TIG, MIG, MAG czy elektroda otulona: jaką metodę spawania wybrać?

Spawanie łukowe łączy dwa elementy poprzez ich miejscowe stopienie, z materiałem dodatkowym lub bez, za pomocą łuku elektrycznego. Cztery powszechne metody różnią się elektrodą (nietopliwa lub topliwa), ochroną jeziorka spawalniczego (gaz lub otulina elektrody) oraz sposobem dostarczania spoiwa. Norma ISO 4063 przypisuje im numery, które spotyka się czasem na rysunkach i w instrukcjach technologicznych.

Różnica między MIG a MAG dotyczy wyłącznie gazu: obojętny dla MIG, aktywny (mieszanka argonu i dwutlenku węgla lub czyste CO2) dla MAG. W zakładach często mówi się zbiorczo „MIG-MAG” lub „półautomat”. Dla zakładu zajmującego się spawalnictwem i wyrobami spawanymi wybór metody jest kompromisem między jakością, wydajnością i dostępnością złącza.

Spawanie TIG (Tungsten Inert Gas) zajarza łuk między detalem a elektrodą wolframową, która się nie topi. Gaz obojętny, zwykle argon, chroni jeziorko. Spoiwo, pręt trzymany w drugiej ręce, jest opcjonalne: przy cienkiej blasze można spawać bez spoiwa (spawanie autogeniczne).

Spawacz reguluje osobno ciepło i dodawanie spoiwa, co daje czyste ściegi bez rozprysków, odpowiednie do cienkich blach, rur i spoin widocznych. To metoda referencyjna dla stali nierdzewnej, aluminium i tytanu. Przy aluminium stosuje się prąd przemienny: rozbija on warstwę tlenku glinu, który topi się w około 2 050 °C, podczas gdy metal topi się w około 660 °C. Przy stali nierdzewnej i tytanie odwrotną stronę spoiny chroni gaz formujący, w przeciwnym razie ulega ona utlenieniu.

Wadą jest powolność i wysokie wymagania: TIG wymaga bardzo wykwalifikowanego spawacza i jest droższy w przeliczeniu na metr ściegu niż metody drutowe. Uzasadnia go jakość, wygląd lub delikatność złącza: instalacje rurowe i zbiorniki dla przemysłu spożywczego, rury i zbiorniki, detale cienkie lub widoczne.

W MIG-MAG drut pełny, podawany w sposób ciągły przez uchwyt spawalniczy, pełni jednocześnie rolę elektrody i spoiwa, pod osłoną gazową. Spawacz obsługuje tylko jedną ręką: metoda jest szybka, łatwa do automatyzacji i robotyzacji, a stopiwo jest równomierne.

• MAG na stali. Mieszanka argonu i CO2 (lub czyste CO2) zapewnia dobre przetopienie przy niskim koszcie: to najczęstsza metoda dla ram, konstrukcji i wyrobów spawanych ze stali konstrukcyjnej. Stal nierdzewną również spawa się w MAG, z gazem na bazie argonu o niewielkiej aktywności.
• MIG na aluminium. Argon (czasem z dodatkiem helu) i drut dobrany do stopu dają długie, równe ściegi; miękki drut aluminiowy jest trudniejszy w podawaniu.
• Drut rdzeniowy. Drut rurkowy wypełniony topnikiem zwiększa ilość stopiwa i nadaje się do dużych grubości stali.

W zależności od energii metal przenosi się łukiem zwarciowym (cienkie blachy, mały dopływ ciepła), w trybie impulsowym lub natryskowym (duże grubości, pozycja podolna). Ograniczenia: osłona gazowa jest wrażliwa na wiatr, co wymaga osłony przy pracy na zewnątrz; rozpryski wymagają oczyszczenia; a przy łuku zwarciowym na dużych grubościach niewłaściwe ustawienie może spowodować brak przetopu, czyli wadę niewidoczną na powierzchni. Wygląd ściegu jest mniej staranny niż w TIG.

Elektroda otulona

Metalowy pręt pokryty otuliną pełni funkcję elektrody i spoiwa. Topiąc się, otulina wytwarza gaz ochronny i żużel pokrywający ścieg. Sprzęt jest prosty, lekki i nie wymaga butli z gazem: metoda jest odporna na wiatr i nadaje się do prac na budowie, napraw oraz do dużych grubości stali. Jest mniej wydajna, pozostawia żużel do usunięcia, wymaga przechowywania niektórych elektrod w suchości i jest mało odpowiednia dla blach cieńszych niż około 2 mm. Jakość ściegu w dużym stopniu zależy od spawacza.

Metody seryjne i do dużych grubości

• Spawanie łukiem krytym pod topnikiem (121): drut i topnik proszkowy, do długich spoin prostych w pozycji podolnej na dużych grubościach (zbiorniki, dźwigary).
• Zgrzewanie oporowe (punktowe): łączenie cienkich blach na zakładkę, bardzo szybkie w serii (obudowy, wyroby z blachy).
• Laser i plazma: spawanie zautomatyzowane ze skoncentrowanym dopływem ciepła, a więc z niewielkimi odkształceniami, do stabilnych serii.

Metody te wymagają specjalnych środków i uzasadnione są głównie przy produkcji seryjnej: proszę zapytać zakład, czy je opanował.

Wybór zależy przede wszystkim od materiału, następnie od grubości i wymaganej jakości. Tabela przedstawia powszechne praktyki; zakład wybiera metodę, którą opanował i dla której posiada kwalifikacje.

Grubość następnie wskazuje metodę: poniżej około 1,5 mm TIG, MAG łukiem zwarciowym lub zgrzewanie punktowe ograniczają ryzyko przepalenia; powyżej kilku milimetrów spoiny czołowe wymagają przygotowania ukosowania krawędzi i kilku przejść. Dla detalu przeznaczonego do cynkowania lub malowania należy spawać przed obróbką i przewidzieć otwory odpowietrzające: patrz anodowanie, malowanie proszkowe lub cynkowanie.

Metoda nie gwarantuje jakości ściegu: spawacz, instrukcja technologiczna i poziom wymagań liczą się tak samo. Przed sformułowaniem zapytania warto znać cztery pojęcia.

• Kwalifikacja spawacza. ISO 9606-1 określa kwalifikowanie spawaczy w zakresie stali; inne części serii dotyczą aluminium, miedzi, niklu i tytanu.
• Instrukcja technologiczna. DMOS (opis procedury spawania) określa parametry; jej kwalifikowanie (QMOS) opiera się na przykład na ISO 15614-1 dla stali.
• Poziom jakości niezgodności. ISO 5817 określa trzy poziomy dla stali: B (najostrzejszy), C i D; ISO 10042 pełni tę rolę dla aluminium. Im ostrzejszy poziom, tym kosztowniejsze są kontrola i poprawki.
• Kontrole. Badanie wizualne jest obowiązkowe. Badania penetracyjne i magnetyczno-proszkowe ujawniają wady powierzchniowe; ultradźwięki i radiografia te, które ukrywają się wewnątrz ściegu.

Na poziomie przedsiębiorstwa ISO 3834 określa wymagania jakościowe dotyczące spawania (części 2, 3 i 4: wymagania pełne, standardowe lub podstawowe). W przypadku konstrukcji stalowych lub aluminiowych EN 1090 reguluje wykonanie i oznakowanie CE, z czterema klasami wykonania (EXC1 do EXC4). Kolejnictwo ma własny system odniesienia, EN 15085. Należy wymagać tylko tego, co uzasadnia zastosowanie: patrz poradnik o certyfikatach jakości.

• materiał, gatunek i grubość każdego elementu, w razie potrzeby z atestem materiałowym;
• rysunek złożeniowy z symbolami spoin (rodzaj złącza, ścieg ciągły lub przerywany, wymiar spoiny) oraz, jeśli to możliwe, model 3D;
• poziom jakości spoin (ISO 5817: B, C lub D) lub, w przypadku jego braku, przeznaczenie detalu i jego obciążenia (ciśnienie, obciążenie, zmęczenie, higiena);
• wymagane kwalifikacje: spawaczy, procedury spawania, norma odniesienia;
• oczekiwane kontrole (wizualna, penetracyjna, radiografia…) oraz związany z nimi raport;
• wykończenie: ściegi szlifowane lub szczotkowane, trawienie i pasywacja stali nierdzewnej, obróbka powierzchniowa po spawaniu;
• tolerancje i ryzyko odkształceń, które decydują o mocowaniu i kolejności spawania;
• ilość, tempo i termin.

Im jaśniej określone są te elementy, tym trafniej zakład sporządza wycenę. W Meaflow dodanie zapytania jest bezpłatne i bez prowizji: porównują Państwo oferty kilku zakładów i rozmawiają przez komunikator przed dokonaniem wyboru.