A gázfém ívhegesztéshez a szükséges alapfelszerelés egy hegesztőpisztoly, egy huzaladagoló egység, egy hegesztő tápegység, egy hegesztő elektródhuzal és egy védőgázellátás.
Hegesztőpisztoly és huzaladagoló egységSzerkesztés
A tipikus GMAW hegesztőpisztoly számos kulcsfontosságú alkatrésze van – egy vezérlőkapcsoló, egy érintkezőhegy, egy tápkábel, egy gázfúvóka, egy elektródavezeték és bélés, valamint egy gáztömlő. A vezérlőkapcsoló vagy kioldó, amikor a kezelő megnyomja, elindítja a huzaladagolást, az elektromos áramot és a védőgáz áramlását, ami elektromos ív kialakulását okozza. Az általában rézből készült, és néha a fröccsenések csökkentése érdekében vegyileg kezelt érintkezőhegy a tápkábelen keresztül csatlakozik a hegesztő áramforráshoz, és továbbítja az elektromos energiát az elektródára, miközben azt a hegesztési területre irányítja. Erősen rögzítve és megfelelően méretezve kell lennie, mivel lehetővé kell tennie az elektróda áthaladását az elektromos kapcsolat fenntartása mellett. Az érintkezőcsúcshoz vezető úton a huzalt az elektródavezeték és a bélés védi és vezeti, ami segít megelőzni a csavarodást és fenntartani a huzal megszakítás nélküli vezetését. A gázfúvóka egyenletesen irányítja a védőgázt a hegesztési zónába. Az egyenetlen áramlás nem védi megfelelően a hegesztési területet. A nagyobb fúvókák nagyobb védőgázáramot biztosítanak, ami hasznos a nagyáramú hegesztési műveleteknél, amelyeknél nagyobb olvadt hegesztőmedence alakul ki. A védőgáztartályokból egy gáztömlő juttatja a gázt a fúvókához. Néha egy víztömlő is be van építve a hegesztőpisztolyba, amely a pisztolyt hűti a nagy hővel végzett műveleteknél.
A huzaladagoló egység az elektródát a munkához juttatja, áthajtva azt a vezetéken és az érintkezőhegyre. A legtöbb modell állandó előtolási sebességgel szolgáltatja a huzalt, de a fejlettebb gépek képesek az ívhossz és a feszültség függvényében változtatni az előtolási sebességet. Egyes huzaladagolók akár 30 m/perc (1200 in/min) előtolási sebességet is elérhetnek, de a félautomata GMAW gépeknél az előtolási sebesség jellemzően 2 és 10 m/perc (75 – 400 in/min) között mozog.
SzerszámstílusSzerkesztés
A leggyakoribb elektródatartó a félautomata léghűtéses tartó. Sűrített levegő kering benne a mérsékelt hőmérséklet fenntartása érdekében. Alacsonyabb áramerősség mellett öl- vagy tompa kötések hegesztéséhez használják. A második leggyakoribb elektródatartó típus a félautomata vízhűtéses, ahol az egyetlen különbség az, hogy a levegő helyét víz veszi át. Magasabb áramszinteket használ T- vagy sarokkötések hegesztéséhez. A harmadik tipikus tartótípus a vízhűtéses automata elektródatartó – ezt jellemzően automatizált berendezésekkel használják.
TápegységSzerkesztés
A gázfém ívhegesztés legtöbb alkalmazása állandó feszültségű tápegységet használ. Ennek eredményeként az ívhossz bármilyen változása (amely közvetlenül a feszültséggel függ össze) a hőbevitel és az áram nagymértékű változását eredményezi. A rövidebb ívhossz sokkal nagyobb hőbevitelt okoz, ami a huzalelektródát gyorsabban megolvasztja, és ezáltal visszaállítja az eredeti ívhosszúságot. Ez segíti a kezelőket abban, hogy az ívhossz egyenletes maradjon, még kézi hegesztőpisztollyal történő kézi hegesztés esetén is. Hasonló hatás elérése érdekében néha állandó áramú áramforrást használnak egy ívfeszültség-vezérelt huzaladagoló egységgel kombinálva. Ebben az esetben az ívhossz változása miatt a huzaltovábbítás sebessége úgy módosul, hogy az ívhossz viszonylag állandó maradjon. Ritkán előfordulhat, hogy egy állandó áramú áramforrást és egy állandó huzaltovábbítási sebességű egységet párosítanak, különösen nagy hővezető képességű fémek, például alumínium hegesztésénél. Ez további ellenőrzést biztosít a kezelő számára a hegesztésbe bevitt hőmennyiség felett, de jelentős szakértelmet igényel a sikeres kivitelezéshez.
A GMAW esetében ritkán használnak váltakozó áramot; ehelyett egyenáramot alkalmaznak, és az elektróda általában pozitív töltésű. Mivel az anód általában nagyobb hőkoncentrációval rendelkezik, ez a táphuzal gyorsabb olvadását eredményezi, ami növeli a hegesztési behatolást és a hegesztési sebességet. A polaritás csak akkor fordítható meg, ha speciális emissziós bevonatú elektródhuzalokat használnak, de mivel ezek nem népszerűek, negatív töltésű elektródát ritkán alkalmaznak.
ElektródaSzerkesztés
Az elektróda egy fémötvözetből készült huzal, az úgynevezett MIG-huzal, amelynek kiválasztása, ötvözete és mérete elsősorban a hegesztendő fém összetételén, az alkalmazott eljárásváltozaton, a kötés kialakításán és az anyag felületi viszonyain alapul. Az elektróda kiválasztása nagymértékben befolyásolja a hegesztés mechanikai tulajdonságait, és a hegesztés minőségének kulcsfontosságú tényezője. Általában a kész hegesztett fémnek az alapanyagéhoz hasonló mechanikai tulajdonságokkal kell rendelkeznie, és a hegesztésen belül nem lehetnek hibák, például megszakítások, bejutott szennyeződések vagy porozitás. E célok eléréséhez sokféle elektróda létezik. Minden kereskedelmi forgalomban kapható elektróda kis százalékban tartalmaz dezoxidáló fémeket, például szilíciumot, mangánt, titániumot és alumíniumot, hogy segítsen megelőzni az oxigénporozitást. Egyesek denitridáló fémeket, például titániumot és cirkóniumot tartalmaznak a nitrogénporozitás elkerülése érdekében. A folyamatváltozattól és a hegesztett alapanyagtól függően a GMAW-ban használt elektródák átmérője általában 0,7-2,4 mm (0,028-0,095 in) között mozog, de akár 4 mm (0,16 in) is lehet. A legkisebb, általában legfeljebb 1,14 mm (0,045 in) méretű elektródák a rövidzárlatos fémátadási eljáráshoz kapcsolódnak, míg a legelterjedtebb szórásos átadási eljárásmódú elektródák általában legalább 0,9 mm (0,035 in) méretűek.
VédőgázSzerkesztés
A védőgázokra a gázfém ívhegesztésnél azért van szükség, hogy megvédjék a hegesztési területet a légköri gázoktól, például a nitrogéntől és az oxigéntől, amelyek olvadási hibákat, porozitást és a hegesztett fém ridegségét okozhatják, ha kapcsolatba kerülnek az elektródával, az ívvel vagy a hegesztett fémmel. Ez a probléma minden ívhegesztési eljárásra jellemző; például a régebbi védettfém ívhegesztési eljárásnál (SMAW) az elektródát szilárd folyékony anyaggal vonják be, amely az ív által megolvasztva szén-dioxid védőfelhőt fejleszt. A GMAW során azonban az elektródhuzal nem rendelkezik fluxusbevonattal, és külön védőgázt alkalmaznak a hegesztési varrat védelmére. Ez kiküszöböli a salakot, a hegesztés után felhalmozódó, a hegesztőfolyadékból származó kemény maradékot, amelyet le kell aprítani, hogy láthatóvá váljon a kész hegesztési varrat.
A védőgáz kiválasztása több tényezőtől, elsősorban a hegesztendő anyag típusától és az alkalmazott eljárásváltozattól függ. Az olyan tiszta inert gázokat, mint az argon és a hélium, csak színesfémek hegesztéséhez használják; acél esetében nem biztosítanak megfelelő hegesztési behatolást (argon), vagy kiszámíthatatlan ívet okoznak és a fröccsenést elősegítik (hélium esetében). A tiszta szén-dioxid viszont lehetővé teszi a mélyen behatoló hegesztéseket, de elősegíti az oxidképződést, ami hátrányosan befolyásolja a hegesztés mechanikai tulajdonságait. Alacsony ára miatt vonzó választás, de az ívplazma reaktivitása miatt elkerülhetetlen a fröccsenés, és a vékony anyagok hegesztése nehézkes. Ennek eredményeképpen gyakran keverik az argont és a szén-dioxidot 75%/25% és 90%/10% közötti keverékben. Általánosságban elmondható, hogy rövidzárlatos GMAW hegesztésnél a magasabb szén-dioxid-tartalom növeli a hegesztési hőt és energiát, ha minden más hegesztési paraméter (feszültség, áram, elektróda típusa és átmérője) változatlan marad. Ahogy a szén-dioxid-tartalom 20% fölé emelkedik, a permetátviteles GMAW egyre problémásabbá válik, különösen kisebb elektródátmérő esetén.
Argont általában más gázokkal, oxigénnel, héliummal, hidrogénnel és nitrogénnel is keverik. Legfeljebb 5% oxigén hozzáadása (a fent említett magasabb szén-dioxid-koncentrációkhoz hasonlóan) hasznos lehet a rozsdamentes acél hegesztésénél, azonban a legtöbb alkalmazásban a szén-dioxidot részesítik előnyben. A megnövelt oxigén hatására a védőgáz oxidálja az elektródát, ami a lerakódás porozitásához vezethet, ha az elektróda nem tartalmaz elegendő dezoxidálószert. A túlzott oxigén, különösen, ha olyan alkalmazásban használják, amelyre nem írják elő, törékenységhez vezethet a hővel érintett zónában. Az argon-hélium keverékek rendkívül inertek, és nemvas anyagokon is alkalmazhatók. Az 50-75%-os héliumkoncentráció megemeli a szükséges feszültséget és növeli az ív hőjét a hélium magasabb ionizációs hőmérséklete miatt. Néha hidrogént adnak az argonhoz kis koncentrációban (kb. 5%-ig) nikkel és vastag rozsdamentes acél munkadarabok hegesztéséhez. Nagyobb koncentrációban (legfeljebb 25% hidrogén) vezetőképes anyagok, például réz hegesztéséhez használható. Acélhoz, alumíniumhoz vagy magnéziumhoz azonban nem szabad használni, mert porozitást és hidrogénszilárdságot okozhat.
Három vagy több gázból álló védőgázkeverékek is kaphatók. Argon, szén-dioxid és oxigén keverékeket forgalmaznak acélok hegesztéséhez. Más keverékek kis mennyiségű héliumot adnak az argon-oxigén kombinációkhoz. Ezek a keverékek állítólag nagyobb ívfeszültséget és hegesztési sebességet tesznek lehetővé. A hélium néha alapgázként is szolgál, kis mennyiségű argon és szén-dioxid hozzáadásával. Mivel azonban a levegőnél kisebb sűrűségű, a hélium kevésbé hatékonyan védi a hegesztési varratot, mint az argon – amely sűrűbb a levegőnél. Sokkal energikusabb ívplazmája miatt ívstabilitási és áthatolási problémákat, valamint fokozott fröccsenést okozhat. A hélium emellett lényegesen drágább, mint más védőgázok. Más speciális és gyakran szabadalmaztatott gázkeverékek még nagyobb előnyökkel kecsegtetnek bizonyos alkalmazások esetében.
A nitrogén-oxid annak ellenére, hogy mérgező, nyomokban használható a még problémásabb ózon kialakulásának megakadályozására az ívben.
A védőgáz áramlásának kívánatos mértéke elsősorban a hegesztési geometriától, a sebességtől, az áramtól, a gáz típusától és a fémátvitel módjától függ. A sík felületek hegesztése nagyobb áramlást igényel, mint a barázdált anyagok hegesztése, mivel a gáz gyorsabban eloszlik. A nagyobb hegesztési sebességek általában azt jelentik, hogy több gázt kell adagolni a megfelelő lefedettség biztosításához. Ezenkívül a nagyobb áram nagyobb áramlást igényel, és általában több héliumra van szükség a megfelelő lefedettség biztosításához, mint argon használata esetén. Talán a legfontosabb, hogy a GMAW négy elsődleges változata eltérő védőgáz-áramlási követelményekkel rendelkezik – a rövidzárlatos és az impulzusos permetezési módok kis hegesztési medencéihez általában körülbelül 10 L/perc (20 ft3/h) megfelelő, míg a gömb alakú átvitelhez körülbelül 15 L/perc (30 ft3/h) előnyös. A szórásos átvitel változata általában nagyobb védőgáz-áramot igényel a nagyobb hőbevitel és így a nagyobb hegesztési medence miatt. A tipikus gázáramlási mennyiségek körülbelül 20-25 L/min (40-50 ft3/h).
GMAW-alapú 3D-nyomtatásSzerkesztés
A GMAW-t alacsony költségű módszerként is használják fémtárgyak 3D-nyomtatására. Különböző nyílt forráskódú 3D-nyomtatókat fejlesztettek ki a GMAW használatára. Az ilyen alumíniumból gyártott alkatrészek mechanikai szilárdságban versenyeznek a hagyományosabban gyártott alkatrészekkel. Az első réteg rossz hegesztési varratának kialakításával a GMAW 3-D nyomtatott alkatrészek kalapáccsal eltávolíthatók az aljzatról.