Spawanie
Spawaniem nazywamy łączenie materiałów topliwych, głównie metali i ich stopów, przez stopienie w wysokich temperaturach brzegów łączonych elementów, z dodatkiem lub bez dodatku spoiwa w postaci np. drutu spawalniczego.
Metody spawania
Żeby mogło powstać złącze poprzez spawanie, musimy dostarczyć ciepło, które powoduje wzrost temperatury elementów. Źródło energii to najczęściej spalanie gazu, prąd elektryczny, lub promień lasera.
Spawanie gazowe
Proces spawania gazowego polega na stapianiu brzegów metali płomieniem powstającym ze spalania się dostarczanego gazu palnego w atmosferze tlenu. Proces spawania odbywa się przy użyciu dodatkowego spoiwa (w formie prętów, drutów) lub bez dodania spoiwa (spoiny brzeżne).
Gazem spawa się blachy o grubości do 40 mm. Przygotowanie materiału spawanego do spawania zależy od rodzaju i grubości materiału (grube blachy podlegają ukosowaniu). Najczęściej używanym gazem palnym jest acetylen, ale stosuje się mieszanki propan-butan i inne.
Stosuje się metody spawania gazowego w prawo oraz w lewo. Metoda w lewo umożliwia spawanie blach cienkich (do około 4 mm), natomiast metoda spawania w prawo pozwala na swobodne łączenie blachy grubszej. Spawanie w prawo trwa krócej, a spoina posiada lepsze właściwości mechaniczne.
Spawanie łukowe
Spawanie łukiem polega na wytwarzaniu łuku spawalniczego pomiędzy elektrodą a spawanym materiałem, przez prąd generowany przez odpowiednie źródło prądu spawania. W spawaniu TIG łuk spawalniczy powstaje poprzez zajarzenie bezdotykowe lub gdy użytkownik dotknie elektrodą o materiał spawany (zajarzenie przez potarcie). W spawaniu MIG oraz MAG łuk elektryczny powstaje poprzez zetknięcie materiału dodatkowego z powierzchnią elementu spawanego i wytworzenie zwarcia. Następnie prąd zwarcia topi koniec drutu spawalniczego i tworzy się łuk spawalniczy.
Spawanie łukowe może przebiegać wyłącznie przy użyciu ciepła generowanego przez łuk elektryczny, które powoduje, że spawane elementy stapiają się razem. Tak wygląda na przykład spawanie elektrodą wolframową w osłonie gazów obojętnych (TIG).
Zwykle jednak do spoiny dostarcza się również materiał dodatkowy, który topi się i tworzy spoinę. Jest on podawany przez podajnik drutu, do którego podłączony jest uchwyt spawalniczy (spawanie MIG/MAG), lub ręcznie w postaci elektrody otulonej. Materiał dodatkowy musi mieć mniej więcej tę samą temperaturę topnienia, co materiał spawany.
Ważnym aspektem spawania łukowego jest gaz osłonowy, który ma duży wpływ na wydajność i jakość spawania. Spawanie w osłonie gazu zapewnia czystość jeziorka spawalniczego i chroni stygnące spoiny przed utlenianiem się, oraz przed zanieczyszczeniami i wilgocią w powietrzu.
Spawanie łukowe MMA
Spawanie MMA (z ang. Manual Arc Welding) to łukowe ręczne spawanie elektrodą topliwą otuloną. Zwykle uważana za najstarszą i najbardziej uniwersalną metodę spawania łukowego. Oznaczane jest kodem 111. W metodzie MMA wykorzystywana jest elektroda otulona, która składa się z metalowego rdzenia pokrytego sprasowaną otuliną zasadową, rutylową bądź celulozową. Dostępne są różne odmiany elektrod, często zawierające dodatki stopowe zwiększające trwałość, wytrzymałość i plastyczność spoiny.
Elektroda otulona topi się w wyniku wysokiej temperatury wytworzonej przez łuk elektryczny, a krople stopionego metalu z elektrody i stopiony spawany materiał współtworzą jeziorko spawalnicze. Topiąca się otulina elektrody wydziela gazy osłonowe, chroniące płynny metal przed wpływem atmosfery, a po krzepnięciu otulina tworzy na powierzchni jeziorka żużel, chroniący stygnący metal spoiny przed wpływem otoczenia. Po ułożeniu spawu żużel jest usuwany mechanicznie z powierzchni spoiny z pomocą odpowiednich narzędzi.
W procesach spawania MMA elektroda ulega skróceniu - aby utrzymać stałą odległość pomiędzy elektrodą a jeziorkiem spawalniczym, uchwyt elektrody musi być przesuwany w miarę jej zużywania. Szczególną rolę w tej metodzie odgrywają więc umiejętności spawacza.
Metoda MMA jest głównie stosowana do spawania konstrukcji stalowych, w przemyśle stoczniowym i większości branż produkcyjnych, oraz w warsztatach i kowalstwie artystycznym. Pomimo że jest stosunkowo powolna, zalicza się do najbardziej elastycznych metod w łączeniu materiałów. Ze względu na długą cienką elektrodę doskonale sprawdza się w miejscach, do których dostęp jest utrudniony.
Spawanie w osłonie gazów obojętnych MIG
Metoda MIG (Metal Inert Gas) to spawanie elektrodą topliwą w postaci drutu pełnego w osłonie gazów obojętnych, które nie uczestniczą w procesie spawalniczym. Drut jest nieprzerwanie transportowany z podajnika przez uchwyt spawalniczy. Prędkość podawania drutu dobierana jest tak, aby utrzymać stabilny przebieg procesu spawania. Przez uchwyt wyposażony w specjalną dyszę wypływa również gaz osłonowy np. argon, hel lub ich kombinacje.
Spawanie MIG możliwe jest dzięki przepływowi prądu elektrycznego, który powoduje powstanie łuku elektrycznego pomiędzy topliwą elektrodą w postaci drutu a spawanym materiałem. Ciepło łuku stapia spawany element i drut, tworząc płynne jeziorko spawalnicze. W miarę przemieszczania się łuku, stopiony metal krzepnie i powstaje trwała spoina. Spawanie metodą MIG w osłonie gazów obojętnych w normach jest oznaczane kodem 131.
Spawanie w osłonie gazów aktywnych MAG
Metoda spawania MAG (Metal Active Gas) to łączenie metali za pomocą elektrycznego łuku, wytwarzanego przez urządzenie spawalnicze między topliwą elektrodą a materiałem, prowadzona w osłonie gazów aktywnych chemicznie, które biorą udział w spawaniu (dwutlenek węgla lub jego mieszaniny z argonem). Metodę MAG wykorzystuje się do spawania stali konstrukcyjnych niestopowych, stali niskostopowych i stali wysokostopowych.
W zależności od rodzaju drutu elektrodowego w normach wyróżnia się spawanie:
MAG 135 - drutem litym w gazie aktywnym osłonowym
MAG 136 - drutem proszkowym z rdzeniem topnikowym w osłonie aktywnego gazu
MAG 138 - drutem proszkowym o rdzeniu metalicznym, gaz osłonowy aktywny.
Sam proces spawania metali metodą MAG jest taki sam jak w technice MIG, używa się tych samych urządzeń (spawarki) często określanych jako migomaty. Dlatego obydwie te metody traktuje się łącznie i mówi o metodach MIG/MAG.
Technik MIG/MAG używa się szeroko niemal we wszystkich gałęziach przemysłu, a także w przydomowych warsztatach, w blacharstwie samochodowym, kowalstwie artystycznym itp.
Spawanie elektrodą nietopliwą w osłonie gazów obojętnych - metodą TIG
Metoda spawania TIG (Tungsten Inert Gas) w osłonie gazu obojętnego polega na wytwarzaniu łuku elektrycznego przez nietopliwą elektrodę wolframową w osłonie gazu obojętnego (zwykle stosuje się argon). Oznaczana kodem 141.
Do łączenia dochodzi zwykle bez dodatkowego materiału. Jeżeli jest wymagane użycie spoiwa, to materiał dodatkowy wprowadza się w sposób ręczny, a nie przez uchwyt spawalniczy tak jak w technice MIG/MAG. Spoiwo zwykle jest dostępne w postaci pręta o odpowiednio dobranej średnicy.
Technika TIG w osłonie gazów obojętnych daje wąską spoinę wysokiej jakości, która praktycznie nie wymaga żadnego czyszczenia. Metoda TIG nadaje się do łączenia niemal wszystkich metali.
Inne metody spawania łukowego
Spawanie elektrożużlowe – odbywa się w pozycji pionowej lub zbliżonej do pionowej. W pierwszym etapie, w wyniku działania łuku elektrycznego topnik (granulowany proszek) przykrywający obszar złącza, zaczyna się topić i powstaje jeziorko płynnego żużla. Następnie łuk gaśnie, a niezbędne do uzyskania spoiny ciepło wydzielane jest w warstwie ciekłego żużla, stopionego oraz podgrzewanego dzięki przepływającemu przez niego prądowi (grzanie oporowe żużla).
Spawanie elektrogazowe - stanowi rozwinięcie spawania żużlowego, łuk spawalniczy jarzący się w osłonie gazowej, nie zostaje wygaszony po rozpuszczeniu żużla.
Spawanie hybrydowe - to proces spawania który zachodzi przy użyciu ciepła z dwóch źródeł. Jednym jest wiązka promienia laserowego, natomiast drugi to drut elektrodowy. To połączenie spawania łukowego i laserowego zwiększa trwałość spojenia.
Spawanie laserem
Źródłem ciepła w procesie spajania laserowego jest promień lasera o dużej gęstości mocy, który powoduje miejscowe stapianie obszaru styku spawanych materiałów. Spawanie laserowe prowadzone jest zazwyczaj w gazie osłonowym (hel, argon, azot, dwutlenek węgla). Gdy materiał spawany nie utlenia się, można proces łączenia prowadzić na powietrzu. Spawanie laserowe pozwala łączyć produkty pojedynczymi impulsami lasera lub w trybie ciągłym.
Spawanie laserem jest powszechnie stosowane w wielu gałęziach przemysłu, przy produkcji wielkoseryjnej w skali makro m.in. w przemyśle ciężkim i motoryzacyjnym oraz skali mikro (elektronika). Daje ono możliwość łączenia praktycznie większości rodzajów metal we wszystkich pozycjach spawania: stali (w tym stal nierdzewna, stal kwasoodporna, narzędziowa, stopowa); metali kolorowych i ich stopów (miedź, cynk, cyna, ołów, aluminium); metali trudnotopliwych (wolfram, molibden itp.); metali aktywnych chemicznie (potas, sód, lit, wapń, magnez); metali szlachetnych (srebro, złoto i platyna). Ważną rolę odgrywają metody spawania laserowego aluminium i tytanu, krzemu, szkła. Metodą spawa się również tworzywa sztuczne.
Spawanie zrobotyzowane
Automatyzacja spawania i zastosowanie robotów spawalniczych to najlepsze rozwiązanie przy seryjnej i masowej produkcji. Zapewnia stały poziom wydajności, eliminuje błędy ludzkie, ogranicza koszt spawania związany z poprawkami. Robot spawalniczy może pracować całą dobę w różnych pozycjach spawania, przy zachowaniu tej samej jakości spoin.
Robotyzacja spawania pozwala na kontrolę parametrów procesu spawania w czasie rzeczywistym. Pozwala też lepiej wykorzystać materiały eksploatacyjne, co daje wymierne oszczędności.
Robotami przemysłowymi można spawać tymi samymi metodami co manualnie: MIG/MAG, TIG, CMT, lutospawanie, spawanie laserowe oraz plazmowe. Możliwe jest dodatkowo zastosowanie technologii TWIN z dwoma palnikami, jednocześnie pracującymi w spoinie.
Najczęściej stosowany do spawania zrobotyzowanego jest robot przemysłowy przegubowy, rzadziej wykorzystuje się do roboty kartezjańskie (bramowe) i inne ich typy.
Spawanie metali
Proces spawania może łączyć różne materiały, ale niektóre ze względu na swoje znaczenie w technice, spawane są znacznie częściej niż pozostałe.
Spawanie stali konstrukcyjnej
Stal konstrukcyjna, czyli stal miękka jest najczęściej spawanym materiałem ze względu na swoje rozliczne zastosowania. Ponieważ większość jej gatunków jest łatwo spawalna, używa się wszystkich najpopularniejszych metod spawania: MIG/MAG, TIG, MMA, oraz spawania laserowego i zrobotyzowanego do precyzyjnej produkcji masowej.
Spawanie stali ocynkowanej
Podczas spawania stali ocynkowanej bezwzględnie należy zadbać o odpowiednią wentylację pomieszczenia, gdyż opary i pył wydzielane podczas spawania mogą doprowadzić spawacza do utraty przytomności. Spawanie ocynku jest możliwe, ale wymaga odpowiedniego przygotowania i zachowania zasad BHP.
Spawanie stali nierdzewnej
Stal nierdzewna swoje specjalne właściwości osiąga dzięki odpowiedniej zawartości dodatkowych pierwiastków. Te same dodatki stopowe mogą jednak powodować problemy z jej spawalnością.
Tak zwaną nierdzewkę można spawać elektrodami otulonymi oraz metodą TIG lub MIG. Podczas spawania stali nierdzewnej techniką MMA należy użyć specjalnych elektrod, aby utrzymać odporność na korozję spawu.
Spawanie MIG jest szybkie i stosunkowo łatwe, ale spaw jest bardzo widoczny na błyszczącym metalu, a ze względu na dużą strefę wpływu ciepła łatwiej dochodzi do uszkodzeń materiału spawanego. Metoda MIG wytwarza dużą ilość odprysków spawalniczych, aby je ograniczyć, wykorzystuje się spawarki z funkcją pulsacji prądu.
Łączenie stali nierdzewnej metodą TIG daje płytsze spawy, rzadko wymagają dodatkowej obróbki. Powstaje mała ilość rozprysków i odkształceń spawalniczych. Natomiast wadą spawania metodą TIG jest bardzo powolny proces spawania.
Stal nierdzewną spawa się za również pomocą specjalistycznych metod: łukiem krytym, drutem rdzeniowym. Wykorzystuje się także metody spawania, które aplikują ciepło tylko miejscowo jak spawanie: laserowe, elektrogazowe, plazmowe z wykorzystaniem ogniskowania łuku elektrycznego, spawanie technikami hybrydowymi (połączenie spawanie łukowe z laserowym).
Spawanie żeliwa
Spawaniu poddaje się tylko żeliwo szare. Spawanie żeliwa wykorzystywane jest jedynie podczas naprawy elementów uszkodzonych. Wykorzystuje się metody spawania: MMA, MIG/MAG, TIG. Zwykle żeliwo spawa się na zimno, ale czasem elementy wstępnie podgrzewa się (spawanie na gorąco).
Spawanie aluminium
W spawaniu aluminium używa się metod MIG i TIG w osłonie gazu obojętnego argonu. Obiekty cieńsze niż 1 mm łączy się metodą MIG przy zastosowaniu prądu pulsacyjnego, grubsze prądem stałym. Spawanie TIG jest przeznaczone do materiałów aluminiowych o maksymalnej grubości do 10 mm. Jego dużą zaletą jest możliwość pracy z prądem przemiennym (AC), co pozwala zachować czystość jeziorka spawalniczego.
Spawanie - wolfram i metale trudnotopliwe
Do spawania tytanu i metali trudnotopliwych wykorzystywane jest: spawanie elektronowe (najbardziej wydajne), spawanie łukiem krytym (w przypadku blach powyżej 3 mm) i plazmowe. Spawanie MIG i TIG jest czasem stosowane, ale nie zaleca się go ze względu obniżenie właściwości mechanicznych spoin.
Spawanie metali nieżelaznych
Miedź spawa się wszystkimi podstawowymi metodami spawania metalu. Dla blachy o grubości powyżej 3mm stosuje się technikę MMA, spawanie metodą MIG prądem stałym o biegunowości dodatniej, a także metodę gazową. Spawanie TIG prądem przemiennym używane jest dla blach o grubości poniżej 1mm, a spawanie TIG prądem stałym z biegunowością ujemną na elektrodzie, dla grubszych blach.
Do spawania mosiądzu stosuje się metodę gazową dla blachy powyżej 4mm, oraz metodę TIG za pomocą prądu stałego z biegunowością dodatnią, lub prądu przemiennego gdy stop mosiądzu zawiera aluminium.
Usługi spawania manualnego / spawania laserem / spawania robotem
Zapraszamy do skorzystania z Systemowego Parku Maszyn MetalTop.pl w zakresie wyszukiwania usług spawania ręcznego, spawania robotem i spawania laserowego. Oferujemy różne rodzaje spawania dopasowane do oczekiwań klientów dzięki precyzyjnej wyszukiwarce.
