Jak spawać elektrodą otuloną – metody 111, SMAW i MMA

Najstarszą obecnie stosowaną metodą spawalniczą jest spawanie elektrodą otuloną. Ceni się ją zwłaszcza za uniwersalność, a także możliwość pracy we wszystkich pozycjach. Dodatkowo spawarki MMA są dość proste w obsłudze, co sprawia, że nadają się do użytku przez osoby niezbyt zaawansowane. Dzisiaj szczegółowo opisujemy tę technikę i podpowiadamy, jakich elektrod używać w zależności od potrzeb.

Udostępnij

Autor expondo expert
8 października, 2021

Najstarszą obecnie stosowaną metodą spawalniczą jest spawanie elektrodą otuloną. Ceni się ją zwłaszcza za uniwersalność, a także możliwość pracy we wszystkich pozycjach. Dodatkowo spawarki MMA są dość proste w obsłudze, co sprawia, że nadają się do użytku przez osoby niezbyt zaawansowane. Dzisiaj szczegółowo opisujemy tę technikę i podpowiadamy, jakich elektrod używać w zależności od potrzeb.

Spawanie elektrodami otulonymi (synonimy: metoda 111, SMAW i MMA) upowszechniło się na samym początku XX w. Stosowano wówczas elektrody topliwe składające się z drutu stalowego osłoniętego mieszaniną gliny i wapnia lub węglanów i krzemianów. Pomimo tego, że jest najstarszą obecnie używana techniką, wciąż ma szerokie grono zwolenników. Powodem są wszechstronność, niewielki koszt zakupu urządzeń spawalniczych oraz stosunkowa łatwość – aby spawać metodą 111 nie trzeba mieć dużego doświadczenia.

Jak spawać elektrodą?

Aby zacząć spawanie elektrodą otuloną, należy dotknąć jej końcem do materiału (następuje tzw. kontakt). Elektroda zacznie się topić, a krople metalu utworzą jeziorko spawalnicze, które po ostygnięciu zamieni się w spoinę. Podczas pracy z elektrodą tego typu powinno się utrzymywać łuk o stałej długości, przesuwając koniec elektrody wzdłuż wyznaczonej osi spawania. Nie trzeba używać dodatkowych źródeł gazu, ponieważ otulina wytwarza gaz chroniący roztopiony metal, a następnie tworzy na jego powierzchni – także działający protekcyjnie – żużel. Należy go po zakończeniu pracy usunąć, ostukując młoteczkiem. Spawanie elektrodą otuloną kończy się w momencie odsunięcia jej od materiału – łuk elektryczny zostaje wówczas przerwany. Podczas pracy elektrody się zużywają, należy je więc sukcesywnie wymieniać na nowe.

Bardzo wydajne urządzenia na wynos.

MAŁA GASTRONOMIA

Kup teraz

Techniki spawania elektrodą

Spawanie elektrodą otuloną dzieli się ze względu na pozycję spawania. Są one dodatkowo oznaczane literowo. Wyróżniamy następujące:

• podolną (PA)
• naboczną (PB)
• naścienną (PC)
• okapową (PD)
• pułapową (PE)
• pionową z dołu do góry (typu PF)
• pionową z dołu do góry (typu PH)
• pionową z góry na dół (typu PG)
• pionową z góry na dół (typu PJ)

Istnieją też pozycje dedykowane łączeniu rur pochylonych pod kątem 45°. Jeżeli spoina idzie z dołu do góry, będzie ona oznaczona kodem H-L045, natomiast jeśli z góry na dół, to J-L045. Stosowanie się do technicznych kodów – podobnie jak do symboli oznaczenia spoin – podczas zleconych prac jest bardzo istotne, ponieważ z jednej strony ułatwi spawanie, a z drugiej przełoży się na utrzymanie wysokiej jakości produktu końcowego.

Warto przy tym zaznaczyć, że najłatwiejszą pozycją do spawania jest podolna. Jeżeli nie mamy dużego doświadczenia, to w miarę możliwości powinniśmy stosować głównie tę pozycję.

Parametry spawania MMA / metodą 111

Podczas spawania elektrodami z otuliną należy wiedzieć, jakich parametrów trzymać się w trakcie pracy. Wyróżniamy następujące:

• Rodzaj prądu i jego biegunowość: spawanie MMA wymaga zastosowania prądu stałego lub przemiennego o biegunowości dodatniej (+) albo ujemnej (-). Biegunowość wpływa na głębokość wtopu oraz prędkość zużywania się elektrody, należy więc stosować ją zgodnie z rodzajem elektrody. Częstotliwość powinna wynosić 50 Hz.
• Natężenie prądu spawania: spawarka powinna dysponować możliwością regulacji wartości. Dobiera się ją, mając na uwadze typ elektrody, jej średnicę oraz pozycję spawania. Optymalne natężenie powinno być zgodne ze wzorem Isp=(30÷40)×d (d to średnica elektrody). Jeżeli zastosujemy zbyt duże natężenie, elektroda będzie się przegrzewać i pojawią się rozpryski. Gdy wartość będzie zbyt niska – łuk straci stabilność. Nieco mniejsze natężenie prądu od optymalnego wskazane jest jedynie podczas spawania w pozycji pułapowej, naściennej oraz gdy robimy pierwszy ścieg.
• Tor ruchu elektrody: elektrodę zwykle prowadzi się prostoliniowo. W celu uzyskania większego przetopu bardziej doświadczeni spawacze tworzą tzw. zakosy.
• Pochylenie elektrody: jest bardzo istotne, ponieważ wpływa na stopień wtopienia, a także wygląd spoiny. Pochylenie zgodne z kierunkiem spawania spowoduje większe wtopienie, a szerokość lica będzie niewielka. Natomiast pochylenie przeciwne wywoła efekt odwrotny. Dlatego grubsze materiały spawa się, nachylając elektrodę do kierunku spawania, a cieńsze – odchylając od niego.
• Prędkość spawania: zachowanie odpowiedniej wynika z wielu zmiennych, a wybór optymalnej zależy od umiejętności osoby spawającej. Generalnie zbyt niska spowoduje powstanie za szerokich i wysokich spoin (a nawet przepaleń), natomiast zbyt niska – nieregularnych oraz wąskich.
• Typ i średnica elektrod: wybór odpowiedniej ma bezpośrednie przełożenie na ostateczny kształt spoiny oraz głębokość wtopienia. Średnica powinna być dostoswana do grubości obrabianego materiału.

Wybierając spawarkę do pracy, należy zwrócić uwagę na amperaż, jakim dysponuje dany model (oznacza maksymalny prąd spawania). Wyznacznik mocy określi rodzaj optymalnych do spawania elektrod oraz nadającą się grubość materiału do obróbki. Istotny jest również cykl pracy, który powie nam, jak długo możemy spawać bez przerwy. Z kolei funkcje dodatkowe bardzo ułatwią nam pracę. Znajdziemy je w spawarkach typu inwertorowego i należą do nich:

• Arc Force – stabilizuje łuk przy zmianach jego długości, ponieważ w trakcie skracania wzrasta prąd.
• Anti Stick – funkcja ta przeciwdziała zwarciom. W przypadku przyklejenia się elektrody do materiału prąd zostanie automatycznie obniżony do wartości minimalnej. Ułatwi to oderwanie elektrody bez ryzyka jej uszkodzenia.
• Hot Start – bardzo ułatwia rozpoczęcie pracy. W momencie zajarzania łuku następuje chwilowe zwiększenie prądu spawania. Po zapłonie parametr wraca do ustawionej wartości. Dzięki tej funkcji przetop będzie od samego początku właściwie ukształtowany.

Zalety i wady spawania elektrodą

Jak już wcześniej wspomniano, spawanie elektrodą otuloną należy do bardzo uniwersalnych metod. Da się nią łączyć różne gatunki stali (stopowe, niestopowe), żeliwo, nikiel, miedź oraz ich stopy. Do innych zalet należą:

• Możliwość pracy w każdej pozycji, na zewnątrz pomieszczeń (także przy lekkim wietrze), a także pod wodą.
• Dość wysoka jakość spoin (przy umiejętnym spawaniu) oraz znaczna ich wytrzymałość.
• Sposobność łączenia zarówno bardzo cienkich (od 1,5 mm), jak i grubych elementów.
• Wykorzystywanie do pracy stosunkowo tanich oraz łatwych w obsłudze spawarek o niewielkiej wadze (są bardzo mobilne).

Największą wadą spawania elektrodami otulonymi jest czasochłonność. Pracę trzeba często przerywać, aby zainstalować świeżą elektrodę, a gromadzący się żużel usuwać za pomocą specjalnego młotka. Wydajność również nie jest zbyt wysoka (poniżej 5 kg stopiwa na godzinę). Inne niedogodnością związane z tą metodą to:

• duża ilość oparów i dymów, które wydziela topiąca się elektroda,
• wysoka wrażliwość na wilgoć (zwłaszcza podczas pracy z elektrodami o otulinie zasadowej),
• niewielka prędkość spawania.

Z tego powodu spawarki MMA używane są głównie do mniejszych prac naprawczych i konstrukcyjnych. Podczas bardziej złożonych zadań wykorzystuje się zaś łączenie metali metodami TIG (można ją zrobotyzować) i MIG/MAG (nawet ręcznie spawa się bardzo szybko).

Budowa elektrody otulonej

Typowa elektroda MMA zbudowana jest z metalowego rdzenia otoczonego otuliną z minerałów, składników organicznych, metali i żelazostopów. Podczas spawania powłoka topi się, wytwarzając ochronne gazy, które zabezpieczają płynny metal przed niekorzystnym działaniem powietrza. Osłonka ułatwia również zajarzenie łuku oraz go stabilizuje. Dzięki niej powstaje też ochronny żużel. Zwykle grubość otuliny wynosi ok. 60% rdzenia.

Rodzaje elektrod spawalniczych

Istnieją 4 podstawowe rodzaje elektrod, które wyróżnia się ze względu na zastosowaną otulinę:

• Elektrody rutylowe (R): ich osłonki składają się rutylu i odtleniaczy (żelazokrzemu i żelazomanganu). Są one bardzo uniwersalne i łatwe do spawania, zwykle nie wymagają też suszenia. Ich zaletą jest też bardzo gładka spoina. Dodatkowo żużel daje się łatwo usunąć. Wadą jest natomiast fakt, że spoiny są stosunkowo kruche.
• Elektrody celulozowe (C): w ich otulinie znajdują się odtleniacze i celuloza (do 1/3 składu). Przed użyciem nie suszy się ich, ponieważ zawierają bardzo mało wody. Z tego powodu świetnie nadają się do wymagających prac na zewnątrz – np. spawania rurociągów.
• Elektrody kwaśne (A): w skład otuliny wchodzą odtleniacze i tlenki żelaza. Tego typu elektrody suszy się jedynie w razie wystąpienia wykwitów czy problemów ze spawaniem. Są one świetne, jeżeli zależy nam na płaskiej oraz gładkiej spoinie.
• Elektrody zasadowe (B): otulina tego typu elektrod zrobiona jest z fluorytów oraz węglanów wapnia i magnezu. Spoina czołowa wykonana za ich pomocą odznacza się bardzo dużą odpornością na pękanie. Wadą elektrod jest natomiast fakt, że przed użyciem trzeba je suszyć przez ok. 2 godziny (300-350°C).

W sprzedaży można znaleźć również elektrody rutylowo-celulozowe (RC), rutylowo-zasadowe (RB), rutylowo-grube (RR) czy rutylowo-kwaśne (RA). Łączą one w sobie cechy różnych typów elektrod podstawowych.

Ze względu na higroskopijność elektrody trzeba przechowywać w suchym pomieszczeniu o temperaturze pokojowej. Typ zasadowy, który chłonie wodę nawet z powietrza, najlepiej jest dodatkowo umieścić w specjalnym termosie, w którym panuje zalecana przez producenta temperatura. Nie powinno się ich wyjmować z oryginalnych opakowań ani przechowywać w stosach.

Jaką elektrodę wybrać?

Przed rozpoczęciem spawania należy przeanalizować, jaki zakres prac mamy do wykonania. Pozycje spawania oraz rodzaj prądu i jego biegunowość (+/-) będą w tym wypadku wymuszały dobór odpowiedniej elektrody.

• Elektrody kwaśne będą wykorzystywane podczas spawania nabocznego i podolnego. Spawanie w pozostałych pozycjach (z wyjątkiem pionowej z góry w dół) też jest możliwe, ale w ograniczonym zakresie. Można używać przy tym prądu stałego (-) lub przemiennego (-).
• Elektrody celulozowe sprawdzą się w każdej pozycji. Poleca się je zwłaszcza do wymagającej pozycji z góry na dół. Stosuje się prąd przemienny (+) lub stały (+).
• Elektrody rutylowe nie nadają się jedynie do spawania pionowego z góry w dół. Będą doskonałe do cienkich elementów. Prąd, jakiego należy użyć, to prąd (-) stały lub przemienny (-).
• Elektrody zasadowe podobnie jak wcześniejszy typ nie są zalecane do spawania z góry na dół, a w reszcie pozycji sprawdzają się bardzo dobrze. Podczas pracy wykorzystuje się tylko i wyłącznie prąd stały (-).

Warto przy tym zaznaczyć, że na opakowaniu danych elektrod producent powinien zawrzeć informację odnośnie parametrów pracy (również natężenia prądu spawania).

Dobór elektrody do grubości blachy

Wybór elektrody otulonej zależy też ściśle od grubości spawanych elementów oraz spoiny. Podczas pracy zwykło się dobierać elektrody ze względu na ich średnicę w następujący sposób:

• przy grubości 1,5-2,5 mm – Ø elektrody 1,6 mm
• 2,5-3,5 mm – Ø2 mm
• 3-5,5 mm – Ø2,5 mm
• 6-9 mm – Ø4 mm
• 7,5-10 mm – Ø5 mm
• 9-12 mm – Ø6 mm

Zastosowanie odpowiedniej elektrody przełoży się na prawidłową głębokość wtopienia oraz właściwy kształt spoiny. Ma to znaczenie zwłaszcza w przypadku osób niezbyt doświadczonych.

Jaka elektrodą do spawania w pionie?

Spawanie w pionie z góry w dół, zwane przez spawaczy opadowym, jest dość trudną techniką. Oprócz dużych umiejętności wymaga także użycia odpowiednich elektrod. W tym przypadku wykorzystuje się tylko i wyłącznie typ celulozowy. Spawanie opadowe stosuje się np. podczas łączenia elementów rurociągów, a także mniejszych obiektów o zaokrąglonych krawędziach.

Jeżeli jesteśmy niewprawieni, materiał jest dość gruby (powyżej 6 mm), a spoina pachwinowa ma przenosić duże obciążenia, należy spawać zawsze w pionie od dołu do góry. Nadają się do tego elektrody celulozowe, rutylowe i zasadowe. Spawanie elektrodami kwaśnymi może być stosowane w ograniczonym zakresie.

Jakie elektrody do spawania stali?

Do spawania elementów stalowych wykorzystuje się wszystkie typy elektrod otulonych. Wybór odpowiedniej zależeć będzie głównie od pozycji, w jakiej mamy zamiar pracować, a także warunków otoczenia. Do pracy ze stalą nadają się też wszystkie dostępne na rynku metali. Problematyczne może być jedynie łączenie elementów ze stali nierdzewnej. W ich przypadku sprawdzają się przede wszystkim elektrody rutylowe.

Jaka elektroda do aluminium?

Niestety do spawania aluminium elektrody otulone nie będą odpowiednie. Należy zawsze używać metody TIG lub MIG z wykorzystaniem gazu osłonowego (np. argonu). Warto przy tym zaznaczyć, że blacha aluminiowa jest dość trudna do spawania i wymaga sporego doświadczenia. Wynika to głównie z tego, że aluminium topi się w niskiej jak na metal temperaturze, bo już w 660,3°C. Jeżeli brakuje nam doświadczenia, to spawanie urządzeniem TIG powinno być łatwiejsze.

Jakie elektrody do spawarki transformatorowej?

Istnieją różne rodzaje spawarek. Posiadając spawarkę transformatorową, należy zawsze używać elektrod otulonych. Do pracy można wykorzystywać wszystkie typy elektrod za wyjątkiem zasadowych. Należy przy tym mieć na uwadze, że spawarki transformatorowe odznaczają się niską stabilnością łuku, nieprecyzyjnym sterowaniem oraz dość dużą masą. Z drugiej strony są stosunkowo tanie w zakupie, łatwe w obsłudze i dość niezawodne.

Jakie elektrody do spawania domowego?

Wielu wykorzystuje spawarki okazjonalnie, podczas drobnych napraw wokół domu, majsterkowania lub prac konstrukcyjnych. Używa się ich np. do budowy bram, rekonstrukcji balkonów lub zainstalowania przęseł metalowych ogrodzeń. Także mechanicy-amatorzy mogą we własnym zakresie np. pospawać tłumik czy inne elementy podwozia samochodowego.

Takie osoby zwykle nie posiadają dużego doświadczenia, zależy im na łatwości spawania oraz estetycznym wyglądzie spoiny. Idealne dla nich będzie zatem spawanie elektrodą rutylową, która nadaje się do pracy w niemal każdej pozycji oraz sprawdza się nawet w wypadku łączenia bardzo cienkich elementów. Da się za jej pomocą wykonać też bardzo różne rodzaje spoin. Dodatkowo można jej z powodzeniem używać zarówno w spawarkach transformatorowych, jak i nowoczesnych urządzeniach MMA opartych na inwertorach IGBT.