Skyddsgas

MAG-svetsning görs med olika typer av tillsatsmaterial, bland annat solidtrådar, trådar med flusskärna och trådar med kärna. En vanlig skyddsgas för MAG-svetsning med dessa typer av tillsatsmaterial är en blandning av argon (Ar) och koldioxid (CO₂ ). Ett annat alternativ är skyddsgas bestående av 100 % CO₂, som i vissa fall kan vara ett alternativ för MAG-svetsning med flusstråd.

Proportionerna av argon och koldioxid i Ar/CO _{2-blandningar} är relaterade till den typ av båge som tillämpas. Vissa material är optimerade för svetsning med en specifik ljusbåge. Andra kan få fördelaktiga resultat vid svetsning med mer än en bågtyp.

De tre huvudsakliga bågtyperna som är möjliga under MAG-svetsning är kortbåge, sprejbåge och pulsbåge. Solidtrådar, flusstrådtrådar och trådtrådar kan användas för dessa tre typer av bågar.

Varje typ av ljusbåge är begränsad till vissa perioder av ström och spänning som anbringas under svetsningen. Ett schematiskt diagram för framväxt av kort båge och sprejbåge visas nedan.
Felaktiga inställningar av ström och spänning kan resultera i att en globulär båge bildas som är mer instabil. Det är därför inte önskvärt i många typer av svetsningsprestanda.

Den korta ljusbågen och sprutbågen för olika nivåer av ström- och spänningsinställningar vid MAG-svetsning med en Ar/CO2-skyddsgasblandning. Svetsning sker normalt med D.C.

Andra svetsparametrar inverkar också på ljusbågstypernas uppkomst, bland annat skyddsgasens sammansättning, förbrukningsmaterialets diameter och trådens utstickande längd från kontaktmunstycket.

Kort ljusbåge uppstår vid svetsning med relativt låg värmetillförsel. Denna båge möjliggör mångsidig svetsning, inklusive:

Några allmänna nackdelar med kort bågsvetsning är:

Droppöverföring vid kort bågsvetsning

Kort bågsvetsning kännetecknas av en metallöverföring från tillsatsmaterialet, där varje droppe kortsluter bågen. Droppöverföringen har en låg frekvens på cirka 50-200 Hz.
Varje droppe växer till en jämförelsevis stor storlek under metallöverföringen och kortsluts sedan, vilket ger en tillfälligt hög ström. Droppen lämnar tråden och bågen träffas igen. Kort bågsvetsning känns igen på det karakteristiska gnistrande ljudet.

Bild på kort bågsvetsning: a) Droppbildning börjar. b) Sänkningen går framåt mot basmetallen. c) Droppen vidrör svetsbadet och orsakar kortslutning. d). Kretsen är bruten, ytterligare en droppe börjar formning.

Sprutbågsvetsning har normalt en ganska hög värmetillförsel vilket leder till högre produktivitet jämfört med kort bågsvetsning. Denna båge har en stabilitet som bidrar till en mycket låg nivå av stänk. Sprutbåge kan utföras i plant läge.

Användning av rutil fluxfylld tråd ger fördelen med svetsning i andra positioner än den plana.

Huvudpositionerna för svetsning, relaterade till svetsbrännarens position, enligt standarden SS-EN ISO 6947.

Den höga värmetillförseln innebär att intervallet för lämpliga enskilda plåttjocklekar för denna teknik är begränsat till cirka 5 mm och mer. Undantaget är pulsad bågsvetsning, som kan svetsa fogar med tunnare enkel plåttjocklek. Ljudet från sprutbågsvetsning skiljer sig från bågsvetsning genom sin enhetliga karaktär.

Droppöverföring vid bågsvetsning

Metalldropparna överförs med högre frekvens jämfört med kort bågsvetsning och storleken på varje metalldroppe är liten. Vid bågsvetsning med spray förekommer inga kortslutningar och droppen lämnar tråden som en liten droppe eller en spray genom bågen, enligt bilden nedan.

MAG-svetsning med strålbåge: a) Svetsning. b) Droppe. c) Basmetall. d) Förbrukningselektrod. e) skyddsgas. f) Svetsbassäng.

Svetsning med pulsbågsteknik innebär att en ljusbåge kan uppnås med relativt låg värmetillförsel. Denna teknik använder pulsade parametrar med avseende på en interaktion mellan strömmen och spänningsvärdena.

De huvudsakliga undantagen med pulsad ljusbåge jämfört med en spraybågsteknik är att:

Utvecklingen av olika typer av pulsbågstekniker är betydande. Följaktligen ökar antalet olika pulsbågstekniker med tiden.

Droppöverföring vid pulsad bågsvetsning

Det svetsförhållande som ska optimeras avgör om pulssekvensen kommer att generera sprut- eller kort bågsvetsning.
Varje droppöverföring genereras av en eller flera pulssekvenser i rad, se bilden nedan.

Exempel på ström/tidsutseende vid pulsad bågsvetsning. Den här sekvensen illustrerar en överföring av spraybågsdroppar som genereras av varje puls.

På grund av den kontinuerliga utvecklingen inom MAG-svetsning av stål med hög hållfasthet finns det andra, mer okonventionella ljusbågstyper än de som nämns i detta kapitel. För uppdaterad information i detta ärende, kontakta SSAB. 

Vid användning av en gasblandning av argon och koldioxid vid MAG-svetsning finns det fördelar och nackdelar med varje kemisk komponent. Målet är att optimera blandningen för varje specifik svetsning. Det görs genom att dra nytta av fördelarna med båda kemikalierna samtidigt som nackdelarna minimeras så mycket som möjligt.

Det finns alternativ till de föreslagna gasblandningarna som nämns i detta kapitel. Ett alternativ är att helt eller delvis ersätta CO₂ med syre. Eftersom dessa blandningar har en begränsad användning nämns de inte längre i detta sammanhang. Ytterligare information om dessa skyddsgasblandningar kan erhållas från gastillverkaren.

Argon förbättrar också bildandet av spraybågsöverföringen. En skyddsgas av 100 % argon skulle dock leda till en instabil ljusbåge, så skyddsgaserna måste inkludera en annan gaskomponent som kan stabilisera ljusbågen.

Argon främjar en smal och intensiv ljusbåge som ger en djup penetreringsprofil i mitten av svetsgodset, ofta kallat argonfinger, se bilden nedan. Det minskar värmeöverföringskapaciteten i smältan under svetsning, vilket bidrar till en smalare genomträngningsprofil för varje svetspass.

Penetrationsprofilen främjas av en skyddsgas med hög argonhalt.

De negativa effekterna av en relativt liten och smal penetrationsprofil inkluderar en ökad risk för utebliven fusion i leden. Dessutom ger det en något högre känslighet för porositet i svetsgodset.

CO₂ bidrar också till en högre värmeöverföringskapacitet till den flytande smältan, vilket påverkar svetsgodsets geometri. Det hjälper till att ge svetsgodset en relativt stor och rund form, vilket illustreras i bilden nedan. Formen och storleken på svetsgodset ger ytterligare motstånd mot bristande fusion och porositet i svetsgodset.

Genomträngningsförmåga för en skyddsgas som endast består av CO₂.
 

CO₂ tillsätts normalt i relativt små mängder. Om CO₂ -halten i skyddsgasen är för hög förhindrar det bildandet av bågsvetsning. Den maximala CO₂ -halten under vilken bågsvetsning är möjlig i _{Ar/CO 2} -blandningar är cirka £ 25 %.

Koldioxiden i Ar/CO₂ skyddsgasblandningar stabiliserar ljusbågen.

På grund av skyddsgasens påverkan är den slutliga svetsningen en kombination av egenskaperna hos varje enskild gaskomponent. En ökad andel av en gaskomponent leder till en större påverkan på egenskaperna för den specifika gasen.

De typiska penetrationsprofilerna för olika gasblandningar illustreras nedan i bilden nedan för svetsning av kälfogar.

Schematiska genomträngningsprofiler vid varierande sammansättning av skyddsgasen vid MAG-svetsning: a) Ar+ och 2 % CO₂. b) Ar+ och 5 % CO₂. c) Ar+ och 10 % CO₂. d) Ar+ och 20 % CO₂. e) 100 % CO₂.

Det är lättare att bestämma skyddsgasblandningar för TIG-svetsning eftersom det finns färre alternativ jämfört med MAG-svetsning. Vid TIG-svetsning ska gas användas för att:

I allmänhet föreslår SSAB en skyddsgassammansättning av rent argon för TIG-svetsning som uppfyller dessa krav.

De skyddsgaser som föreslås i tabellen nedan för MAG- och TIG-svetsning av Hardox^® och Strenx^® är välbalanserade för att stödja högkvalitativ svetsning. Om Hardox^® och Strenx^® stålsorter svetsas ihop med andra stålsorter kan samma gastyper användas.

Svetsmetod	Bågtyp	Läge	Skyddsgas [vikt %]
MAG, solid tråd	Kortbåge	Alla lägen	18-25 % CO2, rest Ar
MAG, fylld tråd	Kortbåge	Alla lägen	18-25 % CO2, rest Ar
MAG, solid tråd	Spraybåge	Horisontell (PA, PB, PC)	15-20 % CO2, rest Ar
MAG, MCAW	Spraybåge	Alla lägen	15-20 % CO2, rest Ar
MAG, MCAW	Spraybåge	Horisontell (PA, PB, PC)	15-20 % CO2, rest Ar
Robotiserad och automatisk MAG	Spraybåge	Horisontell (PA, PB, PC)	8-18 % CO2, rest Ar
TIG	Spraybåge	Alla lägen	100 % Ar

Förslag på olika gasblandningar för svetsning av Hardox^® och Strenx^® stålsorter.

Observera att även andra skyddsgaser kan användas. Tillverkaren av förbrukningsmaterialet kan också specificera en viss skyddsgassammansättning för ett specifikt förbrukningsmaterial. I sådana fall ska rekommendationerna för förbrukningsmaterialet tillämpas.

Flöde, gasflöde

Gasflödet kan optimeras för att få en välbalanserad svetsning. För litet gasflöde leder till otillräckligt skydd av smältan. Överdrivet gasflöde kan bli turbulent och därmed försämra gasskyddet.

Gasflödet för alla svetsmetoder baserade på skyddsgaser kan som tumregel ställas in genom att använda samma antal gasflöden mätt i l/min som munstyckets innerdiameter mätt i mm.