Spawanie pulsem czy klasyczny MIG/MAG? Jak dobrać proces do zastosowania?

Nowoczesne źródła spawalnicze oferują dziś znacznie więcej możliwości niż jeszcze kilkanaście lat temu. Rozwój cyfrowego sterowania procesem sprawił, że operatorzy i technolodzy mogą korzystać z wielu wariantów prowadzenia łuku – od klasycznych procesów MIG/MAG z łukiem zwarciowym i natryskowym po zaawansowane procesy pulsacyjne oraz ich różne odmiany.

W praktyce często pojawia się pytanie: czy spawanie pulsacyjne zawsze jest lepszym wyborem niż klasyczny proces MIG/MAG? Odpowiedź nie jest jednoznaczna. Zarówno procesy pulsacyjne, jak i niepulsacyjne znajdują zastosowanie we współczesnej produkcji i mają swoje mocne strony. O wyborze technologii nie powinno decydować przekonanie, że jedna z nich jest „lepsza”, lecz analiza konkretnego zadania technologicznego, rodzaju materiału, wymaganej jakości spoiny oraz oczekiwanej produktywności procesu. 

Proces MIG/MAG – od łuku zwarciowego do natryskowego 

W klasycznym procesie MIG/MAG wyróżnia się 3 podstawowe sposoby przenoszenia materiału dodatkowego w łuku:

• łuk zwarciowy (Short Arc),
• łuk przejściowy (Transitional Arc),
• łuk natryskowy (Spray Arc).

Sprawdź spawarki MIG/MAG

Każdy z tych sposobów różni się energią procesu, wydajnością stapiania materiału dodatkowego oraz mechanizmem przenoszenia kropli ciekłego metalu do jeziorka spawalniczego. To właśnie te różnice decydują o jakości spoiny, stabilności procesu i możliwości zastosowania danego rodzaju łuku w określonych warunkach produkcyjnych.

Łuk zwarciowy

Łuk zwarciowy pracuje przy stosunkowo niewielkiej energii, dlatego znajduje zastosowanie przede wszystkim podczas spawania cienkich elementów oraz tam, gdzie istotne jest ograniczenie ilości ciepła wprowadzanego do materiału.

Do jego najważniejszych zalet należą:

• niewielka energia liniowa,
• możliwość spawania cienkich blach,
• ograniczone ryzyko przepaleń,
• stosunkowo niewielka ilość drobnych odprysków.

Niższa energia procesu przekłada się jednak na mniejszą wydajność stapiania, dlatego łuk zwarciowy nie zawsze będzie optymalnym rozwiązaniem przy spawaniu elementów o większej grubości.

Łuk natryskowy

Wraz ze wzrostem natężenia prądu proces przechodzi w zakres łuku natryskowego. W tym przypadku przenoszenie metalu odbywa się w sposób stabilny, bez zwarć, co pozwala uzyskać wysoką jakość spoin oraz bardzo dużą wydajność stapiania.

Do najważniejszych cech łuku natryskowego należą:

• wysoka energia procesu,
• duża głębokość wtopienia,
• stabilne przenoszenie metalu,
• praktycznie całkowity brak odprysków.Z tego względu łuk natryskowy od wielu lat pozostaje jednym z najbardziej efektywnych rozwiązań przy spawaniu grubszych elementów konstrukcyjnych.

Obszar przejściowy – największe wyzwanie klasycznego MIG/MAG

Największe trudności pojawiają się pomiędzy łukiem zwarciowym a natryskowym, czyli w tzw. obszarze przejściowym. W tym zakresie parametrów przenoszenie metalu staje się niestabilne, a odrywanie kropli odbywa się w sposób trudny do kontrolowania.

W praktyce prowadzi to do:

• zwiększonej ilości odprysków,
• pogorszenia stabilności łuku,
• większej zmienności jakości spoin,
• utrudnionej kontroli całego procesu.

To właśnie ograniczenia klasycznego procesu w tym zakresie stały się impulsem do opracowania technologii spawania pulsacyjnego.

Spawanie pulsacyjne – na czym to polega?

W przeciwieństwie do klasycznego procesu MIG/MAG źródło spawalnicze pracujące w trybie pulsacyjnym nie utrzymuje stałego natężenia prądu. Sterowanie odbywa się poprzez cykliczne przełączanie pomiędzy prądem bazowym, odpowiadającym za podtrzymanie stabilnego łuku, a prądem impulsowym, którego zadaniem jest kontrolowane oderwanie pojedynczej kropli metalu.

Takie sterowanie umożliwia precyzyjne kontrolowanie procesu przenoszenia metalu, dzięki czemu spawanie może być prowadzone stabilnie w znacznie szerszym zakresie parametrów niż w przypadku klasycznego MIG/MAG. Efektem jest lepsza kontrola nad procesem, większa powtarzalność oraz znaczące ograniczenie powstawania odprysków. 

Dlaczego proces pulsacyjny ogranicza powstawanie odprysków?

Jedną z najważniejszych zalet spawania pulsacyjnego jest precyzyjna kontrola procesu przenoszenia metalu w łuku. W klasycznym obszarze przejściowym oderwanie kropli ciekłego metalu następuje w sposób nieregularny, co prowadzi do niestabilności procesu i zwiększonej ilości odprysków. W procesie pulsacyjnym moment oderwania każdej kropli jest ściśle kontrolowany przez odpowiednio zaprogramowany impuls prądowy.

Takie sterowanie umożliwia prowadzenie procesu w szerokim zakresie energii przy zachowaniu stabilnego przenoszenia metalu. W praktyce przekłada się to na kilka istotnych korzyści technologicznych:

• możliwość pracy w szerokim zakresie parametrów spawania,
• dużą wydajność stapiania materiału dodatkowego,
• kontrolowane przenoszenie pojedynczych kropli metalu do jeziorka spawalniczego,
• znaczące ograniczenie powstawania krytycznych odprysków.

Mniejsza ilość odprysków to nie tylko lepsza estetyka wykonanej spoiny. To również krótszy czas czyszczenia detali po spawaniu, mniejsza liczba operacji wykończeniowych oraz ograniczenie kosztów związanych z usuwaniem odprysków przed dalszą obróbką lub malowaniem.

Czy proces pulsacyjny zawsze oznacza większą wydajność?

W praktyce często można spotkać się z opinią, że proces pulsacyjny jest zawsze wydajniejszy od klasycznego MIG/MAG. Jest to jednak zbyt daleko idące uproszczenie.

Praktyka pokazuje, że wydajności procesu nie należy oceniać wyłącznie przez pryzmat prędkości spawania. Takie podejście pomija wiele czynników, które mają bezpośredni wpływ na rzeczywistą produktywność produkcji.

Na końcowy czas wykonania konstrukcji składają się między innymi:

• przygotowanie elementów do spawania,
• manipulacja detalem,
• czas jarzenia łuku,
• usuwanie odprysków,
• czyszczenie spoin,
• operacje wykończeniowe oraz ewentualne poprawki.

Dopiero analiza wszystkich tych etapów pozwala rzetelnie ocenić efektywność procesu. W wielu przypadkach technologia, która generuje mniej odprysków i ogranicza konieczność wykonywania poprawek, okazuje się bardziej ekonomiczna, nawet jeśli sama prędkość spawania nie jest najwyższa.

To właśnie dlatego przy wyborze procesu warto analizować całkowity koszt wykonania spoiny, a nie wyłącznie czas jej wykonania.

Sterowanie I/I i U/I w spawarkach CLOOS – dlaczego ma znaczenie?

Nowoczesne procesy pulsacyjne różnią się nie tylko sposobem generowania impulsów, ale również metodą sterowania charakterystyką łuku.

W źródłach spawalniczych CLOOS Wyróżniamy dwa podstawowe rozwiązania:

• modulację I/I – prąd/prąd (Current/Current), w której podstawowym parametrem sterującym jest natężenie prądu,
• modulację U/I –  napięcie/prąd (Voltage/Current), wykorzystującą jednocześnie zależność pomiędzy napięciem i natężeniem prądu.

Różnice pomiędzy tymi rozwiązaniami mają bezpośredni wpływ na charakter łuku oraz przebieg procesu spawania.

Sprawdź spawarki MIG/MAG

Procesy sterowane metodą I/I – prąd/prąd – charakteryzują się:

• dłuższym i bardziej miękkim łukiem,
• mniejszą głębokością wtopienia,
• niższą prędkością spawania.

Z kolei procesy wykorzystujące sterowanie U/I –  napięcie/prąd – zapewniają:

• krótszy i bardziej skoncentrowany łuk,
• większą głębokość wtopienia,
• możliwość prowadzenia procesu z wyższą prędkością.

Pokazuje to, że nawet w obrębie technologii pulsacyjnych nie istnieje jedno uniwersalne rozwiązanie. Dobór odpowiedniego sposobu sterowania powinien wynikać z wymagań konkretnej aplikacji oraz oczekiwanych właściwości spoiny.

Synergia – dlaczego porównywanie procesów nie jest takie proste?

Współczesne źródła spawalnicze pracują w oparciu o charakterystyki synergiczne, które znacząco upraszczają dobór parametrów spawania. W praktyce oznacza to, że operator nie ustawia niezależnie wszystkich parametrów procesu.

Najczęściej parametrem nadrzędnym pozostaje prędkość podawania drutu, natomiast źródło automatycznie dobiera pozostałe wartości – między innymi natężenie prądu, napięcie czy charakterystykę łuku – zgodnie z zapisanymi programami synergicznymi.

Z tego względu proste porównywanie wartości prądu pomiędzy procesem pulsacyjnym i niepulsacyjnym może prowadzić do błędnych wniosków.

Przy identycznej prędkości podawania drutu oba procesy mogą pracować przy różnych wartościach natężenia prądu, zachowując zbliżoną wydajność. Z drugiej strony, przy tej samej wartości prądu możliwe jest uzyskanie różnej wydajności stapiania materiału dodatkowego.

Oznacza to, że porównując procesy, należy analizować cały zestaw parametrów technologicznych, a nie pojedynczą wartość wyświetlaną na źródle spawalniczym.

Kiedy wybrać proces pulsacyjny?

Spawanie pulsacyjne znajduje zastosowanie przede wszystkim tam, gdzie kluczowe znaczenie mają jakość oraz stabilność procesu.

Technologia ta sprawdza się szczególnie w sytuacjach, gdy celem jest:

• ograniczenie ilości odprysków,
• uzyskanie stabilnego przenoszenia metalu,
• prowadzenie procesu w zakresie parametrów odpowiadających klasycznemu łukowi przejściowemu,
• poprawa jakości i powtarzalności spoin,
• ograniczenie liczby operacji wykończeniowych.

Największą przewagę proces pulsacyjny uzyskuje właśnie w obszarze przejściowym, gdzie klasyczne procesy MIG/MAG wykazują największą niestabilność.

Kiedy klasyczny MIG/MAG pozostaje najlepszym rozwiązaniem?

Nie oznacza to jednak, że klasyczne procesy MIG/MAG tracą dziś na znaczeniu. Wręcz przeciwnie – nadal stanowią podstawową technologię wykorzystywaną w wielu gałęziach przemysłu.

Szczególnie podczas pracy w stabilnym łuku natryskowym proces niepulsacyjny zapewnia:

• wysoką energię procesu,
• dużą głębokość wtopienia,
• wysoką wydajność stapiania,
• możliwość prowadzenia ekonomicznego spawania przy odpowiednio dobranych parametrach.

Dlatego wybór pomiędzy procesem pulsacyjnym a standardowym powinien zawsze wynikać z wymagań technologicznych konkretnego zadania, a nie z przekonania, że jedna technologia jest uniwersalnie lepsza od drugiej.

Podsumowanie

Porównanie spawania pulsacyjnego z klasycznym procesem MIG/MAG nie sprowadza się do wskazania jednego, bezwzględnie lepszego rozwiązania. Obie technologie mają swoje miejsce we współczesnej produkcji i odpowiadają na odmienne wymagania technologiczne.

Proces pulsacyjny zapewnia większą kontrolę nad przenoszeniem metalu, skutecznie ogranicza powstawanie odprysków oraz pozwala prowadzić stabilne spawanie w zakresie parametrów odpowiadających obszarowi przejściowemu. Klasyczny MIG/MAG pozostaje natomiast niezwykle wydajnym rozwiązaniem wszędzie tam, gdzie możliwe jest wykorzystanie stabilnego łuku natryskowego i wysoka energia procesu.

Efektywność procesu spawania należy oceniać z perspektywy całego procesu produkcyjnego. Ostateczną efektywność determinują nie tylko parametry spawania czy prędkość prowadzenia łuku, lecz także czas przygotowania elementów, liczba operacji wykończeniowych, konieczność usuwania odprysków oraz ewentualnych poprawek. Dopiero uwzględnienie wszystkich tych czynników pozwala dobrać technologię, która będzie najbardziej efektywna zarówno pod względem jakości wykonania, jak i kosztów produkcji.