Spawanie elektrodami otulonymi należy do najbardziej uniwersalnych metod łączenia. Okazała się pionierska i zapoczątkowała rozwój spawalnictwa na świecie. Pomimo swoich wad i pewnych trudności, obecnie nadal stosowana jest w przemyśle. W poradniku przedstawiamy najważniejsze zagadnienia związane ze spawaniem elektrodami w otulinie. Przedstawiamy też, jak powinien przebiegać proces spawania prądem krok po kroku.
Spawanie MMA – na czym polega?
Spawanie polega na topieniu elementów metalowych za pomocą wysokiej temperatury. Spawanie MMA to metoda wykorzystywana najwcześniej, która uznawana jest za początek spawalnictwa. Nazywana jest spawaniem elektrodą otuloną, a skrót MMA można rozszyfrować jako manual metal arc welding. Wśród innych nazw występują shielded metal arc welding (SMAW) i metoda 111.
Łączenie materiału metodą MMA polega na wytworzeniu łuku elektrycznego pomiędzy elementami spawanego materiału. Wykorzystuje się do tego elektrodę umieszczoną w uchwycie spawalniczym. Elektroda składa się z metalowego rdzenia pokrytego sprasowaną otuliną. Po rozpoczęciu pracy elektroda nie tylko wywołuje łuk elektryczny i wypełnia spoinę, ale także tworzy osłonę gazową w miejscu łączenia. Dzięki temu do spoiny nie dostają się zanieczyszczenia i czynniki, które mogłyby zaszkodzić jego jakości.
Historia spawanie elektrodami otulonymi
Spawanie elektryczne elektrodą pokrytą otuliną jest pierwszą opatentowaną metodą spawalniczą. Choć łuk spawalniczy i jego cechy zostały odkryte około 1800 roku, budową urządzeń spawalniczych zajęto się dopiero w 1885 roku. Pierwsze z nich stało się dziełem Nikołaja Benardosa oraz Stanisława Olszewskiego. To oni opatentowali pierwszą metodę spawalniczą, która nazywana była Elektrogefest. Obecnie nadal wykorzystywane są założenia i wiele rozwiązań stworzonych prawie 150 lat temu.
Różnice pomiędzy MMA i innymi metodami spawalniczymi
Elektrody wykorzystywane są w większości metod spawania łukowego. Technika łącznia jest bardzo zbliżona technologicznie do metod MIG/MAG i TIG, gdzie łuk także wytwarza elektroda. Najważniejszą różnicą pomiędzy technikami jest to, że w spawaniu metodą MMA elektroda dodatkowo wytwarza gaz osłonowy, który w innych technikach podawany jest za pomocą uchwytu spawalniczego.
W metodzie MMA dochodzi też do stosunkowo szybkiego zużycia elektrody. Otulina wypala się, a rdzeń stapia, dlatego elektrodę należy często wymieniać. Tymczasem w pozostałych wymienionych technikach elektroda podawana jest przez spawarkę. Z kolei w metodzie TIG stosuje się elektrodę wolframową, która wykorzystywana jest tylko do prowadzenia łuku spawalniczego, a jej zużycie jest śladowe.
Spawanie MMA – proces krok po kroku
Jak rozpocząć spawanie MMA? Podobnie jak we wszystkich innych technikach spawalniczych, należy rozpocząć od przygotowania powierzchni. Miejsce spawania trzeba dokładnie oczyścić z zabrudzeń, korozji i resztek farby. Należy również przygotować krawędzie do wykonania konkretnego spawu. Może być potrzebne nacięcie ich pod kątem, uformowania pionowej szczeliny pomiędzy krawędziami lub wygięcie materiału.
Po przygotowaniu podłoża możesz przejść do samego układania spoiny. Musisz ustawić planowane napięcie prądu na spawarce i dotknąć krawędzią elektrody miejsca łączenia. Dopiero zetkniecie pomiędzy elektrodą a materiałem, doprowadzi do wytworzenia łuku elektrycznego. Koniecznie utrzymaj go poprzez prowadzenie elektrody w niewielkiej odległości od materiału. Jeśli za pierwszym razem nie uda się zajarzyć łuku, warto wyregulować ustawienia na spawarce i jeszcze raz sprawdzić podłoże. Regulacja natężenia prądu może być potrzebna dodatkowo po pierwszych próbach i ocenie wizualnej spawu.
Łuk spawalniczy wytwarza temperaturę, która prowadzi nie tylko do stopienia krawędzi spawanego materiału. Wytapia się także rdzeń elektrody, a otulina wypala, tworząc gaz osłonowy. W ten sposób stopione fragmenty elektrody w formie kropli wpadają do powstałego głębokiego jeziorka, w którym znajduje się płynny materiał. Stopiony rdzeń uzupełnia go, tworząc trwałą spoinę. Jednocześnie w miarę wytapiającego się materiału spawacz musi utrzymać długość łuku, czyli odległość pomiędzy elektrodą a materiałem spawanym. Wówczas stabilność łuku i jakość spawu będą utrzymane stale na takim samym poziomie.
Usuwanie żużla z powierzchni spoiny
W czasie układania spoiny wypalająca się otulina opada do płynnego jeziorka spawalniczego i krzepnie w nim. W ten sposób tworzy się żużel, który utrzymuje się na powierzchni płynnego metalu i chroni go przed zanieczyszczeniami. Po zastygnięciu żużel pęka, tworząc nieestetyczną i kruchą warstwę, która należy usunąć po całkowitym ostygnięciu.
Żużel z powierzchni ściegu spawalniczego jest odbijany za pomocą specjalnych młotków ręcznych. Wystarczy ostukanie spoiny, a warstwa żużlu sama odejdzie, pozostawiając gładkie lico. Do tych prac nie używa się żadnych urządzeń mechanicznych i elektronarzędzi, które mogłyby uszkodzić połączenie. Choć żużel istotnie wpływa na jakość spoiny i zabezpiecza ją w newralgicznym momencie, jego usuwanie jest czasochłonne i obniża wydajność spawania.
Co można łączyć za pomocą metody MMA?
Spawanie elektrodą MMA jest techniką bardzo uniwersalną. Za pomocą odpowiednio dobranych elektrod i wyregulowanego natężenia prądu można łączyć dowolne gatunki stali. Sprawdza się zarówno przy stali niskostopowej, jak i wysokostopowej, a także metalach nieżelaznych. Technika wykorzystywana jest głównie do łączenia elementów o dużej grubości, jednak niewielka średnica elektrody pozwala na spawanie cienkich płaskowników i profili.
Spawarki MMA wykorzystywane są do wykonywania prac głównie w przemyśle, w czasie remontów i napraw. Wynika to z dużej odporności na zanieczyszczenia i możliwości stosowania większości elektrod w mokrym środowisku. W ten sposób łączy się elementy konstrukcji na budowie, naprawia uszkodzenia, a także wykonuje montaże w trudno dostępnych miejscach.
Spawarki nie wymagają idealnego przygotowania podłoża, a także konkretnej pozycji spawania. Można spawać niemal wszystko i w każdej pozycji, a także łatwo zmieniać elektrody do konkretnych typów pracy i materiałów. To wszystko sprawia, że z tej techniki korzysta też wielu majsterkowiczów, pracowników zakładów mechanicznych i blacharskich, a także warsztatów, w których spawanie jest tylko zajęciem dodatkowym.
Jak dobierać elektrody spawalnicze?
Kluczem do wykonania trwałej spoiny spawarką MMA jest dobór odpowiedniej elektrody. Najważniejszym elementem, jaki podlega wyborowi, jest otulina elektrody. Od materiału zastosowanego do jej przygotowania zależą cechy spoiny, a także możliwości jej zastosowania. Do najważniejszych typów elektrod do spawania należą akcesoria zawierające następujące otuliny:
- elektrody w otulinie rutylowej – to najbardziej uniwersalna elektroda, którą zaleca się stosować do łącznia elementów cienkich, ale sprawdza się także przy grubszych. Elektroda ma dobrą topliwość i może być stosowana do pracy w każdej pozycji. Jest wykorzystywana do spawania prądem przemiennym lub stałym, jednak tylko o biegunowości ujemnej. Wadą jest stosunkowo kruchy spaw, który osłabia stosunkowo wysoka zawartość wodoru powstałego w czasie spawania;
- elektrody w otulinie celulozowej – kolejna elektroda, która wykorzystywana jest do spawania prądem stałym i przemiennym. Zaletą jest możliwość głębokiego wtopienia spoiwa, co przydaje się przy pracy w trudnych warunkach. Wadą jest niska wytrzymałość i jakość spawu;
- elektrody w otulinie kwaśnej – tego typu elektrodą wykonuje się spoiny o gładkich i płaskich licach, jednak przeciętnych właściwościach mechanicznych. Wynika to z dużych zawartości tlenków manganu i żelaza, które zanieczyszczają i osłabiają jeziorko spawalnicze.
- elektrody w otulinie zasadowej – wykorzystując te elektrody, można spawać we wszystkich pozycjach, jednak prąd spawania musi być stały i mieć dodatnia biegunowość. W czasie nakładania materiał jest elastyczny, co wpływa na dużą trwałość i estetykę spoiny. Elektroda musi jednak być zastosowana w suchym otoczeniu, a przed rozpoczęciem pracy należy ją suszyć nawet do 3 godzin.
Poza możliwością dobru otuliny i regulacji prądu, elektrody wybiera się także pod kątem wymiarów spawu. Chodzi tu o średnicę elektrody, która nie powinna być większa, niż grubość spawanego elementu. Najczęściej korzysta się z elektrod o wymiarach przekroju od 1,6 mm do 6 mm. W zależności od jej średnicy można wykorzystać elektrodę do łączenia następujących grubości materiałów:
- 1,6 mm – grubość elementu od 1,5 mm do 2,5 mm;
- 2 mm – grubość elementu od 2,5 mm od 3,5 mm;
- 2,5 mm – grubość elementu od 3 mm do 5,5 mm;
- 3,2 mm – grubość elementu od 4 mm do 6,5 mm;
- 4 mm – grubość elementu od 6 mm do 9 mm;
- 5 mm – grubość elementu od 7,5 mm do 10 mm;
- 6 mm – grubość elementu od 9 mm do 12 mm.
Najważniejsze zalety spawania MMA
Spawanie łukowe elektrodą to metoda z bardzo długą historią, jednak stale uznawana za skuteczną. Nie traci na popularności także ze względu na niepodważalne zalety technologii. Za największą uznaje się niewątpliwie uniwersalność i możliwość stosowania na niemal każdym materiale. MMA można łączyć metale z różnych stopów, gatunków, a także mające rozmaity skład chemicznych. Sprawdza się także do pracy z żeliwem i metalami nieżelaznymi jak nikiel, miedź i inne.
Spawanie łukowe elektrodą otuloną można wykonywać w wielu pozycjach. Ręczne spawanie dopuszczalne jest nawet w pozycji pionowej oddolnej czy pułapowej. Te same urządzenia nadają się do spawania grubych przekrojów kątowników i profili, a także cienkich blach stalowych. Szybka wymiana elektrody w uchwycie sprawia, że natychmiast można pracować na kolejnym materiale i innych grubościach. Co ciekawe, właśnie metoda MMA jest wykorzystywana do wykonywania połączeń w spawaniu podwodnym.
Najbardziej uniwersalna metoda spawania łukowego ma też inne zalety. Wykonywane nią spoiny są w większości przypadków bardzo trwałe i wyglądają estetycznie. Maja dobre właściwości i wykazują się odpornością na uszkodzenia mechaniczne, a także zmiany wynikające z użytkowania. Zaletą jest też niewielka waga i poręczność urządzeń do spawania MMA. Nie ma tu butli z gazem i dodatkowych rolek z materiałem wypełniającym spoiny. Z kolei krótkie elektrody można z powodzeniem trzymać w stalowych opakowaniach przystosowanych do zawieszenia przy pasie.
Wady spawania metodą MMA
W momencie powstawania techniki spawania MMA samo łączenie materiałów za pomocą łuku elektrycznego było ogromnym osiągnięciem. Przyspieszało prowadzenie prac, nadawało łączeniom niezawodności i ograniczało koszty. Z biegiem czasu zaczęto zauważać duże zużycie materiału i obecnie właśnie niska wydajność spawania jest uznawana za największą wadę. Elektrody trzeba często wymieniać, a przy standardowych pracach w ciągu godziny zużywa się nawet 1,5 kilograma materiału. Warto dodać, że elektrody do MMA są droższe w porównaniu z pozostałymi.
Metoda jest bardzo pracochłonna i zajmuje wiele czasu. Szacuje się, że w ciągu minuty można wykonać maksymalnie do 40 cm spoiny. Przy łączeniu grubszych elementów trzeba nakładać spoiny warstwowo, co jeszcze wydłuża pracę. Trzeba przerywać pracę, żeby zbijać żużel, w wyniku czego tylko 25 % czasu pracy zajmuje samo spawanie.
Przy długotrwałej pracy technika MMA jest też uciążliwa dla samych spawaczy. Przy każdej warstwie trzeba zbijać powstały żużel, co bywa bardzo pracochłonne. Ponadto przy spawaniu wytwarza się wiele gazów dodatkowo ograniczających widoczność i utrudniających pracę. Na dodatek jakość spoiny i jej wygląd w ogromnym stopniu są uzależnione od umiejętności spawacza.
Spawanie MMA to technika, która uznawana jest za matkę TIG oraz MIG/MAG. Choć nowocześniejsze metody wykonywania połączeń są bardziej ekonomiczne i szybsze, wśród użytkowników spawanie elektrodami w otulinach nadal cieszy się zainteresowaniem. Uniwersalność tej techniki i łatwość spawania sprawiają, że nadal króluje głównie w warsztatach.
