Spawanie elektrodą otuloną MMA

W przemyśle stalowym rozpowszechnione jest kilka metod spajania materiałów stalowych, do których należą:

  1. Spawanie elektrodą otuloną
  2. Spawanie metodą MAG/MIG w osłonie gazowej
  3. Spawanie metodą TIG
  4. Spawanie łukiem krytym
  5. Oraz inne mniej popularne metody łączenia stali.

W tym artykule omówię najstarszą z metod tj. spawanie elektrodą otuloną MMA.

 

Opis metody spawania

Spawanie łukowe elektrodą otuloną nazywane również metodą MMA (Manual Arc Welding) jest to najbardziej popularna metoda spawania łukowego. Choć ostatnio coraz mniej ekonomiczna na halach produkcyjnych, używana jest teraz głównie przy montażach na otwartych przestrzeniach. Powoli zostaje wypierana przez spawanie GMA (MIG/MAG) drutem proszkowym samoosłonowym (w szczególności w USA).

 

Rozpoczęcie spawania następuje w momencie zajarzenia się łuku elektrycznego pomiędzy topliwą elektrodą otuloną  a materiałem spawanym. W momencie stapiania elektrody miesza się ona ze stapianymi brzegami materiału spawanego i po zakrzepnięciu tworzy się nierozłączne połączenie. Rdzeń elektrody jest wykonany z podobnego  materiału co łączony materiał spawany, otulina w trakcie procesu spawania topi się w łuku elektrycznym a powstałe gazy i żużel chronią  jeziorko przed dostępem zanieczyszczeń z powietrza. Otulina może być zasadowa, rutylowa, kwaśna i celulozowa.

 

Schemat spawania metodą MMA

 

Schemat spawania metodą MMA
Schemat spawania metodą MMA

 

Zadania otuliny

Podstawową cechą otuliny są ich własności mechaniczne, na które wpływają składniki żużlotwórcze, odtleniające, tworzące gazy osłonowe i składniki stopowe. Ułatwiają one proces zajarzenia łuku, jego stabilność, odtlenianie i wprowadzenie składników stopowych do stopiwa. Tworzący się żużel formuje krzepnący ścieg i opuźnia jego stygnięcie.

 

Przygotowanie złącz do spawania

Należy pamiętać, że brzegi łączonych złacz powinny być czyste od smarów, zgorzeliny, farb, rdzy i innych zanieczyszczeń. W przeciwnym przypadku, spawanie zabrudzonych złącz może doprowadzić do niezgodności spawalniczych takich jak powstanie pęcherzy gazowych (szczególnie przy zastosowaniu elektrod zasadowych), przyklejeń, por itp.

 

Generalnie mówiąc, łączenie złącz polega na umiejętnym ich scaleniu, czyli zachowaniu odpowiedniej kolejności układania spoin sczepnych, która wacha się w zakresie od 25 do 32 grubości blachy. Długość spoiny sczepnej powinna mieć odpowiednią wytrzymałość by w procesie spawania nie pękała, np. dla blach o grubości powyżej 8[mm] przyjmuje się mniej więcej od 40÷60 [mm].

 

Parametry spawania

Bardzo duży wpływ na proces spawania elektrodą otuloną MMA mają parametry spawania, do których należą:

  • Rodzaj i natężenie prądu spawania
  • Napięcie łuku
  • Prędkość spawania
  • Średnica elektrody i jej położenie względem złacza.

Ważne jest również, aby źródło prądu miało stromo opadającą charakterystykę po powoduje duże zmiany napięcia łuku i w rezultacie nieznaczne zmiany natężenia prądu spawania.

 

Zaczynając od rodzaju i natężenia prądu spawania należy przyjrzeć się bardziej szczegółowo aspektom, przedstawionym w diagramie poniżej:

 

Diagram natężenia prądu podczas spawania metodą MMA
Diagram 1 Natężenie prądu - cechy

 

Odpowiednie natężenie prądu dobiera się zazwyczaj na podstawie danych katalogowych producenta lub wg wzoru:

I=(20+6d)*d

I – natężenie prądu [A]

d – średnica elektrody otulonej [mm]

 

Dobór natężenia prądu uzależniony jest od gatunku i grubości materiału spawanego, rodzaju elektrody otulonej, jej średnicy,rodzaju prądu,pozycji spawania, techniki układania ściegów, rodzaju złacza, temperatury spawanego materiału.

 

Przyjrzyjmy się nastepnie napięciu łuku

Długość łuku wpływa na przenoszenie metalu w łuku, prędkość spawania i układanie stopiwa. Gdy łuk spawalniczy jest długi wpływa to niekorzystnie na proces spawania, zmniejsza się prędkość spawania i  zwiększa się ilość odprysków. Krótki łuk umożliwia regulowanie kształtem i wielkością jeziorka spoiny. Długość łuku można obliczyć wg wzoru:

(0,5÷1,1)*d = długość łuku, gdzie d-średnica elektrody.

 

Krótkie podsumowanie przyczyn i skutków dużego i małego napięcia łuku zostało przedstawione w diagramie poniżej:

Diagram napięcia łuku podczas spawania
Napięcie łuku podczas spawania

 

Następnie, przy wyborze średnicy i typu elektrody do spawania należy uwzględnić następujące czynniki:

  • Stopiwo powinno mieć skład chemiczny porównywalny z materiałem spawanym jak również właściwości mechaniczne stopiwa muszą być podobne do właściwosci materiału podstawowego.
  • Należy sprawdzić czy elektrodą można spawać w pozycjach przymusowych.
  • Do wykonywania ściegów wypełniających stosować możliwie duże średnice.

Utrzymanie właściwej temperatury przez cały okres spawania zapobiega powstawaniu pęknięć, obniża naprężenia spawalnicze i odkształcenia konstrukcji.

Za wysoka temperatura międzyściegowa, czyli temperatura występująca w czasie układania kolejnych ściegów, może powodować rozrost ziarn w spoinie i strefie wpływu ciepła (SWC). Obniżają się własności plastycze złącza spawanego i spoina posiada skłonność do powstawania pęknięć pod wpływem obróbki cieplnej.

Dlatego, minimalna temperatura miedzyściegowa to temperatura wstępnego podgrzania.

 

Zastosowanie elektrod otulonych

Spawanie elektrod otulowych MMA ma bardzo szerokie zastosowanie w przemyśle wliczając:

  1. Elektrody do spawania stali węglowych i niskostopowych o podwyższonej wytrzymałości.
  2. Elektrody do spawania stali do pracy w podwyższonych temperaturach.
  3. Elektrody do spawania stali wysokostopowych,
  4. Elektrody do napawania
  5. Elektrody do spawania żeliwa
  6. Elektrody do spawania metali kolorowych
  7. Elektrody do spawania pod wodą
  8. Elektrody do żłobienia.