Zakład Spawalnictwa
Z ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH ZE SPAWALNICTWA
Zespół A2
Borowski Sebastian
Dobrzański Łukasz
Hapyn Karol
Kaczmarczyk Radosław
Kowalik Wojciech
Rok akademicki 1999/2000
Półautomatyczne spawanie w osłonach gazów ochronnych.
1. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest zapoznanie z metodami spawania w osłonach gazów ochronnych, parametrami, materiałami, techniką i zasadami spawania.
2. Przebieg ćwiczenia.
Przed przystąpieniem do ćwiczenia niezbędne jest przybliżenie metod, które znalazły największe praktyczne zastosowanie. W zależności od rodzaju elektrody oraz gazu osłonowego są to trzy metody:
§ metoda MAG (Metal Active Gas), w której elektroda jest metalowa – topliwa, a gaz osłonowy jest aktywny (spawanie w CO2 lub w mieszankach gazowych, głównie CO2 + Ar),
§ metoda MIG (Metal Inert Gas), w której elektroda jest metalowa – topliwa, a gaz osłonowy Ar lub He jest obojętny (spawanie elektrodą topliwą w argonie lub helu),
§ metoda TIG (Tungsten Inert Gas) w której elektroda jest wolframowa – nietopliwa, a gaz osłonowy Ar lub He jest obojętny (spawanie elektrodą wolframową w argonie lub helu).
Istota metody spawania w osłonach gazowych elektrodą topliwą (MAG/MIG).
Elektroda topliwa (drut) przesuwana jest za pomocą podajnika przez ślizg podłączony do bieguna źródła prądu. Drut przechodzi przez dyszę, do której doprowadzony jest gaz osłonowy. Gaz, wypływając z dyszy, zabezpiecza przestrzeń łuku przed dostępem powietrza z otaczającej atmosfery. Drut, stapiając się w łuku elektrycznym, stanowi materiał dodatkowy, z którego, łącznie z ciekłym metalem nadtopionych brzegów spawanych elementów, powstaje spoina.
Metal drutu elektrodowego przy spawaniu metodą MIG/MAG może być przenoszony do jeziorka trzema sposobami: zwarciowym, grubokroplowym oraz natryskowym. Dla poszczególnych sposobów zestaw parametrów zmiennych przedstawia się następująco: zwarciowo (stosowane do spawania cienkich elementów) - 15 – 25 V oraz 50 – 200 A; grubokroplowo – 20 – 30 V oraz 100 – 220 A; natryskowo – 20 –40 V oraz 200 –600 A. Oczywiście parametry te są zależne od grubości drutu i materiału spawanego. Najkorzystniejszy, z punktu widzenia stabilności jarzenia i możliwości wpływania na kształt spoiny oraz ograniczenia rozprysków, jest łuk natryskowy.
Materiały dodatkowe.
Spawanie MAG, zwłaszcza w osłonie CO2, z powodu utleniającej atmosfery w przestrzeni łuku elektrycznego nie zapewnia pełnej ochrony metalu przed utlenieniem i częściowym wypaleniem składników o większym powinowactwie do tlenu. Ponadto brak w tym procesie spawania żużla uniemożliwia wprowadzenie dodatkowych pierwiastków do spoiny, jak przy spawaniu elektrodami otulonymi lub łukiem krytym. Dlatego też zarówno drut, jak i gaz osłonowy, stanowiące materiały do spawania, muszą odpowiadać ustalonym wymaganiom, warunkującym uzyskanie spoiny o określonym składzie chemicznym i właściwościach.
Druty.
Druty muszą zawierać dostateczną ilość pierwiastków o dużym powinowactwie do tlenu, jak: Mn, Si, Al i Ti. Mają one za zadanie odtlenienie spoiny, a ponadto, rozpuszczając się w ciekłym metalu, uzupełniając jego skład chemiczny do wymaganej zawartości tych składników. W drutach ograniczona jest zawartość węgla do 0,12% w celu zabezpieczenia przed powstawaniem porów i pęcherzy gazowych na skutek redukcji FeO w metalu. Do spawania MAG/MIG stosuje się druty o średnicach 0,8, 1,0, 1,2, 1,6, 2,0 i 2,4 mm, zwinięte na szpulach, które zakłada się do podajnika. Rozróżnia się druty proszkowe, w których można regulować skład chemiczny oraz druty pełne umożliwiające głębsze wtopy. W celu zapewnienia stabilności procesu spawania drut powinien być podawany z jednakową prędkością i powinien mieć zapewniony ciągły kontakt elektryczny z biegunem źródła prądu zasilającego łuk. Z tych powodów drut powinien spełniać następujące wymagania:
§ jego powierzchnia powinna być pomiedziowana i czysta,
§ powinien być dostatecznie, lecz nie przesadnie sztywny (twardy ciągniony),
§ nie może być zagięty i załamany, gdyż utrudnia to przesuwanie przez giętki wąż, łączący podajnik z uchwytem spawalniczym,
§ jego średnica powinna się mieścić w granicach dopuszczalnych odchyłek.
Gazy osłonowe.
Gazy osłonowe zabezpieczają ciekły metal i przestrzeń łuku przed dostępem otaczającego powietrza, mają wpływ na stabilność jarzenia łuku oraz ułatwiają jego zajarzenie, oddziałują również w sposób chemiczny.
Stanowisko do spawania.
W skład stanowiska do spawania metodą MAG/MIG wchodzi źródło prądu stałego 1 , podajnik drutu 2 oraz butla 4 z gazem osłonowym wraz z osprzętem. Podajnik 2 jest połączony z uchwytem spawalniczym 3 przewodem giętkim.
Do przewodu łączącego butlę z uchwytem spawalniczym są włączone: podgrzewacz gaz, reduktor, zawór elektromagnetyczny, zawór regulujący przepływ gazu oraz przepływomierz. Na rękojeści uchwytu spawalniczego znajduje się przycisk, umożliwiający zapoczątkowanie i przerwanie spawania przez uruchomienie lub zatrzymanie podajnika i przepływu gazu. Reduktor służy do obniżenia ciśnienia gazu do ciśnienia roboczego od 0,10 do 0,15 atm.
Dobór parametrów spawania.
Jak już wcześniej wspomniano podstawowymi parametrami są: natężenie prądu spawania, napięcie łuku, indukcyjność obwodu spawania i ilość gazu wypływającego z dyszy. Parametry te zależą przede wszystkim od średnicy użytego do spawania drutu, dlatego też najpierw należy ustalić średnicę drutu, jaki do spawania zostaje zastosowany. Jako ogólne wytyczne w tej kwestii można przyjąć, że stosuje się:
§ dla blach grubości 2 mm druty o średnicy 0,8 mm,
§ dla blach grubości 2-20 mm druty o średnicy 1,2 mm,
§ dla blach grubości 10-30 mm druty o średnicy 1,6 mm.
Do spawania cienkich blach (około 2 mm) oraz do spawania w pozycjach pionowej, naściennej i pułapowej stosuje się łuk zwarciowy o napięciu w granicach 24-26 V lub krótki o napięciu 16-21 V. Do spawania blach grubych w pozycji podolej stosuje się łuk bezzwarciowy – natryskowy o napięciu 30-45 V. Ilość gazu przepływającego przez dyszę ustala się na podstwaie wskazań przepływomierza, przy czym powinna ona wynosić: 10-14 l/min przy spawaniu drutami o średnicach 0,8-1,2 mm i 14-25 l/min przy spawaniu drutami o średnicach 1,6-2,4 mm.
Istota spawania metodą TIG.
Elektroda wolframowa umieszczona jest w dyszy, do której doprowadzony jest gaz osłonowy. Elektroda jest podłączona do jednego źródła prądu, do drugiego zaś spawany przedmiot. Po zajarzeniu łuku, utrzymującego się między elektrodą a spawanym przedmiotem, nadtapia się miejscowo przedmiot oraz wprowadzone równocześnie do przestrzeni łuku spoiwo. Z ciekłego metalu kształtuje się spoina.
Wypływający podczas spawania z dyszy gaz osłonowy zabezpiecza przestrzeń łuku i jeziorko kąpieli metalowej przed zetknięciem się z otaczającym powietrzem. Ochrona jest całkowita, gaz szlachetny nie wchodzi w reakcję z ciekłym metalem. Łuk jest zasilany najczęściej prądem stałym, przy czym elektroda może być podłączona do bieguna dodatniego lub ujemnego.
Gazem osłonowym jest hel lub argon o czystości 99,98%. Elektrody wolframowe zawierają 1-2% Tr, który zwiększa ich trwałość i korzystnie wpływa na poprawienie stabilizacji łuku. Zajarzenie łuku odbywa się przy pomocy jonizatora, który umożliwia dokonanie tego bez zetknięcia się elektrody ze spawanym przedmiotem i tym samym bez niszczenia jej.
Zdolności spawalnicze łuku jarzącego się w atmosferze argonu w dużym stopniu zależą od rodzaju zasilającego źródła prądu, a przy źródle prądu stałego od sposobu podłączenia. Elektroda podłączona do bieguna ujemnego staje się katodą emitującą strumień elektronów w kierunku anody, która stanowi spawany przedmiot. Na anodzie wytwarza się wysoka temperatura i uzyskuje się dużą głębokość wtopienia. Elektroda może być wtedy obciążona dużym prądem, dochodzącym do 80 A na 1 mm średnicy. Przy podłączeniu źródła prądu tak, że elektroda staje się anodą, na elektrodzie utrzymuje się wyższa temperatura, w wyniku czego nie można jej obciążać prądem powyżej 25 A na 1 mm średnicy. Powoduje to słabsze nagrzanie przedmiotu i mniejszą głębokość wtopienia.
W skład stanowiska do spawania metodą TIG wchodzi: źródło prądu przemiennego lub stałego 1, uchwyt elektrody 2, oraz butla z argonem 3. Osprzęt, zamontowany do przewodu łączącego butlę z uchwytem, obejmuje: reduktor, przepływomierz, zawór regulacyjny i zawór elektromagnetyczny.
Stanowisko do spawania metodą TIG
Gazy osłonowe stosowane przy spawaniu metodą TIG – argon lub hel – dają pełną ochronę ciekłego metalu w procesie spawania. Dlatego też zmiany składu chemicznego na skutek przetopienia się są bardzo małe, więc materiał dodatkowy do spawania może mieć skład chemiczny podobny do składu chemicznego spawanego materiału.
Materiałem dodatkowym jest drut lub wyjątkowo wąskie ścinki blach.
Oprzyrządowanie użyte do wykonania ćwiczenia i jego parametry.
W czasie ćwiczenia spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazu aktywnego odbywało się urządzeniem „Minimag 250”. Użyto gazu o oznaczeniu C1 wg EN 439. Parametry zmienne to: napięcie ok. 24-25 V oraz natężenie w granicach 240-260 A. Spawano drutem Sg-2 o średnicy 1,2 mm (o oznaczeniu SpG3S wg Polskiej Normy). Materiałem spawanym była stal St3S o grubości 9-10 mm i wymiarach 200×100×10 mm.
3. Wnioski i spostrzeżenia.
Metoda spawania MAG/MIG, ze względu na wielkie zalety (wydajność, łatwość opanowania techniki spawania, mniejsze odkształcenia w wyniku słabszego nagrzewania spawanych elementów),stosowana jest w szerokim zakresie. W większości zakładów metoda spawania MAG/MIG wyeliminowała w 80% ręczne spawanie elektrodami otulonymi. Ze względu na dużą łatwość mechanizowania procesu jest szeroko stosowana na stanowiskach zmechanizowanych w przemysłach: maszynowym, motoryzacyjnym, taboru kolejowego, okrętowym i in. Zminiaturyzowane urządzenia z zasilaczami inwertorowymi mogą w pełni konkurować pod względem mobilności ze źródłami do spawania elektrodami otulonymi. Nowoczesna elektronika wpłynęła na znaczne udoskonalenie sterowania, stabilność pracy i powtarzalność wyników.
Spawanie metodą TIG zajmuje ugruntowaną pozycję w wykonywaniu połączeń cienkościennych konstrukcji ze stali stopowych i metali nieżelaznych, szczególnie wtedy, gdy jest wymagana precyzja i wysoka jakość połączeń. Metoda ta jest chętnie stosowana przez spawalników, a pewne ograniczenia jej rozpowszechniania są wynikiem wyższej ceny urządzeń oraz konieczności nadzorowania ich eksploatacji przez doświadczonego inżyniera spawalnika;
aliens12