Pro obloukové svařování plynem je základním nezbytným vybavením svařovací pistole, jednotka pro podávání drátu, svařovací zdroj, svařovací elektrodový drát a přívod ochranného plynu.
Svařovací pistole a jednotka pro podávání drátuUpravit
Typická svařovací pistole GMAW má několik klíčových částí – ovládací spínač, kontaktní hrot, napájecí kabel, plynovou trysku, elektrodový vodič a vložku a plynovou hadici. Ovládací spínač nebo spoušť po stisknutí obsluhou iniciuje posuv drátu, elektrické napájení a průtok ochranného plynu, což způsobí vznik elektrického oblouku. Kontaktní hrot, obvykle vyrobený z mědi a někdy chemicky upravený pro snížení rozstřiku, je připojen ke zdroji svařovacího proudu prostřednictvím napájecího kabelu a přenáší elektrickou energii na elektrodu a zároveň ji směřuje do oblasti svaru. Musí být pevně upevněn a správně dimenzován, protože musí umožnit průchod elektrody při zachování elektrického kontaktu. Na cestě ke kontaktnímu hrotu je drát chráněn a veden elektrodovým kabelem a vložkou, které pomáhají zabránit vybočení a udržují nepřerušovaný posuv drátu. Plynová tryska rovnoměrně směruje ochranný plyn do svařovací zóny. Nerovnoměrné proudění nemusí dostatečně chránit oblast svaru. Větší trysky zajišťují větší průtok ochranného plynu, což je užitečné pro svařovací operace s vysokým proudem, při nichž se vytváří větší roztavená svarová lázeň. Plynová hadice ze zásobníků ochranného plynu přivádí plyn do trysky. Někdy je do svařovací pistole zabudována také vodní hadice, která chladí pistoli při operacích s vysokým žárem.
Podavač drátu přivádí elektrodu k dílu a žene ji skrz potrubí na kontaktní hrot. Většina modelů dodává drát konstantní rychlostí posuvu, ale pokročilejší stroje mohou měnit rychlost posuvu v závislosti na délce oblouku a napětí. Některé podavače drátu mohou dosahovat rychlosti posuvu až 30 m/min (1200 in/min), ale rychlost posuvu u poloautomatického GMAW se obvykle pohybuje od 2 do 10 m/min (75 – 400 in/min).
Styl nástrojeEdit
Nejběžnějším držákem elektrody je poloautomatický vzduchem chlazený držák. Cirkuluje v něm stlačený vzduch, který udržuje mírnou teplotu. Používá se při nižších úrovních proudu pro svařování klopných nebo tupých spojů. Druhým nejběžnějším typem držáku elektrod je poloautomatický vodou chlazený držák, kde jediný rozdíl spočívá v tom, že voda nahrazuje vzduch. Používá se s vyššími úrovněmi proudu pro svařování T nebo rohových spojů. Třetím typickým typem držáku je vodou chlazený automatický držák elektrod – ten se obvykle používá u automatizovaných zařízení.
NapájeníEdit
Ve většině aplikací obloukového svařování plynem se používá napájení konstantním napětím. V důsledku toho má jakákoli změna délky oblouku (která přímo souvisí s napětím) za následek velkou změnu tepelného příkonu a proudu. Kratší délka oblouku způsobuje mnohem větší tepelný příkon, díky kterému se drátová elektroda rychleji roztaví, a tím se obnoví původní délka oblouku. To pomáhá obsluze udržovat stálou délku oblouku i při ručním svařování ručními svářecími pistolemi. K dosažení podobného efektu se někdy používá zdroj konstantního proudu v kombinaci s jednotkou pro podávání drátu řízenou napětím oblouku. V tomto případě změna délky oblouku způsobí, že se rychlost posuvu drátu upraví tak, aby byla zachována relativně konstantní délka oblouku. Ve výjimečných případech může dojít ke spojení zdroje konstantního proudu a jednotky s konstantní rychlostí posuvu drátu, zejména při svařování kovů s vysokou tepelnou vodivostí, jako je například hliník. To poskytuje obsluze dodatečnou kontrolu nad přívodem tepla do svaru, ale vyžaduje to značnou zručnost k úspěšnému provedení.
Střídavý proud se u GMAW používá zřídka; místo toho se používá stejnosměrný proud a elektroda je obvykle kladně nabitá. Vzhledem k tomu, že anoda má obvykle větší koncentraci tepla, dochází k rychlejšímu tavení přívodního drátu, což zvyšuje provaření a rychlost svařování. Polaritu lze obrátit pouze při použití speciálních elektrodových drátů s emisním povlakem, ale protože tyto dráty nejsou populární, záporně nabitá elektroda se používá jen zřídka.
ElektrodaEdit
Elektroda je drát z kovové slitiny, nazývaný MIG drát, jehož výběr, slitina a velikost, vychází především ze složení svařovaného kovu, použité varianty procesu, konstrukce spoje a povrchových podmínek materiálu. Výběr elektrody výrazně ovlivňuje mechanické vlastnosti svaru a je klíčovým faktorem kvality svaru. Obecně platí, že hotový svarový kov by měl mít podobné mechanické vlastnosti jako základní materiál bez vad, jako jsou nespojitosti, vnesené nečistoty nebo pórovitost svaru. K dosažení těchto cílů existuje široká škála elektrod. Všechny komerčně dostupné elektrody obsahují v malých procentech dezoxidační kovy, jako je křemík, mangan, titan a hliník, které pomáhají předcházet pórovitosti kyslíku. Některé obsahují denitridační kovy, jako je titan a zirkonium, aby se zabránilo dusíkové pórovitosti. V závislosti na variantě procesu a svařovaném základním materiálu se průměry elektrod používaných při svařování metodou GMAW obvykle pohybují od 0,7 do 2,4 mm (0,028 – 0,095 palce), ale mohou být až 4 mm (0,16 palce). Nejmenší elektrody, zpravidla do 1,14 mm (0,045 palce), jsou spojeny s procesem přenosu kovu nakrátko, zatímco nejběžnější elektrody v režimu stříkání jsou obvykle nejméně 0,9 mm (0,035 palce).
Stínicí plynEdit
Ochranné plyny jsou při obloukovém svařování plynem nezbytné k ochraně svařovacího prostoru před atmosférickými plyny, jako jsou dusík a kyslík, které mohou způsobit vady tavení, pórovitost a křehkost svarového kovu, pokud se dostanou do kontaktu s elektrodou, obloukem nebo svarovým kovem. Tento problém je společný všem procesům obloukového svařování; například při starším procesu svařování v ochranné atmosféře (SMAW) je elektroda obalena pevným tavidlem, které při tavení obloukem vyvíjí ochranný oblak oxidu uhličitého. Při svařování metodou GMAW však drát elektrody není potažen tavidlem a k ochraně svaru se používá samostatný ochranný plyn. Tím se eliminuje struska, tvrdý zbytek z tavidla, který se po svařování hromadí a musí se odštípnout, aby se odhalil dokončený svar.
Výběr ochranného plynu závisí na několika faktorech, především na druhu svařovaného materiálu a použité variantě procesu. Čisté inertní plyny, jako je argon a helium, se používají pouze pro svařování neželezných kovů; u oceli nezajišťují dostatečný průvar (argon) nebo způsobují nepravidelný oblouk a podporují rozstřikování (u helia). Čistý oxid uhličitý naproti tomu umožňuje hluboké průvarové svary, ale podporuje tvorbu oxidů, což nepříznivě ovlivňuje mechanické vlastnosti svaru. l jeho nízká cena z něj činí atraktivní volbu, ale vzhledem k reaktivitě plazmatu oblouku se nelze vyhnout rozstřiku a svařování tenkých materiálů je obtížné. Proto se argon a oxid uhličitý často mísí ve směsi 75 %/25 % až 90 %/10 %. Obecně platí, že při zkratovém svařování GMAW vyšší obsah oxidu uhličitého zvyšuje teplo a energii svaru, pokud jsou všechny ostatní parametry svařování (napětí, proud, typ a průměr elektrody) stejné. S nárůstem obsahu oxidu uhličitého nad 20 % je svařování GMAW s přenosem nástřiku stále problematičtější, zejména při menších průměrech elektrod.
Argon se také běžně mísí s dalšími plyny, kyslíkem, heliem, vodíkem a dusíkem. Přídavek až 5 % kyslíku (stejně jako výše zmíněné vyšší koncentrace oxidu uhličitého) může být užitečný při svařování nerezové oceli, ve většině aplikací se však dává přednost oxidu uhličitému. Zvýšené množství kyslíku způsobuje, že ochranný plyn oxiduje elektrodu, což může vést k pórovitosti nánosu, pokud elektroda neobsahuje dostatečné množství deoxidantů. Nadměrné množství kyslíku, zejména při použití v aplikaci, pro kterou není předepsán, může vést ke křehkosti v tepelně ovlivněné zóně. Směsi argonu a helia jsou extrémně inertní a lze je použít na neželezné materiály. Koncentrace helia 50-75 % zvyšuje požadované napětí a zvyšuje teplo v oblouku v důsledku vyšší ionizační teploty helia. K argonu se někdy přidává vodík v malých koncentracích (do cca 5 %) pro svařování niklu a silných obrobků z nerezové oceli. Ve vyšších koncentracích (až 25 % vodíku) jej lze použít pro svařování vodivých materiálů, jako je měď. Neměl by se však používat na ocel, hliník nebo hořčík, protože může způsobit pórovitost a vodíkovou křehkost.
K dispozici jsou také směsi ochranných plynů složené ze tří nebo více plynů. Směsi argonu, oxidu uhličitého a kyslíku se prodávají pro svařování ocelí. Jiné směsi přidávají ke kombinaci argonu a kyslíku malé množství helia. Tyto směsi údajně umožňují vyšší napětí oblouku a rychlost svařování. Helium také někdy slouží jako základní plyn s přídavkem malého množství argonu a oxidu uhličitého. Protože je však helium méně husté než vzduch, je při stínění svaru méně účinné než argon, který je hustší než vzduch. Může také vést k problémům se stabilitou a pronikáním oblouku a ke zvýšenému rozstřiku kvůli mnohem energičtějšímu plazmatu oblouku. Helium je také podstatně dražší než ostatní ochranné plyny. Jiné specializované a často patentované směsi plynů uvádějí ještě větší výhody pro specifické aplikace.
Přestože je jedovatý, lze použít stopové množství oxidu dusnatého, aby se zabránilo vzniku ještě problematičtějšího ozonu v oblouku.
Žádoucí rychlost průtoku ochranného plynu závisí především na geometrii svaru, rychlosti, proudu, druhu plynu a způsobu přenosu kovu. Svařování rovných povrchů vyžaduje vyšší průtok než svařování drážkovaných materiálů, protože plyn se rychleji rozptyluje. Vyšší rychlosti svařování obecně znamenají, že k zajištění dostatečného pokrytí je třeba dodávat více plynu. Navíc vyšší proud vyžaduje větší průtok a obecně je k zajištění dostatečného pokrytí zapotřebí více helia než při použití argonu. Snad nejdůležitější je, že čtyři základní varianty GMAW mají rozdílné požadavky na průtok ochranného plynu – pro malé svarové lázně v režimech zkratování a pulzního stříkání je obecně vhodných přibližně 10 l/min (20 ft3/h), zatímco pro kulový přenos je vhodnější přibližně 15 l/min (30 ft3/h). Varianta přenosu nástřikem obvykle vyžaduje větší průtok ochranného plynu kvůli vyššímu tepelnému příkonu, a tedy většímu svarovému bazénu. Typické množství průtoku plynu je přibližně 20-25 l/min (40-50 ft3/h).
3-D tisk na bázi GMAWEdit
GMAW se také používá jako levná metoda pro 3-D tisk kovových objektů. Byly vyvinuty různé 3-D tiskárny s otevřeným zdrojovým kódem, které využívají technologii GMAW. Takové součásti vyrobené z hliníku konkurují tradičněji vyráběným součástem v mechanické pevnosti. Vytvořením špatného svaru v první vrstvě lze 3D díly vytištěné metodou GMAW odstranit z podkladu pomocí kladiva
.