- Gatunki drutu elektrodowego
- Stale niestopowe i niskostopowe
- Wysokostopowe stale i stopy na bazie niklu
- Aluminium i stopy aluminiowe
- Inne materiały
Gatunki drutu elektrodowego
Drut elektrodowy do spawania metodą MIG/MAG stali niestopowych oraz drobnoziarnistych podlega normie DIN EN 440. Norma zależnie od składu chemicznego rozróżnia 11 gatunków drutów elektrodowych. Obejmuje ona jednak również gatunki drutu elektrodowego popularne w innych krajach Europy. W Niemczech dla stali niestopowych w istotnym zakresie stosuje się wyłącznie gatunki G2Si1, G3Si1 i G4Si1. W ich skład wchodzi odpowiednio coraz większa zawartość krzemu i manganu, średnio od 0,65 do 0,9% krzemu oraz od 1,10 do 1,75% manganu. Do stali drobnoziarnistych stosowane są też gatunki G4Mo, G3Ni1 i G3Ni2. Drut proszkowy do spawania te stali zawiera DIN EN 758. W zależności od składu wypełnienia rozróżnia się typ rutylowy, zasadowy oraz z drutem proszkowym metalicznym. Oprócz drutów proszkowych do spawania MIG/MAG s normie DIN EN 758 ujęte są też samoosłonowe druty proszkowe, które służą do spawania bez dodatku gazu osłonowego. Często są one stosowane do claddingu. Druty elektrodowe do spawania stali żarowytrzymałej są objęte normą DIN EN 12070, a druty proszkowe dla tego rodzaju stali normą DIN EN 12071. Druty elektrodowe występują w wersji wyłącznie ze stopu molibdenu, poprzez druty z zawartością 1,2, 5, 5 i 9% chromu, aż do drutu elektrodowego o zawartości 12% chromu. Innymi składnikami stopu mogą być molibden, wanad i wolfram. Druty proszkowe zawierają do 5% chromu. Druty elektrodowe do spawania stali nierdzewnej i odpornej na wysoką temperaturę są objęte normą DIN EN 12072, a druty proszkowe dla tego rodzaju stali normą DIN EN 12073. Normy rozróżniają dodatki dla stali chromowych martenzytycznych / ferrytycznych, stali austenitycznych, stali ferrytycznych / austenitycznych i w pełni austenitycznych stali wysokoodpornych na korozję, ponadto typy specjalne i odporne na wysoką temperaturę.
Materiały dodatkowe do spawania metodą MIG/MAG
Stale niestopowe i niskostopowe
Stale niestopowe i niskostopowe są spawane z użyciem mieszanki gazowej M1, M2, M3 lub czystego dwutlenku węgla. Z powodu mniejszej tendencji do rozprysków, zwłaszcza w górnym zakresie wydajności, w Niemczech najczęściej stosowane są jednak mieszanki gazowe. Stale te zasadniczo można z powodzeniem spawać metodą MAG. Wyjątkiem są gatunki o dużej zawartości węgla, takie jak E 360 z ok. 0,45% C. Dzięki dużemu wtopieniu podczas procesu, spawany materiał wskutek zmieszania wchłania względnie dużą ilość węgla, wskutek czego istnieje ryzyko pęknięć na gorąco. Można temu zapobiec na wszelkie sposoby, ograniczając wtopienie, a tym samym zmieszanie. Może to być np. niższe natężenie prądu lub spawanie z przesuwającym się spawanym materiałem - ostrożnie: niebezpieczeństwo braku wtopienia. Pory w przypadku stali niestopowych i niskostopowych tworzą się głównie z powodu azotu. Może on się wydzielać wskutek stopienia podczas spawania stali o wysokiej zawartości azotu, np. w przypadku stali azotowanej. Najczęściej jednak azot dostaje się z powietrza wskutek niewystarczającej osłony gazowej. Optymalna ochrona jest zapewniona wtedy, gdy ustawiono prawidłową ilość gazu osłonowego oraz uniknięto zakłóceń prądu gazu osłonowego np. wskutek rozprysków w dyszy gazu osłonowego oraz wskutek niestabilności procesu. Dwutlenek węgla jako gaz osłonowy jest mniej wrażliwy na powstawanie porów, niż mieszanki gazowe. W przypadku mieszanek gazowych wrażliwość zmniejsza się wraz z rosnącą zawartością CO2.
Wysokostopowe stale i stopy na bazie niklu
Również ta grupa materiałów może być spawana z dobrymi rezultatami metodą MIG/MAG. Gazami osłonowymi w przypadku stali wysokostopowych są mieszaniny argonu i tlenu, zawierające od 1 do 5% tlenu (M1.1) lub mieszanki argonowe z zawartością do 2,5% CO2 (M1.2). Istotną wadą podczas spawania stali odpornych na korozję są warstwy tlenkowe, które pozostają na spoinie i obok niej po spawaniu. Należy je całkowicie usuwać poprzez szczotkowanie, bejcowanie lub obróbkę strumieniową, zanim zacznie się eksploatacja elementu, ponieważ pogarszają one odporność na korozję. Nakład na oczyszczenie spoin spawanych metodą MAG jest większy niż w przypadku spawania elektrodą otuloną, gdzie warstwa żużla przy wyższych temperaturach chroni powierzchnię spoiny przed dostępem tlenu. Część zalet ekonomicznych spawania częściowo zmechanizowanego może zostać utracona wskutek wyższych kosztów obróbki dodatkowej. Mieszanki gazowe zawierające CO2 są tu nieco korzystniejsze, niż te z zawartością O2. Dlatego są one stosowane coraz częściej. Udział dwutlenku węgla w gazie osłonowym nie może jednak nadmiernie wzrosnąć, ponieważ gaz rozpadający się w łuku powoduje zwęglenie spawanego materiału oraz do zmniejszenia jego odporności na korozję. Dlatego dopuszczalna zawartość CO2 jest ograniczona do maks. 5%. Podczas spawania stali odpornych na korozję należy unikać wszelkiego przegrzewania, ponieważ wskutek wytrącania się węglika chromu następuje kruszenie i większa wrażliwość na korozję. Dlatego należy kontrolować wprowadzanie ciepła i ewentualnie od czasu do czasu robić przerwy, aby materiał nieco ostygł. W przypadku materiałów z grupy stali w pełni austenitycznych zaleca się spawanie „na zimno”, również w celu uniknięcia pęknięć na gorąco. Ze względu na to, że stale austenityczne nie kruszeją pod wpływem wodoru, dla zwiększenia wydajności (zwiększenia prędkości spawania) do argonu można dodać kilka procent wodoru. Ze względu na niebezpieczeństwo tworzenia się porów, zawartość H2 nie może jednak przekraczać 7%. Stale typu duplex, które maa dwufazową strukturę austenityczno-ferrytyczną, mają z kolei większą tendencję do pękania pod wpływem azotu. Stopy na bazie niklu są z reguły spawane metodą MIG z osłoną z argonu. W przypadku czystego niklu oraz niektórych stopów, niewielki dodatek wodoru może zmniejszyć napięcie powierzchniowe i ułatwić prowadzenie ściegu.
Aluminium i jego stopy
Materiały aluminiowe zasadniczo spawane są metodą MIG. Gazem osłonowym z reguły jest argon. Z powodu bardzo dużej przewodności cieplnej aluminium korzystny jest dodatek helu. Jak już wspomniano, hel poprawia przewodność cieplną i zawartość ciepła w atmosferze gazu osłonowego. Konsekwencją tego jest głębsze i szersze wtopienie. Tam, gdzie większe wtopienie nie jest wymagane, np. przy spawaniu cienkich blach, można odpowiednio szybciej spawać przy tym samym wtopieniu. Większe przekroje aluminium z powodu dużej przewodności cieplnej materiału muszą być wcześniej podgrzewane. Zapewnia to nie tylko wystarczające wtopienie, ale również zwiększa odporność na powstawanie porów, ponieważ spawany materiał ma więcej czasu na odgazowanie podczas krzepnięcia. Przy stosowaniu gazów osłonowych zawierających hel (typowa zawartość to 25% lub 50%), można ograniczyć podgrzewanie, lub w przypadku małych grubości ścianek całkowicie z niego zrezygnować. W ten sposób można skompensować wyższą cenę gazów zawierających hel. Trudności związane z usunięciem z trudno topiącej się warstwy tlenków na jeziorku spawalniczym podczas spawania MIG nie występują, ponieważ elektroda jest podłączona do bieguna dodatniego (czyszczenie katodowe). Mimo to zaleca się, aby warstwy tlenków były usuwane bezpośrednio przed spawaniem poprzez skrobanie lub szczotkowanie, ponieważ są one higroskopijne i z tego powodu powodują wprowadzenie wodoru do spawanego materiału. Wodór jest jedyną przyczyną tworzenia się porów podczas spawania materiałów aluminiowych. W aluminium w stanie płynnym może rozpuścić się względnie duża ilość wodoru, z kolei w postaci stałej gaz ten niemal nie jest rozpuszczalny w tym metalu. Każda ilość wodoru, która rozpuściła się podczas spawania, przed zastygnięciem musi ulotnić się ze spawanego materiału, jeżeli nie mają występować pory. Szczególnie w przypadku większych przekrojów nie zawsze jest to możliwe. Przy spawaniu grubych ścianek materiałów aluminiowych niemożliwe jest więc uzyskanie spoin całkowicie pozbawionych porów. Korzystny wpływ podgrzewania został już wcześniej opisany. Stopy AlMg i AlSi przy zawartości Si ok. 1% lub zawartości Mg ok. 2% mają z kolei tendencję do pękania na gorąco podczas spawania. Temu zakresowi stopów można zapobiec poprzez odpowiedni dobór materiału dodatkowego. Najczęściej druty elektrodowe o nieco większej zawartości dodatków stopowych od materiału podstawowego zachowują się lepiej, niż o takiej samej zawartości.
Inne materiały
Oprócz już wymienionych materiałów, metodą MIG dość często spawana jest także miedź i jej stopy. Czystą miedź ze względu na jej dobrą przewodność cieplną należy dość długo podgrzewać, aby uniknąć braku wtopienia. Materiał z drutu brązowego, np. brązalu lub brązu cynowego, ma dobre właściwości poślizgowe. Dlatego jest on stosowany do claddingu powierzchni ślizgowych. W przypadku tego rodzaju spawania materiałów żelaznych należy utrzymywać wtopienie na odpowiednio niskim poziomie, ponieważ żelazo rozpuszcza się w miedzi jedynie w niewielkim stopniu. Tworzy ona kuleczki w spawanym materiale, co zmniejsza jego właściwości użytkowe. Warunki są podobne w przypadku lutospawania metodą MIG. Ten proces służy m.in. do łączenia blach ocynkowanych w branży motoryzacyjnej. Dodatkowo stosowane są druty elektrodowe z brązu krzemowego lub cynowego. Ze względu na niską temperaturę topnienia tego rodzaju materiałów brązowych, zmniejsza się ryzyko odparowania cynku. Powstaje mniejsza liczba porów, a ochrona przez warstwę cynkową jest zapewniona nawet w strefie najbliższej spoinie, jak również z tyłu blachy. Również tutaj w miarę możliwości należy unikać wtopienia w materiale stalowym, lecz wiązanie, podobnie jak podczas lutowania, powinno następować jedynie poprzez dyfuzję i przyleganie. Efekt ten można uzyskać poprzez dostosowanie parametrów spawania oraz specjalny sposób trzymania palnika, przy czy łuk spawalniczy pali się jedynie na płynnym jeziorku spawalniczym.
