Spawanie metodą MAG w osłonie CO2 i mieszankach gazowych (Ar+CO2) jest
stosowane do spawania stali niestopowych, niskostopowych i wysokostopowych
podanych w poniższej tabeli.
Stale niestopowe (niskowęglowe) należą do stali łatwospawalnych, to jednak dla otrzymania dobrego połączenia przez spawanie metodą MAG należy pamiętać o:
prędkości podawania drutu elektrodowego i średnicy drutu;
ilości przepływu gazu osłonowego;
stosowaniu odpowiedniej techniki spawania.
Tabela: Oznaczenie i charakterystyka stali wg PN i EN
Spawanie stali niskostopowych
Do stali niskostopowych zalicza się wiele gatunków stali, które można spawać w osłonie
CO2 lecz korzystniej w wysokoskładnikowych mieszankach gazowych lub w osłonie
argonu metodą MIG.
Do stali niskostopowych (manganowych), do których stosuje się spawanie metodę MAG,
należą stale typu: 09G2, 18G2, 18G2A, 18G2Cu, 15G2ANO, 10H i inne. Stale te należą
do stali o podwyższonej wytrzymałości, np. 18G2A ma wytrzymałość w granicach 520-
640 MPa.
Są stosowane do budowy odpowiedzialnych konstrukcji stalowych, jak np.
mosty, suwnice, dźwigi, zbiorniki, rury oraz wiele innych konstrukcji obciążonych
dużymi siłami statycznymi i dynamicznymi. Wysoka wytrzymałość tych stali wynika z
podwyższonej zawartości manganu (1,0-1,8%), krzemu poniżej 0,55%, węgla poniżej
0,2%, chromu około 0,15%, niklu około 0,20% oraz poniżej 0,04% siarki i poniżej 0,04%
fosforu.
Są produkowane prawie wyłącznie jako normalizowane, zwłaszcza o grubościach
powyżej 20 mm. Z tego powodu stale te odznaczają się wysoką odpornością na kruche
pęknięcia i mogą być stosowane w dużym zakresie na konstrukcje pracujące w
obniżonych temperaturach.
Mimo tych wysokich zalet stale 18G2A i inne z tego gatunku należą do stali hartujących
się podczas spawania, wskutek czego zdarzają się mikropęknięcia, powstające
szczególnie w strefie wpływu ciepła.
Dlatego technologia spawania tych stali musi przebiegać z zachowaniem określonych warunków, zapewniających poprawne wykonanie
spoin, a mianowicie:
brzegi łączonych materiałów muszą być dokładnie przygotowane i oczyszczone z
wszystkich zanieczyszczeń;
do spawania metodą MAG korzystniej jest stosować mieszankę gazową- 80%Ar +
20% CO2;
stosować drut elektrodowy SpG3S lub SpG4S, natomiast wg normy PN-EN 440
drut ten jest oznaczony G3Si1 lub G4Si1;
spawanie w temperaturze poniżej 0°C wymaga wstępnego podgrzewania (150-
200°C);
Do stali niskostopowych należą stale molibdenowe (16M), stale chromowo-
molibdenowe (15HM i 10H2M) oraz stale chromo-molibdenowo-wanadowe (13HMF) i
inne, ulepszone cieplnie.
Stale niskostopowe (chromowo-molibdenowe) ze względu na swój skład
chemiczny, a głównie węgiel i chrom, są stalami hartującymi się w procesie spawania i
wykazują skłonności do powstawania pęknięć w strefie wpływu ciepła i w spoinie.
Skutecznym środkiem zapobiegawczym przed pęknięciami jest podgrzewanie przed
spawaniem oraz spawanie tej stali-w temperaturze otoczenia powyżej 15°C.
Elementy spawane ze stali M 16 o grubości powyżej 8 mm wymagają wstępnego
podgrzewania przed spawaniem do temperatury ok. 150°C. Po spawaniu konieczne jest
wyżarzenie odprężające w temperaturze 650680°C i wolne studzenie wraz z piecem do
temperatury 300°C, a następnie dalsze studzenie na wolnym powietrzu w temperaturze
około 15°C.
Stale chromowo-molibdenowe (15HM) mogą pracować w temperaturze do 500°C.
Blachy lub rury z tej stali o grubości ścianki powyżej 4 mm wymagają wstępnego
podgrzewania do temperatury ok. 200°C, a po spawaniu - wyżarzania odprężającego w
temperaturze ok. 700°C.
Stale chromowo-molibdenowe o podwyższonej zawartości chromu (10H2M)
pracują w temperaturze do 580°C. Blachy lub rury oraz inne wyroby hutnicze z tej stali,
niezależnie od grubości, wymagają przed spawaniem podgrzewania do temperatury ok.
300°C. Po spawaniu konieczna jest obróbka cieplna z zastosowaniem wyżarzania
normalizującego w temperaturze ok. 920°C i odpuszczania w temperaturze 650 - 680°C.
Czas wyżarzania dla wszystkich stali niskostopowych powinien wynosić około 30 minut
na l mm grubości spawanego materiału.
Stale chromowo-molibdenowo-wanadowe (np. 13HMF) spawa się wg zaleceń
podanych dla stali 15HM. Wysokie wymagania, jakie stawia się wszystkim gatunkom stali niskostopowych,
szczególnie przy spawaniu rur o małych średnicach, dotyczą wykonania prawidłowego
przetopu w grani spoiny. Dlatego w większości przypadków pierwszą warstwę
przetopową (graniową) wykonuje się w osłonie argonu metodą TIG, a pozostałe warstwy
wypełnia się w wyniku spawania elektrycznego elektrodami otulonymi dobieranymi wg
gatunków stali.
Spawanie w pozycji podolnej (PA) (wg PN-EN 26947)
Przygotowanie materiałów do spawania ma zasadniczy wpływ na jakość spawania i należy
tych zaleceń przestrzegać.
Uchwyt spawalniczy podczas spawania należy ustawić tak, żeby drut elektrodowy
wychodził prawie prostopadle do układanej spoiny Zależnie od grubości spawanych blach i pozycji spawania można wykonywać spoiny ściegami prostymi i zakosowymi.
Ściegi zakosowe dają korzystniejsze wyniki przy spawaniu i należy stosować je we wszystkich pozycjach z wyjątkiem pozycji naściennej i
przy spawaniu cienkich blach.
Stosowane jest również spawanie ściegami zakosowymi w
kształcie trójkąta (rys. c) przy spawaniu grubych blach w pozycji pionowej, jeżeli
od razu wypełnia się cały rowek ukosowania jedną spoiną.
Ma to duże znaczenie, gdyż
zapobiega szybkiemu odprowadzeniu ciepła ze strefy wtapiania i podhartowaniu tej
strefy, a w efekcie powstawaniu pęknięć.
Rys. Układanie ściegów: a) ściegi proste, b) ściegi zakosowe, c) zakosowe w kształcie
trójkąta.
Rys. Spawanie doczołowe blach w osłonie gazowej w pozycji podolnej: l - warstwa graniowa
(wąski ścieg wężykowy), 2 - spoina wypełniająca (szerszy ścieg zakosowy), 3 - położenie uchwytu
(klasyczny koniec drutu), 4 - spoina, 5 - spawany materiał.
Spoiny czołowe i pachwinowe najłatwiej wykonuje się w pozycji podolnej.
Nieco trudniej spawa się w pozycji naściennej, a najtrudniej jednak w pozycji
pułapowej, ze względu na niewygodne - przymusowe - położenie elementu spawanego.
Spoiny pachwinowe w pozycji nabocznej (rys. poniżej) wykonuje się jako jednościegowe lub wielościegowe, zależnie od grubości elementów spawanych, przeważnie ściegami prostymi.
Spawanie w pozycji pionowej (PF)
Spawanie w pozycji pionowej wykonuje się stosunkowo łatwo. Spawanie można
wykonywać z dołu do góry, a przy spawaniu cienkich blach lub przy wykonywaniu spoin
graniowych (przetopowych) można spawać z góry na dół (rys. poniżej).
Uchwyt prowadzi
się ruchem wężykowatym lub lekko poprzecznym (zakosowym). W ten sposób łatwo
otrzymuje się przetop materiału oraz równą spoinę o płaskim licu.
Rys. Spawanie doczołowe blach w osłonie CO2 w pozycji pionowej:
a) spawanie z góry na dół, b) spawanie z dołu do góry. l - wąski ścieg wężykowy, 2 - spoina, 3
- położenie uchwytu, 4 - ścieg zakosowy.
Spawanie w pozycji naściennej (PC)
Spawanie w pozycji naściennej najlepiej jest wykonywać ściegami prostymi, chociaż
praktyka wykazuje, że dobre wyniki spawania można także uzyskać stosując wąski ruch
wężykowaty. Szczególnie jest to zalecane przy spawaniu złącz doczołowych grubych
blach ukosowanych na Y.
Spawanie w pozycji naściennej wymaga prowadzenia uchwytu tak, aby położenie i wylot
drutu elektrodowego wypadało prostopadle do układanej spoiny z małym pochyleniem w
kierunku spawania o 5-15° (rys. poniżej).
Spawanie w tej pozycji wymaga układania większej
liczby ściegów, przez co bardziej nagrzewają się elementy spawane. Ażeby zapobiec
dużym odkształceniom spawanych blach, należy blachy rozchylić w kierunku
przeciwnym do skurczu spoiny.
Rys Spawanie doczołowe blach ukosowanych w pozycji naściennej ściegami
prostymi (na przekroju blachy położenie uchwytu z drutem zależnie, od kolejności
układania spoin): a) położenie prostopadle, b) pochyłe, c, d) ściegi wielowarstwowe
Spawanie w pozycji pułapowej (PE) i okapowej (PD)
Technika spawania w pozycji pułapowej złącz doczołowych jest prawie taka sama
jak w pozycji podolnej, tzn. spawanie można wykonywać ściegami prostymi i
zakosowymi.
Trudność spawania stanowi położenie materiału i pozycja, w jakiej
spawaczowi przychodzi pracować. Na przykład odpryski spadające na tarczę spawacza
ograniczają pole widzenia i obserwację spawania. Niewygodna pozycja spawania wpływa
także na nierówne prowadzenie uchwytu i długość łuku oraz na szybkie zmęczenie
spawacza.
Spawanie w pozycji pułapowej wymaga dokładnej regulacji prądu spawania, utrzymania
krótkiego łuku, a także równomiernego prowadzenia uchwytu. Przy dużym natężeniu
prądu i nierównym posuwie uchwytu powstaje gruba i nierówna spoina.
Często powstają
wycieki dużych kropli z jeziorka spoiny wpadające do dyszy i utrudniające spawanie.
Dyszę należy często czyścić, ażeby uniknąć zwarcia elektrycznego między dyszą a
końcówką prądową i drutem elektrodowym.
Rys. Spawanie w pozycji pułapowej i okapowej ściegami prostymi i zakosowymi
spoin czołowych i pachwinowych (l, 2, 3, 4, 5, 6 - kolejność układania spoin).
Przy wykonywaniu ściegów prostych uchwyt należy prowadzić tak, ażeby wolny
wylot drutu elektrodowego wychodził prostopadle do osi spoiny (a) przy małym
pochyleniu uchwytu (15-20°) w kierunku układania spoiny (rys. b).
Spawanie w pozycji okapowej wykonuje się przeważnie ściegami prostymi, przy czym
powinna być zachowana kolejność układania tych ściegów wg rys. e, f. Taka kolejność
zapewnia uniknięcie wielu wad zewnętrznych, a szczególnie podtopienia i tworzenia się
karbów międzywarstwowych.
Spawanie w pozycji pułapowej i okapowej wymaga od
spawacza dużego doświadczenia praktycznego. Mimo posiadania wymaganych
umiejętności spawania w tych pozycjach, należy ograniczać wykonywanie połączeń
spawanych, tam gdzie jest to możliwe.
Wskazówki praktyczne przy spawaniu metodą MIG/MAG
Średnica drutu elektrodowego O 1,0 czy 1,2 mm?
Przeważnie stosuje się druty elektrodowe lite. Najczęściej wykorzystuje się drut
elektrodowy o średnicy O 1,2 mm. Pozwala on na uzyskanie wysokiej wydajności
stapiania spoiwa w pozycji normalnej, nadaje się także do spawania blach cienkich
oraz do spawania w pozycjach przymusowych. Jeżeli w procesie produkcji
przeważają blachy cienkie oraz pozycje przymusowe, wówczas korzystniejszy jest
drut elektrodowy o średnicy O 1,0 mm, który umożliwia również uzyskanie wysokiej
wydajności stapiania w pozycji normalnej. Do spawania blach cienkich stosuje się
drut elektrodowy o średnicy O 0,8 mm. Drut O 1,6 mm jest zalecany w przypadku
blach grubych w pozycjach normalnych, jednakże z powodu rozwoju spawania
wysokowydajnego jego znaczenie się zmniejsza.
Kiedy przepływ mieszanki osłonowej jest właściwy?
Przy łuku elektrycznym krótkim, np. przy natężeniu 150 A, ustawia się przepływ gazu
osłonowego na poziomie 12-15 l/min, do łuku elektrycznego z natryskowym
przenoszeniem materiału, np. przy natężeniu 300 A, 15 18 l/min. W przypadku łuku
wysokowydajnego powyżej 350 A przepływ osiąga do 20-25 l/min. Odnosi się to do
normalnych odstępów między końcówką prądową a materiałem spawanym. Jeżeli
element konstrukcyjny wymaga zwiększenia odstępu, należy również zwiększyć
odpowiednio przepływ gazu. Jednakże nadmierne zwiększenie ilości gazu jest
niekorzystne, gdyż może spowodować zassanie powietrza atmosferycznego
i w konsekwencji powstania w spoinie pęcherzy. Możliwość precyzyjnej regulacji
zapewniają dobrej klasy reduktory, zwłaszcza wyposażone w przepływomierze
rotametryczne.
Wydajność stapiania spoiwa możliwości i granice
W kwestii wydajności stapiania elektrody spawanie metodą MAG wkracza obecnie
w całkiem nowe obszary możliwości. Praktykuje się spawanie ręczne prądem 380 A
i spawanie zmechanizowane prądem 420 A, z użyciem drutu elektrodowego 1,2 mm.
W ten sposób osiąga się wydajności stapiania od 10 do 12 kg/h. Do jeszcze
większych wydajności stapiania elektrody dochodzi w łuku rotacyjnym, często
nazywanym w skrócie spawaniem TIME. Z punktu widzenia czysto metalurgicznego
przy spawaniu metodą MAG możliwe jest uzyskanie wydajności stapiania elektrody
powyżej 20 kg/h.
Palnik: chłodzony gazem czy wodą?
Urządzenia chłodzone gazem sprawdzają się przy spawaniu przewagi blach
cienkich, z krótkim czasem włączenia, a więc w zakresie do 220 A. Już przy
natężeniu prądu 250 A zaleca się zastosowanie palnika chłodzonego wodą. Palniki
wysokowydajne chłodzone wodą są zresztą znacznie lżejsze i poręczniejsze niż ich
odpowiedniki chłodzone gazem.
Mało żużla, brak odprysków
Czyste spoiny bez dodatkowej obróbki złącza: Tutaj wszystko musi być ściśle
dopasowane. Wysokiej klasy źródła prądu, drut elektrodowy o wąskiej tolerancji
wykonania i oczywiście właściwe ustawiania. Przepływu grubokroplowego w łuku
mieszanym można całkowicie uniknąć poprzez odpowiedni dobór średnicy drutu
elektrodowego. W przypadku zaostrzonych wymagań pod względem braku
odprysków można zastosować technikę impulsową. Zastosowanie gazów o niskiej
aktywności jest dobrym warunkiem wstępnym do zminimalizowania ilości żużla
i odprysków.
Blachy ocynkowane: lutospawanie metodą MIG
Postęp techniczny przynosi z sobą nowe rozwiązania. 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). W przypadku typowych zastosowań do blach cienkich
lutospawanie odbywa się prądem o natężeniu poniżej 100 A, częściowo pulsującym.
Dodatkowy, korzystny efekt: nie występuje potrzeba ponownego cynkowania, gdyż
spoina lutospawana w metodzie MIG jest odporna na korozję.
Spawanie aluminium - uwagi
Aluminium spawać można nawet prostym półautomatem, chociaż nie jest to łatwe i spoina może znacznie odbiegać od ideału, szczególnie w przypadku blach poniżej 3mm. Korzystnie jest aby migomat wyposażony był w podajnik 4-rolkowy, który zapewnia precyzyjne podawanie drutu, bez poślizgu. Do spawania aluminium idealnie nadają się półautomaty z prądem pulsacyjnym, a w przypadku cienkich elementów są praktycznie niezbędne.
Aby dostosować migomat do spawania aluminium należy:
zamienić rolki prowadzące drut spawalniczy (profil rowka w kształcie "V" przystosowane do drutu stalowego) na rolki przystosowane do drutu aluminiowego (profil rowka w kształcie "U") o określonej średnicy,
w uchwycie spawalniczym wymienić spiralny prowadnik drutu na prowadnik teflonowy,
w uchwycie spawalniczym wymienić końcówkę prądową na końcówkę przystosowaną do drutu aluminiowego o określonej średnicy (oznaczenie z dodatkową literką "A", np. 1,2A).
Wszystkie w/w czynności są proste do wykonania, chociaż jeżeli często zmieniamy spawany materiał, np. ze stali na aluminium to należy rozważyć używanie dwóch uchwytów spawalniczych uzbrojonych osobno do drutu stalowego i aluminium. Do spawania aluminium stosujemy czysty argon jako gaz osłonowy. Można też użyć mieszanki argonu i helu szczególnie w przypadku, gdy wymagany jest wysoki stopień wnikania na przykład przy spoinach pachwinowych lub przy spawaniu materiałów o bardzo dużej grubości.
Część informacji wykorzystana ze strony: http://www.icd.pl/