För att utföra gasmetallbågsvetsning är den grundläggande utrustningen en svetspistol, en trådmatningsenhet, en svetsströmförsörjning, en svetselektrodtråd och en skyddsgasförsörjning.
Svetspistol och trådmatningsenhetRedigera
Den typiska GMAW-svetspistolen har ett antal viktiga delar – en kontrollkontakt, en kontaktspets, en strömkabel, ett gasmunstycke, en elektrodledning och -förpackning samt en gasslang. När operatören trycker på styrkontakten, eller avtryckaren, startar trådmatningen, den elektriska strömmen och skyddsgasflödet, vilket leder till att en ljusbåge slås ut. Kontaktspetsen, som normalt är tillverkad av koppar och ibland kemiskt behandlad för att minska stänk, är ansluten till svetsströmkällan genom strömkabeln och överför den elektriska energin till elektroden samtidigt som den styrs till svetsområdet. Den måste vara ordentligt fastsatt och korrekt dimensionerad, eftersom den måste tillåta elektroden att passera samtidigt som den upprätthåller den elektriska kontakten. På vägen till kontaktspetsen skyddas och styrs tråden av elektrodledningen och elektroden, som hjälper till att förhindra att tråden buktar och bibehåller en oavbruten trådtillförsel. Gasmunstycket leder skyddsgasen jämnt in i svetszonen. Ett inkonsekvent flöde kanske inte skyddar svetsområdet tillräckligt. Större munstycken ger ett större skyddsgasflöde, vilket är användbart vid högströmssvetsning som utvecklar ett större smält svetsbad. En gasslang från skyddsgastankarna förser munstycket med gas. Ibland finns också en vattenslang inbyggd i svetspistolen för att kyla pistolen vid arbeten med hög värme.
Trådmatningsenheten förser arbetet med elektroden och driver den genom ledningen och vidare till kontaktspetsen. De flesta modeller ger tråden en konstant matningshastighet, men mer avancerade maskiner kan variera matningshastigheten som svar på bågens längd och spänning. Vissa trådmatare kan nå matningshastigheter så höga som 30 m/min (1200 in/min), men matningshastigheterna för halvautomatisk GMAW ligger vanligtvis mellan 2 och 10 m/min (75-400 in/min).
VerktygsstilRedigera
Den vanligaste elektrodhållaren är en halvautomatisk luftkyld hållare. Komprimerad luft cirkulerar genom den för att upprätthålla måttliga temperaturer. Den används med lägre strömnivåer för svetsning av överlappnings- eller stötfogar. Den näst vanligaste typen av elektrodhållare är halvautomatisk vattenkyld, där den enda skillnaden är att vatten ersätter luft. Den använder högre strömnivåer för svetsning av T- eller hörnfogar. Den tredje typiska hållartypen är en vattenkyld automatisk elektrodhållare – som vanligtvis används med automatiserad utrustning.
StrömförsörjningRedigera
De flesta tillämpningar av gasmetallbågsvetsning använder en strömförsörjning med konstant spänning. Som ett resultat av detta resulterar varje förändring av bågens längd (som är direkt relaterad till spänningen) i en stor förändring av värmetillförseln och strömmen. En kortare båglängd orsakar en mycket större värmetillförsel, vilket gör att trådelektroden smälter snabbare och därmed återställs den ursprungliga båglängden. Detta hjälper operatörerna att hålla båglängden konstant även vid manuell svetsning med handhållna svetspistoler. För att uppnå en liknande effekt används ibland en strömkälla med konstant ström i kombination med en bågspänningsstyrd trådmatningsenhet. I det här fallet gör en förändring av båglängden att trådmatningshastigheten justeras för att bibehålla en relativt konstant båglängd. I sällsynta fall kan en strömkälla med konstant ström och en enhet för konstant trådmatning kombineras, särskilt vid svetsning av metaller med hög värmeledningsförmåga, t.ex. aluminium. Detta ger operatören ytterligare kontroll över värmetillförseln till svetsen, men kräver stor skicklighet för att utföra den framgångsrikt.
Alternativström används sällan med GMAW; i stället används likström och elektroden är i allmänhet positivt laddad. Eftersom anoden tenderar att ha en högre värmekoncentration resulterar detta i en snabbare smältning av matartråden, vilket ökar svetsinträngningen och svetshastigheten. Polariteten kan endast vändas om särskilda emissivt belagda elektrodtrådar används, men eftersom dessa inte är populära används sällan en negativt laddad elektrod.
ElectrodeEdit
Elektroden är en tråd av en metallegering, kallad MIG-tråd, vars val, legering och storlek, i första hand baseras på sammansättningen av metallen som ska svetsas, den processvariation som används, fogkonstruktionen och materialets ytförhållanden. Valet av elektrod påverkar i hög grad de mekaniska egenskaperna hos svetsen och är en nyckelfaktor för svetskvaliteten. I allmänhet bör den färdiga svetsmetallen ha mekaniska egenskaper som liknar grundmaterialets egenskaper utan defekter som diskontinuiteter, medföljande föroreningar eller porositet i svetsen. För att uppnå dessa mål finns det ett stort antal olika elektroder. Alla kommersiellt tillgängliga elektroder innehåller deoxiderande metaller som kisel, mangan, titan och aluminium i små mängder för att förhindra syreporositet. Vissa innehåller denitrerande metaller som t.ex. titan och zirkonium för att undvika kväveporositet. Beroende på processvariationen och grundmaterialet som svetsas varierar diametern på de elektroder som används i GMAW vanligtvis mellan 0,7 och 2,4 mm (0,028-0,095 tum) men kan vara så stor som 4 mm (0,16 tum). De minsta elektroderna, i allmänhet upp till 1,14 mm (0,045 tum) är förknippade med processen för metallöverföring med kortslutning, medan de vanligaste elektroderna i sprutöverföringsprocessen vanligtvis är minst 0,9 mm (0,035 tum).
SkyddsgasEdit
Skyddsgaser är nödvändiga vid gasmetallbågssvetsning för att skydda svetsområdet från atmosfäriska gaser som kväve och syre, som kan orsaka smältfel, porositet och försprödning av svetsmetallen om de kommer i kontakt med elektroden, ljusbågen eller svetsmetallen. Detta problem är gemensamt för alla bågsvetsningsprocesser, t.ex. i den äldre processen Shielded-Metal Arc Welding (SMAW) är elektroden belagd med ett fast flussmedel som utvecklar ett skyddande moln av koldioxid när det smälts av ljusbågen. Vid GMAW har elektrodtråden däremot ingen flussbeläggning och en separat skyddsgas används för att skydda svetsen. Detta eliminerar slagg, den hårda rest från flussmedlet som byggs upp efter svetsningen och måste slitas bort för att avslöja den färdiga svetsen.
Valet av skyddsgas beror på flera faktorer, framför allt på vilken typ av material som svetsas och vilken processvariant som används. Rena inertgaser som argon och helium används endast för svetsning av icke-järnhaltiga material; med stål ger de inte tillräcklig svetsgenomträngning (argon) eller orsakar en oregelbunden ljusbåge och uppmuntrar till stänk (med helium). Ren koldioxid, å andra sidan, möjliggör djupa svetsningar men uppmuntrar oxidbildning, vilket påverkar svetsens mekaniska egenskaper negativt. Dess låga kostnad gör den till ett attraktivt val, men på grund av ljusbågsplasmatets reaktivitet är stänk oundvikligt och det är svårt att svetsa tunna material. Därför blandas ofta argon och koldioxid i en blandning av 75 %/25 % till 90 %/10 %. Generellt sett ökar en högre koldioxidhalt svetsvärmen och svetsenergin vid kortkrets-GMAW när alla andra svetsparametrar (volt, ström, elektrodtyp och -diameter) hålls oförändrade. När koldioxidhalten ökar över 20 % blir spray transfer GMAW alltmer problematisk, särskilt med mindre elektroddiametrar.
Argon blandas också ofta med andra gaser, syre, helium, väte och kväve. Tillsats av upp till 5 % syre (liksom de högre koncentrationer av koldioxid som nämns ovan) kan vara till hjälp vid svetsning av rostfritt stål, men i de flesta tillämpningar är koldioxid att föredra. Ökat syre gör att skyddsgasen oxiderar elektroden, vilket kan leda till porositet i avlagringen om elektroden inte innehåller tillräckliga desoxidationsmedel. För mycket syre, särskilt när det används i tillämpningar för vilka det inte är föreskrivet, kan leda till sprödhet i den värmepåverkade zonen. Argon-heliumblandningar är extremt inerta och kan användas på icke-järnhaltiga material. En heliumkoncentration på 50-75 % höjer den nödvändiga spänningen och ökar värmen i ljusbågen på grund av heliums högre joniseringstemperatur. Väte tillsätts ibland till argon i små koncentrationer (upp till cirka 5 %) för svetsning av nickel och tjocka arbetsstycken av rostfritt stål. I högre koncentrationer (upp till 25 % väte) kan det användas för svetsning av ledande material som koppar. Det bör dock inte användas på stål, aluminium eller magnesium eftersom det kan orsaka porositet och väteförsprödning.
Skyddsgasblandningar av tre eller flera gaser finns också tillgängliga. Blandningar av argon, koldioxid och syre marknadsförs för svetsning av stål. Andra blandningar tillför en liten mängd helium till kombinationer av argon och syre. Dessa blandningar påstås möjliggöra högre bågspänningar och högre svetshastighet. Helium används också ibland som basgas och små mängder argon och koldioxid tillsätts. Eftersom helium är mindre tätt än luft är det dock mindre effektivt för att skydda svetsen än argon, som är tätare än luft. Det kan också leda till problem med bågstabilitet och penetrering samt ökat stänk på grund av den mycket mer energirika bågplasman. Helium är också betydligt dyrare än andra skyddsgaser. Andra specialiserade och ofta egenutvecklade gasblandningar gör anspråk på ännu större fördelar för specifika tillämpningar.
Trots att den är giftig kan spårmängder av kväveoxid användas för att förhindra att det ännu mer besvärliga ozonet bildas i ljusbågen.
Den önskvärda flödeshastigheten för skyddsgasen beror i första hand på svetsgeometrin, hastigheten, strömstyrkan, gastypen och metallöverföringssättet. Svetsning av plana ytor kräver högre flöde än svetsning av räfflade material, eftersom gasen sprids snabbare. Högre svetshastigheter innebär i allmänhet att mer gas måste tillföras för att ge tillräcklig täckning. Dessutom kräver högre strömstyrka större flöde, och i allmänhet krävs mer helium för att ge tillräcklig täckning än om argon används. Kanske viktigast av allt är att de fyra primära varianterna av GMAW har olika krav på skyddsgasflödet – för de små svetsbassängerna vid kortslutning och pulserande sprutning är cirka 10 L/min (20 ft3/h) i allmänhet lämpligt, medan cirka 15 L/min (30 ft3/h) är att föredra vid globulär överföring. Variationen sprutöverföring kräver normalt ett större skyddsgasflöde på grund av den högre värmetillförseln och därmed större svetsbassäng. Typiska gasflödesmängder är cirka 20-25 L/min (40-50 ft3/h).
GMAW-baserad 3D-utskriftRedigera
GMAW har också använts som en billig metod för 3D-utskrift av metallföremål. Olika 3-D-skrivare med öppen källkod har utvecklats för att använda GMAW. Sådana komponenter tillverkade av aluminium konkurrerar med mer traditionellt tillverkade komponenter när det gäller mekanisk styrka. Genom att bilda en dålig svets på det första lagret kan 3D-utskrivna GMAW-delar avlägsnas från substratet med en hammare.