Difference Box

Spawanie jest jedną szybką i niezawodną techniką łączenia, która prawie zastąpiła inne stałe procesy łączenia. Można ją zdefiniować jako proces łączenia, w którym dwa lub więcej materiałów może być trwale połączonych przy użyciu lub bez użycia ciepła, ciśnienia i wypełniacza. Może być w przeważającej mierze stosowany do łączenia nie tylko metali, ale także innych rodzajów materiałów, w tym tworzyw sztucznych i ceramiki. Aby zaspokoić potrzebę łączenia szerokiej gamy materiałów na kilka sposobów, istnieje duża liczba procesów spawalniczych, które mogą być szeroko sklasyfikowane jako spawanie i spawanie w stanie stałym. Spawanie termojądrowe to taki, w którym ciepło jest stosowane zewnętrznie do stopienia powierzchni topnienia metalu rodzimego, tworząc koalescencję. Ciepło może być stosowane w różny sposób, na przykład przez łuk elektryczny, płomień gazowy, ogrzewanie oporowe, wiązkę wysokoenergetyczną itp.

Zgodnie z powyższym, wszystkie procesy spawania łukowego, spawania gazowego, spawania oporowego i spawania wiązką wysokoenergetyczną mieszczą się w zakresie spawania łukowego. W spawaniu łukowym łuk elektryczny tworzy się pomiędzy elektrodą ostrą a przewodzącymi metalami podstawowymi. Łuk ten jest głównym źródłem ciepła do topienia powierzchni spoiwa i metali wypełniających. Istnieje wiele takich procesów – wszystkie opierają się na tej samej podstawowej zasadzie, ale różnią się znacznie pod względem procedury, korzyści, ograniczeń i możliwych obszarów zastosowania. Spawanie łukowe w osłonie metalu (SMAW), spawanie łukowe w osłonie gazu (GMAW) i spawanie łukowe z wykorzystaniem wolframu gazowego (GTAW) to trzy takie procesy spawania łukowego – każdy z nich oferuje pewne korzyści w stosunku do innych. Różnice pomiędzy procesami spawania SMAW, GMAW i GTAW omówiono poniżej.

Elektroda konsumowalna i niekonsumowalna: Elektroda jest integralną częścią każdego procesu spawania łukowego, służącą do wytworzenia i utrzymania łuku elektrycznego. Takie elektrody mogą być dwojakiego rodzaju – zużywalne i niekonsumpcyjne. Elektroda ulegająca zużyciu topi się podczas spawania w wyniku nagrzewania łuku, a następnie osadza się na stopce spawalniczej, która staje się integralną częścią złącza. W przeciwieństwie do niej, elektroda niezużywalna nie topi się podczas spawania i pozostaje nienaruszona. W danym procesie spawania łukowego wykorzystuje się tylko jeden rodzaj elektrody. W odniesieniu do konsumpcyjnego i niekonsumpcyjnego charakteru elektrody, porównanie procesów spawania SMAW, GMAW i GTAW przedstawiono poniżej.

• SMAW – elektroda konsumpcyjna.
• GMAW – elektroda konsumpcyjna.
• GTAW – elektroda niekonsumpcyjna.

Zastosowanie spoiwa: Metal wypełniający jest wymagany do dostarczenia w celu wypełnienia szczeliny korzeniowej. Jeżeli szczelina korzeniowa jest znacznie większa (>2mm) i/lub krawędź jest przygotowana, należy zastosować wypełniacz. W przypadku elektrody topliwej, sama elektroda topi się i osadza na stopce spawalniczej. Dzięki temu nie ma potrzeby dostarczania dodatkowego wypełniacza. Taka elektroda zachowuje się jak wypełniacz, a szybkość podawania elektrody może być kontrolowana w celu manipulowania szybkością osadzania wypełniacza. W przeciwieństwie do tego, elektroda niekonsumpcyjna nie dostarcza wypełniacza na spoinę. Jeśli więc potrzebny jest wypełniacz, musi on być dostarczony oddzielnie.

• SMAW-Nie jest wymagany dodatkowy wypełniacz. Elektroda działa jako wypełniacz.
• GMAW-Nie jest wymagany dodatkowy wypełniacz. Elektroda działa jako wypełniacz.
• GTAW-Elektroda jest niekonsumpcyjna. Tak więc dodatkowy wypełniacz w postaci pręta o małej średnicy jest dostarczany tylko wtedy, gdy jest potrzebny, poprzez ciągłe podawanie go poniżej kolumny łuku.

Ciągły charakter elektrody/wypełniacza: Materiał wypełniacza, czy to w postaci elektrody, czy też oddzielnie, w sposób ciągły topi się i osadza na stopce spawalniczej. W ten sposób jego długość stopniowo skraca się wraz z czasem spawania. Jeśli długość wypełniacza jest krótka, to musi on być często wymieniany na nowy. Zmniejsza to tempo produkcji i przerywa proces. Z drugiej strony, długi wypełniacz może być podawany w sposób ciągły do strefy spawania przez dłuższy czas bez żadnych przerw. Taka metoda jest wydajna, ale wymaga masowego przechowywania kosztownego wypełniacza.

• SMAW-wypełniacz-elektroda jest w postaci prostego pręta o małej średnicy i długości 2 – 3 stóp. Wymaga więc częstej wymiany i przerwania procesu.
• GMAW-wypełniacz-elektroda jest w postaci drutu o małej średnicy, który jest nawinięty na szpulę drutu. Dość długi drut elektrody jest przechowywany w tym basenie, dzięki czemu spawanie może być prowadzone w sposób ciągły przez dłuższy czas bez pośrednich przerw na wymianę elektrody. Elektroda ta jest podawana w sposób ciągły za pomocą zmechanizowanych urządzeń.
• GTAW-Elektroda jest niekonsumpcyjna. Dodatkowy wypełniacz jest zazwyczaj dostarczany w postaci krótkiego pręta o małej średnicy, co wymaga częstych przerw na wymianę wypełniacza. Jednakże, spawanie może być prowadzone w sposób ciągły, jeżeli nie jest stosowany żaden wypełniacz.

Preferowany tryb spawania: Spawanie łukowe może być wykonywane w trzech różnych trybach. Jak wspomniano wcześniej, wypełniacz nie jest konieczny do dostarczenia, gdy szczelina korzeniowa jest bardzo mała lub gdy materiały podstawowe są cienkie. Gdy spawanie odbywa się bez zastosowania wypełniacza, jest to określane jako tryb autogeniczny. Jeżeli jednak zastosowany zostanie wypełniacz, a jego skład metalurgiczny jest podobny do składu metalurgicznego materiału rodzimego, wówczas mamy do czynienia z trybem jednorodnym. Jeżeli skład metalurgiczny wypełniacza znacznie różni się od składu metalurgicznego elementu rodzimego, tryb ten określany jest jako tryb heterogeniczny. Różne procesy spawania są odpowiednie dla różnych trybów.

• SMAW-Filler jest nieodłącznym elementem tego procesu z powodu elektrody topliwej. Więc tryb autogeniczny nie jest możliwe. Nadaje się do spawania głównie jednorodnego.
• GMAW-Podobnie jak SMAW, wypełniacz jest nieodłączny w tym procesie ze względu na elektrodę topliwą. Tak więc tryb autogeniczny nie jest możliwy. Nadaje się do spawania jednorodnego i niejednorodnego.
• GTAW-Elektroda jest niekonsumpcyjna. Więc tryb autogeniczny jest wykonalne, w rzeczywistości, spawanie TIG jest odpowiedni tylko dla tego trybu. Jednakże, może być również stosowany do spawania homogenicznego i heterogenicznego poprzez wykorzystanie optymalnego zestawu parametrów procesu.

Materiał elektrody: Materiał elektrody w każdym procesie spawania łukowego musi posiadać kilka podstawowych cech, takich jak dobre przewodnictwo elektryczne, dobra emisyjność elektronów, pożądana temperatura topnienia, itp. Warto wspomnieć, że metal wypełniacza musi być kompatybilny z metalem rodzimym, w przeciwnym razie nie będą się one prawidłowo mieszać prowadząc do wadliwego spawania. Dlatego w przypadku elektrody topliwej, materiał elektrody powinien być dobrany na podstawie kompatybilności z metalem rodzimym. W przypadku elektrody niekonsumpcyjnej, materiał wypełniający powinien być dobrany na podstawie kompatybilności z metalem rodzimym, natomiast elektroda powinna być wykonana z materiału o wysokiej temperaturze topnienia.

• SMAW-Elektroda wykonana jest głównie z materiałów żelaznych. Ma tylko niewielką różnorodność pod względem materiału elektrody. Tak więc nadaje się do jednorodnego łączenia elementów żelaznych tylko.
• GMAW-Wide różnorodność materiałów elektrod są dostępne na rynku. Chociaż większość elektrod są żelazne, ich skład metalurgiczny może być zróżnicowany do uprzęży pożądany wynik.
• GTAW-Ta elektroda jest wykonana z wolframu tylko. To jest niezależnie od metalu bazowego lub metalu wypełniacza, jak elektroda jest non-consumable. Wolfram ma najwyższą temperaturę topnienia (3422 ° C). Inne pożądane właściwości mogą być również manipulowane przez dodanie pierwiastków stopowych w małych proporcjach. Na przykład tor, tlenek lantanu, tlenek ceru, tlenek cyrkonu, itp. są dodawane z wolframu w celu poprawy różnych właściwości spawalniczych, takich jak emisyjność elektronów, erozja elektrody, itp.

Elektroda powlekana lub goła: Elektroda może być powlekana w celu ochrony przed utlenianiem lub zanieczyszczeniami atmosferycznymi. Oprócz ochrony przed utlenianiem, powłoka zapewnia również inne korzyści, takie jak dostarczanie gazu osłonowego, zmniejszenie rozprysków, stabilizacja łuku, wprowadzanie pierwiastków chemicznych do jeziorka spawalniczego itp. Jednakże, elektroda powlekana jest kosztowna i podatna na uszkodzenia w miarę upływu czasu. Różne procesy wykorzystują różne rodzaje powłok, z których każda ma pożądaną funkcję.

• SMAW-Używa grubej elektrody pokrytej topnikiem. Oprócz ochrony elektrody, topnik ten dostarcza gazu osłonowego.
• GMAW-Nie ma powłoki topnika na elektrodzie. Jednakże, cienka powłoka stabilnego materiału jest stosowana w celu ochrony materiału elektrody przed utlenianiem.
• GTAW-Używa gołej elektrody wolframowej. Na elektrodę nie nakłada się żadnej powłoki.

Dostawa gazu osłonowego: Gaz osłonowy jest dostarczany w spawaniu łukowym, aby wydać tlen ze strefy spawania i stworzyć otoczkę z gazów obojętnych otaczających stopkę spoiny. Jego podstawową funkcją jest ochrona gorącego jeziorka spawalniczego przed utlenianiem. Gaz osłonowy może być dostarczany bezpośrednio z butli gazowej lub pośrednio poprzez rozpad innych pierwiastków chemicznych podczas spawania.

• SMAW-Powłoka elektrody rozpada się podczas spawania i wytwarza gaz osłonowy. Nie stosuje się oddzielnego gazu osłonowego.
• GMAW-Gaz osłonowy (obojętny lub aktywny) jest dostarczany z butli gazowej.
• GTAW-Gaz osłonowy obojętny jest dostarczany z butli gazowej.

Problem z rozpryskami: Rozpryski to małe kropelki stopionego metalu wypełniacza, które powstają w wyniku rozproszenia łuku i wydostają się ze strefy spawania. Odpryski powodują utratę metalu spoiwa, a tym samym nierównomierne osadzanie spoiwa, co czasami prowadzi do różnych wad spawania, w tym negatywnego wzmocnienia i niedokładności wymiarowej. Szkodzi on również wyglądowi i wymaga szlifowania po spawaniu w celu jego usunięcia.

• SMAW-Produkuje nadmierny rozprysk nawet przy optymalnym zestawie parametrów procesu.
• GMAW-Produkuje również rozprysk, jednakże może on być zredukowany poprzez zastosowanie optymalnego zestawu parametrów procesu.
• GTAW-Przeważnie jest wolne od rozprysku.

Ręczne i automatyczne: Spawanie łukowe w osłonie metalu jest przeprowadzane ręcznie i dlatego jest również nazywane ręcznym spawaniem łukowym metali (MMAW). Gazowe spawanie łukowe metali może być łatwo zautomatyzowane, gdzie drut elektrodowy jest stale podawany na szpulę za pomocą zmechanizowanego układu i w tym samym czasie palnik jest przesuwany przez inny pojazd automatyczny. Gazowe spawanie łukowe jest powszechnie wykonywane ręcznie, ale może być również zautomatyzowane, zwłaszcza ruch palnika. Zautomatyzowany proces jest szybki i bardziej wydajny, ale proces ręczny jest bardziej elastyczny i praktycznie nie ma ograniczeń co do miejsca jego zastosowania.

Produktywność i problemy jakościowe: SMAW nie oferuje dobrej jakości spoiny. Dlatego jest on przeprowadzany głównie dla gospodarstw domowych i ogólnych wymagań przemysłowych. Częsta zmiana elektrod powoduje przerwę w procesie i dlatego nie jest odpowiedni dla dłuższych wymagań spawalniczych. GMAW jest wysoce wydajna i może być wykonywana w sposób ciągły przez długi czas. Można ją łatwo zautomatyzować. Jego objętościowy wskaźnik osadzania jest również bardzo wysoka. Dlatego nadaje się tam, gdzie istnieje szeroka szczelina, krawędzie są przygotowane w kształcie litery U lub V, dłuższe wymagania dotyczące łączenia, a nawet do okładzin. Chociaż jest mniej podatny na wady, jakość spoiny nie jest zbyt dobra. Rozpryski wpływają również na wygląd spoiny. Pod względem jakości, GTAW jest najlepszy spośród tych trzech metod. Zapewnia doskonałą spoinę o wspaniałym wyglądzie. Jest mniej podatny na wady, ale szybkość osadzania lub szybkość spawania jest stosunkowo niska.

Naukowe porównanie między spawania łukowego w osłonie metalu (SMAW), spawania łukowego metali gazowych (GMAW) i spawania łukowego wolframu gazu (GTAW) jest przedstawiony w tym artykule. Autor sugeruje również zapoznanie się z poniższymi źródłami w celu lepszego zrozumienia tematu.