Suojakaasu

MAG-hitsauksessa käytetään erilaisia kulutustarvikkeita, kuten kiinteitä lankoja, flux-ydinlankoja ja metalliydinlankoja. Tyypillinen suojakaasu MAG-hitsauksessa on argonin (Ar) ja hiilidioksidin (CO₂ ) seos. Toinen vaihtoehto on 100 % CO₂ -suojakaasu, joka voi tietyissä tilanteissa olla vaihtoehto MAG-hitsaukselle flux-ydinlangoilla.

Argonin ja hiilidioksidin osuus Ar/CO₂ -seoksissa riippuu käytettävästä valokaarityypistä. Jotkin seokset on optimoitu hitsaukseen tietyllä kaarella. Muilla voidaan saavuttaa suotuisia tuloksia hitsattaessa useammalla kuin yhdellä kaarityypillä.

MAG-hitsauksen kolme pääasiallista valokaarityyppiä ovat lyhyt valokaari, suihkuvalokaari ja pulssikaari. Näille kolmelle kaarityypille voidaan käyttää kiinteitä lankoja, vuoydinlankoja ja metalliydinlankoja.

Kutakin kaarityyppiä koskevat tietyt virta- ja jännitevälit, joita käytetään hitsauksen aikana. Alla on kaaviokuva lyhyen valokaaren ja ruiskutuskaaren muodostumisesta.
Virran ja jännitteen virheelliset asetukset voivat aiheuttaa globulaarisen kaaren, joka on epävakaampi. Se ei siis ole toivottavaa monilla eri hitsausominaisuuksilla.

Valokaari- ja suihkekaarivaikutelma eri virta- ja jännitetasoilla MAG-hitsauksen aikana käytettäessä Ar/CO2-suojakaasuseosta. Hitsauksessa käytetään yleensä D.C.

Muut hitsausparametrit vaikuttavat myös kaarityyppien syntymiseen, kuten suojakaasun kemialliseen koostumukseen, kulutusosan halkaisijaan ja johdon pistämiseen ulos kosketinsuuttimesta.

Hitsauksen aikana, jossa lämmöntuonti on suhteellisen vähäistä, muodostuu lyhyt kaari. Kaari mahdollistaa monipuoliset hitsaustoimenpiteet, kuten:

Lyhytkaarihitsauksen yleisiä haittapuolia ovat:

Pisaransiirto lyhytkaarihitsauksessa

Lyhyelle kaarihitsaukselle on ominaista metallin siirtyminen kulutustarvikkeesta, jossa jokainen pisara oikosulkee kaaren. Pisaransiirron matala taajuus on noin 50-200 Hz.
Jokainen pisara kasvaa suhteellisen suureksi metallisiirron ja sitten oikosulun aikana, mikä antaa hetkellisesti suuren virran. Pisara poistuu vaijerista ja kaari lyödään uudelleen. Lyhyen kaarihitsauksen tunnistaa sille ominaisesta säkenöivästä äänestä.

Kuva lyhytkaarihitsauksesta: a) Pudotus alkaa muodostua. b) Pudota ennakoita kohti perusmetallia. c) Pudotuskoskettaa hitsausallasta, mikä aiheuttaa oikosulun. d). Virtapiiri on katkennut, muodostuu toinen pudotus.

Ruiskukaarihitsauksessa lämmöntuonti on yleensä melko suurta, mikä johtaa lyhyeen kaarihitsaukseen verrattuna parempaan tuottavuuteen. Tämän kaaren vakaus auttaa vähentämään roiskeita. Ruiskutuskaari voidaan tehdä vaaka-asennossa.

Rutile flux-core-lankojen käyttö antaa etuja hitsattaessa muissa kuin litteissä asennoissa.

Päähitsausasennot, jotka liittyvät hitsauspolttimen sijaintiin, standardin EN ISO 6947 mukaisesti.

Suuri lämmöntuonti tarkoittaa, että tähän tekniikkaan sopivien yksittäisten levyjen paksuusalue on rajoitettu noin 5 mm:iin ja enemmän. Poikkeuksena on pulssikaarihitsaus, jolla voidaan hitsata ohuemman yksittäisen levyn paksuuden liitoksia. Suihkukaarihitsauksen ääni voidaan erottaa lyhytkaarihitsauksesta sen yhtenäisen luonteen perusteella.

Pisaroiden siirtyminen suihkukaarihitsauksessa

Metallipisaran siirtotaajuus on korkeampi kuin lyhytkaarihitsauksessa, ja jokainen metallipisara on pieni. Suihkukaarihitsauksessa ei ole oikosulkuja ja pisara lähtee langasta pienenä pisarana tai suihkeena kaaren läpi alla olevan kuvan mukaisesti.

MAG-hitsaus suihkukaarella: a) Hitsauspistooli. b) Pisara. c) Perusmetalli. d) Kulutuselektrodi. e) Suojakaasu. f) Hitsausallas.

Hitsaus pulssikaaritekniikalla tarkoittaa, että kaari voidaan saavuttaa suhteellisen alhaisella lämmöntuonnilla. Tämä tekniikka käyttää pulssiparametreja virran ja jännitearvojen vuorovaikutukseen.

Tärkeimmät poikkeukset pulssikaarella verrattuna ruiskutuskaaritekniikkaan ovat seuraavat:

Erityyppisten pulssikaaritekniikoiden kehittyminen on merkittävää. Tämän seurauksena erilaisten pulssikaaritekniikoiden määrä kasvaa ajan myötä.

Pisaransiirto pulssikaarihitsauksessa

Optimoitavat hitsausolosuhteet määräävät, muodostuuko pulssisekvenssiin ruiskutus- vai lyhytkaarihitsaus.
Jokainen pisarasiirto tapahtuu yhden tai useamman peräkkäisen pulssin avulla (ks. alla oleva kuva).

Esimerkki nykyisen/ajan ulkonäöstä pulssikaarihitsauksessa. Tämä jakso kuvaa kunkin pulssin tuottamaa ruiskutuskaaren pisaroiden siirtymistä.

Erikoislujien terästen MAG-hitsauksen jatkuvan kehityksen vuoksi on olemassa muita, epätavallisempia valokaarityyppejä kuin tässä luvussa mainitut. Saat ajantasaista tietoa ottamalla yhteyttä SSAB:hen. 

Kun argonin ja hiilidioksidin kaasuseosta käytetään MAG-hitsauksessa, jokaiseen kemialliseen komponenttiin liittyy etuja ja haittoja. Tavoitteena on optimoida seos kuhunkin erityiseen hitsaustilanteeseen. Se tehdään hyödyntämällä molempien kemikaalien etuja ja minimoimalla haitat mahdollisimman paljon.

Tässä luvussa esitetyille kaasuseoksille on vaihtoehtoja. Yksi vaihtoehto on korvata CO₂ kokonaan tai osittain hapella. Koska näiden seosten käyttö on rajoitettua, niitä ei mainita tässä yhteydessä. Lisätietoja näistä suojakaasuseoksista saa kaasun valmistajalta.

Argon tehostaa myös ruiskutuskaaren muodostumista. 100-prosenttinen argonsuojauskaasu kuitenkin johtaisi epävakaaseen valokaareen, joten suojakaasujen on sisällettävä toinen kaasukomponentti, joka pystyy vakauttamaan valokaaren.

Argon edistää kapeaa ja intensiivistä kaarta, joka saa aikaan syvän tunkeutumisprofiilin hitsiaineen keskelle, jota kutsutaan usein argonsormeksi (katso alla oleva kuva). Se heikentää sulan lämmönsiirtokykyä hitsauksen aikana, jolloin läpivientiprofiili on kapeampi jokaisessa hitsausvaiheessa.

Läpitunkeutumisprofiilia edistettiin suojakaasulla, joka sisältää runsaasti argonia.

Suhteellisen pienen ja kapean läpäisyprofiilin negatiivisiin vaikutuksiin kuuluu nivelen fuusioitumisen riskin lisääntyminen. Lisäksi se lisää jonkin verran herkkyyttä hitsiaineen huokoisuuden suhteen.

CO₂ lisää myös lämmönsiirtokapasiteettia nestemäiseen sulatteeseen, mikä vaikuttaa hitsausmetallin geometriaan. Se auttaa antamaan hitsausmetallille suhteellisen suuren ja pyöreän muodon, joka on esitetty alla olevassa kuvassa. Hitsausmetallin muoto ja koko lisäävät hitsausmetallin sulamattomuuden ja huokoisuuden kestävyyttä.

Pelkästä CO₂ -kaasusta koostuvan suojakaasun tunkeutumiskyky.
 

CO _2:ta lisätään yleensä suhteellisen pieninä määrinä. Jos suojakaasun CO₂ -pitoisuus on liian korkea, se estää suihkukaarihitsauksen muodostumisen. Suurin CO₂ -pitoisuus, jonka alapuolella suihkukaarihitsaus on mahdollista _{Ar/CO 2} -seoksissa, on noin £ 25 %.

Ar/CO₂ -suojakaasuseosten hiilidioksidi vakauttaa valokaarta.

Suojakaasun vaikutuksesta lopullinen hitsausteho muodostuu yksittäisten kaasukomponenttien ominaisuuksien yhdistelmästä. Kaasukomponentin suurentunut osuus johtaa kyseisen kaasun ominaiskäyrän suurempaan vaikutukseen.

Alla olevassa kuvassa on kuvattu tyypillisten kaasuseosten läpivientiprofiilien pienahitsisaumat.

Kaaviomaiset läpitunkeutumisprofiilit suojakaasun koostumuksen muuttuessa MAG-hitsauksen yhteydessä: a) Ar+ ja 2 % CO₂. b) Ar+ ja 5 % CO₂. c) Ar+ ja 10 % CO₂. d) Ar+ ja 20 % CO₂. e) 100 % CO₂.

TIG-hitsauksen suojakaasuseos on helpompi päätellä, koska vaihtoehtoja on vähemmän kuin MAG-hitsauksessa. TIG-hitsauksen aikana on käytettävä kaasua seuraaviin tarkoituksiin:

Yleisesti ottaen SSAB ehdottaa puhtaan argonin suojakaasukoostumusta TIG-hitsaukseen, joka täyttää nämä vaatimukset.

Alla olevassa taulukossa esitetyt suojakaasut ^{Hardoxin ®} ja ^{Strenxin ®} MAG- ja TIG-hitsaukseen on tasapainotettu hyvin, jotta ne tukevat korkealaatuista hitsaustehoa. Jos Hardox^® ja Strenx^® -teräksiä hitsataan muihin teräksiin, samoja kaasutyyppejä voidaan käyttää.

Hitsausmenetelmä	Kaaren tyyppi	Asento	Suojakaasu [paino %]
MAG-umpilanka	Lyhyt kaari	Kaikki asennot	18-25 % CO2, muu Ar
MAG-täytelanka	Lyhyt kaari	Kaikki asennot	18-25 % CO2, muu Ar
MAG-umpilanka	Kuumakaarihitsaus	Vaakataso (PA, PB, PC)	15-20 % CO2, loput Ar
MAG, MCAW	Kuumakaarihitsaus	Kaikki asennot	15-20 % CO2, loput Ar
MAG, MCAW	Kuumakaarihitsaus	Vaakataso (PA, PB, PC)	15-20 % CO2, loput Ar
Robotti ja automaattinen MAG	Kuumakaarihitsaus	Vaakataso (PA, PB, PC)	8-18 % CO2, levossa Ar
TIG	Kuumakaarihitsaus	Kaikki asennot	100 % Ar

Ehdotuksia erilaisista kaasuseoksista Hardox^® ja Strenx^® -terästen hitsaamiseen.

Huomaa, että myös muita suojakaasuja voidaan käyttää. Kulutustarvikkeiden valmistaja voi myös määrittää tietyn suojakaasun koostumuksen tietylle kulutusosalle. Tällöin on noudatettava kulutustarvikkeita koskevia suosituksia.

Kaasuvirtaus

Kaasuvirtausta voidaan optimoida hyvin tasapainoisen hitsaustuloksen saavuttamiseksi. Liian pieni kaasun virtaus johtaa puutteelliseen sulamissuojaukseen. Liiallinen kaasunvirtaus voi muuttua turbulentiksi ja heikentää näin kaasunsuojausta.

Kaikkien suojakaasuihin perustuvien hitsausmenetelmien kaasunvirtaus voidaan säätää pääsääntöisesti käyttämällä samaa määrää kaasuvirtausta mitattuna l/min kuin suuttimen sisähalkaisija millimetreinä.