Svařování tavící se elektrodou v ochranném plynu metody MIG/MAG

Transkript

1 KURZY SVÁŘEČSKÝCH TECHNOLOGŮ A INŽENÝRŮ IWT / IWE Svařování tavící se elektrodou v ochranném plynu metody MIG/MAG doc. Ing. Jaromír MORAVEC, Ph.D.

2 Princip svařování metodou WIG/TIG Obloukové svařování tavící se elektrodou v ochraně aktivního plynu (MAG), patří společně s obalenou elektrodou k nejrozšířenějším metodám svařování nelegovaných a nízkolegovaných ocelí. Také metoda MIG získává na důležitosti vlivem růstu objemu stavebních, dopravních a dalších konstrukcí z hliníkových slitin. Hlavními důvody popularity těchto metod jsou vysoká produktivita, široký výběr přídavných materiálů a ochranných plynů a snadná možnost mechanizace a robotizace.

3 Princip svařování metodou WIG/TIG Svařování je založeno na hoření oblouku mezi tavící se elektrodou (7) ve formě drátu a ZM (1) v ochranné atmosféře (4) inertního nebo aktivního plynu. Napájení drátu (7) el. proudem je zajištěno kontaktním průvlakem (6) našroubovaným v ústí hořáku tak, aby elektricky zatížená délka drátu byla co nejkratší. Drát navinutý na cívce je pomocí kladek (8) podáván do místa svařování. Proudová hustota je zde nejvyšší ze všech obloukových metod a dosahuje až 600 A.mm -2. Svařovací proudy se pohybují od 40 až do 600 (800) A. Charakter přenosu kovu obloukem závisí na parametrech svařování a použitém ochranném plynu. Teplota kapek se při MAG svařování pohybuje mezi 1700 až 2500 C a teplota svarové lázně v rozmezí 1600 až 2100 C. Rychlost svařování může dosáhnout až 150 cm.min -1 a rychlost kapek přenášených obloukem přesahuje 130 m.s -1.

4 Výhody použití metody MIG/MAG Technologické a metalurgické výhody: Možnost svařování ve všech polohách již od tloušťky materiálu 0,8 mm. Minimální tvorba strusky. Přímá vizuální kontrola oblouku i svarové lázně. Vysoká efektivita, díky použití tzv. nekonečného drátu. Dobrý profil svaru a hluboký závar. Malá tepelně ovlivněná oblast především při použití vysokých rychlostí svařování. Vysoká proudová hustota a vysoký výkon odtavení. Široký proudový rozsah pro jeden průměr drátu. Stabilní plynová ochrana, nízká pórovitost. Možnost eliminace rozstřiku použitím vhodného plynu. Snadná adaptabilita metody na mechanizované a robotizované způsoby svařování.

5 Oblasti použití metody MIG/MIG MIG - svařované konstrukce z hliníkových slitin využitelné především v pozemní, lodní a letecké dopravě a případně i ve stavitelství. MIG pájení (zejména pozinkovaných plechů) využívané v automobilovém průmyslu, ve stavebnictví, vzduchotechnice a výrobě domácích spotřebičů. MAG - svařované konstrukce z nelegovaných a nízkolegovaných ocelí pro využití ve stavebnictví, výrobě konstrukčních rámů strojů, při výrobě automobilů, vlaků a lodí. MAG mechanizované a robotizované aplikace vysokovýkonných metod při svařování vysokými proudy a rychlostmi, zpravidla u materiálu větších tlouštěk.

6 Zařízení pro svařování metodou MIG/MAG

7 Zařízení pro svařování metodou MIG/MAG Zařízení pro svařování metodou MIG/MAG by mělo obsahovat tyto komponenty: Zdroj svařovacího proudu s řídící jednotkou. Podavač drátové elektrody. Svařovací hořák. Multifunkční kabel s upínacími piny a rychlospojkou. Uzemňovací kabel se svorkou. Zásobník ochranného plynu s redukčním ventilem. V závislosti na používaném výkonu zdroje a výrobních požadavcích mohou být svařovací zařízení vybaveny dalšími technickými doplňky. Chladící jednotka pro chlazení hořáku. Mezipodavač drátové elektrody při svařování na velké vzdálenosti. Dálkové ovládání svařovacích parametrů (ruční měnič). Řídící jednotkou vybavenou procesorem pro regulaci a kontrolu procesních parametrů v reálném čase, archivací dat a databází programů svařovacích cyklů. Ramenem pro nesení hořáku a kabelu.

8 Zdroje svařovacího proudu pro MIG/MAG Pro svařování metodou MIG/MAG se používají zdroje se stejnosměrným výstupem proudu a nepřímou polaritou (+ pól elektroda). Používají se usměrňovače a v dnešní době převážně invertory. Mají plochou statickou charakteristiku, umožňující samoregulační udržování konstantní délky oblouku. Základní rozdělení jednotlivých typů zdrojů: Kompaktní zdroje nižších až středních výkonů (do 250 až 300A), s integrovaným podavačem drátu umístěným ve společné skříni se zdrojem a chlazením hořáku proudícím plynem. Výkonové zdroje s vodním chlazením (do 500 A) ve společné skříni se zdrojem a s odděleným podavačem.

9 Zdroje svařovacího proudu pro MIG/MAG Základní rozdělení jednotlivých typů zdrojů: Stavebnicové uspořádání s odděleným podavačem drátu, kde jsou jednotlivé komponenty sestaveny s ohledem na snadnou přístupnost a výměnu. Někdy může být oddělený také řídící systém, který je buď zvlášť, nebo integrovaný do podavače. Celá sestava je zpravidla nesena vozíkem s konzolou pro plynové lahve. Podavač je se zdrojem propojen přímo spojovacím kabelem délky 1,5/6/10 m. Délka kabelů k ručnímu hořáku je zpravidla 3 až 5 metrů.

10 Zdroje svařovacího proudu pro MIG/MAG Základní rozdělení jednotlivých typů zdrojů: Stavebnicové uspořádání při požadavku na větší délku kabelu hořáku, nebo při použití drátů nižších tvrdostí, lze využít systém PUSH-PULL, u kterého je elektrický posuv drátu v hořáku synchronizován s podavačem a zajišťuje tak rovnoměrnou rychlost podávání drátu.

11 Zdroje svařovacího proudu pro MIG/MAG Základní rozdělení jednotlivých typů zdrojů: Stavebnicové uspořádání při požadavku svařování na velké vzdálenosti od zdroje je možné umístit podavač na samostatný pojízdný vozík, který může být vzdálen až 40 metrů u plynem chlazeného hořáku a 20 metrů u vodou chlazeného hořáku.

12 Zdroje svařovacího proudu pro MIG/MAG Základní rozdělení jednotlivých typů zdrojů: Stavebnicové uspořádání při požadavku svařování na velké vzdálenosti od zdroje je možné umístit podavač na samostatný pojízdný vozík, který může být vzdálen až 40 metrů u plynem chlazeného hořáku a 20 metrů u vodou chlazeného hořáku. Druhou možností je využití mezipohonu. Lehké a mobilní podavače umožňují svařovat až do vzdálenosti 20 metrů od zdroje.

13 Statická charakteristika zdroje MIG/MAG Zdroje využívané pro svařování metodou MIG/MAG mají plochou statickou charakteristiku, umožňující samoregulační udržování konstantní délky oblouku.

14 Podavače drátu pro MIG/MAG svařování Při svařování MIG/MAG je přídavný materiál nepřetržitě podáván do místa svařování pomocí podavače. Ten by měl zaručit rovnoměrné podávání drátu bez jeho deformace a poškození povrchu. Tato funkce je zajištěna podávacím mechanizmem s pohonem drátu pomocí dvou nebo čtyř kladkových podavačů, nebo pomocí kladek s mimoběžnými osami. Podávací kladky mohou mít různé tvary drážek, podle typu podávaného drátu.

15 Podavače drátu pro MIG/MAG svařování

16 Podavače drátu pro MIG/MAG svařování

17 Podavače drátu pro MIG/MAG svařování

18 Druhy kladek pro MIG/MAG svařování

19 Problematika při podávání drátu Při nasazení cívky s drátem na unášeč je nezbytné seřídit brzdu. Pokud by brzdná síla byla příliš nízká k zastavení setrvačného pohybu cívky, došlo by k vymotání drátu z cívky a hrozilo by jeho zamotání před podavačem. Naopak příliš intenzivní brzdění způsobuje nepravidelné podávání drátu a tím zároveň také nestabilní oblouk. Rozměr drážky v kladkách podavače (hloubky a tvaru), musí odpovídat průměru použitého drátu a zároveň přítlačná síla kladek nesmí deformovat profil, ani nesmí docházet k prokluzu.

20 Problematika při podávání drátu Naváděcí průvlak je příliš vzdálen od kladek, případně je jeho vrtání mnohem větší než průmět drátu, nebo opotřebované Naváděcí spirála bovdenu je krátká, nebo naopak příliš dlouhá. To způsobuje problémy s naváděním drátu a nadměrné opotřebení kontaktního průvlaku. Kontaktní průvlak není dobře zašroubován a dotažen, použitý průvlak má příliš velký otvor vůči zvolenému drátu nebo je nadměrně opotřebovaný.

21 Svařovací hořáky pro metodu MIG/MAG

22 Svařovací hořáky pro metodu MIG/MAG Hořák chlazený plynem Použití do cca 150 A

23 Svařovací hořáky pro metodu MIG/MAG (1) Hořák (2) Izolace přívodu proudu (3) Přívod plynu do hubice (4) Kontaktní průvlak (5) Čelo hubice (trysky)

24 Řízení průběhu svařování spínačem na hořáku Svařovací hořák moderních zdrojů má v rukojeti zabudovaný spínač, který umožňuje dílčí vzdálené ovládání řídící jednotky zdroje. Zpravidla lze používat tyto způsoby řízení: Dvoutaktní režim po stisku spínače se spustí ochranný plyn a v definované době také podávání drátu a svařovací proud. Svařování probíhá po dobu držení spínače. po uvolnění spínače se vypíná posuv drátu i proud a po chvíli také dofuk plynu. Režim je vhodný pro stehování a krátké svary. Čtyřtaktní režim po stisku spínače (první takt) se spustí plyn a po uvolnění spínače (druhý takt) se zapne posuv drátu a s malým zpožděním také proud. Svařování probíhá bez nutnosti držení spínače až do okamžiku dalšího stisku spínače (třetí takt), kdy se vypíná posuv drátu a proud a po uvolnění spínače (čtvrtý takt) se také vypíná (po přednastaveném dofuku) ochranný plyn. Režim je vhodný zejména pro dlouhé svary a pro programové ovládání proudu. Speciální čtyřtaktní režim využívá současného řízení zdroje a umožňuje po stisknutí a podržení spínače použít principu tzv. horkého startu. Po uvolnění proud klesá na nastavenou svařovací hodnotu. Dalším stiskem a držením spínače je vyvolán opětovný pokles proudu určený pro vyplnění koncového kráteru. Uvolněním spínače se svařovací proces ukončí.

25 Řízení průběhu svařování spínačem na hořáku Speciální čtyřtaktní režim využívá současného řízení zdroje a umožňuje po stisknutí a podržení spínače použít principu tzv. horkého startu. Po uvolnění proud klesá na nastavenou svařovací hodnotu. Dalším stiskem a držením spínače je vyvolán opětovný pokles proudu určený pro vyplnění koncového kráteru. Uvolněním spínače se svařovací proces ukončí.

26 Speciální hořáky systém Minimig

27 Technické vybavení moderních zdrojů Moderní zdroje pro svařování metodou MIG/MAG mají řadu nadstandardních funkcí výrazně zlepšující svařovací proces. Patří sem například horký start sloužící k natavení začátku svaru u materiálů s vysokou tepelnou vodivostí, databáze svařovacích programů pro různé základní a přídavné materiály a ochranné plyny a synergické řízení procesu, kdy jsou pomocí jednoho manuálně nastaveného parametru automaticky ovládány všechny ostatní parametry. Řízený zapalovací cyklus umožňující klidné zapálení oblouku v přesně def. místě svaru při mechanizovaném a robotizovaném svařování. Při zapálení je nejprve drát posouván až do kontaktu s materiálem. Po zjištění kontaktu je drát oddálen při nízkém proudu, který zapálí pilotní oblouk a drát se zastaví na úrovni nastavené délky oblouku. Poté následuje opět posuv drátu vpřed, při současném proudovém impulsu, díky kterému se zapálí svařovací oblouk a nataví se základní materiál i drátová elektroda. Pro zpětný pohyb drátu jsou nutné podávací kladky v hořáku.

28 Technické vybavení moderních zdrojů Funkce udržování konstantní délky oblouku je využívána při ručním i mechanizovaném svařování. Svařovací údaje jsou v reálném čase měřeny a porovnávány (µs) se zadanými a nastavená délka se udržuje bez ohledu na vzdálenost hořáku od svařovaného materiálu. Ukončení svařovacího cyklu proudovým impulzem je vylepšení ukončení svaru poklesem proudu (sloužícím k vyplnění koncového kráteru) používaného u standardních zdrojů. Při takovém ukončení však na konci drátu zůstává kapka kovu přesahující průměr drátu, což zhoršuje znovuzapálení oblouku především u mechanizovaných způsobů svařování. Použitím proudového impulsu na konci svařovacího cyklu dojde k odstřihnutí tvořící se kapky a konec drátu zůstaně čistý a rovný.

29 Metalurgické reakce při svařování v aktivních ochranných plynech Aktivní ochranné plyny lze rozdělit podle jejich působení na svarový kov na redukční, oxidační a nauhličující. Redukčním účinkem se vyznačuje H 2 a směsi s H 2, oxidačním účinkem plyny s určitým podílem O 2 a nauhličující efekt má plyn obsahující C. Z hlediska metalurgie jsou nejdůležitější oxidační a desoxidační pochody probíhající v kapkách tavící se elektrody a ve svarové lázni. Tyto reakce zásadně ovlivňují tvar oblouku i povrch housenky, vnitřní čistotu kovu i přechod housenky do základního materiálu. Zdrojem atomárního kyslíku v oblouku je jeho podíl v ochranném plynu Ar + O 2, nebo CO 2, které se rozpadají na CO a O. Vzniklé kapky jsou tak obohaceny kyslíkem při přechodu do tavné lázně a dosahují vysoké teploty, protože oxidické reakce jsou exotermické. Díky tomu je dosaženo hlubší a oválnější svarové lázně.

30 Metalurgické reakce při svařování v aktivních ochranných plynech Při oxidických reakcích dochází zejména ke slučování O 2 s Fe, Mn a Si, případně ke slučování oxidů (FeO) s C za vzniku CO. Ty jsou za určitých podmínek příčinou pórovitosti a bublin ve svaru. To je jedním z důvodů proč provádět desoxidaci svarové lázně. Desoxidačními prvky jsou zejména Mn a Si, které by měly být vůči sobě v určitém poměru Mn:Si (1,5 až 1,8:1), aby vzniklá struska měla dostatečnou tekutost a vyplavala na povrch.

31 Metalurgické reakce při svařování v aktivních ochranných plynech Při oxidických reakcích dochází zejména ke slučování O 2 s Fe, Mn a Si, případně ke slučování oxidů (FeO) s C za vzniku CO. Ty jsou za určitých podmínek příčinou pórovitosti a bublin ve svaru. To je jedním z důvodů proč provádět desoxidaci svarové lázně. Desoxidačními prvky jsou zejména Mn a Si, které by měly být vůči sobě v určitém poměru Mn:Si (1,5 až 1,8:1), aby vzniklá struska měla dostatečnou tekutost a vyplavala na povrch.

32 Metalurgické reakce při svařování v aktivních ochranných plynech Důsledkem desoxidačních reakcí jsou oxidy, které vyplavou na povrch svaru, kde vytvoří malé ostrůvky strusky. Optimální složení přídavných materiálů je: C = 0,1%; Mn = 1,7%; Si = 1,0%. Množství strusky závisí na množství O 2, nebo CO 2 ve směsi plynu. V čistém CO 2 vzniká 1 g strusky na cca 150 s navařeného kovu.

33 Vliv procesních parametrů na geometrii svaru Procesní parametry jsou charakteristické tím, že se nastavují přímo před svařováním a v průběhu procesu je lze zcela nebo částečně korigovat. Z velké části jsou závislé na konstrukci zdroje a na zvolené statické a dynamické charakteristice svařovacího zdroje. Mezi nejvýznamnější procesní parametry patří: Svařovací proud (proudová hustota), svařovací napětí, rychlost svařování. Pomocí těchto parametrů lze vyjádřit jednu z nejdůležitějších veličin používaných při svařování, tzv. měrné vnesené teplo Q v, které určuje množství tepla vneseného na jednotku délky svaru. Z uvedené hodnoty lze usuzovat na velikost tepelného ovlivnění, velikost deformačních a napěťových polí po svaření a zároveň tato veličina udává limitní hodnoty při svařování vybraných typů materiálů. Q v 0 Kromě základních (již uvedených) procesních parametrů svařování, ovlivňují tvar a rozměry svarové lázně také další parametry. Mezi ně patří především: U v s I rychlost podávání drátu, polarita na elektrodě, výlet drátu, sklon drátu (hořáku) vůči povrchu svářeného materiálu, průtokové množství ochranného plynu, tvar a rozměry svarových ploch, druh přenosu kovu v oblouku, poloha svařování.

34 Vliv svařovacího proudu na geometrii svaru Svařovací proud I [A] má ze všech uvedených procesních parametrů největší vliv na geometrii svaru. Má značný vliv na způsob přenosu kovu, růst proudové hustoty, tekutost svarové lázně i součinitel tavení. Se vzrůstající hodnotou proudu se zvyšuje rychlost odtavování, roste gradient teploty a mění se způsob přenosu tepla ve svarové lázni. Mimo zvýšení hloubky protavení, také dochází k mírnému nárůstu převýšení svaru p a malému zvětšení šířky housenky w. Velikostí proudu se výrazně ovlivňuje charakter přenosu kovu v oblouku. Jeho růstem zároveň roste frekvence kapek a zmenšuje se jejich objem. Z hlediska kvality svaru je výhodnější menší průměr drátu, protože dává větší počet drobných kapek a kvalita povrchu svarové housenky je velmi dobrá. Co se týče směrové stability výletu drátu a ekonomických nákladů je naopak výhodnější větší průměr drátu, protože vychází levněji. Velikost kapek lze eliminovat využitím pulzního svařování. Při nadměrném zvyšování proudu vzrůstá rozstřik kovu a také roste možnost nebezpečí protavení svařovaného materiálu. U nízkouhlíkových ocelí je limitní hodnota tepla vneseného na jednotku délky (pro tloušťku materiálu 5 mm) 1,5 kj.mm -1.

35 Vliv napětí na geometrii svaru Svařovací napětí se mění podle délky oblouku a je závislé na stupni ionizace oblouku. Na odtavovací výkon má pouze malý vliv. S rostoucím napětím se zvětšuje šířka svarové lázně w, klesá hloubka protavení v a klesá převýšení p. Změna napětí má zásadní vliv na samoregulaci délky oblouku. K dosažení kvalitních svarů je třeba zajistit, aby svařovací proces probíhal v tzv. oblasti stability hoření oblouku. Nadměrně vysoké napětí zvyšuje délku oblouku a propal prvků. Čas styku kapky s obloukem se prodlužuje. Svary jsou více náchylné na pórovitost a zvyšuje se i rozstřik. Svar je pak široký, mělký a vzniká nebezpečí předbíhání lázně před oblouk. Nízké hodnoty napětí mají za následek nestabilitu procesu, vzniká úzká svarová lázeň s velkým převýšením. Dochází k nedokonalému natavení svarových hran a při vícevrstvém svařování dochází k výskytu studených spojů. Stanovení napětí dle normy ČSN EN , U 14 0, 05 I pro proudy do 600 A.

36 Vliv svařovací rychlosti na geometrii svaru Rychlost svařování působí opačně než svařovací proud a napětí. Zvyšováním rychlosti svařování se snižuje tepelný příkon svařování na jednotku délky svaru, rychleji se odevzdává teplo a zmenšuje se teplo potřebné pro předehřev svarových ploch. Toto má vliv nejen na tvar a rozměry tavné lázně, ale i na podmínky jejího ochlazování. S rostoucí rychlostí svařování se snižuje šířka svarové lázně w a zároveň roste převýšení svaru p. Mírně se zvětšuje hloubka závaru v, a to až do hodnoty, při které se ještě svarové plochy stačí natavovat. Po překročení této hodnoty velikost závaru naopak klesá. Při vysokých rychlostech svařování pak dochází ke vzniku vrubů mezi svarem a základním materiálem. Rychlost svařování se také podílí na tepelných poměrech ve svarové lázni a ovlivňuje tvar a rozměry svaru. Má rozhodující vliv na účinnost tavení materiálu. Určuje, jaké poměrné množství tepla se využije přímo na tavení materiálu. Lze říci, že čím se zdroj tepla pohybuje při tavení základního materiálu rychleji, tím kratší je čas pro odvádění tepla do základního materiálu a tím je dosaženo vyšší účinnosti tavení.

37 Vliv polarity na geometrii svaru Při svařování tavící se elektrodou v ochranné atmosféře plynu se nejčastěji používá stejnosměrný proud s nepřímou polaritou (elektroda na + pólu). Při tomto typu zapojení se tvar svaru vyznačuje zvýšenou hloubkou protavení, malým převýšením svaru a relativně širokou svarovou lázní. Naopak pří zapojení přímou polaritou (elektroda na - pólu) se hloubka protavení snižuje, převýšení svaru roste a dochází i ke snížení šířky svarové lázně. Teplo vznikající ve sloupci oblouku se přibližně ze dvou třetin spotřebuje k natavení základního materiálu a z jedné třetiny k natavení přídavného materiálu. Při tomto typu polarity se u plného průřezu drátu tvoří na jeho konci rozměrná a stabilní kapka, což se při přenosu kovu projeví zvýšeným rozstřikem. Přímou polaritu je možné využít například při navařování. Na tvar průřezu svaru má také vliv místo připojení záporného pólu zdroje. Dle místa připojení záporného pólu na svarek se projevuje odklon oblouku jak v osovém, tak v kolmém směru svaru a může se podílet na deformaci průřezu svaru

38 Vliv volné délky drátu výletu drátu Volná délka drátu se měří od konce kontaktní špičky po oblouk. Skutečnou délku výletu drátu ovlivňuje typ přenosu kovu a použitý ochranný plyn. Přestože je při svařovaní MIG/MAG velikost výletu drátu samoregulována díky ploché statické charakteristice zdroje, je možné v určitém rozmezí délku volného konce drátu regulovat zvýšením nebo snížením vzdálenosti kontaktní špičky od základního materiálu. S rostoucí délkou výletu drátu zároveň roste teplota předehřevu drátu způsobená odporovým teplem. Vyššího tavného výkonu lze dosáhnout nejen zvýšením svařovacího proudu, nebo zmenšením průměru drátu, ale do jisté míry také zvětšením výletu drátu. Při nastavování volné délky drátu je doporučeno vycházet ze vztahu (1) pro ochranný plyn čistého CO 2 a ze vztahu (2) pro směsné ochranné plyny. Je však mnohem výhodnější stanovit vzdálenost kontaktní špičky od základního materiálu podle vztahu (3) pro zkratový a (4) pro bezzkratový přenos kovu. L d L d 5 5 d 7 5 d (1) (2) L p 10 d 1 (3) 10 d 3 (4) L p

39 Vliv volné délky drátu výletu drátu Prodloužením volné délky drátu dochází k ohřevu drátu odporovým teplem a na jeho tavení je spotřebováno menší množství energie oblouku. Naopak při snížení vzdálenosti kontaktní špičky je automaticky zkrácena volná délka drátu a na tavení je spotřebováno více energie. Při nadměrném zvýšení výletu drátu dochází k poklesu svařovacího proudu z důvodu značného odporového ohřevu drátu. Důsledkem je snížení hloubky protavení. Proto se při vysokých rychlostech podávání drátu snižuje vzdálenost kontaktní špičky od základního materiálu a proces lze použít i pro bezzkratový přenos kovu. Zvýšením délky volného konce drátu se dále zhoršují podmínky plynové ochrany oblouku a svarové lázně a roste rozstřik kovu. Také klesá směrová stabilita drátu, zejména při použití malých průměrů drátu a zvyšuje se tepelné namáhání kontaktní špičky. Délka oblouku určuje rozdělení intenzity proudu a tlaku na povrch svarové lázně. Tyto hodnoty pak mají vliv na tvar a velikost svaru. Příliš krátký oblouk způsobuje zkrat při dotyku tavící se elektrody se svarovou lázní, menší množství nataveného základního materiálu, nerovnoměrné vnášení tepla a větší možnost výskytu vad typu studených spojů. Dlouhý oblouk naopak způsobuje plochý, mělký závar, zvyšuje rozstřik kovu a může způsobit pórovitost svaru z důvodu turbulentního proudění ochranného plynu, při kterém dochází k nasávání okolní atmosféry.

40 Způsoby přenosu kovu v oblouku Způsob přenosu kovu v oblouku patří mezi základní charakteristiky svařování tavící se elektrodou a závisí zejména na napětí a proudu. Kromě toho je charakter přenosu ovlivněn druhem ochranného plynu, druhem a průměrem přídavného materiálu a potažmo i materiálem základním. Přenos kovu lze rozdělit na: a) Krátký oblouk se zkratovým přenosem. b) Krátký oblouk se zrychleným zkratovým přenosem. c) Přechodový oblouk s nepravidelnými zkraty. d) Oblouk s bezzkratovým přenosem (sprchový). e) Impulzní bezzkratový přenos. f) Moderovaný bezzkrat. přenos. g) Dlouhý oblouk s rotujícím přenosem kovu.

41 Krátký oblouk se zkratovým přenosem Zkratový přenos se uplatňuje v rozsahu proudů A a napětí V. Výkon navaření se podle parametrů pohybuje v rozmezí 1 3 kg.hod -1. Při nízkých proudech a vysokém napětí (25 30 V) je frekvence kapek malá a rozstřik velký. Pro drát pr. 1,2 mm je při napětí 27 V počet zkratů cca 5 s -1. Se snižujícím se napětím roste počet zkratů na 150 až 200 s -1 při napětí V. Je to způsobeno zkracující se délkou oblouku, kdy se drát přiblíží do zkratu se svarovou lázní dříve, čímž se zamezí růstu kapky. Vlivem povrchového napětí se kapka rovnoměrně rozptýlí ve svarové lázni. Zkratový přenos je uskutečnitelný ve všech ochranných plynech. Při použití CO 2 se nastavuje napětí o 2 až 3 V vyšší a při použití směsi Ar + O 2 o 1 až 2 V nižší než ve směsi Ar + CO 2. Přenos se používá při svařování tenkých plechů, kořenových vrstev, při překlenutí širších mezer a při svařování v polohách.

42 Krátký oblouk se zrychleným zkrat. přenosem Zrychlený zkratový přenos používá proudy a rychlosti podávání drátu odpovídající sprchovému přenosu (více než 200 A), ale napětí odpovídají konvenčnímu zkratovému přenosu, tedy V. Výkon navaření je vyšší a pohybuje se v rozmezí 3 10 kg.hod -1. Tento způsob svařování je také nazýván RapidArc. Drát je vysokou podávací rychlostí tlačen do svarové lázně pod relativně velkým úhlem hořáku. Vysoká frekvence zkratů neumožňuje vytvoření velké kapky. Velký výlet drátu (25 až 30 mm) je při vysokých hodnotách proudu dostatečně předehřát odporovým teplem a působením elektromagnetických sil oddělován ve svarové lázni. Vzhledem k velké vzdálenosti plynové trysky od materiálu a velkému sklonu hořáku je potřeba zvýšit průtok plynu na 20 až 30 l.min -1. Tento způsob přenosu kovu umožňuje svařovat s vysokou rychlostí a výkonem odtavení i plechy od 1 mm, kořeny svarů a polohové svary. Jako ochrana se používá směs Ar + 8% CO 2. Svařování probíhá s malým rozstřikem, kapky neulpívají na povrchu materiálu a housenka má dobrý profil.

43 Přechodový oblouk s nepravidelnými zkraty Tento způsob přenosu spadá do rozmezí svařovacího napětí 22 až 28 V a proudu od 190 do 300 A. Při přenosu se konec elektrody vlivem vysokého proudu nataví do velké kapky. Působením tlaku par je kapka vydouvána mimo osu drátu a oblouk putuje po roztaveném konci elektrody, až magnetické síly přeruší můstek. Kapky padají do svarové lázně vysokou rychlostí, ale s malou frekvencí 5 až 40 kapek za sekundu. Přechodový oblouk se výrazněji (díky velkému povrchovému napětí) projevuje v CO 2 a způsobuje velký rozstřik vznikající při nepravidelných zkratech. Přenos lze využít při svařování středních tlouštěk materiálu. Z důvodu hrubé kresby housenky a velkého rozstřiku se však jeho používání nedoporučuje.

44 Bezzkratový oblouk se sprchovým přenosem Bezzkratový přenos je typický pro hodnoty proudu A a napětí na oblouku V. Výkon odtavení se pohybuje pohybuje se v rozmezí 3 10 kg.hod -1. Přenos kovu je možné realizovat ve směsích plynů Ar + CO 2 ; Ar + O 2, nebo v čistém plynu Ar. V čistém CO 2 nelze tento přenos realizovat, protože nelze získat dostatečně drobné kapky z důvodu příliš vysokých hodnot povrchového napětí. Pro směsi Ar + 18% CO 2 je charakteristické, že díky snadné ionizaci plynu obklopuje plazma i konec tavící se elektrody, a tím se urychluje její ohřev. Oblouk nezhasíná a do ZM se přenáší velké množství tepla. Přenos je charakteristický velkou hloubkou závaru, která se zvětšuje s rostoucí hodnotou proudu. Housenka je hladká a čistá, rozstřik kovu minimální. Velikost lázně má však negativní vliv na svařování v různých polohách. Používá se pro výplňové housenky svarů středních a velkých tlouštěk.

45 Impulzní bezzkratový přenos kovu Při svařování impulsním proudem zasahuje pracovní oblast částečně do oblasti zkratového i bezzkratového přenosu kovu. Výkon odtavení se pohybuje mezi 3 6 kg.hod -1. Impulsní přenos je řízen elektronicky má pravidelný cyklus daný frekvencí amplitudy impulsního proudu. Základní proud je zde nízký, pohybuje se mezi 20 až 50 A a jeho funkcí je udržení ionizace oblouku, a tím i vedení el. proudu. Nastavovaný impulsní proud je tvarově i časově řízený a v konečné fázi jeho amplitudy je zajištěno odtavování kapky přídavného materiálu. V celém průběhu amplitudy impulsního proudu hoří oblouk, který ohřívá svarovou lázeň i samotný přídavný materiál.

46 Impulzní bezzkratový přenos kovu Průběh amplitudy impulsního proudu je pravoúhlý, oblý, nebo je možné jej různě tvarovat. Závislostí frekvence impulsů na velikosti proudu se udržuje velikost kapky na téměř konstantní úrovni. Pro nízký svařovací proud musí být i frekvence impulsů nízká, tak aby kapka kovu dosáhla optimální velikosti. Naopak vysoký svařovací proud vyžaduje vysokou frekvenci impulsů. Frekvence impulsů se obecně pohybuje v rozmezí od 25 do 500 Hz, výjimečně až 1 khz. Šířka impulsu je dána frekvencí dle vzorce f = 1/T p (T p doba impulsu) a pohybuje se od 0,2 do 5 ms. Optimální plyn pro svařování uhlíkových ocelí s tímto přenosem je směs Ar + 8% CO 2, pro vysokolegované nerezavějící oceli Ar + 2% O 2 a pro svařování hliníku se používá čistý Ar. Svařování impulsním proudem lze využít při svařování tenkých plechů a svařování v polohách. Vzniká jemná, pravidelná svarová housenka, bez rozstřiku. Výhody Efektivní hodnota impulsního proudu je nižší než u konstantního. Do svaru se vnáší méně tepla, s čímž souvisí pokles tepelně deformačního účinku na svarek. Lze svařovat tenké plechy i polohové svary bezzkratovým přenosem. Vysoký impulzní proud taví i dráty větších průměrů, které jsou levnější. Pravidelná jemná kresba kořene i povrchu svaru. Přenos vhodný pro svařování hliníku a jeho slitin i vysokolegovaných ocelí. Široké aplikační možnosti díky široké variabilitě nastavení parametrů.

47 Moderovaný bezzkratový přenos kovu Nárůstem napětí i proudu se pracovní oblast hoření oblouku posouvá do oblasti velmi vysokých výkonů odtavování. Moderovaný bezzkratový přenos (označovaný také např. jako RAPID MELT) probíhá při vysokých svařovacích proudech 450 až 750 A, při napětí na oblouku V. Tomu odpovídá i vysoká rychlost podávání drátu, která se pohybuje v rozmezí od 20 do 45 m.min -1, čímž dochází ke zvýšení výkonu odtavení až na 25 kilogramů za hodinu. Přenos probíhá ve směsi plynu Ar s 8% CO 2 při vysokých průtocích plynu v rozmezí l.min -1. Přenos je tvořen relativně rozměrnými kapkami kovu (velikost přibližně odpovídá průměru drátu), které jsou odtavovány s vysokou frekvencí z dlouhého volného konce elektrody. Kapky jsou působením elektromagnetického pole vysokou rychlostí unášeny do tavné lázně, která je plazmou oblouku i dopadem kapek tvarována do hlubokého a úzkého závaru. Díky těmto procesním parametrům lze dosáhnout i vysokých rychlostí svařování při velké tloušťce svařovaného materiálu.

48 Dlouhý oblouk s rotujícím přenosem kovu Svařovací parametry přenosu kovu rotujícím obloukem jsou téměř shodné jako u moderovaného přenosu. Liší se pouze zvýšeným napětím na oblouku (až na 65 V) a ve větší délce výletu drátu (více než 20 mm). Vlivem vysoké hodnoty intenzity proudu a velké volné délce, je drát odporovým teplem předehříván téměř na teplotu tavení. Proud taveniny se na konci drátu zužuje do tenkého proudu, který je působením elektromagnetického pole roztáčen. Rotující oblouk umožňuje velmi dobrý závar do boků svarové plochy, vytváří se hluboký a široký svar s výrazně miskovým profilem.

49 Průtok ochranného plynu Nastavení optimálního průtoku ochranného plynu závisí na těchto parametrech: Druh svařovaného materiálu, Typ použitého ochranného plynu, Hodnota použitého proudu, Velikost plynové trysky, Typ spoje, Poloha svařování, Úhel sklonu hořáku, Proudění okolního vzduchu. Ke kontrole správného množství plynu na výstupní trysce se používají průtokoměry s kuličkou. K zajištění dokonalé ochrany svarové lázně, základního materiálu i elektrody je svařovací zařízení vybaveno funkcí tzv. předfuku plynu (2 až 5 s), který je spuštěn před zapálením oblouku. Také při ukončení svařování je třeba chránit chladnoucí svarový kov i TOO do doby, kdy již nehrozí oxidace. K tomu se používá dofuk, realizovaný ještě 2 až 5 sekund po ukončení svařování.

50 Přídavné materiály pro MIG/MAG svařování Jako přídavné se používají materiály ve formě plného, nebo plněného (trubičkového) drátu. Jsou navinuty na drátěných, nebo plastových cívkách o běžné hmotnosti 15 kg. Vyrábějí se i cívky o hmotnostech 5, 6, 10, 12, 18, 25 a 30 kg, nebo se pro robotizovaná pracoviště dodávají velkokapacitní balení drátu o hmotnostech 200, 250, 450 až 600 kg. Všechny dráty jsou chráněny proti oxidaci a znečištění PE zatavovací fólií. Doporučuje se skladování při teplotě na 10 C a relativní vlhkosti do 50%. Plné dráty jsou vyráběny a dodávány v průměrech 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,6; 2,0 a 2,4 mm.

51 Označování přídavných materiálů pro MIG/MAG Dráty pro obloukové svařování - pro svařování nelegovaných a jemnozrnných ocelí ČSN EN ISO pro svařování žáropevných ocelí ČSN EN ISO pro svařování korozivzdorných a žáruvzdorných ocelí ČSN EN ISO pro svařování vysokopevnostních ocelí ČSN EN ISO Klasifikace přídavných svařovacích drátů musí být provedena podle chemického složení. Svarový kov je pak klasifikován přiřazením doplňujících označení pro mechanické vlastnosti a ochranný plyn. Vlastní klasifikace svarového kovu se skládá z pěti částí: 1. Označení způsobu svařování. 2. Označení meze kluzu, nebo meze pevnosti svarového kovu. 3. Označení nárazové práce svarového kovu. 4. Označení použitého ochranného plynu. 5. Označení chemického složení svařovacího drátu. Svarový kov po svaření a drát pro svařování tavící se elektrodou v ochranném plynu musí mít na začátku označení svařovacího drátu písmeno G. ISO A-G ISO B-G

52 Označování přídavných materiálů pro MIG/MAG Norma ČSN EN ISO Označení pevnosti a tažnosti svarového kovu klasifikací dle meze kluzu a nárazové práce 47 J a meze pevnosti a nárazové práce 27 J, je dáno tabulkami 1A a 1B v normě ČSN EN ISO Příklad pro označení mechanických vlastností. ISO A-G 35 ISO B-G 43A ISO B-G 43P

53 Označování přídavných materiálů pro MIG/MAG Norma ČSN EN ISO Označení nárazové práce čistého kovu dle meze kluzu a nárazové práce 47 J a meze pevnosti a nárazové práce 27 J, je dáno tabulkou 2 v normě ČSN EN ISO Číslo udává teplotu pro danou hodnotu nárazové práce. ISO A-G 35 A, nebo ISO A-G 35 4 ISO B-G 43A Y nebo ISO B-G 43P Y nebo ISO B-G 43P 6

54 Označování přídavných materiálů pro MIG/MAG Norma ČSN EN ISO Označení I, M, C a Z udává ochranné plyny dle normy ISO použité pro kvalifikaci. Označení C se použije pouze byla-li klasifikace provedena s čistým CO 2. ISO A-G 35 A M12; ISO A-G 35 4 M21; nebo ISO A-G 35 4 C1 ISO B-G 43P Y M13; ISO B-G 43P 6 M20; ISO B-G 43P 6 C1

55 Označování přídavných materiálů pro MIG/MAG Norma ČSN EN ISO Označení chemického složení svařovacího drátu je dáno tabulkami 3A a 3B dle normy ČSN EN ISO Dle zkratkovitého označení je možné v uvedené normě nalézt chemické složení svařovacího drátu. Celkem je použito 11 zkratek pro klasifikaci dle meze kluzu a nárazové práce 47 J. ISO A-G 35 A M12 G2Si ISO A-G 35 4 M21 G3Ni1

56 Označování přídavných materiálů pro MIG/MAG Norma ČSN EN ISO V klasifikaci B je použito celkem 38 zkratek pro pevnost v tahu a nárazovou práci 27 J. ISO B-G 43P 6 M20 G1M3 ISO B-G 43P 6 C1 GN7

57 Označování přídavných materiálů pro MIG/MAG Norma ČSN EN ISO V klasifikaci B je použito celkem 38 zkratek pro pevnost v tahu a nárazovou práci 27 J. ISO B-G 43P 6 M20 GNCC ISO B-G 43P 6 C1 GN2M3T

58 Technika svařování metodou MIG/MAG MIG/MAG svařování je možné rozlišit na tři základní svařovací techniky. Svařování vpřed, svařování vzad a vertikální svařování (geometrické nastavení hořáku ve směru svařování). Při svařování vpřed teplo působí na větší plochu základního materiálu, svarové plochy ZM se tak lépe předehřívají a zvětšuje se objem nataveného kovu. Díky tomu se zmenšuje hloubka protavení, zvětšuje se šířka svarové lázně a snižuje se velikost převýšení svaru. Svar však není v oblasti kořene dokonale chráněn. Při svařování vzad je roztavený kov vtlačován do oblasti svarové lázně. Dochází ke zvýšení hloubky protavení, k velkému převýšení svaru a ke zmenšení šířky svaru. Kombinací je pak tzv. vertikální svařování. Dosahuje se při něm přibližně průměrných hodnot geometrie svaru mezi svařováním vzad a svařováním vpřed.

59 Technika svařování metodou MIG/MAG Svařování vzad se používá na krycí vrstvy tupých svarů a větší tloušťky materiálu. Není vhodné na kořenové vrstvy z důvodu nebezpečí propadnutí lázně. U koutových svarů jsou velká převýšení a vruby. Charakteristiky svařování: Stabilnější el. oblouk. Déle tekutá lázeň = pórovitost. Nevyskytují se studené spoje. Hubice zakrývá výhled do úkosu. Hrubší povrch housenky. Užší housenka s větším převýšením. Svařování vpřed se používá pro svařování tenkých plechů, svařování kořenů svarů a běžné svařečské práce. Charakteristiky svařování: Dobrý výhled do úkosu. Hubice zakrývá výhled na housenku. Dobré ovládání lázně v kořeni svaru. Vysoká rychlost tuhnutí někdy Výborný předehřev svarových ploch. způsobuje pórovitost. Větší šířka a menší hloubka housenky. Nebezpečí předbíhání svarové lázně a tím vznik studeného spoje. Směr svařování Vpřed Vzad Hloubka protavení v max klesá roste Šířka housenky w roste klesá Převýšení svaru p klesá roste Náchylnost k pórům roste klesá Náchylnost k neprůvaru roste klesá

60 Technika svařování metodou MIG/MAG

61 Technika svařování metodou MIG/MAG Postavení hořáku Sklon hořáku

62 Speciální techniky svařování metoda STT Svařování STT (Surface Tension Transfer) lze volně přeložit jako svařování s přenosem kovu řízené povrchovým napětím. Jedná se o zpětnovazební řízení, kde řídící systém zdroje výrazně mění hodnoty proudu (řádově v µs) na základě údajů z externě připojené sondy (detektor du/dt) snímající změny napětí při změně odporu k němuž dochází při zaškrcování krčku odtavující se kapky. Používá se nastavení základního proudu v rozmezí 50 až max. 120A a horního proudu do 450 A, v závislosti na druhu přídavného materiálu a průměru elektrody. a) Používá se pro svařování nelegovaných, nízko a vysokolegovaných i galvanicky pokovených ocelí s minimálním vneseným teplem a bez rozstřiku. b) Pro svařování kořenové housenky a přemostění velkých mezer (až 12 mm u plechu tl. 3 mm) i technikou svařování shora dolů. c) Pro navařování tvrdonávarů na plochy i hrany s min. promísením v první vrstvě. Výhody procesu STT: Procesem plně řízený svařovací proces. Možnost použití oxidu uhličitého i směsných plynů. Nízká hodnota vneseného tepla. Minimální rozstřik. Velmi dobrý vzhled svaru. Vysoká účinnost procesu. Jednoduché nastavování svařovacích parametrů. Malé množství škodlivých zplodin v průběhu svařování.

63 Speciální techniky svařování metodou STT 1 Oblouk hoří na spodní hranici proudu v rozsahu 50 až 100 A, což je dostatečné pro udržení stabilního oblouku. Nad úrovní 120 A roste rozstřik. 2 V okamžiku zkratu signalizuje detektor pokles napětí oblouk je zkratován. Řídící elektronika redukuje proud na 10 A v čase 0,75 ms. 3 Oblast nárůstu proudu jako u konvenčního zkratového procesu. Pracovní napětí klesá vlivem odporu roztaveného kovu krčku téměř na nulu. 4 Při zaškrcování je sledován přírůstek du/dt a těsně před oddělením kapky je I po dobu několika ms snížen na 50 A. Oddělení kapky při nízkém I vylučuje rozstřik. 5 Po oddělení kapky je proud zvýšen na horní úroveň 350 až 450 A pro vznik oblouku a nárůst ionizovaného prostředí oblouku. Nárůst I je dostatečný pro natavení svarové lázně i tavící se elektrody. 6 Po dostatečném ohřevu je proud s regulovanou strmostí snížen na základní úroveň (max. 120 A) a celý cyklus se opakuje.

64 Vysokovýkonné metody svařování U svařování MIG/MAG existují vysokovýkonné metody s různými názvy podle firem, které uvedené procesy u svých zdrojů zavádějí. Jedná se například o proce sy Rapid Meld, nebo T.I.M.E. (Transferred Ionized Molten Energy). Při těchto procesech se svařuje s vysokými hodnotami proudu (450 až 800 A) a vysokým napětím (45 60 V). Také rychlost podávání drátu je velmi vysoká 20 až 50 m.min -1 a s tím souvisejí i výkony navaření v rozmezí 10 až 25 kg.hod -1. Přenos kovu je zpravidla realizován rotujícím obloukem. Jako plynová ochrana se zpravidla používají vícekomponentní plyny např. Ar + 8% CO 2, nebo u T.I.M.E. procesu čtyřkomponentní plyn Ar + 26% He + 8% CO 2 + 0,5% O 2.

65 Automatické svařování do úzkého úkosu Tato technika je velmi podobná svařování do úzkého úkosu pod tavidlem, pouze je místo tavidla použito ochranného plynu. Svařuje jedním nebo dvěma hořáky přivádějícími drát k jedné z vnitřních hran úkosu. Svary se provádějí vertikálně ve směsném plynu, nebo CO 2. Je možné použít keramické, kovové, nebo tavidlové podložky. Lze svařovat do úkosu 8 mm při tloušťce až 300 mm, např. svař. kolejnic. Hlavními výhodami jsou vysoká produktivita, snížení množství navařeného kovu, snížení zbytkových napětí a deformací svaru. Používá se pro svařování velkých tlouštěk především uhlíkových a vysokolegovaných materiálů.

66 Tandemové MIG/MAG svařování Jde o mechanizovaný způsob využívající dvě drátové elektrody umístěné v jedné plynové hubici. Elektrody jsou vzájemně izolovány a jsou napájeny dvěma zdroji řízené jedním řídícím systémem. Svařuje se impulzním proudem, přičemž elektrody jsou vůči sobě časově posunuty. To znamená, že k odtavování kapky na jedné elektrodě probíhá v době, kdy je na druhé elektrodě základní proud. Na přední elektrodě je zpravidla vyšší výkon, kterým je zajištěno dokonalé natavení studeného ZM a provaření kořene. PM z druhé elektrody lázeň vyplní a oblouk prodlouží dobu krystalizace lázně. Delší doba tuhnutí zajistí dokonalejší odplynění a omezí sklon k trhlinám. Celkový I napájející oba dráty dosahuje až 900 A. Rychlost svařování 0,7 až 2 m.min -1. Tandemové svařování se používá pro svařování hliníku vysokými rychlostmi, při stavbě skříní kolejových vozidel, trupů lodí. Také při svařování jeřábů, stavebních konstrukcí. Používá se i na robotizovaných pracovištích.

67 Tandemové MIG/MAG svařování