Łączenie elementów metalowych ma kluczowe znaczenie z punktu widzenia przemysłu. Spawanie to najpopularniejsza obecnie metoda łączenia stali, metali nieżelaznych, a także tworzyw sztucznych. Wszystkie techniki mają za zadanie zespolenie ze sobą dwóch elementów poprzez przetopienie ich krawędzi. Tak wykonane łączenie jest trwałe, odporne na obciążenia, a także niemożliwe do zdemontowania. Jak przebiega proces spawania, do czego jest potrzebna elektroda i czym różnią się konkretne metody?
Czym jest spawanie?
Wszystkie budowle i obiekty są wykonywane z mniejszych elementów, które dopiero po połączeniu tworzą całość. Spawanie jest najbardziej popularną metodą łączenia ze sobą półproduktów metalowych. Technika polega na nagrzaniu krawędzi łączonych produktów do temperatury przekraczającej ich skrajny poziom topnienia. Dodatkowo spoinę uzupełnia się materiałem topliwym o właściwościach i składzie zbliżonym do spawanych metali. Wówczas dochodzi do stopienia materiału i powstania płynnego jeziorka spawalniczego. Po odsunięciu uchwytu spawalniczego jeziorko studzi się i tężeje, tworząc spoinę.
Kluczem do wykonania poprawnej spoiny jest uzyskanie odpowiedniej ilości energii wystarczającej do stopienia materiału. Jako nośnik energii najczęściej wykorzystywany jest prąd elektryczny. W innych mniej popularnych metodach stosuje się gazy, plazmę, a także strumień lasera. Do spawania wykorzystuje się specjalistyczne urządzenia różnego typu, a operatorzy muszą być przeszkoleni do prowadzenia konkretnych prac.
Spawacz i spawalnik – podobieństw i różnice
W branży stosuje się wiele fachowych określeń, jednak wśród osób postronnych największe trudności stanowi rozróżnienie dwóch z nich. Wątpliwości budzi, czym jest spawanie, a czym spawalnictwo. Choć oba określenia brzmią bardzo podobnie, mocno różnią się od siebie. Spawanie to proces wykonywania połączeń pomiędzy materiałami, który wykonuje specjalista z tej dziedziny, czyli spawacz. Z kolei spawalnictwo to dziedzina zajmująca się procesami łączenia metali.
Formalnie spawalnik jest inżynierem, który zajmuje się nadzorowaniem i organizacją pracy spawaczy. Często po jego stronie leży też kontrola jakości spoin, projektowanie połączeń i przygotowywanie instrukcji spawalniczych. Zatem obaj specjaliści znają się na różnych metodach łączenia metali, z tym że spawacz ma umiejętności praktyczne, a spawalnik jedynie lub dodatkowo także wiedzę teoretyczną.
Metoda spawania łukiem elektrycznym
Najpopularniejsze techniki spawalnicze wykorzystują zjawiska łuku elektrycznego. Jest ono widoczne w sytuacji, kiedy dochodzi do połączenia elementu o ładunku ujemnym z drugą częścią o ładunku neutralnym. Strumień świetlny w postaci łuku tworzą elektrony, które przepływają pomiędzy dwoma elementami. Do wywołania tego zjawiska wykorzystuje się elektrody umieszczone w uchwycie urządzenia i to one z reguły przekazują ładunek. Łuk spawalniczy wytwarza temperaturę około 4000 stopni Celsjusza, co pozwala na stopienie krawędzi każdego metalu.
Jak zabezpiecza się jeziorko spawalnicze?
Ważnym elementem w każdym procesie spawania łukowego jest zabezpieczenie jeziorka spawalniczego. Tym terminem określa się roztopiony materiał, który trafia do szczeliny pomiędzy łączonymi elementami. Płynny metal jest narażony na zabrudzenia wynikające ze składników powietrza atmosferycznego, a także zabrudzeń stałych. Dlatego w większości metod spawania elektroda jest zabezpieczona gazem osłonowym dostarczanym za pomocą uchwytu spawalniczego. Odpowiednio dobrany gaz chroni drut spawalniczy, wytwarza odpowiednie warunki wokół jeziorka i poprawia cały proces spawania.
Spawanie metodą MIG i MAG
Spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazowej to najpopularniejszy sposób łączenia metali. Metody spawania MIG/MAG są wykorzystywane do wykonania ponad 60 procent wszystkich spoin w przemyśle. Prace prowadzone są za pomocą tych samych urządzeń, nazywanych migomatami. Pomiędzy elektrodą a materiałem wytwarza się łuk spawalniczy, który prowadzony jest w osłonie gazowej.
Różnice między metodami spawania
Poszczególne metody spawania MIG i MAG różnią się rodzajem zastosowanego gazu. Spawanie MIG wykorzystuje gaz obojętny, taki jak argon i hel, a także ich mieszaniny. Gazy nie biorą udziału w samym procesie wytwarzania temperatury i nie zmieniają warunków spawania, a jedynie tworzą osłonę przed czynnikami zewnętrznymi. Metoda MIG jest stosowana przede wszystkim do spawania aluminium, miedzi, tytanu i innych metali nieżelaznych.
Metoda MAG polega na zastosowaniu gazu aktywnego. Jest to mieszanka, która wspomaga proces spawania, czyli wpływa na podniesienie temperatury i uregulowanie łuku spawalniczego. W metodzie MAG wykorzystywany jest przede wszystkim dwutlenek węgla także w mieszankach z tlenem i innymi gazami. Ta metoda pozwala na zgrzewanie stali konstrukcyjnej, stopowej i niskostopowej, żeliwa, a także spawania stali nierdzewnej.
W zależności od rodzaju spawanego materiału, jego wymiarów i rozmiaru samej spoiny można precyzyjnie wyregulować proces spawania elektrycznego. Najważniejsze ustawienia dotyczą natężenia prądu spawania, a także prędkości podawania drutu topliwego. Spawacze mający odpowiednie doświadczenie i umiejętności, są w stanie jednym urządzeniem wykonać połączenia rozmaitych rodzajów stali.
Spawanie TIG
Zbliżone do spawania migomatem jest zgrzewanie TIG. To metoda zgrzewania elektrodą wolframową, która jest nietopliwa. Jej zadaniem jest jedynie wywołanie i utrzymanie łuku spawalniczego. W tej technice uchwyt spawalniczy nie podaje drutu, dlatego spawanie najczęściej stosowane jest do łączenia cienkich blach i płaskowników. W razie potrzeby drut topliwy można podawać ręcznie. Metody MIG i TIG charakteryzują się zastosowaniem podobnych mieszanek gazów obojętnych, jednak TIG może być stosowana do łączenia dowolnego materiału.
Spawanie elektrodami w otulinie
Pierwsze metody spawalnicze zostały opatentowane pod koniec XIX wieku. Pionierska była metoda spawania łukiem elektrycznym i elektrodą w otulinie topliwej, obecnie znana jako MMA. W tej technice elektroda jest pokryta granulatem, który topi się pod wpływem temperatury i wytwarza gaz osłonowy. W zależności od potrzeb stosuje się otulinę z rozmaitych materiałów i mającą inne właściwości.
Innym sposobem na zabezpieczenie stopionego materiału elementów łączonych, jest spawanie łukiem krytym. W tym wypadku granulat pokrywający elektrodę topi się częściowo, tworząc warstwę płynnego żużlu na powierzchni. Ta warstwa jest lżejsza od stali i później zastyga, dlatego skutecznie chroni jeziorko spawalnicze.
Inne metody spawalnicze
Spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazu to szereg najpopularniejszych metod na łączenie metali. Jednak w przemyśle z powodzeniem stosowane są też inne techniki spawania materiałów, które wykorzystują inne nośniki energii. Do najważniejszych należą spawanie gazowe i laserowe.
Spawanie gazowe
Jedną z najstarszych metod do dziś z powodzeniem stosowanych w wielu dziedzinach przemysłu jest spawanie gazowe. Do stopienia w miejscu łączenia wykorzystuje się strumień gazu, najczęściej acetylenu, który zasila płomień na palniku. Ta technika łączenia uznawana jest za kosztowną, na co wpływa wysoki koszt gazów. Jednak okazuje się niezastąpiona w spawaniu elementów ulokowanych na zewnątrz, uszkodzonych i z nieprzygotowanym podłożem. Wszelkie prace naprawcze i remontowe w zakładach przemysłowych prowadzone właśnie metodami spawania gazowego.
Spawanie laserowe
Spawanie laserowe polega na łączeniu materiałów poprzez ich nagrzanie za pomocą wiązki laserowej. Metoda wykorzystuje dużą gęstość mocy lasera, a także możliwość bardzo precyzyjnej regulacji strumienia. Wiązka pozwala na wykonanie spoin o bardzo niewielkich rozmiarach i różnych kształtach. Lasery zapewniają ogromną dokładność i prędkość spawania, jednak koszt maszyny spawalniczej jest bardzo wysoki. W związku z tym stosowane są głównie do wykonywania połączeń w produkcji masowej w przemyśle.
Certyfikaty na konkretny rodzaj spawania – jakie są wymagania?
Nie każdy ma możliwość spawania materiałów i wykorzystywanie tej umiejętności zarobkowo. Spawacz jest zawodem objętym w naszym kraju specjalnymi przepisami. Aby móc legalnie pracować na tym stanowisku konieczne jest zdobycie certyfikatu potwierdzającego umiejętności spawacza. Certyfikaty wydawane są na okres trzech lub dwóch lat, a po upływie tego okresu praktykujący pracownicy mogą łatwo je przedłużyć. Szkolenia przeprowadzane są oddzielnie na wszystkie najważniejsze metody spawalnicze.
Aby zostać spawaczem, trzeba spełnić określone warunki. Do szkolenia mogą przystąpić osoby, które mają skończone 18 lat i przynajmniej podstawowe wykształcenie. Kandydat na spawacza musi mieć dobry wzrok, nie cierpieć na schorzenia dróg oddechowych, a także mieć odpowiednie zdolności manualne. Po przejściu szkolenia i zdobyciu doświadczenia w różnych sposobach spawania można znaleźć dobrze płatną pracę na całym świecie.
