Spawanie metodą GMA - gazy ochronne

Spawanie GMA (ang. Gas Metal Arc) znane jest również jako spawanie MIG/MAG (ang. Metal Inert Gas / Metal Active Gas), gdzie MIG (lub metoda 131) oznacza spawanie w osłonie gazów obojętnych, a MAG (lub metoda 135) – spawanie w osłonie gazów aktywnych. Polega na stapianiu spawanego metalu i materiału elektrody topliwej ciepłem łuku elektrycznego jarzącego się̨ pomiędzy elektrodą topliwą i spawanym przedmiotem w osłonie gazu obojętnego lub aktywnego.

 

Zastosowanie osłony gazowej wpływa na:

  • Własności fizyczne łuku
  • Transport kropli do jeziorka spawalniczego
  • Rozprysk
  • Mechanizm formowania się̨ spoiny
  • Własności złącza

Gazy ochronne wykorzystywane w spawaniu MIG/MAG dzielą się na: 

  1. Gazy obojętne:
    • Argon 
    • Hel
  2. Gazy aktywne 
    • Dwutlenek węgla
    • Wodór
    • Tlen
    • Azot
    • Tlenek azotu

Poniżej znajduje się krótka charakterystyka najpopularniejszych gazów ochronnych stosowanych w spawaniu MIG/MAG.

 

ARGON

Jako gaz obojętny posiada :

  • dobre utrzymanie składników stopowych,
  • dobre własności mechaniczne spoin.

Posiada niski potencjał jonizacji co pozwala na:

  • dobrą stabilność́ łuku
  • łatwe zajarzenie łuku
  • wąską̨ spoinę̨ przy głębokim wtopieniu (argon posiada niski współczynnik przewodzenia cieplnego w porównaniu do helu, dlatego rdzeń́ słupa łuku ma dużo mniejszy przekrój i w rezultacie większą koncentrację energii cieplnej w łuku, powodując na wąskim obszarze wzrost głębokości wtopienia).

Posiada natryskowe przenoszenie materiału w łuku co powoduje:

  • małą ilość́ rozprysków
  • czystą spoinę̨
  • wysoką wydajność́ procesu

 

HEL

Jako gaz obojętny posiada:

  • dobre utrzymanie składników stopowych
  • doskonałe własności spoiny

Posiada wysoki potencjał jonizacji co powoduje:

  • trudne zajarzenie łuku
  • szeroką spoinę̨ przy głębokim wtopieniu (rdzeń słupa łuku jest szerszy, czyli odwrotnie niż̇ przy argonie)
  • większą szybkość́ przesuwu palnika

 

TLEN

Gaz aktywny:

  • poprawia stabilność́ łuku
  • polepsza formowanie ściegów
  • zmniejsza porowatość́ i rozprysk (zmniejsza wielkość́ kropli)
  • zwiększa wydajność́ stapiania
  • przenoszenie ciekłego metalu z drobnokroplowego w natryskowy

 

DWUTLENEK WĘGLA

Gaz aktywny:

  • niski koszt
  • wysoki potencjał jonizacji (większe przetopienie)
  • duży rozprysk
  • spawanie łukiem zwarciowym (wszystkie pozycje)
  • dobre wtopienie w spawany materiał

 

WODÓR

Gaz aktywny:

  • zwiększa ciepło łuku
  • poprawia stabilność́ jeziorka spawalniczego (zwiększa szybkość́ spawania)
  • lepsza jakość́ spoiny
  • poprawia zwilżalność́ i lepsze oczyszczenie lica spoiny.

Natężenie przepływu gazu ochronnego musi być́ tak dobrane, aby była zapewniona stała osłona obszaru spawania, nawet przy poprzecznym przepływie powietrza wywołanym przeciągami lub wiatrem.

 

Porównanie mieszanin na bazie argonu z dwutlenkiem węgla wygląda następująco:

  1. Przenoszenie materiału w łuku.
    1. Mieszaniny na bazie argonu:
      • Spawanie łukiem natryskowym, ograniczają̨ rozpryski, zwiększają̨ stapianie.
      • Kontrolowane przenoszenie w łuku zwarciowym dostarcza mniejsze ilości ciepła do materiału spawanego ograniczając możliwości wystąpienia odkształceń́ oraz możliwości spawania w pozycjach przymusowych.
    2. Dwutlenek węgla
      • Tylko kroplowe i zwarciowe przenoszenie materiału 

      • Do użycia tylko dla stali węglowych 

      • Ograniczone możliwości spawania w pozycjach wymuszonych. 

  2. Rozprysk stopiwa.
    1. Mieszaniny na bazie argonu,
      • Niski poziom rozprysków
      • Wysoka wydajność́ stapiania
      • Niski koszt utrzymania sprzętu
    2. Dwutlenek węgla
      • Wysoki poziom rozprysków
      • Niska wydajność́ stapiania (wysoki koszt drutu spawalniczego)
      • Dla uzyskania dobrego wyglądu spoiny niezbędne jest dodatkowe czyszczenie mechaniczne
      • Wysoki koszt utrzymania sprzętu.
  3. Kształt ściegu spoiny.
    1. Mieszaniny na bazie argonu,
      • Bardziej płaski ścieg spoiny
      • Lepsze wykorzystanie spoiwa
    2. Dwutlenek węgla
      • Wypukły ścieg spoiny 

      • Gorsze wykorzystanie spoiwa 

      • Wyższe koszty spawania
  4. Głębokość́ wtopienia.
    1. Mieszaniny na bazie argonu,
      • Kontrolowana głębokość́ wtopienia
      • Mniej przepaleń́
      • Większa tolerancja na niedopasowanie części
      • Możliwość́ osiągania takich samych głębokości przetopienia jak przy CO2
    2. Dwutlenek węgla
      • Gorętszy łuk, trudniejsza kontrola głębokości przetopienia
      • Większe przepalenie i zniekształcenie
      • Przetopienie w kierunku poprzecznym ściegu (bocznym)
  5. Właściwości mechaniczne.
    1. Mieszaniny na bazie argonu,
      • Dobre utrzymanie składników stopowych 

      • Mała ilość́ pęcherzyków gazu w spoinie 

      • Większe wytrzymałości na rozciąganie i udarność
    2. Dwutlenek węgla
      • Bardziej utleniający, mniejsza zdolność́ utrzymania składników 
stopowych
      • Mniejsza wytrzymałość́ na rozciąganie i mniejsza twardość́ 

  6. Szybkość́ spawania.
    1. Mieszaniny na bazie argonu,
      • Większe szybkości dla grubszych materiałów >6mm 

      • Większa prędkość́ spawania w prawie wszystkich zastosowaniach
    2. Dwutlenek węgla
      • Może być́ szybszy na cienkich wzorcowych blachach <3mm.

 

Literatura:

[1] Instytut Spawalnictwa -Technologia spawania i napawania stali, staliwa i żeliwa, 1996,

[2] Andrzej Klimpel – Spawanie zgrzewanie i cięcie metali-technologie, 1999

[3] Poradnik Inżyniera Spawalnictwo tom 1 i 2, 2003