Spawarki i procesy spawalnicze

Spawanie polega na łączeniu materiałów przez ich nagrzanie i stopienie w miejscu łączenia z dodaniem lub bez dodania spoiwa. Źródłem ciepła jest zwykle łuk spawalniczy tworzony przez prąd generowany przez źródło prądu spawania. Spawanie z użyciem łuku elektrycznego to spawanie łukowe.

Do spawania łukowego można wykorzystywać jedynie ciepło generowane przez łuk, które powoduje, że spawane elementy stapiają się razem. Tak wygląda na przykład spawanie elektrodą wolframową w osłonie gazów obojętnych (TIG).

Zwykle jednak do spoiny stapia się również materiał dodatkowy. Jest on podawany przez podajnik drutu, do którego podłączony jest uchwyt spawalniczy (spawanie migomatem), lub ręcznie w postaci elektrody otulonej. Materiał dodatkowy musi mieć mniej więcej tę samą temperaturę topnienia, co materiał spawany.

Przed rozpoczęciem spawania krawędzie spawanych elementów należy przygotować, aby uzyskać odpowiedni rowek spawalniczy, np. V-kształtny. Podczas spawania łuk topi krawędzie rowka i materiału spawalniczego. W ten sposób powstaje jeziorko spawalnicze.

Aby spoina była trwała, stopione jeziorko spawalnicze musi być chronione przed utlenianiem i wpływem otaczającego powietrza, na przykład za pomocą gazów osłonowych lub żużla. Gaz osłonowy jest podawany do stopionego jeziorka spawalniczego za pomocą uchwytu spawalniczego. Elektroda spawalnicza jest pokryta materiałem (otuliną), który po roztopieniu emituje gaz osłonowy i żużel.

Najczęściej spawanymi materiałami są metale, takie jak aluminium, stal miękka i stal nierdzewna. Ale spawać można także tworzywa sztuczne – W przypadku spawania tworzyw sztucznych źródłem ciepła jest gorące powietrze lub opornik elektryczny.

ŁUK SPAWALNICZY

Łuk spawalniczy to impuls elektryczny przepływający pomiędzy elektrodą spawalniczą a elementem spawanym. Łuk powstaje, gdy pomiędzy elementami wytworzy się wystarczająco duży impuls napięcia. W spawaniu TIG powstaje on poprzez zajarzanie bezdotykowy lub gdy użytkownik potrze elektrodą o materiał spawany (zajarzanie przez potarcie).

Po zajarzeniu napięcie – podobnie do błyskawicy – przepływa przez przerwę powietrzną i tworzy łuk o temperaturze kilku tysięcy stopni (do 10 000°C). Ponieważ pomiędzy spawanym elementem a elektrodą stale przepływa prąd, przed rozpoczęciem pracy spawany element trzeba uziemić kablem masy podłączonym do urządzenia spawalniczego.

W spawaniu migomatem łuk elektryczny powstaje poprzez zetknięcie materiału dodatkowego z powierzchnią elementu spawanego i wytworzenie zwarcia. Następnie wydajny prąd zwarcia topi koniec drutu spawalniczego i tworzy się łuk spawalniczy. Żeby uzyskać gładką i trwałą spoinę, łuk spawalniczy musi być stabilny. Dlatego też w spawaniu MIG/MAG napięcie spawania i prędkość podawania drutu trzeba dostosować do materiału spawanego oraz jego grubości.

Technika spawacza wpływa na to, czy łuk jest miękki czy twardy, a co za tym idzie – także na jakość spoiny. Duże znaczenie ma też odległość elektrody spawalniczej od rowka oraz utrzymanie stałej prędkości przesuwania uchwytu. Dobór odpowiedniego napięcia i prędkości podawania drutu to dla każdego spawacza podstawowa umiejętność.

Współczesne spawarki oferują jednak wiele funkcji ułatwiających spawaczom pracę, m.in zapisywanie poprzednich ustawień spawania lub wywoływanie gotowych linii synergicznych, co znacznie upraszcza dostosowywanie parametrów pracy urządzenia do zadania.

GAZ OSŁONOWY W PROCESIE SPAWANIA

Gaz osłonowy ma często duży wpływ na wydajność i jakość spawania. Jak sama nazwa wskazuje, gaz osłonowy chroni stopioną spoinę przed utlenianiem się, jak również przed zanieczyszczeniami i wilgocią w powietrzu. W przeciwnym wypadku czynniki te mogą obniżać odporność spoiny na korozję, zwiększać jej porowatość oraz osłabiać jej trwałość poprzez zmianę geometrii połączenia. Gaz osłonowy chłodzi także uchwyt spawalniczy. Najczęściej w jego skład wchodzą argon, hel, dwutlenek węgla i tlen.

Gaz osłonowy może być obojętny lub aktywny. Gaz obojętny nie wchodzi w reakcję z jeziorkiem spawalniczym. Natomiast gaz aktywny bierze udział w procesie spawania – stabilizuje łuk i upłynnia podawanie materiału do spoiny. Gaz obojętny jest wykorzystywany do spawania MIG (spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazów obojętnych), a gaz aktywny do spawania MAG (spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazów aktywnych).

Przykładem gazu obojętnego jest argon, który nie wchodzi w reakcję z roztopioną spoiną. Jest to najczęściej stosowany gaz osłonowy w spawaniu TIG. Dwutlenek węgla i tlen reagują jednak z roztopioną spoiną, podobnie jak mieszanina dwutlenku węgla i argonu.

Hel (He) również jest popularnym obojętnym gazem osłonowym. Hel oraz mieszanina helu i argonu są wykorzystywane do spawania metodami TIG i MIG. Hel przyczynia się do uzyskania większego wtopienia oraz pozwala uzyskać wyższą prędkość spawania niż argon.

Dwutlenek węgla (CO2) i tlen (O2) to gazy aktywne wykorzystywane w roli składnika utleniającego do stabilizacji łuku oraz upłynnienia procesu podawania materiału podczas spawania MAG. Dokładne proporcje składników gazu osłonowego zależą od typu stali.

NORMY I STANDARDY SPAWALNICZE

Procesy spawalnicze oraz budowa, funkcjonalność urządzeń i akcesoriów spawalniczych podlegają różnym międzynarodowym normom. Zawierają one definicje, instrukcje i ograniczenia dotyczące procedur i budowy maszyn, mające na celu zwiększenie bezpieczeństwa oraz zapewnienie wysokiej jakości produktów.

Maszyny spawalnicze w ogólnym ujęciu podlegają normie IEC 60974-1, natomiast techniczne warunki dostawy oraz formy, wymiary, tolerancje i etykiety produktów określa norma SFS‑EN 759.

BEZPIECZEŃSTWO PODCZAS SPAWANIA

Spawanie wiąże się z szeregiem zagrożeń. Łuk elektryczny emituje bardzo jasne światło i promieniowanie UV, które mogą uszkadzać wzrok. Odpryski ze stopionego metalu i iskry mogą powodować poparzenia skóry oraz pożar, a dymy emitowane podczas spalania mogą być niebezpieczne dla układu oddechowego.

Wszystkich tych zagrożeń można jednak uniknąć dzięki odpowiedniemu przygotowaniu i właściwemu sprzętowi ochronnemu.

Aby ograniczyć ryzyko pożaru, należy przed rozpoczęciem pracy sprawdzić otoczenie miejsca spawania prac i usunąć z niego wszelkie materiały łatwopalne. Należy również przygotować środki gaśnicze. Miejsce pracy powinno być także niedostępne dla osób z zewnątrz.

Oczy, uszy i skórę należy chronić przy użyciu odpowiednich środków ochrony indywidualnej. Przyłbica spawalnicza z automatycznym filtrem samościemniającym chroni oczy, włosy i uszy. Oczy, uszy i skórę należy chronić przy użyciu odpowiednich środków ochrony indywidualnej.

Miejsce pracy powinno być też wyposażone w odpowiednią wentylację, która będzie usuwać dymy spawalnicze.

METODY SPAWANIA

Metody spawania klasyfikuje się na podstawie metody generowania ciepła oraz sposobu podawania materiału dodatkowego. Wybór konkretnej techniki zależy od materiału spawanego oraz jego grubości, wymaganej wydajności pracy, pożądanych walorów estetycznych i docelowej jakości spoiny.

Najpopularniejsze metody spawania to MIG/MAG(migomat), TIG i MMA (spawanie elektrodą otuloną). Najstarszą, najbardziej znaną i najczęściej stosowaną metodą jest spawanie MMA. Jest ona powszechnie stosowana podczas prac instalacyjnych oraz prac na zewnątrz wymagających urządzeń łatwych do przenoszenia i użycia.

Wolniejsze spawanie TIG pozwala uzyskiwać bardzo ładne spoiny, dlatego też ta metoda jest wykorzystywana w przypadku spoin widocznych lub wymagających wyjątkowej precyzji.

Spawanie migomatem jest niezwykle wszechstronne, ponieważ nie ma potrzeby oddzielnego dostarczania materiału dodatkowego do jeziorka. Zamiast tego z uchwytu spawalniczego drut spawalniczy jest podawany w osłonie gazu bezpośrednio do jeziorka spawalniczego.

Występują także inne metody spawania do zastosowań specjalnych, takie jak spawanie laserowe, plazmowe, łukiem krytym, ultradźwiękowe, automatyczne CNC oraz zgrzewanie punktowe i tarciowe.