Pentru a efectua sudarea cu arc metalic cu gaz, echipamentul de bază necesar este un pistol de sudură, o unitate de alimentare cu fir, o sursă de alimentare pentru sudură, un fir electrod de sudură și o sursă de gaz de protecție.
Pistol de sudură și unitate de alimentare cu firEdit
Pistol de sudură GMAW tipic are o serie de piese cheie – un comutator de comandă, un vârf de contact, un cablu de alimentare, o duză de gaz, o conductă și o căptușeală pentru electrozi și un furtun de gaz. Întrerupătorul de comandă, sau declanșatorul, atunci când este apăsat de operator, inițiază alimentarea cu sârmă, alimentarea cu energie electrică și fluxul de gaz de protecție, provocând apariția unui arc electric. Vârful de contact, realizat în mod normal din cupru și, uneori, tratat chimic pentru a reduce stropii, este conectat la sursa de alimentare a sudurii prin intermediul cablului de alimentare și transmite energia electrică electrodului, direcționând-o în același timp către zona de sudură. Acesta trebuie să fie bine fixat și dimensionat corespunzător, deoarece trebuie să permită trecerea electrodului, menținând în același timp contactul electric. Pe drumul către vârful de contact, firul este protejat și ghidat de conducta și cămașa electrodului, care ajută la prevenirea îndoirii și la menținerea unei alimentări neîntrerupte a firului. Duza de gaz direcționează uniform gazul de protecție în zona de sudare. Un flux neuniform poate să nu protejeze în mod adecvat zona de sudură. Duzele mai mari asigură un debit mai mare de gaz protector, ceea ce este util pentru operațiunile de sudare cu curent ridicat care dezvoltă un strat de sudură topit mai mare. Un furtun de gaz de la rezervoarele de gaz protector furnizează gazul către duză. Uneori, în pistolul de sudură este încorporat și un furtun de apă, care răcește pistolul în operațiile cu căldură mare.
Unitatea de alimentare cu sârmă furnizează electrodul la lucru, conducându-l prin conductă și până la vârful de contact. Majoritatea modelelor furnizează sârma la o viteză de alimentare constantă, dar mașinile mai avansate pot varia viteza de alimentare ca răspuns la lungimea arcului și la tensiune. Unele alimentatoare de sârmă pot atinge viteze de alimentare de până la 30 m/min (1200 in/min), dar vitezele de alimentare pentru GMAW semiautomat variază de obicei între 2 și 10 m/min (75 – 400 in/min).
Stilul sculeiEdit
Cel mai comun suport de electrod este un suport semiautomat răcit cu aer. Aerul comprimat circulă prin el pentru a menține temperaturi moderate. Se utilizează cu niveluri de curent mai mici pentru sudarea îmbinărilor de tip poală sau cap la cap. Al doilea cel mai comun tip de suport de electrod este cel semiautomat răcit cu apă, în care singura diferență este că apa ia locul aerului. Acesta utilizează niveluri de curent mai ridicate pentru sudarea îmbinărilor în T sau de colț. Al treilea tip tipic de suport este un suport de electrozi automat răcit cu apă – care este utilizat de obicei cu echipamente automatizate.
Alimentare electricăEdit
Majoritatea aplicațiilor de sudare cu arc metalic în gaz utilizează o sursă de alimentare cu tensiune constantă. Ca urmare, orice modificare a lungimii arcului (care este direct legată de tensiune) are ca rezultat o modificare mare a aportului de căldură și a curentului. O lungime mai mică a arcului determină o intrare de căldură mult mai mare, ceea ce face ca electrodul de sârmă să se topească mai repede și să restabilească astfel lungimea inițială a arcului. Acest lucru îi ajută pe operatori să mențină lungimea arcului constant chiar și atunci când sudează manual cu pistoale de sudură portabile. Pentru a obține un efect similar, uneori se utilizează o sursă de alimentare cu curent constant în combinație cu o unitate de alimentare a sârmei controlată de tensiunea arcului. În acest caz, o modificare a lungimii arcului face ca viteza de alimentare a sârmei să se ajusteze pentru a menține o lungime relativ constantă a arcului. În circumstanțe rare, o sursă de alimentare cu curent constant și o unitate cu viteză de alimentare constantă a sârmei pot fi cuplate, în special pentru sudarea metalelor cu conductivitate termică ridicată, cum ar fi aluminiul. Acest lucru acordă operatorului un control suplimentar asupra aportului de căldură în sudură, dar necesită o îndemânare semnificativă pentru a o realiza cu succes.
Curentul alternativ este rareori utilizat cu GMAW; în schimb, se folosește curentul continuu, iar electrodul este în general încărcat pozitiv. Deoarece anodul tinde să aibă o concentrație mai mare de căldură, acest lucru duce la o topire mai rapidă a sârmei de alimentare, ceea ce crește penetrarea sudurii și viteza de sudare. Polaritatea poate fi inversată numai atunci când se folosesc sârme de electrod speciale cu înveliș emițător, dar cum acestea nu sunt populare, un electrod încărcat negativ este rareori folosit.
ElectrodEdit
Electrodul este o sârmă din aliaj metalic, numită sârmă MIG, a cărei selecție, aliaj și mărime, se bazează în primul rând pe compoziția metalului care se sudează, pe variația procesului utilizat, pe proiectarea îmbinării și pe condițiile de suprafață ale materialului. Selectarea electrodului influențează foarte mult proprietățile mecanice ale sudurii și este un factor cheie al calității sudurii. În general, metalul sudat finit trebuie să aibă proprietăți mecanice similare cu cele ale materialului de bază, fără defecte, cum ar fi discontinuități, contaminanți antrenați sau porozitate în cadrul sudurii. Pentru a atinge aceste obiective, există o mare varietate de electrozi. Toți electrozii disponibili în comerț conțin metale dezoxidante, cum ar fi siliciul, manganul, titanul și aluminiul, în procente mici, pentru a ajuta la prevenirea porozității oxigenului. Unii conțin metale de denitrificare, cum ar fi titanul și zirconiul, pentru a evita porozitatea azotului. În funcție de variația procesului și de materialul de bază care se sudează, diametrele electrozilor utilizați în GMAW variază în mod obișnuit între 0,7 și 2,4 mm (0,028 – 0,095 in), dar pot fi de până la 4 mm (0,16 in). Cei mai mici electrozi, în general de până la 1,14 mm (0,045 in), sunt asociați cu procesul de transfer de metal prin scurtcircuit, în timp ce cei mai comuni electrozi din modul de proces de transfer prin pulverizare sunt de obicei de cel puțin 0,9 mm (0,035 in).
Gaz de protecțieEdit
Gazele de protecție sunt necesare pentru sudarea cu arc metalic în gaz pentru a proteja zona de sudare de gazele atmosferice, cum ar fi azotul și oxigenul, care pot cauza defecte de fuziune, porozitate și fragilizarea metalului de sudură dacă intră în contact cu electrodul, arcul sau metalul de sudură. Această problemă este comună tuturor procedeelor de sudare cu arc electric; de exemplu, în procesul mai vechi de sudare cu arc cu metal protejat (SMAW), electrodul este acoperit cu un flux solid care dezvoltă un nor protector de dioxid de carbon atunci când este topit de arc. În GMAW, însă, sârma electrodului nu are un strat de flux și se folosește un gaz protector separat pentru a proteja sudura. Acest lucru elimină zgura, reziduul dur al fluxului care se acumulează după sudare și care trebuie să fie îndepărtat prin așchiere pentru a dezvălui sudura finalizată.
Alegerea unui gaz de protecție depinde de mai mulți factori, cel mai important fiind tipul de material care se sudează și variația procesului utilizat. Gazele inerte pure, cum ar fi argonul și heliul, sunt utilizate numai pentru sudarea neferoasă; în cazul oțelului, acestea nu asigură o penetrare adecvată a sudurii (argon) sau provoacă un arc electric neregulat și încurajează stropii (cu heliu). Pe de altă parte, dioxidul de carbon pur permite suduri cu penetrare adâncă, dar încurajează formarea de oxid, ceea ce afectează negativ proprietățile mecanice ale sudurii. Costul său scăzut îl face o alegere atractivă, dar din cauza reactivității plasmei arcului electric, stropii sunt inevitabili, iar sudarea materialelor subțiri este dificilă. Ca urmare, argonul și dioxidul de carbon sunt frecvent amestecate într-un amestec de 75%/25% până la 90%/10%. În general, în GMAW cu circuit scurt, un conținut mai mare de dioxid de carbon crește căldura și energia de sudare atunci când toți ceilalți parametri de sudare (volți, curent, tip de electrod și diametru) sunt menținuți la fel. Pe măsură ce conținutul de dioxid de carbon crește peste 20%, GMAW cu transfer prin pulverizare devine din ce în ce mai problematic, în special cu diametre mai mici ale electrozilor.
Argonul este, de asemenea, în mod obișnuit amestecat cu alte gaze, oxigen, heliu, hidrogen și azot. Adăugarea a până la 5% oxigen (ca și concentrațiile mai mari de dioxid de carbon menționate mai sus) poate fi utilă la sudarea oțelului inoxidabil, totuși, în majoritatea aplicațiilor este preferat dioxidul de carbon. O cantitate crescută de oxigen face ca gazul de protecție să oxideze electrodul, ceea ce poate duce la porozitate în depozit dacă electrodul nu conține desoxidanți suficienți. Oxigenul în exces, în special atunci când este utilizat în aplicații pentru care nu este prescris, poate duce la fragilitate în zona afectată termic. Amestecurile de argon-heliu sunt extrem de inerte și pot fi utilizate pe materiale neferoase. O concentrație de heliu de 50-75% mărește tensiunea necesară și crește căldura din arc, datorită temperaturii de ionizare mai ridicate a heliului. Hidrogenul este uneori adăugat la argon în concentrații mici (până la aproximativ 5%) pentru sudarea nichelului și a pieselor groase din oțel inoxidabil. În concentrații mai mari (până la 25% hidrogen), acesta poate fi utilizat pentru sudarea materialelor conductoare, cum ar fi cuprul. Cu toate acestea, nu ar trebui să fie utilizat pentru oțel, aluminiu sau magneziu, deoarece poate provoca porozitate și fragilizare prin hidrogen.
Sunt disponibile și amestecuri de gaze de protecție din trei sau mai multe gaze. Amestecuri de argon, dioxid de carbon și oxigen sunt comercializate pentru sudarea oțelurilor. Alte amestecuri adaugă o cantitate mică de heliu la combinațiile argon-oxigen. Se pretinde că aceste amestecuri permit tensiuni de arc mai mari și o viteză de sudare mai mare. De asemenea, heliul servește uneori ca gaz de bază, la care se adaugă cantități mici de argon și dioxid de carbon. Cu toate acestea, deoarece este mai puțin dens decât aerul, heliul este mai puțin eficient în ecranarea sudurii decât argonul – care este mai dens decât aerul. De asemenea, poate duce la probleme de stabilitate și de penetrare a arcului și la creșterea stropilor, din cauza plasmei arcului său mult mai energic. Heliul este, de asemenea, mult mai scump decât alte gaze de protecție. Alte amestecuri de gaze specializate și adesea brevetate pretind beneficii și mai mari pentru aplicații specifice.
În ciuda faptului că este otrăvitor, se pot folosi urme de oxid de azot pentru a preveni formarea în arc a ozonului, care este și mai problematic.
Rata dezirabilă a fluxului de gaz de protecție depinde în primul rând de geometria sudurii, de viteză, de curent, de tipul de gaz și de modul de transfer al metalului. Sudarea suprafețelor plane necesită un debit mai mare decât sudarea materialelor cu caneluri, deoarece gazul se dispersează mai repede. Vitezele mai mari de sudare, în general, înseamnă că trebuie furnizat mai mult gaz pentru a asigura o acoperire adecvată. În plus, un curent mai mare necesită un debit mai mare și, în general, este necesar mai mult heliu pentru a asigura o acoperire adecvată decât dacă se utilizează argon. Poate cel mai important, cele patru variante primare de GMAW au cerințe diferite în ceea ce privește debitul de gaz de protecție – pentru bazinele de sudură mici din modurile de scurtcircuit și de pulverizare pulsată, aproximativ 10 L/min (20 ft3/h) este în general adecvat, în timp ce pentru transferul globular, se preferă aproximativ 15 L/min (30 ft3/h). Varianta de transfer prin pulverizare necesită în mod normal un debit mai mare de gaz protector din cauza aportului de căldură mai mare și, prin urmare, a bazinului de sudură mai mare. Cantitățile tipice de debit de gaz sunt de aproximativ 20-25 L/min (40-50 ft3/h).
Imprimare 3-D pe bază de GMAWEdit
GMAW a fost, de asemenea, utilizat ca o metodă ieftină de imprimare 3-D a obiectelor metalice. Diferite imprimante 3-D cu sursă deschisă au fost dezvoltate pentru a utiliza GMAW. Astfel de componente fabricate din aluminiu concurează cu componente fabricate în mod tradițional în ceea ce privește rezistența mecanică. Prin formarea unei suduri proaste pe primul strat, piesele tipărite GMAW 3-D pot fi îndepărtate de pe substrat cu un ciocan.
.