Gaz osłonowy

Spawanie MAG odbywa się przy użyciu różnych materiałów spawalniczych, takich jak druty lite, druty z rdzeniem topnikowym i druty z rdzeniem metalowym. Typowym gazem osłonowym do spawania MAG z tymi rodzajami materiałów spawalniczych jest mieszanina argonu (Ar) i dwutlenku węgla (CO₂ ). Inną możliwością jest zastosowanie gazu ochronnego składającego się w 100% z CO₂, który w określonych sytuacjach może być alternatywą dla spawania MAG z drutami topliwymi.

Proporcje argonu i dwutlenku węgla w mieszaninach Ar/CO₂ zależą od typu zastosowanego łuku. Niektóre połączenia są optymalne do spawania z określonym łukiem. Inne mogą osiągać korzystne wyniki podczas spawania więcej niż jednym rodzajem łuku.

Trzy główne typy łuków, które są możliwe podczas spawania MAG to łuki krótkie, łuki natryskowe i łuki impulsowe. Dla tych trzech typów łuków możliwe są druty lite, druty z rdzeniem topnikowym i druty z rdzeniem metalowym.

Każdy rodzaj łuku jest ograniczony do określonych interwałów prądu i napięcia, które są stosowane podczas spawania. Poniżej przedstawiono schemat powstawania krótkiego łuku i łuku natryskiwania.
Nieprawidłowe ustawienia prądu i napięcia mogą spowodować powstanie bardziej niestabilnego łuku świetlnego. Jest to niepożądane w przypadku wielu rodzajów spawania.

Krótkie łuki i łuki natryskowe dla różnych ustawień prądu i napięć podczas spawania MAG z wykorzystaniem mieszaniny gazów ochronnych Ar/CO2. Spawanie wykonuje się z reguły przy użyciu prądu stałego.

Na pojawianie się typów łuków wpływają również inne parametry spawania, w tym skład chemiczny gazu osłonowego, wielkość materiału eksploatacyjnego i długość wystającego drutu z pistoletu do styków.

Podczas spawania powstaje krótki łuk elektryczny o stosunkowo niskiej energii liniowej. Łuk ten umożliwia wszechstronne spawanie, w tym:

Do ogólnych wad spawania łukowego należą:

Transport kropelek przy spawaniu łukowym

Spawanie łukowe charakteryzuje się przenoszeniem metalu z materiałów eksploatacyjnych, gdzie każda kropla powoduje zwarcie łuku. Niska częstotliwość transferu kropli wynosi około 50-200 Hz.
Każda kropla rozwija się do stosunkowo dużego rozmiaru podczas przenoszenia metalu, a następnie zwiera, generując chwilowo duży prąd. Kropla opuszcza drut i łuk zostaje ponownie uderzony. Spawanie łukowe można rozpoznać po charakterystycznym, świetlistym dźwięku.

Ilustracja spawania łukowego: a) Kropla zaczyna się tworzyć. b) Kropla przesuwa się w kierunku metalu bazowego. c) Krople dotykają jeziorka spawalniczego, powodując zwarcie. d). Obwód jest przerwany; zaczyna się tworzyć kolejna kropla.

Spawanie łukowe ma zazwyczaj dość wysoką ilość doprowadzanego ciepła, co prowadzi do wyższej wydajności niż spawanie łukowe. Łuk ten charakteryzuje się stopniem stabilności, co przyczynia się do bardzo niskiego poziomu rozprysków. Łuk natryskowy można wykonać w pozycji płaskiej.

Zastosowanie drutów topliwych daje przewagę podczas spawania w pozycjach innych niż poziome.

Główne punkty spawania, w zależności od położenia palnika spawalniczego, zgodnie z normą EN ISO 6947.

Wysoka ilość wprowadzonego ciepła oznacza, że zakres odpowiedniej grubości pojedynczych blach dla tej techniki jest ograniczony do około 5 mm i więcej. Wyjątkiem jest spawanie łukowe, które może wykonywać połączenia spawane cieńszych blach o pojedynczej grubości. Odgłos spawania łukowego można odróżnić od spawania łukiem krótkim za sprawą jednolitego charakteru.

Przenikanie kropli podczas spawania łukowego

W porównaniu ze spawaniem łukowym, wymiana kropelek metalu odbywa się z większą częstotliwością, a wielkość każdej kropli metalu jest mała. Podczas spawania łukowego metodą natryskową nie dochodzi do zwarć, a krople pozostawiają drut w postaci małej kropli lub aerozolu, zgodnie z poniższym rysunkiem.

Spawanie MAG łukiem natryskiwanym: a) Pistolet do spawania. b) Kropla. c) Metal bazowy. d) Elektroda zużywalna. e) Gaz ochronny. f) Basen do spawania.

Dzięki spawaniu impulsowemu można uzyskać łuk przy stosunkowo niskim nagrzewaniu. Ta technika wykorzystuje parametry impulsowe w odniesieniu do interakcji między wartościami prądu i napięcia.

Główne wyjątki w przypadku łuku impulsowego w porównaniu z techniką łuku natryskowego to:

Rozwój różnych rodzajów technik łuku impulsowego jest znaczący. W związku z tym liczba różnych technik łuku impulsowego wzrasta z upływem czasu.

Przenoszenie kropli podczas spawania impulsowego

Stan spawania, który ma zostać zoptymalizowany, określa, czy sekwencja impulsowa generuje spawanie natryskowe czy spawanie krótkim łukiem.
Każdy transfer kropli jest generowany przez jedną lub kilka sekwencji impulsów z rzędu, patrz ilustracja poniżej.

Przykład prądu/czasu podczas spawania impulsowego. Ta sekwencja przedstawia przenoszenie kropli łuku natryskowego, które jest generowane przez każdy impuls.

Ze względu na ciągły rozwój spawania MAG stali wysokowytrzymałych, istnieją inne, bardziej niekonwencjonalne typy łuków niż wymienione w tym rozdziale. Aby uzyskać aktualne informacje w tej sprawie, skontaktuj się z SSAB. 

Podczas spawania MAG mieszanina argonu i dwutlenku węgla ma swoje zalety i wady. Ma to na celu zoptymalizowanie mieszanki dla każdego konkretnego procesu spawania. Odbywa się to poprzez wykorzystanie zalet obu środków chemicznych przy jednoczesnym minimalizowaniu wad.

Istnieją alternatywy dla sugerowanych mieszanin gazów wymienionych w tym rozdziale. Jedną z alternatyw jest częściowa lub całkowita wymiana CO₂ na tlen. Ponieważ mieszanki te mają ograniczone zastosowanie, nie są one w tym kontekście dalej wymienione. Dodatkowe informacje na temat tych mieszanin gazu ochronnego można uzyskać u producentów gazu.

Argon poprawia również tworzenie się łuku natryskowego. Jednak gaz osłonowy 100% argonu prowadziłby do niestabilnego łuku, więc gazy osłonowe muszą zawierać inny składnik gazu, który ma zdolność do stabilizacji łuku.

Argon promuje wąski i intensywny łuk, który tworzy głęboki profil penetracji w środku metalu spawanego, często nazywany palcem argonowym, patrz ilustracja poniżej. Zmniejsza zdolność przenoszenia ciepła w stopie podczas spawania, przyczyniając się do węższego profilu penetracji dla każdego przejścia spawania.

Profil penetracji wspomagany przez gaz osłonowy o wysokiej zawartości argonu.

Negatywne skutki stosunkowo małego i wąskiego profilu penetracji obejmują zwiększone ryzyko braku zrostu w stawie. Ponadto powoduje to nieco większą podatność na porowatość metalu spawanego.

CO₂ przyczynia się również do większej zdolności przewodzenia ciepła do ciekłego stopu, CO wpływa na geometrię spawanego metalu. Przyczynia się to do uzyskania stosunkowo dużego i zaokrąglonego kształtu spawanego metalu, jak pokazano na poniższym rysunku. Kształt i wielkość stopiwa zapewnia dodatkową odporność na brak zrostu i porowatości w stopie.

Wydajność penetracji gazu ochronnego składającego się wyłącznie z CO₂.
 

CO₂ jest zazwyczaj dodawany w stosunkowo małych ilościach. Zbyt duża zawartość CO₂ w gazie osłonowym utrudnia tworzenie się spawania łukowego. Maksymalna zawartość CO _2, poniżej której spawanie łukowe jest możliwe w mieszaninach Ar/CO₂ wynosi ok. £ 25%.

Dwutlenek węgla w mieszaninie gazów osłonowych Ar/CO₂ stabilizuje łuk elektryczny.

Ze względu na oddziaływanie gazów osłonowych końcowa charakterystyka spawania jest połączeniem właściwości poszczególnych elementów gazowych. Zwiększona część składnika gazowego prowadzi do większego wpływu właściwości danego gazu.

Poniżej przedstawiono typowe profile przenikania dla różnych mieszanin gazów do spawania spoin pachwinowych.

Schematyczny przebieg penetracji przy zmianie składu gazu ochronnego podczas spawania MAG: a) Ar+ i 2% CO₂. b) Ar+ i 5% CO₂. c) Ar+ i 10% CO₂. d) Ar+ i 20% CO₂. e) 100% CO₂.

Mieszanka gazu ochronnego do spawania metodą WIG jest łatwiejsza do podjęcia decyzji, ponieważ jest mniej opcji w porównaniu ze spawaniem MAG. Podczas spawania metodą TIG należy używać gazu do:

Ogólnie rzecz biorąc, SSAB proponuje skład gazu ochronnego z czystego argonu do spawania TIG, który spełnia te wymagania.

Gazy osłonowe sugerowane w poniższej tabeli do spawania MAG i TIG stali Hardox ® i ^Strenx ® są dobrze zrównoważone, aby zapewnić wysoką jakość spawania. Jeśli gatunki Hardox ® i ^Strenx ® są spawane z innymi rodzajami stali, mogą być stosowane te same rodzaje gazu.

Metoda spawania	Typ łuku	Pozycja	Gaz ochronny [% wag.]
MAG, drut lity	Krótki łuk	Wszystkie pozycje	18-25% CO2, reszta Ar
MAG, drut rdzeniowy	Krótki łuk	Wszystkie pozycje	18-25% CO2, reszta Ar
MAG, drut lity	Łuk natryskowy	Pozioma (PA, PB, PC)	15-20% CO2, reszta Ar
MAG, MCAW	Łuk natryskowy	Wszystkie pozycje	15-20% CO2, reszta Ar
MAG, MCAW	Łuk natryskowy	Pozioma (PA, PB, PC)	15-20% CO2, reszta Ar
Robotyczny i automatyczny MAG	Łuk natryskowy	Pozioma (PA, PB, PC)	8-18% CO2, reszta Ar
TIG	Łuk natryskowy	Wszystkie pozycje	100% Ar

Sugestie dotyczące różnych mieszanin gazów do spawania gatunków Hardox ® i ^Strenx ®.

Należy pamiętać, że można również stosować inne gazy ochronne. Producent materiału eksploatacyjnego może również określić określony skład gazu ochronnego dla konkretnego materiału eksploatacyjnego. W takim przypadku należy stosować się do zaleceń dotyczących materiałów eksploatacyjnych.

Przepływ gazu

Przepływ gazu można zoptymalizować w celu uzyskania zrównoważonej wydajności spawania. Zbyt mały przepływ gazu skutkuje niewystarczającą ochroną stopu. Nadmierny przepływ gazu może powodować turbulencje, pogarszając ochronę gazową.

Przepływ gazu dla wszystkich metod spawania opartych na gazach ochronnych można z reguły ustawić, używając tej samej liczby przepływu gazu zmierzonej w l/min co średnica wewnętrzna dyszy zmierzona w mm.