Metoda spawania MIG/MAG

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:

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:

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

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.

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.

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.

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.

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.

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:

Spawanie MIG/MAG - strona 3 - technika spawania