background image

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie łukowe

drutem proszkowym

1.8.2

opracował: dr inż. Krzysztof Madej

Nowelizacja materiału: 02. 2012 r.

background image

 

background image

DRUTY PROSZKOWE 

 

       

Drut  proszkowy

  (  rdzeniowy  )  jest  materiałem  elektrodowym  stosowanym  głównie do 

spawania  połączeniowego,  napawania  łukowego  i  natryskiwania  cieplnego.  Składa  się  

z  metalowej  powłoki  o  zewnętrznym  kształcie  rurki  i  z  rdzenia stanowiącego kompozycję 

proszkową ( rys.1 ). 

 

 

 

Rys.1. Przekroje drutów proszkowych. 

 

Podział  drutów 

proszkowych  uwzględniający  ich  konstrukcję  i  aspekty  technologiczne 

przedstawiono poniżej. 

 

 

Podział drutów  proszkowych i ich charakterystyka 

   

 

1  Konstrukcja 

    

1.1  bez i ze stykiem 

 

1.2   z  zakładką 

 

Przekrój 

  

 

.1 

prosty 

 

2.2 

złożony 

 

3  Osłona łuku 

 

3.1 

osłona gazowa   

3.2  samoosłonowy 

 

4  Rdzeń drutu 

 

4.1  metaliczny   

4.2  topnikowy 

 

 

 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

1.8.2

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 1

background image

1.1  ;  1.2  ;  2.1  ;  2.2    Konstrukcja  drutu  może  być  właściwie  dowolna  lecz  najczęstszymi 

odmianami są druty rurkowe proste ze stykiem i bez styku, z zakładką

 oraz różne warianty 

drutów o przekrojach złożonych. 

Druty  bez styku

 (rys.1a) wykonuje się metodą wibracyjnego napełniania proszkiem gotowej 

rurki  z  następującym  jej  kalibrowaniem  do  uzyskania  żądanej  średnicy.  Są  one  zwykle 

miedziowane, charakteryzują się wysoką jakością lecz zwykle podwyższoną ceną. 

Większość produkowanych drutów proszkowych stanowią druty ze stykiem, których powłokę 

wykonuje się z miękkiej taśmy metalowej (stalowej, niklowej ). Najbardziej rozpowszechnione 

z  nich  to druty  proste ze stykiem i z zakładką. 

Druty ze stykiem

 (rys.1 b) są najprostszą  

i jednocześnie najłatwiejszą w wykonaniu konstrukcją. 

Jakościowo dobry drut tej konstrukcji uzyskuje się stosując taśmę o odpowiedniej grubości. 

W  przypadku  cienkiej  powłoki  i  większej  średnicy  omawiany  drut  jest  niedostatecznie 

sztywny,  podlega  w  trakcie  spawania  zgniataniu  przez  rolki  podające,  co  wywołuje 

wysypywanie się proszku rdzenia. Druty proszkowe do napawania są często produkowane  

o   

konstrukcji  z  zakładką

  (rys.1  c).  Konstrukcja  również  łatwa  w  wykonaniu,  wyklucza 

wysypywanie  się  proszku  rdzenia,  co  ma  istotne  znaczenie  przy  spawaniu 

półautomatycznym o znacznej długości przewodów doprowadzających drut. 

Druty  o  złożonym  przekroju

  (rys.1  d  -g)  wykazują  ważną  zaletę  polegającą  na 

równomiernym, jednoczesnym topieniu się powłoki i rdzenia drutu, co zabezpiecza bardziej 

efektywną  osłonę  łuku.  Wynika  to  stąd,  że  w  związku  z  zazwyczaj  wysoką  opornością 

elektryczną  rdzenia,  łuk  jarzy  się  między  taśmą  lub kroplą ciekłego metalu i przedmiotem 

spawanym, rdzeń natomiast topi się na zasadzie przewodnictwa cieplnego. Jeżeli więc rdzeń 

drutu jest rozdzielony taśmą lub zawiera znaczną ilość proszków metalicznych, to topienie 

powłoki praktycznie nie wyprzedza topienia się rdzenia. 

Druty  proszkowe  o  złożonym  przekroju  wskazują  również  większe  wtopienie  aniżeli druty  

o  przekroju  prostym.  Z  tego  powodu,  w  przypadku  napawania,  z  reguły  stosuje  się  druty 

rurkowe proste. 

Ze względu na trudniejsze wytwarzanie tych drutów ( mniejsza szybkość ciągnięcia ) oraz 

trudność  uzyskania  ich  mniejszych  średnic,  w  praktyce  druty  te  są  produkowane 

sporadycznie. 

Średnice  drutów  proszkowych

  są  różne.  Cienkie w zakresie 0,8-2 mm to zwykle druty do 

spawania  w  osłonach  gazowych,  1,6  -  2,0    mm  to  druty  w  większości  samoosłonowe, 

powyżej  tej  średnicy,  dochodzące  nawet  do  6  mm  to  druty  do  spawania  lub  napawania 

łukiem krytym, chociaż zwykle tak grube druty są zamieniane taśmą proszkową. 

 

3.1  ;  3.2  ;  4.1  ;  4.2   

Rdzeń  drutu

  jest  mieszaniną  proszków  metalicznych  (  druty  

o  wypełnieniu  metalicznym  )  lub  metalicznych  i  mineralnych  (  druty  o  wypełnieniu 

topnikowym  ),  które  zapewniają  wymagany  skład  chemiczny  stopiwa  i  właściwą  osłonę 

płynnego  metalu,  stabilizację  łuku,  kształtowanie  się  spoiny,  a  więc w sposób decydujący 

wpływają  na  uzyskanie  prawidłowego złącza lub napoiny. 

 Współczynnik napełnienia drutu 

określany jako stosunek masy rdzenia do całkowitej masy drutu zwykle nie przekracza 40-

45%. 

 

 

Osłona  gazowa  łuku 

jest  stosowana  dla  drutów  o  wypełnieniu  metalicznym  oraz  drutów 

topnikowych  (bez  składników  gazotwórczych),  a  jej  nadrzędnym  celem  jest  zmniejszenie 

zawartości gazów w stopiwie. 

 

Samoosłonowy drut proszkowy

 zawierający w rdzeniu składniki gazo - i żużlotwórcze oraz 

pierwiastki metaliczne o dużym powinowactwie do tlenu i azotu (Si, Mn, Al ), które mogą być 

jak  w  przypadku    drutu  -  rys.1  g  wydzielone  w  postaci  odrębnej  warstwy  (  warstwa 

zewnętrzna jest kompozycją gazo-żużlotwórczą, wewnętrzna metaliczną -analogia elektrod 

otulonych)  samoistnie wytwarza osłonę łuku, co eliminuje stosowanie osłony gazowej, która 

w przypadku spawania montażowego na otwartej przestrzeni zwykle jest trudna i często nie 

spełnia wyznaczonego celu.

         

 

 

 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

1.8.2

AW 2

background image

Za

lety i niedostatki drutów proszkowych  

 

 

Prosty cykl wytwarzania drutów proszkowych.

 Stosowane obecnie urządzenia do produkcji 

drutów  proszkowych  charakteryzują  się  wysoką  wydajnością  (  do  500  m  drutu  /min),  

a  sposób  wytwarzania  tego  rodzaju  materiału  elektrodowego  umożliwia  uzyskiwanie 

wysokostopowych  drutów,  co  w  przypadku  wykonywania  drutów  pełnych  niejednokrotnie 

stwarza wiele trudności technicznych lub jest wręcz niemożliwe. 

 

Możliwości asortymentowe.

 Konstrukcja drutu proszkowego umożliwia w szerokim zakresie 

regulowanie  składu  chemicznego  rdzenia  (  stopiwa  ),  a  więc  dostosowywanie  własności 

stopiwa  do  konkretnych  warunków  pracy  wyrobu,  a  nie  odwrotnie,  co  niejednokrotnie 

występuje  przy  zawężonym  asortymencie  danego  typu  materiałów  elektrodowych. 

Jednocześnie  przy  opracowywaniu  nowych  gatunków  materiałów  elektrodowych  zostaje 

wyeliminowany doraźny udział hutnictwa. 

 

Wydajność spawania.

 Wysoka wydajność spawania drutami proszkowymi wynika z wysokiej 

wielkości  uzysku  stopiwa  oraz  możliwości  stosowania  dużych  gęstości  prądowych.  

W porównaniu ze spawaniem elektrodami otulonymi i spawaniem metodą MAG

wydajność 

spawania drutami proszkowymi jest wyższa odpowiednio o około 200-400% i 10-30%. 

 

Mechanizacja  i  automatyzacja  procesu  spawania.

  Drut  proszkowy  jako  "elektroda  ciągła" 

najczęściej  stosowany  w  procesie  spawania  półautomatycznego,  umożliwia  stosowanie 

spawania automatycznego i realizację mechanizacji tego procesu. 

 

Inne.

  Ważną  zaletą  drutów  proszkowych  jest  zmniejszona  skłonność  spoin  do  tworzenia 

przyklejeń, szczególnie w porównaniu z metodą MAG drutem pełnym. 

 W  porównaniu  ze  spawaniem  metodą  MAG  podkreśla  się  mniejszą  ilość  odprysków  

i łatwość ich usuwania oraz lepsze kształtowanie spoiny. 

       Efektywność  spawania  drutami  proszkowymi  wynika  również  z  możliwości  uzyskania 

znacznego  wtopienia  ,  a  tym  samym  zmniejszenie  grubości  spoin  pachwinowych  

i ukosowania krawędzi blach. 

       Pomimo  przedstawionych  niewątpliwych  zalet  stosowania  spawania  drutami 

proszkowymi, technologia ta  w przypadku  drutów samoosłonowych wykazuje jednak istotne 

niedostatki  spowodowane  głównie  dużą  zawartością  gazów  w  stopiwie  .  Problem  ten 

wynikający  z  trudności  uzyskania  odpowiedniej  osłony  i  ograniczenia  w  stopiwie  głównie 

zawartości  azotu  jest  szczególnie  odczuwalny  w  przypadku  samoosłonowych  drutów  do 

spawania połączeniowego. Zastosowanie pierwiastków aktywnie reagujących z azotem, np. 

Al  nie  dało  oczekiwanych  rezultatów,  gdyż  wpływ  metalurgiczny  aluminium  działa 

niekorzystnie na  własności plastyczne i udarność stopiwa . 

Analizując jednak dane katalogowe własności mechanicznych stopiwa drutów proszkowych, 

należy stwierdzić, że postęp w tym zakresie jest widoczny. 

Dotychczasowe  osiągnięcia  w  zakresie  technologii  spawania  drutami  proszkowymi 

ugruntowały  pozycję  i  rozwój  tej  techniki.  Wszystkie  większe  firmy  produkujące  materiały 

elektrodowe wytwarzają również druty proszkowe.

 

 

Wytwarzanie drutów proszkowych 

Proces wytwarzania drutów proszkowych jest realizacją dwóch konkretnych operacji: 

- kształtowania z taśmy powłoki rurkowej i wypełnienie jej proszkiem; 

- redukcji ( zmniejszenia ) średnicy drutu proszkowego. 

Ww. wymienione operacje mogą występować w jednym lub dwóch oddzielnych cyklach. 

Przykład wytwarzania drutu proszkowego 

ze stykiem przedstawiono na rys.2.

 

Do wytwarzania tego drutu wykorzystuje się głębokotłoczną  taśmę stalową, która  w trakcie 

kształtowania  w rurkę jest napełniana proszkiem, a jej średnica jest następnie redukowana.  

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

1.8.2

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 3

background image

 

 

Rys.2. Schemat wytwarzania drutu proszkowego o przekroju prostym ze stykiem. 

1-kręg taśmy; 2-4 rolki profilujące; 5-dozownik proszku; 6 – rolki zamykające; 7-ciągadło; 

8-bęben napędowy 

 

Zasada  działania  urządzenia

  Taśma  stalowa  odwijana  z  kręgu  1  jest  przeciągana  przy 

pomocy  bębna  napędowego  8  przez  szereg  rolek  profilujących  2-4oraz  ciągadło  7.  Rolki 

profilujące  stopniowo  kształtują  taśmę  profilując  ją  ostatecznie  w  rurkę.  Na  odcinku 

korytkowego wyprofilowania taśmy [U] następuje napełnienie profilu kompozycją proszkową 

przy  pomocy  dozownika 5 .Po zamknięciu profilu w okręg przez rolki 6, wytworzona rurka  

z proszkiem jest kalibrowana w ciągadle 7 i nawijana na bęben 8. 

 

 

 

 

 

Rys.3  Kształtowanie taśmy drutu o przekroju prostym 

 

 

 

 

               ø 3,4 mm,  Pow. x 10 

 

Rys. 4 Kształtowanie taśmy drutu dwuwarstwowego i jego przekrój. 

 

Dozownik  proszku

  jest  zespołem  transportującym  proszek  z  zasobnika  do  odpowiednio 

ukształtowanej  taśmy.  Prawidłowe  funkcjonowanie  tego  zespołu  decyduje  o  stabilności 

współczynnika napełnienia drutu proszkiem, a tym samym o  jakości drutu. Ogólnie znane są 

trzy typy dozowników: taśmowy, talerzowy i bębnowy. 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

1.8.2

AW 4

background image

 

 

Rys.5. Schemat dozowników: a - taśmowy, b - talerzowy, c – bębnowy 

 

W  urządzeniu  laboratoryjnym  Instytutu  Spawalnictwa  ruch  obrotowy  dolnej  rolki 

poprzedzającej  dozownik  jest  wykorzystany  do  jego  napędu.  Taki  system  kinematyczny 

zapewnia  prostą  mechanicznie  synchronizację  przesuwu  taśmy  i  zasypu  proszku,  co 

stabilizuje  wielkość  współczynnika  napełnienia  drutu  niezależnie  od  możliwych  zmian 

szybkości wykonywania drutu. 

 

Redukcja  średnicy  drutu

  realizowana  przy  pomocy  ciągadeł  ma  na  celu  zmniejszenie 

średnicy drutu i dokładne zaprasowanie znajdującego się wewnątrz proszku. 

 

Rys.6  Przykład redukcji średnicy drutu wykonanego z taśmy 12 x 0,5 mm 

 

W nowoczesnych urządzeniach

 do produkcji drutów proszkowych poszczególne pary rolek 

profilujących  są  wyposażone  w  odrębne  napędy  – motoreduktory, umożliwiające regulację 

szybkości  obrotowej,  a  redukcja  średnicy  drutu  następuje  nie  na  zasadzie  kalibrowania  

( przeciąganie przez oczka ) lecz na zasadzie walcowania 

za  pomocą rolek walcujących wyposażonych również w odrębne zespoły napędowe. 

Ważny  w  tym  przypadku  jest  układ  sterowniczy  sprzęgający  działanie  tych  napędów  – 

stopniowanie  szybkości  obrotowych  z  zapewnieniem  elastycznego  naciągu  taśmy,  

a następnie powłoki rurkowej drutu. 

Należy  zaznaczyć,  że  ze względu na proces kalibracji drutu, szybkość obrotowa każdego 

kolejnego motoreduktory jest większa od poprzedniego. 

 

MIESZANINA PROSZKOWA

                        

 

O rodzaju i jakości drutów proszkowych decyduje przede wszystkim kompozycja proszkowa 

składająca się z: proszków metali → Fe, Mn,Cr,Ni ; proszków żelazostopów →FeMn, FeCr, 

FeSi, FeTi ; proszków niemetali→ C; proszków nieorganicznych→ żużlotwórczych: CaCO

3

 , 

CaF

2

, TiO

2, 

Na

2

SiF

itd.  

 

Wymienione  składniki,  jako  surowce  wyjściowe,  w  większości  występują  w  postaci 

kawałkowej i podlegają rozdrobnieniu do postaci proszkowej. 

Do  tego  celu  służą  różnego  rodzaju  kruszarki  i  młyny  zwykle  z  ciągłym    przesiewaniem 

proszku  przez  sita  umożliwiające  minimalizację  frakcji  pylistej,  pogarszającej  sypkość 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

1.8.2

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 5

background image

mieszaniny  proszkowej.  Składniki  skłonne  do  wybuchu  w  młynie  np.  żelazomangan  są 

mielone na mokro lub z dodatkiem innych materiałów np. wapienia. 

Frakcje  pyliste  proszków  są    wykorzystywane  do  innych  celów,  np.  do  produkcji  elektrod 

otulonych. 

 

 

 

Rys. 7 

 

Metody rozdrabniania surowców 

 

Sypkość  proszku  stanowi  jeden  z  podstawowych  problemów  wytwarzania  drutów 

proszkowych dobrej jakości. Proszek „ musi się dobrze sypać”, aby równomiernie wypełniać 

rdzeń drutu.  

Dlatego  niejednokrotnie  warto  przeanalizować  w  tym  względzie  odmiany  alotropowe 

niektórych materiałów i zastosować np. zamiast kredy marmur. 

 

Wielkość  i  stabilność  napełnienia drutu proszkiem ocenia się na podstawie współczynnika 

napełnienia: 

K

N

 =   M

/ M

D

  =  M

/ M

+ M

 

gdzie: M

P

 – ciężar proszku; M

T  

- ciężar taśmy; M

– ciężar dutu; 

Wahania  wielkości  współczynnika  napełnienia  decydują  o  składzie  chemicznym  stopiwa  

i w konsekwencji o własnościach mechanicznych spoiny lub np. o twardości 

( ścieralności ) napoiny . 

Poza tym, szczególnie w przypadku drutów zawierających składniki żużlotwórcze, zmiana ich 

zawartości może negatywnie wpływać na własności technologiczne spawania ( jarzenie łuku, 

układ spoiny, osłona stopiwa ) i skłonność do tworzenia wad – pory, pęknięcia itp. 

 

 Charakterystyka układów żużlowych

  

W  zależności  od  składu  rdzenia  drutu  proszkowego,  zawierającego  oprócz  składników 

metalicznych  również  składniki  mineralne,  których  funkcja  polega  na  wytworzeniu  osłony 

płynnego metalu, odtlenieniu i likwidacji szkodliwych gazów w stopiwie, uzyskaniu żądanego 

składu  chemicznego  stopiwa  stabilizacji  jarzenia  łuku  i  zabezpieczeniu  innych  wymagań 

prawidłowego procesu spawania, druty proszkowe można ogólnie podzielić na następujące 

typy. 

 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

1.8.2

AW 6

background image

Typ rutylowy 

 

Druty  proszkowe  o  rdzeniu  rutylowym  tworzą  przy  topieniu żużle o charakterze kwaśnym  

z  dominującą  zawartością  dwutlenku  tytanu.Typowe  układy  żużlowe  tych  drutów  są 

następujące:TiO

2

 – SiO

2

; TiO

2

 - SiO

2

-CaO; TiO

2

 – SiO

2

 – Al

2

O

3.

 Komponentami rdzenia są: 

rutyl, glinokrzemiany, rudy i inne. Dostatecznie wysoki potencjał utleniający żużla i znaczne 

zawartości związków alkalicznych w stosowanych surowcach zapewniają wysoką stabilność 

łuku, drobnokroplowe topienie metalu z niewielkim rozpryskiem. Własności żużli rutylowych 

sprzyjają uzyskiwaniu spoin ( napoin )  o prawidłowym kształcie i wyglądzie zewnętrznym. 

 

 

 

 

 

 

Rys. 8 Widok przykładowej napoiny ( obok 

żużel ) wykonanej drutem typu rutylowego. 

 

Druty  proszkowe  rutylowe  charakteryzują  się  doskonałymi  właściwościami 

spawalniczymi we wszystkich pozycjach i szerokim zakresem parametrów optymalnych . Są 

stosowane  głównie  do  spawania  złączy  w  pozycjach  przymusowych.  Topnik  rutylowy 

zapewnia bardzo stabilne jarzenie się łuku i stosunkowo rzadkopłynny metal spoiny. Ciekły 

metal spoiny ma doskonałe własności zwilżające, lecz cecha ta w połączeniu z natryskowym 

przenoszeniem  metalu  w  łuku  sprawia,  że  jest  utrudnione    wykonanie ściegu graniowego  

i niekiedy jest wymagane stosowanie podkładek formujących, np. ceramicznych. 

Do spawania w pozycjach przymusowych są produkowane druty proszkowe rutylowe 

wytwarzające szybko krzepnący i sztywny żużel, utrzymujący w wymaganej pozycji szybko 

krzepnące  jeziorko  spoiny.  Do  spawania  w  pozycjach  podolnych  są  stosowane  druty 

proszkowe  o  bardziej  rzadkopłynnych  żużlach,  umożliwiających  spawanie  z  dużymi 

prędkościami.   

Druty  proszkowe  rutylowe  mogą  być  stosowane  do  spawania  stali  niskowęglowych  

i niskostopowych o wytrzymałości do 650 MPa i wysokiej udarności stopiwa  

aż do -50°C. 

 

Typ rutylowo – fluorytowy 

 

Żużel  tego  typu  drutu  wykazuje  charakter  zasadowy  i  wyróżnia  się  znaczną  zawartością 

fluorytu i dwutlenku tytanu. Proces utlenienia manganu i krzemu zachodzi w ograniczonym 

stopniu.Typowe układy żużlowe tych drutów to:  

TiO

2   

-CaF

2

-CaO-MgO;  TiO

2

-CaF

2

;  TiO

2

-CaF

2

-MgO-  Al

2

O

3

.  Zawartość  wodoru  w  metalu 

napawanym drutem

 rutylowo – fluorytowym jest niższa aniżeli w stopiwie drutu rutylowego. 

 

Typ rutylowo-organiczny 

 

Rdzeń  tego  drutu  zawiera  zwykle  rutyl  i  glinokrzemiany.  Materiał  gazotwórczy  stanowi 

krochmal lub celuloza, natomiast jako odtleniacz stosuje się żelazomangan. Żużel tego drutu 

wykazuje  charakter  kwaśny  i  składa  się  głównie  z  tlenków  tytanu  i  krzemu.  Z  pewnym 

przybliżeniem,  żużel  ten  można  zaliczyć  do  jednego  z  dwóch  układów:  Ti0

2

-SiO

2

-Al

2

O

3

;  

Ti0

2

-SiO

2

-MgO. 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

1.8.2

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 7

background image

Zwiększenie  zawartości  krzemu  w  stopiwie,  wprowadzenie  do  rdzenia  aktywnych 

odtleniaczy,  zwiększenie  prądu  spawania  oraz  długości  wolnego  wylotu  drutu,  to  czynniki 

sprzyjające porowatości spoin. 

Nawilgocenie  masy  rdzeniowej,  rdza  i  zgorzelina  powierzchni  elementów  spawanych  nie 

wywołują  porowatości.  Ograniczenie  nasycenia  stopiwa  gazami  uzyskuje  się  głównie 

poprzez  rozkład  materiałów  organicznych.  Zwiększenie  jednak  udziału  krochmalu  lub 

celulozy  w  rdzeniu,  powoduje  nierównomierność  topienia  się drutu pogorszenie własności 

technologiczno-spawalniczych i jest mało efektywna z punktu widzenia dalszego obniżenia 

zawartości gazów w stopiwie. 

Ograniczenie  wielkości  prądu  spawania  wywołującego  nierównomierne  topienie  się  drutu  

i nadmierną porowatość , znacznie obniża wydajność spawania tymi drutami proszkowymi. 

 

Typ węglanowo- fluorytowy  

 

Materiałami gazotwórczymi tych drutów są węglany (wapnia, magnezu, sodu, itp.), natomiast 

składniki  żużlotwórcze  stanowią:  fluoryt,  rutyl,  glinokrzemiany,  tlenki  metali  zasadowych. 

Jako odtleniaczy stosuje się głównie żelazomangan i żelazokrzem.  

W  celu  dodatkowego  odtlenienia,  a  przede  wszystkim  związania  azotu,  do  rdzenia  drutu 

wprowadza się również proszek tytanu lub aluminium. 

W  przypadku  drutów  proszkowych  jednowarstwowych,  wykazujących  w  porównaniu  

z  dwuwarstwowymi,  gorszą osłonę łuku, zastosowanie pierwiastków aktywnie reagujących  

z azotem jest bezwzględnie wymagane. Pomimo negatywnego wpływu aluminium i tytanu na 

własności  plastyczne  i  udarność  stopiwa,  pierwiastki  te  w  chwili  obecnej  stanowią 

niezastąpione składniki przeciwdziałające porowatości. 

Żużel  omawianych  drutów  wykazuje  charakter  zasadowy  i  odpowiada  jednemu  

z następujących układów: 

 

CaO-CaF

2

-Ti0

2

; CaO-CaF

2

-Al

2

O

3

; MgO-CaF

2

-SiO

2

; CaO-CaF

2

-Si0

 

Zawartość  w  żużlu tlenków zasadowych umożliwia odsiarczenie I odfosforowanie stopiwa. 

Druty proszkowe tego typu charakteryzują się wysoką wydajnością i możliwością stosowania 

wysokich gęstości prądowych. Stopiwo jest w znacznym stopniu odtlenione, a ilość gazów w 

nim  jest  nieznaczna.  Rdzeń  drutu  wykazuje  podwyższoną  higroskopijność,  co  wymaga 

hermetycznego pakowania drutu i odpowiedniego przechowywania. Druty typu węglanowo - 

fluorytowego stosuje się do spawania odpowiedzialnych konstrukcji stalowych.

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 9 Widok przykładowych napoin 

wykonanych drutem typu  

węglanowo - fluorytowego. 

 

 

 

 

 

 

 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

1.8.2

AW 8

background image

Typ fluorytowy 

 

Podstawowymi składnikami żużla tych drutów są fluorki wapnia lub magnezu, z niewielkimi 

dodatkami  związków  regulujących  technologicznie  własności  żużla.  Ze  względu  na 

niebezpieczeństwo  powstawania  na  powierzchni  metalu  warstwy  tlenkowej  typu  spineli, 

znacznie utrudniającej oddzielanie żużla, rdzeń drutu zawiera związki słabo utleniające lub 

zasadowe  (tlenek  magnezu,  tlenki  glinu,  węglany,  fluorki).  Niska  zawartość  lub  brak  

w  rdzeniu  materiałów  gazo  twórczych,  jest  kompensowana  przez  pierwiastki  o  dużym 

powinowactwie do azotu, które są wprowadzane do drutu w postaci proszków metalicznych 

lub  ligatur

  (aluminium,  żelazotytan,  stop  aluminium-magnez,  itp.)  Przy  spawaniu  tymi 

drutami, wzrost napięcia łuku powoduje znaczne zwiększenie zawartości azotu w stopiwie, 

co może być przyczyną porowatości lub kruchości metali. 

 

       Przedstawione  typy  drutów  proszkowych  z  uwzględnieniem  ich  charakterystycznych 

układów  żużlowych,  odniesienie  do  drutów  proszkowych  do  spawania,  dotyczą  również 

drutów do napawania. 

       Węglany  wprowadzone  do  drutów  proszkowych  spełniają  rolę  składników  gazo- 

i żużlotwórczych, przy czym węglany sodu i potasu są równocześnie stabilizatorami łuku. 

Dysocjacja węglanów.

 Na przykład węglan sodu w obecności SiO

2

 dysocjuje w stosunkowo 

niskim zakresie temperatur wg reakcji: 

Na

2

CO

3

 + SiO

 

Na

2

SiO

3

 + CO

 

Węglany mogą dysocjować w sposób bezpośredni , np.: 

CaCO

3

 → CaO + CO

2

 

MgCO

3

 → MgO + CO

2

 

 

lub w sposób pośredni z niskostopowych eutektyk i podwójnych węglanów, np.: 

CaNa

2

(CO

3

)

2

 + 2SiO

2

 → CaSiO

3

 +Na

2

SiO

3

 +2CO

2

 

 

Rola  fluoru.

  Związki  fluoru  są  stosowane  w  celu  obniżenia  zawartości wodoru w stopiwie  

i zmian ( regulacji ) własności żużla. 

Łączenie wodoru z fluorem można przedstawić ma przykładzie następujących reakcji: 

2CaF

+ 3SiO

 

SiF

+ 2CaSiO

2CaF

+ Si + 2O →SiF

+2CaO 

Na

2

SiF

 

2NaF + SiF

SiF

4

 + 2H

2

O → SiO

+ 4HF 

Przebieg  reakcji  łączenia  wodoru  z  fluorkami  jest  dyskusyjny.  Istnieje  np.  pogląd,  że 

bezpośrednie wiązanie wodoru przez CaF

2

 wg podanych niżej reakcji jest wątpliwe: 

CaF

+ H → CaF + HF 

CaF

2

 + H

2

O → CaO +2HF 

Przedstawione typy drutów proszkowych z uwzględnieniem ich charakterystycznych układów 

żużlowych dotyczą zarówno drutów stosowanych do spawania jak i napawania. 

Druty  proszkowe zasadowe i rutylowo-zasadowe

 zapewniają znacznie lepsze właściwości 

mechaniczne stopiwa niż druty proszkowe rutylowe i szczególnie bardzo dobrą odporność na 

kruche  pękanie  w  niskich  temperaturach i wysokie CTOD, zarówno w stanie surowym po 

spawaniu, jak i po wyżarzaniu odprężającym. 

 

 

Druty  proszkowe  z  rdzeniem  metalicznym

  zawierają  w  rdzeniu  co  najmniej  95%  wag. 

metalicznych  składników  stopowych  i  niewielką  ilość  topnikowych  stabilizatorów  łuku,  w 

postaci  związków  sodu  lub  potasu,  oraz  niewiele  lub  w  ogóle  nie  zawierają  składników 

żużlotwórczych.  Niekiedy  do  rdzenia  tych  drutów  dodaje  się  związki  fluoru  w  celu 

zmniejszenia  porowatości  spoin  i  poprawy  ich  kształtu.  Podobnie  jak  po  spawaniu  GMA 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

1.8.2

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 9

background image

drutem  litym  na  licu  spoiny  wykonanej  drutem  proszkowym  z  rdzeniem  metalicznym 

występują tylko drobne wysepki produktów reakcji metalurgicznych, co sprawia, że druty te 

coraz częściej są stosowane do spawania wielowarstwowego złączy grubościennych, bez 

konieczności czyszczenia każdego ściegu przed ułożeniem następnego.

 

 

Przedstawione typy drutów proszkowych z uwzględnieniem ich charakterystycznych układów 

żużlowych dotyczą zarówno drutów stosowanych do spawania jak i napawania. 

 

 

   Reakcje płynnego metalu z gazami i żużlem . Rafinacja stopiwa.  
 

Reakcje metalu z tlenem. 

Występowanie ciekłego metalu jak  również jego par wywołanych 

przegrzaniem metalu przy znacznej jego powierzchni rozwinięcia 

 (  kontaktu)  stwarza  warunki  intensywnego  oddziaływania  metalu  z  otaczającą  atmosferą 

(powietrzem).  Oddziaływanie  to  jest  szkodliwe,  gdyż  powoduje  obniżenie  własności 

mechanicznych  złączy,  a  w  konsekwencji  obniżenie  charakterystyk  eksploatacyjnych 

konstrukcji. Tak np. przy spawaniu gołym drutem bez osłony, metal spoiny pomimo znacznej 

plastyczności  metalu  podstawowego  i  samego  drutu  jest  kruchy.  Kruchość  ta  jest 

spowodowana reakcją ciekłego metalu  z tlenem i azotem zawartym w powietrzu. Poniżej na 

rys.15 przedstawiono wpływ ww. gazów na własności żelaza. 

 

 

 

 

 

Rys.10  Wpływ tlenu (        ) i azotu  

               (        ) na własności mechaniczne żelaza 

 

 

 

Uzyskanie  stopiwa  o  wysokiej  wytrzymałości  i  jednocześnie  wysokiej  plastyczności  

i udarności wymaga osłony przetapianego metalu przed działaniem powietrza. W procesach 

technologicznych  spawania  uzyskuje  się  to  stosując  elektrody  otulone,  druty  proszkowe 

samoosłonowe, topniki lub gazy osłonowe. 

Określoną  rolę  w  procesie  osłonowym  stopiwa  spełnia  dysocjacja  węglanów  zawartych  

w rdzeniu drutu.  

Dysocjacja węglanów. 

Druty proszkowe często zawierają w części żużlowej rdzenia składniki 

gazo- i żużlotwórcze np. węglany. Typowym węglanem stosowanym w żużlach zasadowych 

jest  węglan  wapnia,  który  w  wysokich  temperaturach  rozkłada  się  wg  reakcji:  

CaCO

3

→CaO + CO

2

Prężność dysocjacji tej reakcji opisuje równanie: 

lg 

PCO2 

= - 9300/T + 7,85 

Zgodnie z tym równaniem przy 

PCO2 

= 10N/cm

2

 temperatura początku rozkładu CaCO

3

 wynosi 

910

0

C (1183

0

K ). W atmosferze powietrza ( powietrze zawiera ok. 0,03% CO

2

PCO2

 wynosi  

ok. 0,003 N/cm

2

, co oznacza , że reakcja ta rozpoczyna się w temperaturze 510

0

C ( 783

0

K ). 

Produkty opisanej reakcji są wykorzystane następująco: 

 

- dwutlenek węgla (CO

2

) do osłony łuku przed powietrzem; 

 - CaO jako składnik żużla. 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

1.8.2

AW 10

background image

W wysokich temperaturach, jako konsekwencja poprzedniego rozkładu następuje 

dysocjacja 

 

CO

2

 :                   CO

2

 → CO + ½ O

2

Rozkład CO

2

 w zależności od temperatury określony obliczeniowo przedstawiono  

na rys. 11. 

 

 
 
 
 

Rys. 11 Skład gazów na skutek dysocjacji CO

2

 w 

zależności od temperatury 

 
Równocześnie z osłoną łuku wprowadzane są do stopiwa pierwiastki wiążące tlen i azot. 

Najczęstszymi  odtleniaczami  węglowych  stali  nieuspokojonych  są  węgiel  i  mangan,  stali 

uspokojonych    węgiel  –  mangan  i  krzem,  a  stali  o  podwyższonych  wymaganiach  często 

jeszcze aluminium i tytan.  

Tlen  w  żelazie  znajduje  się  przeważnie  w  postaci  FeO; rozpuszczalność tlenu w postaci 

atomów O w żelazie jest znikoma. Im niższa jest temperatura tym mniej jest tlenu w ciekłej 

stali przy danej temperaturze. 

Odtlenianie stali i spoin manganem, krzemem, aluminium i tytanem nazywa się odtlenianiem 

przez  strącanie  lub  wymianę. Istnieje też proces odtleniania stali przez dyfuzję wynikający  

z redukującego i utleniającego charakteru żużli. 

Żużle redukujące są to żużle o małej zawartości tlenku żelaza FeO i dużej zawartości tlenku 

SiO

2

. Tlenek FeO jest tlenkiem zasadowym rozpuszczalnym w żużlu (FeO) i w stali [FeO], 

przy czym ilości FeO w stali i w żużlu określa współczynnik podziału L. Im więcej jest FeO  

w żużlu, tym więcej jest FeO w stali zgodnie z zależnością: 

 [FeO] = L x (FeO). 

   Jeżeli w żużlu jest dużo tlenku SiO

2

, to wówczas z ciekłej stali tlenek FeO jako   

   zasadowy przemieszcza się przez granicę fazową do żużla gdzie jest skutecznie  

   wiązany przez tlenek SiO

– tlenek kwaśny, w trwały związek typu xFeO ySiO

2

 –  

  krzemian żelaza. 

Jeżeli żużel jest zasadowy, to wówczas tlenek SiO

wiąże się z tlenkami zasadowymi,

 

np. x 

CaO y SiO

i proces odtleniania dyfuzyjnego prawie nie przebiega. 

Proces  odtleniania  dyfuzyjnego  jest  procesem  stosunkowo  wolnym  i  dlatego  nie  ma 

istotnego znaczenia w procesach spawania. 

Proces odfosforowania

, czyli usuwanie z metali szkodliwej domieszki fosforu, przebiega  przy 

udziale  żużla  o  charakterze  zasadowym.  W  stali  fosfor  występuje  przeważnie  w  postaci 

fosforków Fe

2

P i Fe

3

P, będących przyczyną kruchości stali, nazywanych często kruchością 

na  zimno,  w  przeciwieństwie  do  kruchości  na  gorąco  powodowanej  zwykle  obecnością 

zwiększonej  zawartości  siarki  w  stali.  W  ciekłej  stali  fosfor  występuje  prawdopodobnie  

w postaci roztworu atomów P, a nie fosforków. Aby usunąć fosfor z ciekłej stali, należy go 

utlenić, a następnie tlenki fosforu przeprowadzić do żużla i trwale związać. Utleniania fosforu 

dokonuje się przy udziale tlenku żelaza w stali: 

2[P] + 5 [FeO]→(P

2

O

5

) + 5 Fe 

Powstały  tlenek  P

2

O

5

  przechodzi  do  żużla  zasadowego  i  jest  znim  wiązany  za 

pośrednictwem CaO: 

3CaO + P

2

O

5

→ 3CaO x P

2

O

5  

lub 4CaO + P

2

O

5

→ 4CaO x P

2

O

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

1.8.2

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 11

background image

Również obecność FeO w żużlu sprzyja wiązaniu w nim P

2

O

5

 przez wytworzenie związku  

3 FeO x P

2

O

5.

 Zmniejszeniu zawartości fosforu w stali sprzyja żużel zasadowy i obecność 

tlenku FeO w stali, potrzebnego do utleniania fosforu. 

Żużel  kwaśny  nie  wiąże  tlenku    P

2

O

,  również  kwaśnego,  gdyż  tlenki  zasadowe  – CaO, 

MgO, FeO są związane z tlenkiem SiO

2

Zawartość  fosforu  w  stali  jest  odwrotnie  proporcjonalna  do  stężenia  CaO  w  żużlu  i  FeO  

w stali, a wprost proporcjonalna do stężenia P

2

O

5

 w żużlu: 

P = (P

2

O

5

) / (CaO)x [FeO] 

 

Możliwości  odsiarczania  spoin

,  czyli  zmniejszenie  w  nich  stężenia  siarki,  są  znacznie 

większe  niż  odfosforowania  i  również  przebiegają  skutecznie  przy  udziale  żużla 

zasadowego. 

Siarka  znajduje  się  w  każdej  stali.  Siarka  tworzy  w  stali  siarczek  FeS,  a z tlenkiem FeO 

niskotopliwą eutektykę, gromadzącą się między krzepnącymi dendrytami i będącą przyczyną 

pęknięć gorących. 

Siarczek żelaza jest stosunkowo dobrze rozpuszczalny w ciekłym żelazie i dlatego proces 

odsiarczania  polega  na  przeprowadzeniu  siarczku  żelaza  w  inny  siarczek  o  niskiej 

rozpuszczalności  w  żelazie,  najczęściej  MnS  i  CaS,  łatwo  przechodzące  i  pozostające  

w żużlu zasadowym. Siarczek manganu powstaje wg reakcji: 

[FeS] + [Mn]→ Fe + (MnS) 

[FeS] + (MnO) → FeO+ (MnS) 

Stężęnie FeS w stali wg tych reakcji można przedstawić (pomijając stężenie Fe): 

FeS = 1/K x (MnS) / [Mn] 

FeS = 1/K x (MnS)[FeO] / (MnO) 

Im więcej jest MnO w stali oraz MnO w żużlu i mniej MnS i FeO w żużlu, tym mniej jest siarki 

w stali. Ogólnie uważa się, że proces odsiarczania przebiega skutecznie, jeżli stosunek w 

stali Mn / S > 22.  

 

Tworzenie się siarczku wapnia przebiega wg reakcji: 

[FeS] + CaO→(CaS) + FeO 

Dla odsiarczenia z udziałem CaO potrzebny jest żużel zasadowy. 

Z analizowanych równań wynika, że stężenie siarki w stali jest odwrotnie proporcjonalne do 

stężenia  manganu  w  stali  oraz  tlenku  manganu  i  tlenku  wapnia  w  żużlu,  a  wprost 

proporcjonalne do stężenia siarczku manganu i tlenku żelaza w żużlu:  

               [S] = (MnS) x (FeO) / [Mn] (MnO) (CaO) 

 

 

Spawanie łukowe drutem proszkowym w osłonie gazowej 

 

Urządzenia spawalnicze 

 

Urządzenia do spawania elektrodą topliwą (drutem) w osłonach gazowych ( gaz: obojętny, 

aktywny, mieszanki ) składają się z następujących zespołów: 

-  zasilacza  energii  elektrycznej  o  parametrach  wyjściowych  i  charakterystykach 

przystosowanych do wymagań łuku spawalniczego jarzącego się w atmosferze gazu 

osłonowego; 

-  podajnika  drutu  elektrodowego  doprowadzającego  drut  do  strefy spawania ze stałą 

nastawianą prędkością; 

-  uchwytu spawalniczego lub głowicy połączonych z zasilaczem za pomocą przewodu 

giętkiego  zawierającego:  przewody  prądowe  i  sterownicze,  spiralę  stalową  lub 

teflonową do podawania drutu, węża wodnego; 

-  butli z gazem osłonowym; 

-  pulpitu zdalnego sterowania. 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

1.8.2

AW 12

background image

 

Zespoły te są połączone wg schematu pokazanego poniżej na rysunku. 

 

Samoregulacja łuku spawalniczego 

– proces zapewniający stabilność jarzenia łuku, co przy 

podawaniu drutu ze stałą szybkością oznacza, że  prędkość topienia się  drutu w łuku jest 

równa prędkości jego podawania. 

Warunek stabilności samoregulacji łuku przy spawaniu elektrodami topliwymi określa się na 

podstawie  charakterystyk  statycznych  źródła  zasilania  i  łuku.  Na  rysunku  poniżej 

przedstawiono  wpływ  kształtu  charakterystyki  zewnętrznej  źródła  zasilania  na  czułość 

samoregulacji.  

 

 

 

Do spawania elektrodami topliwymi w osłonach gazowych są stosowane:  

-  zasilacze o płaskiej lub stałonapięciowej charakterystyce zewnętrznej oraz  

     odpowiedniej charakterystyce dynamicznej; 

-  zasilacze prostownikowe (stałe napięcie) jako: diodowe, tyrystorowe i  

      inwertorowe. 

Zasilacze  te  nazywane  prostownikami  są  konstruowane  na  różne  wartości  prądu 

znamionowego: 60 –630 A i odpowiadające tym wartościom prądów napięcia nastawiane 

w granicach 14 – 60 V. 

Rys. 12 Schemat spawania elektrodą 

topliwą w osłonie gazu: 

a)  schemat połączeń zespołów 

urządzenia, 

b)  schemat procesu spawania

 

Rys. 13 Wpływ kształtu 

charakterystyki zewnętrznej źródła 

zasilania na czułość samoregulacji 

1,2 – charakterystyki zewnętrzne 

zasilacza; 

3,4 – charakterystyki statyczne 

łuku przy różnych jego 

długościach.

 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

1.8.2

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 13

background image

 

 

 

Rys. 14 Możliwości kształtowania charakterystyk   

             statycznych prostownika inwersyjnego 

 

 

 

 

Urządzenia  do  spawania o wysokiej wydajności metodą TIME 

z  uwagi na dużą dynamikę  

i  wydajność  procesu  muszą  spełniać  znacznie  ostrzejsze  wymagania.  Źródłami  zasilania 

łuku spawalniczego mogą być wyłącznie zasilacze inwersyjne programowane, pozwalające 

na  precyzyjną  regulację  prądu  spawania,  o  dobrych  właściwościach  dynamicznych  oraz  

o  dobrej  sprawności  i  wydajności.  Zasilacz  o  prądzie  np.  760A  jest  przeznaczony  do 

spawania  automatycznego  (  trudności  spawania  ręcznego).Podajniki  o  b.  dużych 

szybkościach  podawania  drutu  są  wyposażone  w  6-rolkowy  układ  napędzany przez silnik  

o obrotach stabilizowanych za pomocą regulatora działającego w obwodzie prędkościowego 

sprzężenia zwrotnego. 

 

 

 

 

 

 

Urządzenia  do  spawania  metodą  GMA  ze 

sterowaniem synergicznym. 

 

Pod  określeniem  synergii  należy  rozumieć  system 

organizujący  współdziałanie  wszystkich  czynników 

wpływających  na proces spawania w celu realizacji 

założonej  funkcji tego procesu. Techniczne warunki 

realizacji  sterowania  synergicznego  powstały  po 

zastosowaniu prądu pulsującego do spawania, przy 

możliwości  wpływania  na:  częstotliwość  pulsacji, 

wartości  prądów  impulsu  i  bazowego,  czas 

przepływu  prądu  impulsu  i  prądu  bazowego  przy 

stabilizowanym  napięciu  zasilania  łuku  i  przy 

równoczesnym sterowaniu stabilizowaną prędkością 

podawania elektrody. Wszystko to przy określonych 

warunkach  stałych,  takich  jak  średnica  drutu, 

materiał elektrodowy i skład mieszanki gazowej.

 

Prostowniki 

tyrystorowe 

zapewniają 

płynną 

zmianę 

charakterystyk 

statycznych,  co  pozwala  na  uzyskanie 

dowolnej  charakterystyki  zewnętrznej 

zasilacza. 

Prostowniki inwersyjne ( inwertorowe ) są 

możliwe  do  zastosowania  we wszystkich 

metodach  spawania  wykazując  łatwość 

kształtowania  charakterystyk  statycznych  

dynamicznych 

oraz 

umożliwiają 

sterowanie przenoszeniem metalu. 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

1.8.2

AW 14

background image

Charakterystyka metody 

 

Spawanie  łukowe  w  osłonach  gazowych  (GMA)  drutem  proszkowym  polega  na  stopieniu 

brzegów łączonych elementów ciepłem łuku spawalniczego, jarzącego się w osłonie gazowej 

między metalową powłoką rurkową drutu a przedmiotem spawanym  (Rys.12). 

Do spawania drutami proszkowymi wykorzystuje się półautomaty spawalnicze analogiczne 

do  spawania  drutami  pełnymi  tj.  z  płaską  charakterystyką  statyczną    prądu  stałego.  Przy 

spawaniu  elementów  w  pozycjach  przymusowych  korzystne  jest  stosowanie  prądu 

pulsującego. 

Podajnik półautomatu powinien być wyposażony w co najmniej dwurolkowy układ napędowy 

drutu  lub  system  „  pchaj  –  ciągnij  „  zapewniający  płynne  podawanie  drutu  bez  jego 

nadmiernego ściskania.  

 Jako gaz ochronny stosuje się prawie wyłącznie gazy aktywne chemicznie: czyste CO

2

 lub 

mieszanki Ar + CO

2  

i Ar + O

2

 

 

 

 

 

Rys.15. Schemat procesu spawania łukowego 

drutem proszkowym w osłonie gazowej – spawanie 

GMA  drutem proszkowym; L

w

 – długość  wolnego 

wylotu drutu proszkowego

 

 

Rdzeń  topnikowy  drutów  proszkowych  spełnia  podobne  zadanie  jak  otulina  elektrod 

otulonych  i  topnik  do  spawania  łukiem  krytym.  Ograniczony  udział  masowy  rdzenia  drutu  

w  stosunku  do  masy  drutu  proszkowego  (  współczynnik  napełnienia),  nieprzekraczający  

30-45%  zawęża  jednakże  możliwość  oddziaływania    mieszanki  proszkowej  na  własności 

spawalnicze i metalurgiczne.  

Zasadnicza  różnica  miedzy  spawaniem  GMA  drutem  litym,  a  GMA  drutem  proszkowym 

polega na odmiennym mechanizmie przenoszenia metalu w łuku (rys. 13). 

Prąd przepływa w drucie proszkowym niemalże wyłącznie przez metalową powłokę topiąc ją 

ciepłem  Jouela  –  Lenza  natomiast  rdzeń  o  znacznej  oporności  elektrycznej  topi  się  na 

zasadzie konwekcji cieplnej, a krople ciekłego stopiwa tworzą się na obrzeżu powłoki drutu. 

 

 

 

 

 

 

Rys. 16 Zwarciowy proces topienia drutu 

proszkowego ( topnikowego, samoosłonowego ) 

z charakterystycznym tworzeniem się kropli na 

obrzeżu powłoki

 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

1.8.2

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 15

background image

 

Spawanie  natryskowe

.  Druty  lite,  które  w  celu  zapewnienia  natryskowego  przenoszenia 

metalu  w  łuku  bez  rozprysku wymagają osłony mieszanki gazowej Ar + CO

2

 lub Ar + O

2

wytwarzają wąski łuk i bardzo ukierunkowane, osiowe przenoszenie z dużą częstotliwością 

drobnych  kropel  ciekłego  metalu  w  łuku  do  jeziorka  spoiny. Krople te wpadają do jeziorka 

spoiny  na  stosunkowo  małym  obszarze,  co  sprawia,  że  wtopienie  ściegu  spoiny  ma 

charakterystyczny grzybkowaty kształt. Druty proszkowe o tej samej średnicy stapiają się w 

łuku o znacznie większej szerokości niż druty lite, gdyż drobne krople metalu odrywają się 

tylko od bardzo , wąskiej koszulki rurkowej, wykonanej z taśmy o grubości ok. 0,3-0,5 mm,  

i  mają  znacznie  szerszy  obszar  padania  na  powierzchnię  jeziorka  spoiny.  Wskutek  tego 

energia  cieplna  łuku  jest  wprowadzana  do  jeziorka  spoiny  bardziej  równomiernie,  na 

większej powierzchni. Jednocześnie przetopienie spawanego materiału jest szersze i nieco 

płytsze, o regularnym kształcie kołowym. 

 

 

Rys. 17. Sposób przenoszenia metalu w łuku i kształt linii wtopienia ściegu: w przypadku 

spawania GMA  drutem litym  i w przypadku spawania GMA  drutem proszkowym. 

Makrostruktura złącza teowego blach ze stali niskostopowej 

 

Szerszy  łuk  spawalniczy  zapewnia  większą  tolerancję  dokładności  prowadzenia  palnika 

wzdłuż  linii  spawania  i  mniejsze  zagrożenie  wystąpienia  przyklejeń  w  złączu  

w  stosunku  do  spawania  GMA  drutem  litym.  Efekt  ten  jest  szczególnie  widoczny  

w  przypadku  zastosowania  czystego  CO

2

 jako osłony łuku drutu proszkowego. Dwutlenek 

węgla  ma  wyższy  współczynnik  przewodnictwa  cieplnego  niż  mieszanka  

Ar  +  CO

2

,  dzięki  czemu  jest  szersza  powierzchnia  wprowadzania  ciepła  łuku do jeziorka 

spoiny i jest zapewniony bardzo korzystny, kołowy kształt linii przetopienia. 

 

Parametry spawania 

 

 Spawanie GMA drutami proszkowymi jest realizowane prawie wyłącznie prądem stałym, 

głownie  z  biegunowością  dodatnią.  Tylko  dla  pewnych  gatunków  drutów  proszkowych 

topnikowych  zasadowych  i  metalicznych,  przeznaczonych  do  spawania  cienkich  blach, 

spawanie  zaleca się prowadzić prądem stałym z biegunowością ujemną. Stosuje się prąd 

stały  lub  prąd  pulsujący,  zalecany  zwłaszcza  do  spawania  w  pozycjach  przymusowych 

drutami proszkowymi zasadowymi.  

Natężenie  prądu  spawania  GMA  drutem  proszkowym

  jest  proporcjonalne  do  prędkości 

podawania drutu o danej średnicy, składzie chemiczny i długości wolnego wylotu (Rys.15). 

Zwiększenie  lub  zmniejszenie  prędkości  podawania  drutu  odpowiednio  zwiększa  lub 

zmniejsza natężenie prądu spawania. Głębokość wtopienia, przy danej średnicy drutu prosz-

kowego,  zwiększa  się  ze  wzrostem  natężenia  prądu,  lecz  nadmierne  natężenie  prądu 

sprawia, ze ścieg spoiny jest wypukły i ma nieregularny kształt. 

 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

1.8.2

AW 16

background image

 

 

Rys.18. Zależności natężenia prądu od prędkości 

podawania drutu w przypadku spawania 

półautomatycznego GMA,  drutem proszkowym 

niskostopowym, w osłonie CO

2

. Spawanie prądem 

stałym z biegunowością dodatnią.

 

 

 Z  kolei  zbyt  małe  natężenie  prądu  zwiększa  rozprysk,  a  metal  jest  przenoszony   w łuku 

grubokroplowo.  Jednocześnie  może  nastąpić  zwiększenie  ilości  azotu  w  stopiwie  i  może 

pojawić się porowatość spoiny. 

Przy danej prędkości podawania drutu proszkowego natężenie prądu będzie się zmieniać ze 

zmianą długości wolnego wylotu drutu. Gdy zwiększy się długość wolnego wylotu, natężenie 

prądu  spawania  zmaleje i odwrotnie ( Rys.16). Przy wzroście lub spadku natężenia prądu 

napięcie łuku powinno być proporcjonalnie   

 

 

 

 

 

R

YS

.

 

19

  

Wpływ długości wolnego wylotu 

drutu proszkowego na natężenie 

prądu i głębokość wtopienia w przypadku 

spawania GMA  drutem proszkowym 

topnikowym.

 

 

zwiększone lub obniżone w celu utrzymania optymalnej zależności miedzy natężeniem prądu 

a napięciem łuku. Wielkość natężenia prądu spawania wpływa na wydajność stapiania, która 

zależy  również  od  składu  chemicznego  drutu  proszkowego  oraz  długości  jego  wolnego 

wylotu  (  Rys.  17  ).  Im  większa  jest gęstość prądu spawania, tym większa jest głębokość 

wtopienia i jednocześnie większa masa uzyskanego stopiwa.  

 

 

 

R

YS

.20.

 

Zależność wydajności stapiania drutu 

proszkowego od natężenia prądu w przypadku  

spawania półautomatycznego GMA  drutem 

proszkowym topnikowym niskostopowym w osłonie 

CO

2

.  Spawanie prądem stałym z biegunowością 

dodatnią: I – zakres parametrów spawania w pozycji 

pionowej, II – pozycji naściennej, III  – pozycji 

podolnej, IV – spawanie automatyczne w pozycji 

podolnej 

 

 

 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

1.8.2

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 17

background image

Współczynnik  stapiania  jest  zatem  funkcją,  prędkości  podawania  drutu  proszkowego 

 i  jego  średnicy.  Jak  już  wspomniano  wcześniej,  w  drucie  proszkowym  prąd płynie przez 

zewnętrzną powłokę metalową o znacznie mniejszym przekroju niż drutu litego o tej samej 

średnicy. W efekcie gęstość prądu jest znacznie większa niż w drucie litym, przy tym samym 

natężeniu  prądu.  Dodatkowo  intensywniejsze  jest  również  nagrzewanie  oporowe  drutu 

proszkowego  przy  tej  samej długości wolnego wylotu drutu. Oba te czynniki sprawiają, że 

wydajność stapiania drutów proszkowych jest wyraźnie większa niż drutów litych o tej samej 

średnicy.  Związana  z  tym  zwiększona  prędkość  podawania  drutu  proszkowego  zapewnia 

większą  wydajność  stapiania  niż  w  przypadku  drutów  litych,  pomimo  mniejszego  uzysku 

drutów proszkowych, zwykle ok.80÷90%  w przypadku drutów z rdzeniem topnikowym 

(Rys. 18). 

 

 

 

R

YS

.

 

21. Porównanie wydajności stapiania w osłonie 

CO

2

 drutów proszkowych rutylowych o średnicy 1,2 

mm, o różnym współczynniku wypełnienia z 

wydajnością stapiania w osłonie CO

2

 drutu litego  

o średnicy 1,2 mm; 1 – drut proszkowy topnikowy 

rutylowy o współczynniku wypełnienia 30%, 2 – drut 

proszkowy, topnikowy rutylowy o współczynniku 

wypełnienia 20%, 3 – drut lity. Spawanie GMA 

prądem stałym z biegunowością dodatnią w pozycji 

podolnej 

 

Odpowiednio dobrany skład chemiczny topnika drutów proszkowych musi zapewnić 

wytworzenie żużla, który szybko krzepnąc, doskonale podpiera w pozycjach przymusowych 

jeziorko spoiny, nawet o dużej objętości. Na przykład, druty proszkowe rutylowe o średnicy 

1,2  mm  i  średnim  współczynniku  wypełnienia  umożliwiają  spawanie  w  pozycji  pionowej  

z dołu do góry z natężeniem prądu 240 A, z wydajnością stapiania nawet do 3,5 kg/h.  

Większość  drutów  proszkowych  stosuje  się  do  spawania  zmechanizowanego  

w pozycjach podolnej i nabocznej głównie z powodu większych prędkości spawania, a nie  

z powodu większej wydajności stapiania w stosunku do spawania GMA  drutem litym. 

Napięcie  łuku  GMA

  decyduje  o  jakości  ściegu  spoiny,  a  zwłaszcza  o  jego  wyglądzie 

zewnętrznym. Zbyt wysokie napięcie łuku (nadmierna długość łuku) powoduje, ze spoina jest 

zbyt  szeroka,  lico  nierówne  i  występuje znaczny rozprysk. Zbyt niskie napięcie łuku (mała 

długość  łuku)  sprawia,  że ścieg spoiny jest wąski i wysoki, występuje nadmierny rozprysk 

oraz  maleje  głębokość  wtopienia.  W  przypadku  spawania  GMA  drutami  z  rdzeniem 

proszkowym  metalicznym  wyższe  napięcie  łuku  zapewnia  drobnokroplowe,  natryskowe 

przenoszenie  metalu  w  łuku  w  znacznie  większym  zakresie  natężeń  prądu  niż  jest  to 

możliwe podczas spawania GMA drutem litym (Rys. 19). 

 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

1.8.2

AW 18

background image

 

 

 

 

Rys. 22  Wpływ napięcia łuku i natężenia prądu na 

charakter przenoszenia metalu w łuku, w przypadku 

spawania GMA  drutem proszkowym metalicznym 

wysokostopowym o średnicy 1,2 mm,  

w osłonie Ar + 25% CO

2

 

 

Prędkość  stapiania  drutu  proszkowego  jest  proporcjonalna  do  gęstości  prądu,  

a ta z kolei jest odwrotnie proporcjonalna do przekroju poprzecznego i grubości metalicznej 

koszulki rurkowej drutu. Stąd też, im jest prostsza konfiguracja drutu, a więc mniejszy jego 

przekrój poprzeczny, tym większa będzie prędkość stapiania przy danym natężeniu prądu.  

 

 Zalecane parametry prądowe oraz zakresy natężeń prądu i napięcia łuku przy spawaniu 

GMA  stali niskowęglowych i niskostopowych drutami proszkowymi topnikowymi w osłonie 

CO

2

 . 

 

Średnica 

drutu, mm 

Pozycja 

spawania 

Natężenie 

prądu, A 

Napięcie 

łuku, V 

Zakres natężenia 

prądu, A 

Zakres napięcia 

łuku, V 

0,8 

PA 

180 

28 

100-250 

23-31 

PF i PG 

150 

26 

100-225 

23-30 

PE 

150 

26 

100-225 

25-31 

1,2 

PA 

240 

28 

100- 280 

22-31 

PF i PG 

200 

26 

100-220 

22-28 

PE 

200 

27 

150-275 

22-29 

1,4 

PA 

250 

28 

100-280 

21-31 

PF i PG 

225 

25 

100-275 

21-27 

PE 

225 

26 

150-260 

22-28 

1,6 

PA 

250 

28 

150-350 

22-35 

PF i PG 

225 

25 

150-275 

22-27 

PE 

225 

26 

150-300 

22-32 

2,0 

PA 

280 

29 

200-300 

25-34 

2,4 

300 

29 

260-360 

26-38 

2,8 

340 

31 

280-380 

27-39 

3,2 

360 

32 

290-400 

30-43 

Uwagi: Spawanie GMA  pradem stałym z biegunowością dodatnią. Natężenie przepływu CO

2

 16-20 l/min. W przypadku drutów 

o średnicy 0,8-2,0 mm zalecana długość wolnego wylotu wynosi 20±5mm, a drutów o średnicy 2,4 -3,2 mm – 25±5mm. 

 

Właściwości  złączy  spawanych  wykonanych  drutami  proszkowymi  topnikowymi  i 

metalicznymi  mogą  różnić  się  znacznie  w  zależności  od  średnicy  drutu,  współczynnika 

wypełnienia,  parametrów  spawania,  grubości  spawanych  blach,  geometrii  złącza,  stanu 

powierzchni i składu chemicznego spawanego materiału oraz stopnia jego wymieszania ze 

stopiwem, jak też i od rodzaju gazu ochronnego. 

 

Długość  wolnego  wylotu  drutu  proszkowego

,  podobnie jak i drutu litego, to długość 

drutu  wystająca poza końcówkę prądową. W praktyce wygodniej jest ustalać ten parametr 

jako odległość końcówki prądowej od górnej powierzchni złącza, jak pokazano na rys.1, gdyż 

każda  zmiana  długości  łuku  zmienia  rzeczywistą  długość  wolnego  wylotu  drutu.  

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

1.8.2

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 19

background image

Długość  wolnego  wylotu  drutu  w  istotny  sposób  wpływa  również  na  jakość  złącza,  a 

zwłaszcza na głębokość wtopienia, stabilność łuku i wydajność stapiania. Zalecana długość 

wolnego  wylotu  drutu wynosi 20÷30 mm, a więc jest większa niż podczas spawania GMA 

drutem  litym.  Pełny  zakres  zalecanych  przez  producentów  długości  wolnego wylotu drutu 

mieści się w granicach 12÷40 mm. Wpływa ona na oporność elektryczną obwodu spawania i 

stąd na stopień podgrzewania wstępnego drutu przed wejściem w obszar łuku. Jeśli wolny 

wylot drutu jest krótki, to mała jest oporność i jego podgrzanie wstępne, lecz wtopienie jest 

głębsze,  a  łuk  jarzy  się  stabilniej  niż  gdyby  wolny  wylot  drutu  był  długi.  Operator  przez 

niewielką zmianę długości wolnego wylotu elektrody może dokładnie regulować szybkie, lecz 

niewielkie, zmiany natężenia prądu i napięcia łuku. 

Gdy  wolny  wylot  drutu  jest  zbyt  duży,  zmniejsza  się  rzeczywiste  napięcie  łuku  

o spadek napięcia na długości wolnego wylotu drutu i następuje zanik stabilności jarzenia się 

łuku.  W  wyniku  tego  pojawia  się  nadmierny  rozprysk  i  konieczne  jest  odpowiednie 

zwiększenie 

napięcia 

łuku 

oraz 

natężenie 

przepływu 

gazu  ochronnego,  

w  celu  zachowania  odpowiedniej  osłony  łuku.  W  przypadku  dysz  koncentrycznych  

(rys.  10),  rurka  prądowa  znajduje  się  wewnątrz  dyszy  na  głębokości  6÷10  mm,  a  dysza 

gazowa  powinna  znajdować  się  w  odległości  20÷25  mm  od  przedmiotu spawanego. Gdy 

wolny wylot jest zbyt mały, szybko następuje osadzanie się rozprysków wewnątrz dyszy i na 

rurce  prądowej,  co  w  istotny  sposób  zakłóca  proces  spawania.  Jeśli  są  stosowane 

zewnętrzne boczne dysze osłaniające, wolny wylot drutu zaleca się nastawiać w granicach 

20÷30 mm. 

 

 

 

 

 

Rys 23. Zalecane ustawienie końcówki prądowej 

względem dyszy gazowej podczas spawania GMA  

drutem proszkowym; L

W

 – długość wolnego wylotu 

elektrody, L

D

 – odległość dyszy gazowej od 

przedmiotu

 

 

 

Prędkość spawania GMA drutem proszkowym

 oddziałuje na głębokość przetopienia i kształt  

ściegu  spoiny,  podobnie  jak w innych metodach spawania.   Przetopienie   przy   małych 

prędkościach  spawania,  do  pewnej  minimalnej  wartości,  jest  większe  niż  przy  dużych 

prędkościach    spawania.   Zbyt małe prędkości spawania, przy dużych natężeniach prądu, 

mogą powodować przegrzanie spoiny, objawiające się znaczną nierównością ściegu spoiny 

oraz brakiem przetopu. Zbyt duże prędkości spawania powodują również nieregularny kształt 

ściegu. 

 

Gaz  osłonowy

  stosowany  najczęściej  podczas  spawania  GMA  drutem  proszkowym 

topnikowym  stali  niskowęglowych,  niskostopowych  i  wysokostopowych  to  czyste  CO

lub 

mieszaniny Ar + CO

2

 i Ar + O

2.

  

Dwutlenek  węgla  jest  najtańszym  spośród  wszystkich  gazów  ochronnych,  

a  dodatkowo  zapewnia  dużą  głębokość  przetopienia.  Dzięki  odpowiedniemu  składowi 

topnika, pomimo osłony CO

2

 destabilizującej jarzenie się łuku, jest zapewnione natryskowe 

przenoszenie metalu w łuku.  

 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

1.8.2

AW 20

background image

Natężenie  przepływu  gazu ochronnego

 ma znaczący wpływ na jakość złącza. Zbyt 

mały  przepływ  gazu  sprawia,  że  osłona  jest  niewystarczająca  i  pojawia  się  porowatość. 

Nadmierne  natężenie  przepływu  gazu  powoduje  jego  turbulencje  w  obszarze  łuku  

i wskutek tego porowatość lub nierówność lica spoiny. Właściwe natężenie przepływu zależy 

od  średnicy  dyszy,  jej  odległości  od  przedmiotu  spawanego  oraz  natężenia  przepływu 

powietrza  w  pomieszczeniu.  Zalecane  natężenia  przepływu  wynoszą  15÷25  l/min.  Gdy  w 

pomieszczeniu  występuje  przewiew  lub  gdy  jest  stosowany  większy  wylot  drutu,  należy 

nastawić natężenie przepływu do 30 l/min.  

 

Skład chemiczny i własności mechaniczne stopiw  drutów proszkowych 

 

W tabelach poniżej przedstawiono składy chemiczne wybranych drutów proszkowych firmy 

Lincoln  Electrick  i  własności  mechaniczne  ich  stopiw.  Dla  porównania  przytoczono 

analogiczne charakterystyki drutu litego (X). 

Podane wartości własności mechanicznych są wartościami typowymi. 

Poszczególne druty wyróżniają się: 

 

- Outershield 71E-H : doskonałym wyglądem spoiny, przydatnością do wykonywania warstw  

                                   przetopowych na podkładce ceramicznej; 

- Outershield 71M-H : drut opracowany do spawania w osłonie CO

2

; spawanie blach  

                              powlekanych; 

- Outershield T55-H :  zasadowy, wszystkie pozycje, b.d. udarność; 

- Outershield MC715-H : może być alternatywą dla zasadowych drutów proszkowych.

 

 

Skład chemiczny stopiwa, % 

 

L.p. 

Nazwa drutu 

Typ drutu  Pozycje 

spawania 

Osłona 

łuku 

Mn 

Si 

Outershield 71E-H 

rutylowy 

PA,PB,PC,PF, 

PG,PE 

M21 

0,04 

1,4 

0,6 

0,013  0,010 

Outershield 71M-H 

rutylowy 

PA,PB,PC,PF, 

PG,PE

 

C1 

0,04 

1,4 

0,6 

0,013  0,010 

Outershield T55-H  zasadowy 

PA,PB,PC,PF, 

PG,PE

 

M21/C1  0,05 

1,5  0,55  0,012  0,010 

Outershield T55-H 

metalowy 

PA,PB,PC,PF, 

PG,PE

 

M21 

0,05  1,35  0,6 

0,015  0,023 

5  Outershield MC715-H  metalowy 

PA,PB,PC,PF, 

PG,PE

 

M21 

0,04 

1,5 

0,4 

0,012  0,020 

LNT/LNM  25 

lity 

M21/C1  0,08 

1,1 

0,6 

 

 

L.p. 

Nazwa drutu 

R

0,2

 

N/mm

R

m

 

N/mm

2

 

A

Praca łamania , J 

Outershield 71E-H 

570 

620 

25 

90 (- 20 

0

C ) 

40 (- 40 

0

C ) 

Outershield 71M-H 

580 

620 

24 

80 (- 20 

0

C ) 

40 (- 40 

0

C ) 

Outershield T55-H 

480 

570 

27 

130 (- 20 

0

C )  85 (- 40 

0

C ) 

Outershield MC710-H 

495 

570 

26 

90 (- 20 

0

C ) 

60 (- 30 

0

C ) 

Outershield MC715-H 

480 

540 

27 

120 (- 30 

0

C )  110 (- 40 

0

C ) 

LNT/LNM  25 

450

 

560 

26 

170 (- 20 

0

C )  100 (- 50 

0

C ) 

 

 

Przedstawione  własności  mechaniczne  stopiw  drutów  proszkowych  do  spawania  

w osłonach gazowych świadczą o ich wysokiej jakośc 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

1.8.2

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 21

background image

Zastosowanie  drutów  proszkowych. 

Druty  proszkowe  znajdują  ugruntowaną 

pozycję  w  grupie  materiałów  dodatkowych  do  spawania  łukowego  i  są  stosowane 

alternatywnie  z  elektrodami  otulonymi  i  drutami  litymi  wykorzystywanymi    w  metodach 

spawania  MAG  i  łukiem  krytym.  Skala  tego  zastosowania  w  poszczególnych  krajach  jest 

różna i nie wszędzie wynika to z przyczyn technicznych. Druty proszkowe są od dawna b. 

popularne  w  Stanach  Zjednoczonych,  w  Ameryce  Łacińskiej,  w  Japonii  i  Korei  natomiast 

relatywnie  w  mniejszym  stopniu  w  Europie,  gdzie  jedynie  kraje  skandynawskie  wykazują 

większe  zainteresowanie tym materiałem spawalniczym. 

Warto jednak podkreślić, że udział produkcji drutów proszkowych w ogólnej wielkości 

materiałów spawalniczych wzrasta, intensywnie np. w Rosji i Chinach. 

O przemysłowym wykorzystaniu drutów proszkowych decydują dwa aspekty: techniczny i 

ekonomiczny. W porównaniu z innymi materiałami spawalniczymi, druty proszkowe są drogie 

lecz  tendencja  ta  systematycznie  ulega  zmianie.  Techniczną  konkurencyjność  drutów 

proszkowych można ująć następująco: udarność stopiwa drutów proszkowych szczególnie typu 

zasadowego jest porównywalna z udarnością stopiw elektrod otulonych zasadowych natomiast 

wydajność spawania jest porównywalna ze spawaniem drutem litym. Bardzo ważnym w tym 

względzie jest  także  fakt znacznej odporności na występowanie przyklejeń w spoinach, które są 

najczęstszą niezgodnością przy spawaniu drutem litym metodą MAG. 

Druty proszkowe można stosować tam, gdzie są stosowane elektrody otulone lub drut 

lity, to jest do spawania np. : rurociągów, konstrukcji stalowych budowlanych ( hale, mosty ), 

dźwigów,  wież,  elementów    maszyn,  konstrukcji  górniczych  itd.,  zwracając  uwagę,  że 

spawanie metodą MAG  nie należy prowadzić na otwartych przestrzeniach. 

BHP drutów proszkowych. 

Przepisy dotyczące

 

bezpieczeństwa i higieny pracy przy 

spawaniu  drutami  proszkowymi  w  zasadzie  nie  odbiegają  od  przepisów  dotyczących 

spawania metodą MAG drutem litym i elektrodami otulonymi ( ubrania ochronne, porażenie 

prądem, wydzielanie gazów i pyłów itd. ). Z punktu widzenia szkodliwych wydzieleń gazów  

i pyłów, druty proszkowe do spawania w osłonach gazowych można uszeregować między 

ww. spawaniem drutem litym i elektrodą otuloną z tym, że z jednej strony druty te zawierają 

mniej  składników  gazo-  i  żużlotwórczych  aniżeli  elektrody  otulone, z drugiej natomiast ich 

wysoka  wydajność  stapiania  intensyfikuje    procesy  wydzieleniowe.  Dlatego  w  trosce  

o  zdrowie  spawacza  należy  zadbać  o  odciągi  stanowiskowe  i  ogólne  pomieszczenia  nie 

wykluczając przy tym odciągu miejscowego w prowadniku drutu. 

 

Normy. 

 
PN-EN ISO 17632:2011

 Materiały dodatkowe do spawania- Druty elektrodowe proszkowe do 

spawania łukowego elektrodą metalową, w osłonie gazu i bez osłony gazu, stali 

niestopowych i drobnoziarnistych- Klasyfikacja 

PN-EN  ISO  17633:2010

  Materiały  dodatkowe  do  spawania-  Druty  elektrodowe  proszkowe  

i pręty do spawania łukowego w osłonie gazu i bez osłony gazu elektrodą metalową, , stali 

nierdzewnych i żaroodpornych – Klasyfikacja 

PN-EN  ISO  17634:2006

  Materiały  dodatkowe  do spawania- Druty proszkowe do spawania 

łukowego w osłonie gazów stali odpornych na pełzanie - Klasyfikacja 

PN-EN  ISO  18276:2008

  Materiały  dodatkowe  do spawania- Druty proszkowe do spawania 

łukowego  elektrodą  metalową,  w  osłonie  gazu  i  bez  osłony  gazu,  stali  o  wysokiej 

wytrzymałości - Klasyfikacja 

 

Literatura: 

 

1.  E. Dobaj, Maszyny i urządzenia spawalnicze, WNT, 1998 r. 
2.  I.K. Pocodnia i inni, Poroszkowaja prowoloka, Naukowa Dumka, 1969 r. 
3.  I.K. Pochodnia i inni, Metallurgia  dugowoj svarki, Naukowa Dumka, 2004 
4.  E. Tasak, Metalurgia  spawania, Kraków 2008 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Spawanie  łukowe drutem proszkowym

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

1.8.2

AW 22