Plynové obloukové svařování kovů - Gas metal arc welding

Svařování plynovým kovovým obloukem „Mig“

Plynové obloukové svařování ( GMAW ), někdy označované jako jeho podtypy inertní plyn kov ( MIG ) a kov aktivní plyn ( MAG ), je svařovací proces, při kterém vzniká elektrický oblouk mezi spotřební drátovou elektrodou MIG a kovem obrobku , který ohřívá kov (y) obrobku, což způsobuje jejich tavení (tání a spojování). Spolu s drátovou elektrodou protéká svařovací pistolí ochranný plyn , který chrání proces před atmosférickým znečištěním.

Proces může být poloautomatický nebo automatický. U GMAW se nejčastěji používá stejnosměrný napájecí zdroj s konstantním napětím , ale lze použít systémy s konstantním proudem i střídavý proud . V GMAW existují čtyři primární způsoby přenosu kovů, nazývané globulární, zkratové, rozprašovací a pulzní-každý z nich má odlišné vlastnosti a odpovídající výhody a omezení.

Původně vyvinutý ve čtyřicátých letech minulého století pro svařování hliníku a dalších neželezných materiálů , GMAW byl brzy aplikován na oceli, protože ve srovnání s jinými svařovacími procesy poskytoval rychlejší svařovací čas. Náklady na inertní plyn omezily jeho použití v ocelích až o několik let později, kdy se použití poloinertních plynů, jako je oxid uhličitý, stalo běžným. Další vývoj v padesátých a šedesátých letech minulého století dal tomuto procesu větší univerzálnost a v důsledku toho se stal vysoce používaným průmyslovým procesem. Dnes je GMAW nejběžnějším průmyslovým svařovacím procesem, kterému se dává přednost pro jeho univerzálnost, rychlost a relativní snadnost přizpůsobení procesu robotické automatizaci. Na rozdíl od svařovacích postupů, které nepoužívají ochranný plyn, jako je například svařování s ochranným kovovým obloukem , se zřídka používá venku nebo v jiných oblastech pohybujícího se vzduchu. Související proces, obloukové svařování tavivem , často nepoužívá ochranný plyn, ale místo toho používá drát elektrody, který je dutý a naplněný tavivem .

Rozvoj

Principy obloukového svařování kovovým plynem se začaly chápat na počátku 19. století poté, co Humphry Davy objevil v roce 1800 krátké pulzní elektrické oblouky. Vasily Petrov nezávisle vyrobil nepřetržitý elektrický oblouk v roce 1802 (následovaný Davy po roce 1808). Teprve v 80. letech 19. století byla technologie vyvinuta s cílem průmyslového využití. Nejprve byly při svařování uhlíkovým obloukem použity uhlíkové elektrody . V roce 1890 byly kovové elektrody vynalezeny Nikolajem Slavjanovem a CL Coffinem . V roce 1920 vynalezl PO Nobel z General Electric raného předchůdce GMAW . To používalo stejnosměrný proud s holým drátem elektrody a používalo obloukové napětí k regulaci rychlosti posuvu. K ochraně svaru nepoužíval ochranný plyn, protože vývoj ve svařovací atmosféře se uskutečnil až později v tomto desetiletí. V roce 1926 byl vydán další předchůdce GMAW, ale nebyl vhodný pro praktické použití.

V roce 1948 byla GMAW vyvinuta Battelle Memorial Institute . Používal elektrodu s menším průměrem a zdroj konstantního napětí vyvinutý společností HE Kennedy . Nabízel vysokou depoziční rychlost, ale vysoké náklady na inertní plyny omezovaly jeho použití na neželezné materiály a bránily úsporám nákladů. V roce 1953 bylo vyvinuto použití oxidu uhličitého jako svařovací atmosféry a v GMAW si rychle získalo popularitu, protože svařování oceli bylo ekonomičtější. V letech 1958 a 1959 byla vydána varianta GMAW s krátkým obloukem, která zvýšila univerzálnost svařování a umožnila svařování tenkých materiálů, přičemž se spoléhala na menší elektrodové dráty a pokročilejší napájecí zdroje. Rychle se stal nejoblíbenější variantou GMAW.

Varianta přenosu rozprašovacího oblouku byla vyvinuta na počátku 60. let 20. století, kdy experimentátoři přidávali malá množství kyslíku do inertních plynů. Nověji byl aplikován pulzní proud, což vedlo k nové metodě nazývané variace pulzního rozprašovacího oblouku.

GMAW je jednou z nejpopulárnějších svařovacích metod, zejména v průmyslovém prostředí. Je široce používán v plechovém průmyslu a automobilovém průmyslu. Tam se tato metoda často používá pro obloukové bodové svařování , nahrazující nýtování nebo odporové bodové svařování. Je také populární pro automatizované svařování , kde roboti zpracovávají obrobky a svařovací pistoli, aby urychlili výrobu. GMAW může být obtížné dobře fungovat venku, protože průvan může rozptýlit ochranný plyn a umožnit kontaminaci do svaru; obloukové svařování s tavidlem je vhodnější pro venkovní použití, například ve stavebnictví. Podobně použití ochranného plynu GMAW není vhodné pro podvodní svařování , které se běžněji provádí pomocí svařování stíněným kovovým obloukem , obloukovým svařováním tavným tokem nebo obloukovým svařováním plynovým wolframem .

Zařízení

K provádění obloukového svařování kovovým plynem je základním nezbytným vybavením svařovací pistole, jednotka pro podávání drátu, svařovací zdroj , drát svařovací elektrody a přívod ochranného plynu .

Svařovací pistole a jednotka pro podávání drátu

Obrázek výřezu trysky hořáku GMAW. (1) Rukojeť hořáku, (2) Lisovaný fenolický dielektrikum (zobrazeno bíle) a kovová maticová vložka se závitem (žlutá), (3) Difuzor ochranného plynu, (4) Kontaktní hrot, (5) Výstupní plocha trysky
GMAW na nerezové oceli
Svařovací stanice kovového inertního plynu (MIG)

Typická svařovací pistole GMAW má řadu klíčových částí - ovládací spínač, kontaktní hrot, napájecí kabel, plynovou trysku, potrubí a vložku elektrody a plynovou hadici. Ovládací spínač nebo spoušť po stisknutí obsluhy spustí podávání drátu, elektrickou energii a tok ochranného plynu, což způsobí zasažení elektrického oblouku. Kontaktní hrot, obvykle vyrobený z mědi a někdy chemicky ošetřený za účelem snížení rozstřiku, je připojen ke zdroji svařovací energie přes napájecí kabel a přenáší elektrickou energii na elektrodu, zatímco je směruje do oblasti svaru. Musí být pevně zajištěný a správně dimenzovaný, protože musí umožňovat průchod elektrody při zachování elektrického kontaktu. Na cestě ke kontaktnímu hrotu je vodič chráněn a veden vodičem elektrody a vložkou, které pomáhají předcházet vybočení a udržují nepřerušovaný posuv drátu. Plynová tryska směruje ochranný plyn rovnoměrně do svařovací zóny. Nekonzistentní průtok nemusí dostatečně chránit svarovou oblast. Větší trysky zajišťují větší průtok ochranného plynu, což je užitečné při svařovacích operacích s vysokým proudem, při nichž se vytvoří větší tavná tavenina. Plynová hadice z nádrží ochranného plynu dodává plyn do trysky. Někdy je do svařovací pistole zabudována také vodní hadice, která chladí pistoli při vysokých teplotách.

Jednotka podavače drátu dodává elektrodu do práce, vede ji potrubím a na kontaktní špičku. Většina modelů poskytuje drát s konstantním posuvem, ale pokročilejší stroje mohou měnit rychlost posuvu v závislosti na délce oblouku a napětí. Některé podavače drátu mohou dosahovat rychlosti posuvu až 30 m/min (1200 palců/min), ale rychlosti posuvu pro poloautomatické GMAW se obvykle pohybují od 2 do 10 m/min (75 - 400 palců/min).

Styl nástroje

Nejběžnějším držákem elektrod je poloautomatický vzduchem chlazený držák. Cirkuluje jím stlačený vzduch, aby udržel mírné teploty. Používá se s nižšími úrovněmi proudu pro svařování klínových nebo tupých spojů . Druhým nejběžnějším typem držáku elektrody je poloautomatický vodou chlazený, kde jediným rozdílem je, že místo vzduchu zaujímá voda. Využívá vyšší úrovně proudu pro svařování T nebo rohových spojů. Třetím typickým typem držáku je vodou chlazený automatický držák elektrod - který se obvykle používá s automatizovaným zařízením.

Zdroj napájení

Většina aplikací svařování elektrickým obloukem na plyn využívá napájení konstantním napětím. Výsledkem je, že jakákoli změna délky oblouku (která přímo souvisí s napětím) má za následek velkou změnu tepelného příkonu a proudu. Kratší délka oblouku způsobí mnohem větší přívod tepla, což způsobí, že se drátová elektroda rychleji roztaví a obnoví původní délku oblouku. To pomáhá operátorům udržovat délku oblouku konzistentní i při ručním svařování ručními svařovacími pistolemi. Aby se dosáhlo podobného účinku, někdy se používá zdroj konstantního proudu v kombinaci s jednotkou pro podávání drátu ovládanou obloukovým napětím. V tomto případě změna délky oblouku upraví rychlost posuvu drátu tak, aby byla zachována relativně konstantní délka oblouku. Ve výjimečných případech může být spojen zdroj energie s konstantním proudem a jednotka s konstantním posuvem drátu, zejména pro svařování kovů s vysokou tepelnou vodivostí, jako je hliník. To poskytuje obsluze dodatečnou kontrolu nad vstupem tepla do svaru, ale k úspěšnému provedení vyžaduje značné dovednosti.

Střídavý proud se u GMAW používá jen zřídka; místo toho se používá stejnosměrný proud a elektroda je obecně kladně nabitá. Protože anoda mívá větší koncentraci tepla, vede to k rychlejšímu roztavení přívodního drátu, což zvyšuje průnik svaru a rychlost svařování. Polaritu lze obrátit pouze tehdy, jsou-li použity speciální elektrodové dráty s emisními povlaky, ale protože nejsou populární, používá se záporně nabitá elektroda jen zřídka.

Elektroda

Elektroda je drát z kovové slitiny , nazývaný drát MIG, jehož výběr, slitina a velikost je založena především na složení svařovaného kovu, použité variaci procesu, konstrukci spoje a podmínkách povrchu materiálu. Výběr elektrod výrazně ovlivňuje mechanické vlastnosti svaru a je klíčovým faktorem kvality svaru. Obecně by hotový svarový kov měl mít mechanické vlastnosti podobné vlastnostem základního materiálu bez žádných vad, jako jsou nespojitosti, strhávané nečistoty nebo pórovitost ve svaru. K dosažení těchto cílů existuje široká škála elektrod. Všechny komerčně dostupné elektrody obsahují deoxidační kovy, jako je křemík , mangan , titan a hliník, v malých procentech, aby se zabránilo pórovitosti kyslíku. Některé obsahují denitridující kovy, jako je titan a zirkonium, aby se zabránilo pórovitosti dusíku. V závislosti na variaci procesu a svařovaném základním materiálu se průměr elektrod použitých v GMAW obvykle pohybuje od 0,7 do 2,4 mm (0,028 - 0,095 palce), ale může být až 4 mm (0,16 palce). Nejmenší elektrody, obecně až 1,14 mm (0,045 palce), jsou spojeny s procesem přenosu zkratu na kov, zatímco nejběžnějšími elektrodami v režimu sprejového přenosu jsou obvykle alespoň 0,9 mm (0,035 palce).

Ochranný plyn

Schéma zapojení GMAW. (1) Svařovací hořák, (2) Obrobek, (3) Zdroj energie, (4) Jednotka podávání drátu, (5) Zdroj elektrody, (6) Přívod ochranného plynu.

Ochranné plyny jsou nutné pro obloukové svařování kovovým plynem, aby byla oblast svařování chráněna před atmosférickými plyny, jako je dusík a kyslík , které mohou způsobit fúzní vady, pórovitost a křehnutí svarového kovu, pokud se dostanou do kontaktu s elektrodou, obloukem nebo svařováním kov. Tento problém je společný pro všechny procesy obloukového svařování; například u staršího procesu svařování obloukovým stíněním (SMAW) je elektroda potažena pevným tokem, který při tavení obloukem vytváří ochranný oblak oxidu uhličitého. V GMAW však drát elektrody nemá povlak tavidla a k ochraně svaru je použit samostatný ochranný plyn. To eliminuje strusku, tvrdé zbytky tavidla, které se hromadí po svařování a musí být odštípnuty, aby se odhalil dokončený svar.

Volba ochranného plynu závisí na několika faktorech, především na typu svařovaného materiálu a použité variaci procesu. Čisté inertní plyny, jako je argon a helium, se používají pouze pro neželezné svařování; u oceli neposkytují dostatečnou penetraci svaru (argon) ani nezpůsobují nepravidelný oblouk a podporují rozstřik (s heliem). Čistý oxid uhličitý naproti tomu umožňuje svary s hlubokou penetrací, ale podporuje tvorbu oxidu, který nepříznivě ovlivňuje mechanické vlastnosti svaru. Nízké náklady z něj činí atraktivní volbu, ale kvůli reaktivitě obloukového plazmatu se rozstřiku nelze vyhnout a svařování tenkých materiálů je obtížné. Výsledkem je, že argon a oxid uhličitý se často mísí ve směsi 75%/25% až 90%/10%. Obecně platí, že při zkratu GMAW vyšší obsah oxidu uhličitého zvyšuje teplo a energii svaru, když jsou všechny ostatní parametry svaru (volty, proud, typ elektrody a průměr) zachovány stejné. Jak se obsah oxidu uhličitého zvyšuje o více než 20%, je přenos rozprašováním GMAW stále problematičtější, zejména u menších průměrů elektrod.

Argon se také běžně mísí s jinými plyny, kyslíkem, heliem, vodíkem a dusíkem. Přídavek až 5% kyslíku (jako výše zmíněné vyšší koncentrace oxidu uhličitého) může být nápomocný při svařování nerezové oceli, avšak ve většině aplikací je oxid uhličitý preferován. Zvýšený kyslík způsobuje, že ochranný plyn oxiduje elektrodu, což může vést k pórovitosti v nánosu, pokud elektroda neobsahuje dostatečné množství deoxidátorů. Nadměrný kyslík, zejména pokud je používán v aplikacích, pro které není předepsán, může vést ke křehkosti v tepelně ovlivněné zóně. Směsi argonu a hélia jsou extrémně inertní a lze je použít na neželezné materiály. Koncentrace helia 50–75% zvyšuje požadované napětí a zvyšuje teplo v oblouku v důsledku vyšší ionizační teploty helia. Někdy se do argonu v malých koncentracích (až asi 5%) přidává vodík pro svařování niklu a silných obrobků z nerezové oceli. Ve vyšších koncentracích (až 25% vodíku) může být použit pro svařování vodivých materiálů, jako je měď. Neměl by se však používat na ocel, hliník nebo hořčík, protože může způsobit pórovitost a křehnutí vodíku .

K dispozici jsou také směsi tří nebo více plynů v ochranném plynu. Směsi argonu, oxidu uhličitého a kyslíku se prodávají pro svařování ocelí. Jiné směsi přidávají malé množství helia do kombinací argonu a kyslíku. O těchto směsích se tvrdí, že umožňují vyšší napětí oblouku a rychlost svařování. Helium také někdy slouží jako základní plyn s malým množstvím argonu a oxidu uhličitého. Protože je však helium méně husté než vzduch, je při stínění svaru méně účinné než argon - který je hustší než vzduch. Může to také vést k problémům se stabilitou oblouku a průnikem a ke zvýšenému rozstřiku díky jeho mnohem energičtějšímu plazmovému oblouku. Hélium je také podstatně dražší než jiné ochranné plyny. Jiné specializované a často patentované směsi plynů vyžadují pro konkrétní aplikace ještě větší výhody.

Navzdory tomu, že je jedovatý, lze použít stopová množství oxidu dusnatého, aby se zabránilo vzniku ještě obtížnějšího ozonu v oblouku.

Požadovaná rychlost toku ochranného plynu závisí především na geometrii svaru, rychlosti, proudu, druhu plynu a režimu přenosu kovu. Svařování plochých povrchů vyžaduje vyšší průtok než svařování drážkovaných materiálů, protože plyn se šíří rychleji. Vyšší rychlosti svařování obecně znamenají, že k zajištění adekvátního pokrytí musí být dodáno více plynu. Vyšší proud navíc vyžaduje větší průtok a obecně je k zajištění adekvátního pokrytí zapotřebí více helia, než když se používá argon. Snad nejdůležitější je, že čtyři primární variace GMAW mají odlišné požadavky na průtok ochranného plynu - pro malé svary v režimech zkratování a pulzního stříkání je obecně vhodných asi 10  l / min (20 ft 3 / h ), zatímco pro kulové přenos je preferován kolem 15 l /min (30 ft 3 /h). Variace přenosu rozstřiku obvykle vyžadují větší průtok ochranného plynu, protože má vyšší tepelný příkon, a tedy větší svarovou lázeň. Typická množství plynu jsou přibližně 20–25 l /min (40–50 ft 3 /h).

3-D tisk na bázi GMAW

GMAW byl také použit jako nízkonákladová metoda pro 3D tisk kovových předmětů. Pro použití GMAW byly vyvinuty různé open source 3-D tiskárny. Tyto součásti vyrobené z hliníku konkurují tradičně vyráběnými součástmi v mechanické pevnosti. Vytvořením špatného svaru na první vrstvě lze vytištěné části GMAW 3-D ze podkladu odstranit kladivem.

Úkon

Oblast svařování GMAW. (1) Směr jízdy, (2) Kontaktní trubice, (3) Elektroda, (4) Ochranný plyn, (5) Tavený svarový kov, (6) Ztuhlý svarový kov, (7) Obrobek.

Pro většinu svých aplikací je plynové obloukové svařování poměrně jednoduchým svařovacím procesem, jehož osvojení vyžaduje zvládnutí základní svařovací techniky ne déle než týden nebo dva. I když svařování provádějí dobře vyškolení pracovníci, kvalita svaru může kolísat, protože závisí na řadě vnějších faktorů. Všechny GMAW jsou nebezpečné, i když možná méně než některé jiné metody svařování, jako je svařování obloukovým kovem .

Technika

Základní technika GMAW je nekomplikovaná, většina jedinců je schopna dosáhnout přiměřené znalosti za několik týdnů za předpokladu řádného školení a dostatečné praxe. Protože je většina procesu automatizována, GMAW zbavuje svářeče (operátora) zátěže při udržování přesné délky oblouku, stejně jako přivádění přídavného kovu do svarové louže, koordinované operace, které jsou vyžadovány v jiných manuálních svařovacích procesech, jako je stíněné kovový oblouk. GMAW vyžaduje pouze to, aby svářeč vedl pistoli ve správné poloze a orientaci podél svařované oblasti, a také pravidelně čistil plynovou trysku pistole, aby se odstranily nánosy rozstřiku. Mezi další dovednosti patří znalost nastavení svářečky tak, aby napětí, rychlost posuvu drátu a průtok plynu byly správné pro svařované materiály a velikost použitého drátu.

Je důležité udržovat relativně konstantní vzdálenost kontaktu od špičky k práci (vzdálenost vyčnívání ). Nadměrná vzdálenost vyčnívání může způsobit předčasné roztavení drátové elektrody, což způsobí naprašovací oblouk, a také může dojít k rychlé disperzi ochranného plynu, což zhorší kvalitu svaru. Naproti tomu nedostatečné vyčnívání může zvýšit rychlost, jakou se uvnitř trysky pistole hromadí rozstřik, a v extrémních případech může způsobit poškození kontaktního hrotu pistole. Vzdálenost vyčnívání se liší pro různé svařovací postupy a aplikace GMAW.

Důležitá je také orientace zbraně vůči svařence . Měl by být držen tak, aby půlil úhel mezi obrobky; to znamená při 45 stupních pro koutový svar a 90 stupňů pro svařování rovného povrchu. Úhel pojezdu nebo úhel náběhu je úhel zbraně vzhledem ke směru jízdy a obecně by měl zůstat přibližně svislý. Požadovaný úhel se však poněkud mění v závislosti na typu použitého ochranného plynu - u čistých inertních plynů je dno hořáku často mírně před horní částí, zatímco opak je pravdou, když je svařovací atmosférou oxid uhličitý.

Poziční svařování, to znamená svařování svislých nebo horních spojů, může vyžadovat použití techniky tkaní, aby bylo zajištěno správné ukládání svaru a jeho průnik. Při pozičním svařování má gravitace tendenci způsobovat vytékání roztaveného kovu z louže, což má za následek kráterování a podřezávání, což jsou dvě podmínky, které způsobují slabý svar. Tkaní neustále pohybuje fúzní zónou kolem, aby omezilo množství kovu uloženého v kterémkoli bodě. Povrchové napětí pak pomáhá udržet roztavený kov v louži, dokud není schopen ztuhnout. Rozvoj pozičního svařování vyžaduje určité zkušenosti, ale obvykle se brzy osvojí.

Kvalitní

Dva z nejčastějších problémů s kvalitou v GMAW jsou struska a pórovitost . Pokud nejsou kontrolovány, mohou vést ke slabším a méně tvárným svarům. Struska je obzvláště častým problémem hliníkových GMAW svarů, obvykle pocházejících z částic oxidu hlinitého nebo nitridu hliníku přítomných v elektrodě nebo v základních materiálech. Elektrody a obrobky musí být kartáčovány drátěným kartáčem nebo chemicky ošetřeny, aby se z povrchu odstranily oxidy. Jakýkoli kyslík, který je v kontaktu se svarovou lázní, ať už z atmosféry nebo ochranného plynu, způsobuje také strusky. V důsledku toho je nezbytný dostatečný tok inertních ochranných plynů a je třeba se vyhnout svařování v pohybujícím se vzduchu.

V GMAW je primární příčinou pórovitosti zachycení plynu ve svarové lázni, ke kterému dochází, když kov ztuhne, než plyn uniká. Plyn může pocházet z nečistot v ochranném plynu nebo na obrobku, stejně jako z příliš dlouhého nebo prudkého oblouku. Obecně je množství zachyceného plynu přímo úměrné rychlosti ochlazování svarové lázně. Díky své vyšší tepelné vodivosti jsou hliníkové svary obzvláště citlivé na vyšší rychlosti chlazení a tím i na další pórovitost. Aby se to zmenšilo, obrobek a elektroda by měly být čisté, rychlost svařování by se měla snížit a proud nastavit dostatečně vysoký, aby poskytoval dostatečný přívod tepla a stabilní přenos kovu, ale dostatečně nízký, aby oblouk zůstal stabilní. Předehřátí může také v některých případech pomoci snížit rychlost chlazení snížením teplotního gradientu mezi oblastí svaru a základním kovem.

Bezpečnost

Obloukové svařování v jakékoli formě může být nebezpečné, pokud nebudou přijata správná opatření. Protože GMAW využívá elektrický oblouk, musí svářeči nosit vhodný ochranný oděv, včetně těžkých rukavic a ochranných bund s dlouhým rukávem, aby se minimalizovalo vystavení samotnému oblouku, jakož i intenzivnímu teplu, jiskrám a žhavým kovům. Intenzivní ultrafialové záření oblouku může způsobit poškození exponované kůže podobné spálení sluncem, stejně jako stav známý jako obloukové oko , zánět rohovky nebo v případě dlouhodobé expozice nevratné poškození sítnice oka . Běžné svářečské kukly obsahují tmavé čelní desky, aby se zabránilo této expozici. Novější konstrukce přilby jsou vybaveny čelní deskou z tekutých krystalů, která po vystavení oblouku sama ztmavne. Průhledné svařovací závěsy, vyrobené z plastové fólie z polyvinylchloridu , se často používají k ochraně blízkých pracovníků a kolemjdoucích před expozicí oblouku.

Svářeči jsou často vystaveny nebezpečných plynů a vzdušných částic hmoty. GMAW produkuje částice různých typů oxidů obsahující kouř a velikost částic má tendenci ovlivňovat toxicitu výparů. Menší částice představují větší nebezpečí. Koncentrace oxidu uhličitého a ozónu se mohou ukázat jako nebezpečné, pokud je ventilace nedostatečná. Další preventivní opatření zahrnují udržování hořlavých materiálů mimo pracoviště a poblíž mít funkční hasicí přístroj .

Režimy přenosu kovů

Tři režimy přenosu v GMAW jsou kulové, zkratové a sprejové. Existuje několik rozpoznaných variací těchto tří režimů přenosu, včetně upraveného zkratování a pulzního spreje.

Kulovitý

GMAW s globulárním přenosem kovu je považován za nejméně žádaný ze tří hlavních variací GMAW, protože má tendenci produkovat vysoké teplo, špatný svarový povrch a rozstřik. Metoda byla původně vyvinuta jako nákladově efektivní způsob svařování oceli pomocí GMAW, protože tato varianta používá oxid uhličitý, levnější ochranný plyn než argon. Ekonomickou výhodu dále zvyšovala vysoká rychlost nanášení, která umožňovala svařovací rychlosti až 110 mm/s (250 palců/min). Při vytváření svaru má kulička roztaveného kovu z elektrody tendenci se hromadit na konci elektrody, často v nepravidelných tvarech s větším průměrem než samotná elektroda. Když se kapička konečně oddělí buď gravitací nebo zkratem, spadne na obrobek, zanechá nerovný povrch a často způsobí rozstřik. V důsledku velké roztavené kapičky je proces obecně omezen na ploché a vodorovné polohy svařování, vyžaduje silnější obrobky a výsledkem je větší svařovací lázeň.

Zkratování

Další vývoj ve svařování oceli s GMAW vedl ke změně známé jako zkratový přenos (SCT) nebo zkratový GMAW, ve kterém je proud nižší než u globulární metody. V důsledku nižšího proudu je tepelný příkon pro variaci na krátký oblouk značně snížen, což umožňuje svařovat tenčí materiály při současném snížení míry zkreslení a zbytkového napětí v oblasti svaru. Stejně jako u kulového svařování se na špičce elektrody tvoří roztavené kapičky, ale místo toho, aby spadly do svarové lázně, překlenují mezeru mezi elektrodou a svarovou lázní v důsledku nižší rychlosti podávání drátu. To způsobí zkrat a zhasne oblouk, ale rychle se znovu zapálí poté, co povrchové napětí svarové lázně stáhne roztavený kovový korálek z hrotu elektrody. Tento proces se opakuje asi 100krát za sekundu, takže lidskému oku oblouk připadá konstantní. Tento typ přenosu kovu poskytuje lepší kvalitu svaru a menší rozstřik než kulové varianty a umožňuje svařování ve všech polohách, i když s pomalejším ukládáním svarového materiálu. Nastavení parametrů svařovacího postupu (volty, zesilovače a rychlost podávání drátu) v relativně úzkém pásmu je zásadní pro udržení stabilního oblouku: obecně mezi 100 a 200 ampéry při 17 až 22 voltech pro většinu aplikací. Také použití přenosu krátkým obloukem může mít za následek nedostatečnou fúzi a nedostatečnou penetraci při svařování silnějších materiálů díky nižší energii oblouku a rychle zmrazujícímu svaru. Stejně jako kulová varianta může být použit pouze na železné kovy.

Přenos studeného kovu

U tenkých materiálů se používá Cold Metal Transfer (CMT) snížením proudu, když je registrován zkrat, což vytváří mnoho poklesů za sekundu. CMT lze použít pro hliník.

Sprej

Přenos rozprašováním GMAW byla první metoda přenosu kovu používaná v GMAW a je vhodná pro svařování hliníku a nerezové oceli při použití inertního ochranného plynu. V tomto procesu GMAW kov svařované elektrody rychle prochází podél stabilního elektrického oblouku od elektrody k obrobku, což v podstatě eliminuje rozstřik a vede k vysoce kvalitní povrchové úpravě svaru. Jak se proud a napětí zvyšuje mimo rozsah zkratového přenosu, přenos kovu svařované elektrody přechází z větších kuliček přes malé kapičky do odpařeného proudu při nejvyšších energiích. Vzhledem k tomu, že tato variace přenosu páry odpařováním procesu svařování GMAW vyžaduje vyšší napětí a proud než přenos zkratem, a v důsledku vyššího tepelného příkonu a větší plochy svarové lázně (pro daný průměr svarové elektrody) se obecně používá pouze na obrobky o tloušťce nad asi 6,4 mm (0,25 palce).

Také kvůli velkému svazku svarů je často omezen na ploché a horizontální polohy svařování a někdy se používá také pro svary svisle dolů. U svarů s kořenovým průchodem to obecně není praktické. Když je použita menší elektroda ve spojení s nižším tepelným příkonem, její univerzálnost se zvyšuje. Maximální rychlost nanášení pro stříkací obloukový GMAW je relativně vysoká - přibližně 600 mm/s (1 500 palců/min).

Pulzní sprej

Variace režimu přenosu rozstřiku, pulzní stříkání, je založeno na principech rozstřiku, ale používá pulzní proud k roztavení plnicího drátu a umožňuje, aby s každým pulsem padala jedna malá roztavená kapička. Impulzy umožňují, aby byl průměrný proud nižší, čímž se snižuje celkový tepelný příkon, a tím se zmenšuje velikost svarové lázně a tepelně ovlivněné zóny, přičemž je možné svařovat tenké obrobky. Pulz poskytuje stabilní oblouk a žádné rozstřiky, protože nedochází ke zkratu. Díky tomu je tento proces vhodný také pro téměř všechny kovy a lze použít i silnější drát elektrody. Menší svařovací fond dává variantě větší univerzálnost, což umožňuje svařovat ve všech polohách. Ve srovnání s GMAW s krátkým obloukem má tato metoda poněkud pomalejší maximální rychlost (85 mm/s nebo 200 palců/min) a způsob také vyžaduje, aby ochranným plynem byl primárně argon s nízkou koncentrací oxidu uhličitého. Navíc vyžaduje speciální zdroj energie schopný poskytovat proudové impulsy s frekvencí mezi 30 a 400 pulzy za sekundu. Tato metoda si však získala popularitu, protože vyžaduje nižší tepelný příkon a lze ji použít ke svařování tenkých obrobků i neželezných materiálů.

Porovnání s obloukovým svařováním s drátem napájeným tavivem

Pro jednoduchost a přenositelnost bylo vyvinuto svařování s tavným jádrem , vlastní stínění nebo bezplynové svařování. Tím se zabrání plynovému systému konvenčního GMAW a použije se dutý drát obsahující pevný tok. Tento tok se během svařování odpařuje a vytváří oblak ochranného plynu. Ačkoli je tato sloučenina popsána jako „tok“, má malou aktivitu a působí převážně jako inertní štít. Drát má o něco větší průměr než u srovnatelného svaru chráněného plynem, aby byl zajištěn prostor pro tok. Nejmenší dostupný průměr je 0,8 mm, ve srovnání s 0,6 mm u plného drátu. Pára štítu je mírně aktivní, spíše než inertní, takže proces je vždy MAGS, ale ne MIG (inertní plynový štít). To omezuje proces na ocel a ne na hliník.

Tyto bezplynové stroje fungují jako DCEN, spíše než jako DCEP, který se obvykle používá pro plný drát GMAW. DCEP, neboli DC Electrode Positive, přivede svařovací drát do kladně nabité anody , což je žhavější strana oblouku. Za předpokladu, že je přepínatelný z DCEN na DCEP, lze pro drát s tavivem použít také plynem stíněný podavač drátu.

Tavený drát má určité výhody pro venkovní svařování na místě, protože oblak ochranného plynu je ve větru odfukován méně než ochranný plyn z konvenční trysky. Mírnou nevýhodou je, že podobně jako u svařování SMAW (tyčovým) může dojít k usazování tavidla na svarové housence, což vyžaduje více čištění mezi průchody.

Svařovací stroje s tavným jádrem jsou nejoblíbenější na úrovni fandů, protože jsou o něco jednodušší, ale hlavně proto, že se vyhýbají nákladům na poskytování ochranného plynu, a to buď prostřednictvím pronajatého válce, nebo s vysokými náklady na jednorázové válce.

Viz také

Reference

Bibliografie

Další čtení

externí odkazy