Svařování elektrickým obloukem v ochranných atmosférách
Anotace oblasti
Jde o elektrické obloukové svařování, při kterém je místo svaru a svarový kov chráněny před účinky okolní atmosféry.
Využívá se ochranných plynů, které obklopují oblouk a natavený materiál. Svařuje se ručně, poloautomaticky nebo automaticky stejnosměrným nebo střídavým elektrickým proudem.
Podle použitého ochranného plynu a podle použité elektrody rozlišujeme i způsoby svařování:
-
MIG – svařování tavnou kovovou elektrodou v inertním (netečném – Ar,He) plynu
-
MAG – svařování tavnou kovovou elektrodou v aktivním plynu (CO2)
-
WIG – svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu
Elektrický oblouk hoří mezi kovovou tavnou elektrodou (holý drát), která je do místa svaru plynule dodávána podavačem drátu, a svařovaným materiálem v proudu netečného plynu (MIG) nebo aktivního plynu (MAG - CO2 při svařování částečně oxiduje tavnou lázeň a na povrchu vytváří strusku, proto se pro zlepšení jakosti svaru používá elektroda legována Mn a Si, která částečně dezoxidují tavnou lázeň).
Svařování metodou MIG se používá pro svařování hliníku, mědi, titanu a dalších neželezných kovů.
Metodou MAG se provádí svařování nelegovaných, nízkolegovaných a vysocelegovaných ocelí, navařování ocelí.
Obr.1: Základní schéma svařování metodou MIG/MAG:
1 – elektrický oblouk, 2 – drátová elektroda, 3 – zásobník drátu, 4 – podávací kladky, 5 – rychloupínací spojka, 6 – hořákový kabel, 7 – svařovací hořák, 8 – zdroj svařovacího proudu, 9 – kontaktní svařovací průvlak, 10 – ochranný plyn, 11 – plynová tryska, 12 – svarová lázeň
Svařovací zařízení
Zařízení používané pro svařování metodou MIG a MAG je stejné, mění se pouze ochranný plyn, popř. svařovací drát.
Svařuje se poloautomaticky nebo automaticky se stejnosměrným elektrickým proudem.
Výhodami těchto metod je velká odtavovací rychlost elektrody, nevznikají póry, cena plynu a čistota pracovního prostředí.
Svařovací zařízení lze použít i pro metodu WIG a ruční svařování obalenou elektrodou.
Podstata svařování metodou MIG / MAG
Při svařování MIG/MAG plní odtavující se elektroda současně funkci přídavného materiálu i nositele oblouku. „Nekonečný“ svařovací drát se přes dvě nebo čtyři posuvové kladky zavádí do svařovacího hořáku.
Obr. 2: Čtyřkladkový posuv vestavěný ve svařovacím zdroji
Zde v kontaktní trubici dochází k přestupu proudu. Volný konec drátu je soustředně obklopený plynovou hubicí. Vytékající ochranný plyn brání chemickým reakcím žhavého povrchu obrobku s okolním vzduchem, čímž se zachovává pevnost a houževnatost svarového kovu.
Obr. 3: Přestup proudu ve svařovacím hořáku
Ve funkci ochranného plynu se používají jak inertní tak i aktivní plyny. Proto mluvíme o svařování Metal-Inert-Gas (= kov-inertní-plyn, MIG) Metal-Aktiv-Gas (= kov-aktivní-plyn, MAG).
Zodpovědnost za podobu svaru a za přechod materiálu má kromě chování oblouku a odtavného výkonu také ochranný plyn. Jako inertní plyny figurují především vzácné plyny argon a hélium a rovněž jejich směsi. Pojem „inertní“ pochází z řečtiny a znamená „neochotně reagující“. Inertní plyny se hodí pro všechny kovy mimo ocele, zejména pro hliník a měď. Aktivními plyny jsou převážně směsi plynů vytvořené na základě argonu, avšak obsahující navíc ještě podíly kyslíku nebo kysličníku uhličitého. Tyto plyny poměrně snadno reagují. Aktivní plyny jsou vhodné pro nerezavějící, vysokolegované druhy ocelí a rovněž pro nízkolegované nebo nelegované ocele. S určitými omezeními je pro nelegované nebo nízkolegované ocele vhodný jako aktivní plyn i samotný kysličník uhličitý. Alternativu k ochranným plynům představuje použití trubičkových (plněných) drátů s náplní, která se v elektrickém oblouku odpařuje a tímto způsobem rovněž vytváří ochrannou atmosféru. Trubičkové dráty zaručí spolehlivou plynovou ochranu i při průvanu.
Přístrojová technika
Svařovací zdroj pracuje se stejnosměrným proudem, přičemž potenciál svařovacího drátu představuje kladný pól.
Běžné, stupňovitě přepínané svařovací zdroje jsou vybaveny transformátorem s dostatečným počtem přepínatelných odboček potřebných k tomu, aby bylo možno nastavit požadovanou hodnotu svařovacího proudu.
Za transformátorem je zařazený usměrňovač, který vyrábí ze střídavého proudu usměrněný svařovací proud. Nastavitelná cívka tlumivky vyhlazuje nežádoucí proudové špičky a snižuje tím sklon k tvorbě rozstřiku.
Invertorové svařovací zdroje vyrábějí ze síťového napětí pulzní napětí o vysoké frekvenci. Toto napětí se přivádí na svařovací transformátor, který může být, z důvodů vysoké frekvence, vyrobený v mnohem lehčím, kompaktnějším a účinnějším provedení, než v případě stupňovitě přepínaných svařovacích zdrojů.
Také invertorové zdroje jsou vybavené usměrňovačem. Plně digitalizované invertorové zdroje se signálovým procesorem vyrábějí plynule nastavitelný výstupní proud, který je trvale měřený a udržovaný v oblasti ideálních podmínek.
Tím je zaručené prakticky bezrozstřikové svařování a výstupní tlumivka může odpadnout.
Posuv drátu obstarává podavač, který je buď vestavěný do krytu svařovacího zdroje, nebo externí.
Ruční nebo strojní hořák existuje jak v plynem chlazeném tak také ve vodou chlazeném provedení.
Plynem chlazené svařovací hořáky se chladí protékajícím ochranným plynem, zatímco vodou chlazené hořáky jsou vybavené výkonným kapalinovým chlazením s čerpadlem a výměníkem tepla. Od svařovacích proudů jsou vodou chlazené hořáky standardem.
Obr. 4: Digitálně řízený invertor MIG-MAG
Aplikace a přednosti
Metoda MIG/MAG se zpočátku osvědčila při racionálním svařování nelegovaných a nízkolegovaných konstrukčních ocelí. Technikou pulzního oblouku se dnes používá pro hliníkové slitiny a vysokolegované konstrukční oceli.
Ve fázi základního proudu je přívod energie omezený natolik, aby oblouk ještě stabilně hořel, přičemž povrch obrobku se přitom předehřívá.
Fáze hlavního proudu obstarává prostřednictvím přesně nadávkovaného proudového impulzu cílené uvolnění kapky. Nežádoucí zkrat se současnou explozí kapky a vznikem nekontrolovatelného rozstřiku je tím vyloučený.
Nezávisle na druhu oblouku, vykazuje MIG/MAG proces oproti ostatním svařovacím postupům významné rozdíly. Patří k nim dostatečný odtavný výkon, hluboký závar, snadná manipulace a možnost kompletní mechanizace, stejně tak jako vysoký stupeň hospodárnosti.
Rostoucí využívání mikroelektroniky a digitální techniky posunulo v posledních letech svařovací postup MIG/MAG dále dopředu.
Výsledkem jsou lehčí svařovací zdroje, rychleji reagující řídicí obvody a rovněž zlepšení zapalovacího procesu.
Důležité požadavky pro svary:
-
Přechod proudu do materiálu a kontakt drátu s hořákem
-
Vedení drátu
-
Ochranný plyn
-
Chlazení
-
Řízení na hořáku – rychlá reakce na změny tavné lázně
-
Ohebný kabel
Nucený kontakt průvlakem
Obr. 5: Nucený kontakt průvlakem
Pomocí bezchybného přechodu proudu docílíme:
-
Jisté zapálení
-
Stabilní oblouk
-
Menší rozstřik
Bezztrátové vedení plynu
Obr. 6: Bezztrátové vedení plynu
-
Vylepšená ochrana
-
Menší možnost pórování
-
Vyšší stabilita svařování
Dvoucestný systém chlazení u hořáku
Obr. 7: Dvoucestný systém chlazení u hořáku
-
Lepší rozložení tepla
-
Nižší přilnavost rozstřiků
-
Dlouhá životnost spotřebních dílů
Zdroje
- AMBROŽ, Oldřich. KUBÍČEK, Jaroslav. KANDUS, Bohumil. Technologie svařování a zařízení. Ostrava, Zeross 2001
- BERNASOVÁ, Eva a kol.: Svařování. Praha, SNTL 1987
- KOLEKTIV AUTORŮ.Svařování kovů – SM24 – realizační tým partnerských SOŠ Olomouckéhokraje, Profesmodul, EPAVA Olomouc a.s. , vydání: první, Olomouc 2012. CZ1.07/3.2.05/01.006.
- Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://strojirenstvi-ucivo.blogspot.com
- Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.strojarskatechnologia.info
- Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.mmspektrum.com
Obrázky:
- Obr. 1: Základní schéma svařování metodou MIG/MAG. KOLEKTIV AUTORŮ. Svařování tenkých plechů, drátů a profilů, studijní text k modulu vzdělávacího programu Profesmodul, EPAVA Olomouc, vydání první, Olomouc 2012. CZ1.07/3.2.05/01.0006.
- Obr. 2: Čtyřkladkový posuv vestavěný ve svařovacím zdroji. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 3: Přestup proudu ve svařovacím hořáku. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 4: Digitálně řízený invertor MIG-MAG. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 5: Nucený kontakt průvlakem. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 6: Bezztrátové vedení plynu. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 7: Dvoucestný systém chlazení u hořáku. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 8: Svařovací technika TransSynergic. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 9: Hořák typu Push Pull System PT Drive. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 10: Krátký zkratový oblouk. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 11: Přechodový oblouk. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 12: Sprchový oblouk. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 13: Pulzní oblouk. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 14: Průběh bezrozstřikového pulzního oblouku. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 15: Bezrozstřikové zapalování. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 16: Řízený přechod materiálu v impulzním oblouku. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 17: Ruční hořák systému PT-Drive. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 18: Svařování MIG/MAG plochým drátem. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 19: Tandemové svařování postupem Time Twin. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
- Obr. 20: Proces Laser-Hybrid. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupné z: http://www.fronius.cz
Čti také
Druhy svařovacího oblouku
Krátký zkratový oblouk
- Zejména vhodný pro slabé materiály.
- Velmi vhodný pro vyvařování kořene.
- Malý rozstřik.
- Oblouk je dobře kontrolovatelný.
Přechodový oblouk
- Vhodný pro svařování středně silných plechů.
- Dobře využitelný při bodování silných plechů.
- Častý rozstřik.
- Občas způsobuje velké převýšení svaru.
Obr. 11: Přechodový oblouk
Sprchový oblouk
- Žádoucí jsou vyšší svařovací proudy.
- Vhodné pro silné plechy.
- V potaz je nutné brát velké vnesené teplo do materiálu a jeho deformace.
- Umožňuje svary bez velkého převýšení.
- Málokdy dochází k rozstřiku.
Obr. 12: Sprchový oblouk
Pulzní oblouk
- Prakticky bez rozstřiku.
- Nízké nebo žádné převýšení svarů.
- Možnost použití větších průměrů drátů.
- Universální nasazení.
- Nižší znečištění svaru.
Obr. 13: Pulzní oblouk
Video
Svařování MIG/MAG
Zajímavost
Nejnovější trendy ve svařovací technice
Vývoj nových variant pracovního procesu:
- MIG/MAG-dvojitý drát
- MIG/MAG-plochý drát
- Pájení MIG
- Hybridní pracovní postupy (Laser-Hybrid)
Bezrozstřikové zapalování
Obr. 15: Bezrozstřikové zapalování
Řízený přechod materiálu v impulzním oblouku
Obr. 16: Řízený přechod materiálu v impulzním oblouku
Ruční hořák systému PT-Drive
- Použití pro měkké dráty - např. hliník, CuSi (bronz).
- Planetový pohon.
- Snadnější manipulace jako důsledek menších rozměrů a optimalizovaných váhových poměrů.
Obr. 17: Ruční hořák systému PT-Drive
Svařování MIG/MAG plochým drátem
- Pro spojovací svary i návary.
- Průřez drátu: 4.5 x 0.5 mm.
- Přídavné materiály: AlMg4.5Mn / AlSi5, G3Si1, CrNi, dráty na Ni-bázi
- Zvýšené odtavné výkony - až do hodnoty 11 kg/h (ocel)
Obr. 18: Svařování MIG/MAG plochým drátem
Tandemové svařování postupem Time Twin
- Pro automatizované aplikace.
- Zvýšení svařovací rychlosti až na dvojnásobek.
- Odtavný výkon až 25,5 kg/h (ocel).
Proces Laser-Hybrid
Umožňuje maximální svařovací rychlosti.
Obr. 20: Proces Laser-Hybrid