MIG MAG varjenje (Gas Metal Arc Welding) ali plinsko obločno varjenje, v žargonu pa CO2 varjenje, se je industrijsko predstavilo konec 40-ih let tega stoletja. Skozi desetletja razvoja in izpopolnjevanja postopka je to danes ena najpogostejših in najbolj priljubljenih tehnik varjenja na svetu z enosmernim tokom.
Shema MIG MAG postopka. Vir slike [1]
Zgodovina varilnega postopka MIG MAG (C02)
Razvoj v 40-ih
MIG MAG varjenje se je industrijsko predstavilo konec 40-ih let. Razvoj se je pričel na inštitutu Battelle (Columbus, Ohio), kjer sta g. Hobart in g. Devers, ki ju je sponzorirala družba Air Reduction Company, raziskala in razvila prvo žico v obliki neprekinjeno polnjene elektrode iz aluminija z uporabo 100% plina argona za zaščito. Za pričetek varjenja kovin za plinsko varjenje obloka se smatra pršeči prehod varjenja za aluminij.
To je sčasoma privedlo do uporabe argona in majhnih dodatkov kisika. Kisik je izboljšal stabilnost obloka in končno dovolil uporabo pršečega prenosa na železove materiale. Postopek je bil omejen zaradi visoke ravni energije pršečega prenosa na material in je bil uporaben na debelih ploščah.
Razvoj v 50-ih
V zgodnjih petdesetih letih je delo sprožilo razvoj postopka GMAW, ki je vključeval uporabo velikih premerov varilne žice, zaščitene z ogljikovim dioksidom ter reaktivnim plinom. V tej fazi je postopek omogočal varjenje z veliko vbrizgi, zaradi velike toplote, ki jo je ustvaril oblok, pa je bilo varjenje načeloma nedostopno za varilce. V poznih petdesetih letih so izboljšave v tehnologiji varilnih izvorov omogočale varjenje z manjšim premerom varilne žice (0,9 – 1,6 mm), dovolile so varjenje po postopku načina, znanega kot prenos kratkega stika. Ta razvoj je omogočil uporabo varjenja z manjšo vhodno toploto na tankem osnovnem materialu in omogočil varjenje v vseh položajih.
Razvoj v 60-ih
V zgodnjih šestdesetih letih so raziskave in razvoj varilnih izvorov privedli do uvedbe pulznega načina varjenja. Ideja za pulzni prenos varilne žice v varilno kopel, MIG/MAG-P, se je pojavila v petdesetih letih prejšnjega stoletja in je konceptualno vključevala uporabo visoko hitrostnega prehoda med visoko amperažo in nizkim varilnem tokom v ozadju. Motivacija ideje je bila potreba po zmanjšanju vbrizgov in odpravi nepopolnih napak spajanja materialov pri varjenju. Proces pulznega obloka je vključeval prednosti pršečega prenosa – čisti zvari brez obrizgov, ki imajo odlično spajanje materialov, z nižjo stopnjo dovajanja toplote. Nižji povprečni varilni tok, ki ga zagotavlja varilni postopek MIG/MAG-P, je omogočal varjenje zunaj položaja z izboljšano kakovostjo zvara v primerjavi s prenosom kratkega in pršečega varjenja.
Razvoj v 70-ih
V sedemdesetih je tehnologija varilnih aparatov napredovala, in je še izboljšala razvoj procesa MIG/MAG in MIG/MAG-P. V tem obdobju so razvili tiristorko krmiljene varilne aparate (tiristor je polprevodniški element).
Inštitut za varjenje iz Združenega kraljestva je v veliki meri odgovoren za določanje linearnega razmerja med pulzno frekvenco in hitrostjo podajanja žice. Algoritem za to matematično razmerje je omogočil temeljno osnovo za nadaljnje sinergijske tranzistorske varilne aparate. Nova beseda tega razvoja je “sinergičen”. Sinergija pomeni povezavo z enim gumbom – ko varilec poveča ali zmanjša hitrost podajanja žice, se na oblok samodejno uporabi vnaprej določena pulzna električna energija »amperaža in voltaža«. Sinergični varilni aparati so olajšali in poenostavili uporabo.
Razvoj v 90-ih
V devetdesetih letih so še naprej razvijali varilne aparate za MIG MAG varjenje. Podjetje Lincoln Electric je prevzelo vodilno vlogo pri razvoju široke palete platform za varilne aparate, zasnovanih z optimiziranjem varilnega obloka. Splošno priznani kot Waveform Control Technology ™, invertorski varilni aparati z visoko hitrostnim računalniškim krmilnim vezjem, programsko ponujajo obsežno paleto sinergičnih in nesinergično optimiziranih programov za varjenje za naslednje varilne postopke:
klasično MIG MAG varjenje, pulzno varjenje, patentiranimi naprednimi varilnimi programi podjetja Lincoln ELectric »Rapid ARC, Rapid X, STT, Precision Pulse, STT AC … «
Med novejšimi naprednimi postopki Waveform Control Technology ™ izpostavimo postopek Surface Tension Transfer ™ ali STT ™. STT je način prenosa varilne žice z nizkim vhodom vnosa toplote »nizko energije«, ki vključuje napredni inverterski izvor, ki mora zadostiti trenutnim potrebam obloka. Varilni aparat je generator valovne oblike, ki torej ni niti stalen tokovni vir niti stalen vir varilne napetosti. Edinstveno za STT je uporaba varilnega toka neodvisno od hitrosti podajanja žice in varilne napetosti. Prednost te funkcije je povečanje ali zmanjšanje varilnega toka za povečanje ali zmanjšanje dovoda toplote. STT v osnovi ponuja odgovor za nadzor varilnih pogojev, ki lahko povzročijo nepopolno spajanje . Varilni način STT ima dvojno prednost povečanja produktivnosti in izboljšanja splošne kakovosti zvara.
Kaj je MIG MAG / CO2 varjenje
Postopek MIG MAG ali CO2 varjenje je elektroobločni postopek varjenja v zaščiti plinov s taljivo elektrodo žico, ki služi kot dodajni material. Za oba postopka se uporabljajo isti MIG varilni aparati in oprema. Razlika se kaže predvsem v uporabi različnih zaščitnih plinov, kar ima za posledico določene specifičnosti pri uporabi in prehodu dodajnega materiala skozi varilni oblok. MAG postopek uporabljamo za varjenje jekel, MIG postopek pa za varjenje aluminija, bakra, niklja in njihovih zlitin.
Opis MIG MAG varilnega postopka
Vrsta toka in polariteta
Pri CO2 varjenju varimo z enosmernim tokom, pri čemer je (+) pol na elektrodi oz. varilni žici. V tem primeru je oblok stabilen, uvar velik, pri varjenju aluminija in njegovih zlitin pa je zagotovljen dober čistilni efekt (razbitje oksidne kožice na površini), kar zagotavlja kvalitetno varjenje.
Vpliv varilne napetosti
Če pri konstantnih varilnih parametrih povečamo varilno napetost, se poveča dolžina obloka, premer kapljic bo večji. Če pa z večanjem varilne napetosti povečamo tudi hitrost dovajanja žice, bodo kapljice manjše.
Vrste prehodov dodajnega materiala
Vrsta prehoda je odvisna predvsem od napetosti in jakosti varilnega toka ter vrste zaščitnega plina. Različne oblike prehodov izkoriščamo v odvisnosti od debeline in vrste osnovnega materiala, oblike spoja in lege varjenja.
Obstaja pet vrst različnih prehodov dodajnega materiala skozi oblok:
- Kratkostični prehod
- Grobo kapljičasti prehod
- Pršeči prehod
- Rotirajoči prehod
- Pulzni prehod
Kratkostični prehod
Pri kratkostičnem prehodu žica vedno sklene električni krog s talilno kopeljo, stik se naredi 20 do 100-krat v sekundi in lahko traja tudi do 30 % časa cikla varjenja. Prisotno imamo izmenično prižiganje in ugašanje električnega obloka, kar pomeni da varilna žica vedno pride v kontakt z zvarjencem in se stopi v varilno kopel.
Za ta način prehoda materiala uporabljamo najmanjše premere žic in najmanjše jakosti varilnega toka. Napetost je nizka (pod 20 V). Kot zaščitni plin običajno vedno uporabljamo CO2 pri malo ogljičnih jeklih, uporabne pa so vse plinske mešanice. Prehod omogoča zvare majhnih prečnih presekov, ki se hitro hladijo, zato je tak prehod primeren za varjenje tankih materialov, v prisilnih legah in za premoščanje širših rež. Zaradi majhnega vnosa toplote so tudi deformacije majhne. S kratkostičnim prehodom varimo nelegirana in nerjavna jekla.
Grobo kapljičasi prehod
Za grobo kapljičasti prehod so značilne kapljice, debelejše od premera varilne žice, ki letijo v talilno kopel v splošnem brez kratkega stika, le določeno število kapljic sklene s talino kratek stik. Število kapljic je okoli 100 v sekundi. Tak prenos se pojavi nad neko vrednostjo jakosti varilnega toka, nekje nad 150 amperov. Napetost je nad 20 V.
S tem oblokom varimo predvsem kotne in temenske sočelne zvare (tudi v prisilnih legah) na nelegiranih in malo legiranih jeklih v zaščiti CO2 in plinskih mešanicah Ar/CO2. S plinom CO2 dobimo le grobo kapljičasti prehod, kar spremlja močno brizganje, prehod z malo ali skoraj brez obrizgov dobimo le z dodatkom inertnega plina. Tipični razponi jakosti toka in napetosti so prikazani na sliki desno.
Pršeči prehod
Pršeči prehod dodajnega materiala (kapljice enake ali manjše od premera žice) dosežemo pri varjenju jekla v zaščiti plinskih mešanic Ar oz. He z aktivnimi plini, kjer je Ar ali He > od 80 % in pri varjenju neželeznih kovin v zaščitni atmosferi Ar in He.
Z CO2 ne pride do pršečega prehoda, ampak do grobo kapljičastega z bolj finimi prehodi, kar spremlja močno brizganje. Varjenje poteka z veliko jakostjo toka. Značilen je zašiljen vrh žične elektrode, ki se lahko zaključi v obliki tanke konice taline, ki se razbije v sprej drobnih kapljic. Teh je lahko 100 – 300 v sekundi.
Pri še večjih tokovih pa nastane rotirajoči prehod materiala, kjer staljeni konični del lahko zavzame obliko spirale. To je posledica delovanja kontrakcijskih sil v magnetnem polju taline.
Pršeči prehod dosežemo pri neki kritični vrednosti toka, kot kaže diagram desno.
Pri še večjih varilnih tokovih pa nastane rotirajoči prehod materiala, kjer staljeni konični del žice lahko zavzame obliko spirale. To je posledica popačenja delovanja sil v magnetnem polju obloka. Spirala nato ustvari svojo obliko magnetnega polja in dobimo neke vrste stabilno popačenje. Varjenje poteka z veliko jakost toka, kar pomeni varjenje debelih materialov, predvsem polnilnih zvarkov, kotnih zvarov.
Pulzni prehod
Pri pulzirajočem prehodu se osnovni tok varjenja v določenih intervalih, ki jih lahko reguliramo, poveča z dodatnimi tokovnimi sunki, ki omogočajo bolj kontroliran prehod kapljic z žice v talilno kopel. Število kapljic je 60-120 na sekundo. Bazični tok je nižji in ne omogoča pršečega prehoda. Kratkih stikov ni.
Pulzirajoči prehod lahko dosežemo le v zaščiti Ar oz. mešanicah z zelo veliko vsebnostjo Ar (več kot 80 %). Obrizgov ni. Zaradi nižjih tokov lahko varimo tanjše materiale kot v primeru pršečega prehoda. Varimo lahko v vseh legah, tanke materiale pa lahko varimo z žicami večjih premerov.
Prednosti MIG MAG varjenja
MAG MIG postopek omogoča, zaradi hitrega oddaljevanja žice, visoko produktivnost, kar poceni stroške varjenja. Poleg tega je možna popolna avtomatizacija postopka.
Največja prednost je sposobnost varjenje različnih vrst materialov in debelin skupaj, varilni aparati in oprema so cenovno zelo dostopni.
Prednost je tudi učinkovitost dodajnih materialov, ki je običajno med 93 % in 98 % v primerjavi z varjenjem z elektrodo. MIG MAG postopek je enostaven in prilagodljiv za visoke hitrosti varjenja npr. varjenje z robotom in raznimi avtomati, omogoča varjenje v vseh položajih.
Omogoča odličen videz zvara, nižji vnos vodika manj kot 5 ml/100g kovine zvara.
Manjši vnos toplote, posledično manj zvijanj in upogibanj materiala v primerjavi z drugimi varilnimi postopki.
Zmanjšanja število obrizgov predvsem pri pulznem varjenju ter omogoča hitro čiščenje zvara.
Sklep
MIG MAG varjenje ali varjenje s CO2 plinom je eden izmed najbolj pogosto uporabljenih varilnih postopkov v današnjem času. Razvoj se je pričel že pred 70 leti, a se nadaljuje še danes. Nove tehnologije in nenehno vlaganje večjih proizvajalcev (npr. Lincoln Electric) omogočajo, da se proces izboljšuje in tako postaja še učinkovitejši in bolj dostopen za vsakega varilca. Kot dve glavni prednosti takega varjenja bi torej lahko z gotovostjo trdili, da sta:
- Nižji stroški varjenja
- Hitrejše varjenje
Andrej Dolžan
Specilist za varjenje v podjetju SQS.
Oglejte si celoten prodajni program SQS.