutowania. Średnie wartości długości wdyfundowanego lutowia nie przekraczają 10% grubości blachy.

Lutospawanie znane jest od dziesiątek lat, w ostatnim jednak okresie technologie lutowania i lutospawania przeżywają swoisty renesans, nastąpił znaczny postęp umożliwiający łączenie materiałów nie tylko metalowych, ale i ceramicznych.

Lutospawanie znalazło zastosowanie tam, gdzie w znaczący sposób ta technologia przeważa nad klasycznymi technologiami spawalniczymi, zachowując wymagane właściwości mechaniczne połączenia przy jednoczesnym zachowaniu właściwości antykorozyjnych. Dużo niższa energia liniowa wydatnie zmniejsza naprężenia i skurcze spawalnicze, co jest natychmiast widoczne przy realizowaniu przestrzennych połączeń elementów cienkościennych. Niska twardość lutu ma znaczny wpływ na koszt obróbki mechanicznej po spawaniu. W Polsce i na świecie metoda ta znalazła szerokie zastosowanie w następujących obszarach:
* przemysł motoryzacyjny (produkcja nadwozi samochodowych np. Audi, naprawy blacharskie),
* przemysł wentylacyjny,
* produkcja ogrodzeń - bramy, furtki, przęsła ogrodzeniowe,
* produkcja balustrad, poręczy,
* elementy metalowe małej architektury.