Koncepcja i klasyfikacja spawania gazowego metali łukiem (GMAW)
Spawanie gazowe metali łukiem (GMAW) to proces spawania łukowego, w którym stosuje się topliwy elektrodowy drut, a dostarczany z zewnątrz gaz osłonowy działa jako ośrodek łuku. Gaz chroni krople stopionego metalu, jeziorko spawalnicze i wysokotemperaturowy metal w strefie spawania. W zależności od różnych materiałów drutu i gazów osłonowych, jest on klasyfikowany na następujące procesy:
1. Klasyfikacja według rodzaju drutu spawalniczego
- Dzieli się na spawanie drutem litym i spawanie drutem proszkowym.
- Drut lity z osłoną gazu obojętnego (Ar lub He) jest definiowany jako spawanie MIG (Metal Inert Gas Arc Welding).
- Drut lity z osłoną mieszanki gazów bogatych w argon jest określany jako spawanie MAG (Metal Active Gas Arc Welding).
- Drut lity z osłoną czystego CO₂ jest po prostu nazywany spawaniem CO₂.
- Dla drutu proszkowego: Spawanie łukowe z użyciem CO₂ lub mieszanki CO₂+Ar jako gazu osłonowego to spawanie drutem proszkowym z osłoną gazową; spawanie bez zewnętrznego gazu osłonowego nazywa się spawaniem łukowym samoosłonowym.
2. Różnice między standardowym spawaniem MIG/MAG a spawaniem CO₂
- Spawanie CO₂ charakteryzuje się niskim kosztem i wysoką produktywnością, jednak ma oczywiste wady, takie jak duże rozpryski i słaby wygląd spoiny. Z tego powodu wiele zastosowań przemysłowych zamiast tego stosuje standardowe spawanie MIG/MAG.
- Standardowe spawanie MIG/MAG opiera się na osłonie gazu obojętnego lub mieszanki gazów bogatej w argon, podczas gdy spawanie czystym CO₂ wykazuje silne właściwości utleniające. Ta fundamentalna różnica decyduje o ich odpowiednich cechach i ograniczeniach zastosowania.
3. Główne zalety spawania MIG/MAG w porównaniu do spawania CO₂
- Redukcja odprysków o ponad 50%: Pod osłoną argonu lub gazów bogatych w argon łuk spawalniczy pozostaje niezwykle stabilny. Stabilna praca łuku jest utrzymywana podczas przenoszenia kropli i przenoszenia natryskowego. Nawet w przypadku zwarciowego przenoszenia w spawaniu MAG niskim prądem, odrzut łuku na stopione krople jest znacznie zredukowany, co zmniejsza ilość odprysków o ponad połowę.
- Jednolita i estetyczna ścieżka spawalnicza: Spawanie MIG/MAG zapewnia równomierne, drobne i stabilne przenoszenie kropli, co skutkuje gładkim, jednolitym i wizualnie atrakcyjnym formowaniem spoiny.
- Spawalne metale i stopy reaktywne: Atmosfera spawania ma słabe lub prawie zerowe utlenianie. MIG/MAG może spawać nie tylko stal węglową i wysokostopową, ale także metale reaktywne, w tym aluminium i stopy aluminium, stal nierdzewną, magnez i stopy magnezu. Znacznie poprawia wydajność procesu spawania, jakość spoin i efektywność produkcji.
4. Różnice między spawaniem impulsowym MIG/MAG a standardowym spawaniem MIG/MAG
- Standardowy MIG/MAG głównie wykorzystuje transfer strumieniowy przy wysokim prądzie i transfer zwarciowy przy niskim prądzie. Operacja przy niskim prądzie nadal cierpi z powodu obfitego rozprysku i słabego formowania. Zwłaszcza metale reaktywne, takie jak stopy aluminium i stal nierdzewna, nie mogą być spawane płynnie przy niskim prądzie.
- Spawanie MIG/MAG impulsowe zostało opracowane w celu rozwiązania tego problemu. Jego kluczową cechą jest przenoszenie jednej kropli na impuls prądu, co zasadniczo należy do trybu natryskowego przenoszenia kropli.
- Optymalny tryb pracy to jeden impuls, jedna kropla. Regulacja częstotliwości impulsów kontroluje częstotliwość przenoszenia kropli i prędkość topienia drutu. Średnica kropli jest zbliżona do średnicy drutu, co zapewnia niższe ciepło łuku i niższą temperaturę kropli w porównaniu z konwencjonalnym natryskowym przenoszeniem kropli i przenoszeniem dużych kropli.
Kluczowe korzyści:
- Wyższa wydajność topienia drutu;
- Mniej dymu spawalniczego, mniejsze wypalanie pierwiastków stopowych i lepsze środowisko pracy;
- Minimalne lub prawie zerowe rozpryski z doskonałą kierunkowością łuku;
- Nadaje się do spawania we wszystkich pozycjach z dobrym kształtowaniem spoiny, szerszą szerokością spoiny, płytkim wtopieniem i niewielkim nadlewem;
- Idealne spawanie niskim prądem dla metali reaktywnych, takich jak stopy aluminium;
- Poszerza zakres prądu roboczego dla natryskowego przenoszenia metalu; stabilne przenoszenie kropli można osiągnąć od prądu bliskiego krytycznego prądu natryskowego do dziesiątek amperów.
5. Wady spawania MIG/MAG impulsowego
- Żaden proces nie jest pozbawiony ograniczeń. W porównaniu ze standardowym spawaniem MIG/MAG:
- Nieco niższa postrzegana produktywność spawania w rutynowej pracy;
- Wyższe wymagania dotyczące umiejętności spawacza i doświadczenia operacyjnego;
- Stosunkowo wyższy koszt sprzętu spawalniczego.
6. Scenariusze zastosowań, w których spawanie MIG/MAG impulsowe jest obowiązkowe
- Wybór spawania MIG/MAG w trybie pulsacyjnym zależy od wymagań procesu spawania. Jest on niezbędny dla następujących materiałów i branż:
- Stal węglowa: Zastosowania wymagające wysokiej jakości i estetyki spoin, takie jak zbiorniki ciśnieniowe, kotły, chemiczne wymienniki ciepła, centralne klimatyzacyjne wymienniki ciepła i spiralne obudowy turbin wodnych.
- Stal nierdzewna: Spawanie niskim prądem (poniżej 200A) przy ścisłych standardach jakości i wyglądu, w tym części lokomotyw i ciśnieniowe naczynia chemiczne.
- Aluminium i stopy aluminium: Spawanie niskim prądem (poniżej 200A) dla wysokich standardów wyglądu i wydajności, szeroko stosowane w szybkich pociągach, przełącznikach wysokiego napięcia i urządzeniach do rozdziału powietrza.
- Miedź i stopy miedzi: Prawie wszystkie spoiny stopów miedzi w zakresie GMAW wykorzystują impulsowy proces MIG/MAG.