Część praktyczna.

Na wstępie ćwiczenia zapoznaliśmy się z zasadą budowy

i sposobu oznaczania butli do gazów technicznych.

W spawalnictwie stosuje się następujące gazy techniczne:

• gazy palne - acetylen, butan, gaz koksowniczy, gaz świetlny, gaz ziemny, metan, propan, wodór

• gazy podtrzymujące palenie - powietrze, tlen

• gazy ochronne - argon, azot, dwutlenek węgla.

ACETYLEN - jest jedynym gazem palnym stosowanym do wszystkich procesów spawalniczych łącznie ze spawaniem. Do wytwarzania acetylenu używa się karbidu otrzymywanego w łuku elektrycznym z tlenkiem wapnia i koksu. Działanie wody na karbid powoduje wydzielanie się acetylenu i powstanie wodorotlenku wapnia.

CaC₂ + 2H₂O = C₂H₂ + Ca(OH)₂

Urządzenie do wytwarzania acetylenu nazywa się wytwornicą acetylenową, ma postać zbiornika, w którym zachodzi reakcja między węglikiem wapnia a wodą. W praktyce z 1kg karbidu można otrzymać około 300l acetylenu (C₂H₂) w temp. 0^°C i pod ciśnieniem ok. 0,1MPa. Acetylen przechowuje się w butlach stalowych wypełnionych masą porowatą i acetonem, w którym bardzo łatwo się on rozpuszcza. Butla do magazynowania acetylenu jest zamknięta zaworem stalowym. Wewnątrz butli nie możemy nic zmieniać, natomiast na zewnątrz możemy jedynie podwyższać ciśnienie do 0,15MPa, większego ciśnienia nie możemy ustawiać. Butle podlegają okresowym badaniom co 5 lat, stemplowane przez rzeczoznawcę RDT oraz malowane wg PN - 64/M - 69210.

• acetylen - kolor butli biały, napis czerwony

• tlen - kolor butli błękitny, napis czarny

• dwutlenek węgla - kolor butli czarny, napis żółty CO₂ i inne.

Oznaczenie 902 na tabliczce znamionowej butli, oznacza ważność butli do końca września 2002 roku.

REDUKTOR - ma za zadanie zredukować i utrzymać stałe ciśnienie gazu przed palnikiem, niezależnie od stopnia opróżnienia butli. Warto dodać, że od reduktora prowadzą dwa przewody:

• acetylenowy - czerwony

• tlenowy - niebieski.

TLEN - niektóre ciała palne jak np. tłuszcze nie zapalają się w styczności z powietrzem, natomiast zapalają się, a nawet wybuchają samoczynnie w zetknięciu z tlenem, szczególnie pod ciśnieniem. Czystość tlenu musi być wysoka 99,8% abyśmy mogli korzystać z cięcia. Przy czystości 99,5% cięcie jest niemożliwe.

Poznaliśmy również różne rodzaje palników do cięcia jak i do spawania.

PALNIK - jest narzędziem, w którym następuje dokładne wymieszanie gazu palnego z tlenem, w wyniku czego otrzymuje się płomień o stałej wydajności, określonego kształtu i o określonych własnościach chemicznych i fizycznych.

Rozróżniamy następujące rodzaje palników:

• wysokociśnieniowe

• równoprężne

• smoczkowe

• bezsmoczkowe

• inżektorowe

• iglicowe.

Palniki do spawania:

• drut elektrodowy podawany jest do strefy łuku ze stałą prędkością, przy czym szybkość stapiania się drutu regulowana jest przez źródło prądu; palnik posiada tylko dyszę tnącą.

Palniki do cięcia:

• cięcie następuje za pomocą strumienia tlenu i płomienia podgrzewającego; palnik ma wylot zakończony odpowiednią głowicą, do której przykręca się dyszę (podgrzewającą i tnącą).

Poznaliśmy dwa procesy:

1. CIĘCIE

Cięciu poddaliśmy następujące metale:

St3S - stal węglowa konstrukcyjna zwykłej jakości o zawartości węgla

max 0,22%; symbol S oznacza stal spawalną, bardzo dobra

spawalność. (bardziej obciążone konstrukcje budowlane)

PA2 - (AlMg2Mn), stop aluminium przerabiany plastycznie, o zawartości

Mg 2,0% - 2,8%; Mn 0,15% - 0,40%, spawalność dobra,

spawanie drutem SP A2 i SP A3, SP A11 (średnio obciążone

elementy konstrukcji lotniczych, okrętowych)

M1R - gatunek miedzi, która stosowana jest na druty, taśmy, rury

1H18N9T - stal chromowo - niklowa, stopowa, austenityczna odporna

na korozję, nierdzewna. (stosowana do budowy konstrukcji

spawanych); o zawartości max 0,12%C, Mn max 2%,

Ni 8,0% - 11%, spawalność bardzo dobra (spawanie

elektrodą ES18 - 8 - 2B, ES18 - 8NbB, ES18 - 8B)

Stal St3S uległa przecięciu płomieniem acetylenowo - tlenowym, natomiast pozostałe metale nie uległy przecięciu. Ponieważ aby cięcie płomieniem acetylenowo - tlenowym było możliwe, muszą być spełnione następujące warunki:

• temperatura zapłonu metalu w tlenie powinna być niższa od temp. jego topnienia

• temperatura topnienia żużla powstającego w czasie cięcia powinna być niższa od temperatury topnienia przecinanego metalu

• powstający w czasie cięcia żużel powinien być rzadkopłynny, a metal powinien mieć możliwie małą przewodność cieplną.

Tak więc ze znanych metali jedynie stale węglowe oraz niskostopowe spełniają powyższe warunki i mogą być cięte płomieniem acetylenowo - tlenowym. Stale wysokostopowe, metale nieżelazne i materiały niemetalowe nie spełniają tych warunków i wymagają specjalnych metod cięcia. Zjawisko strzelania podczas cięcia stali spowodowane było zapychaniem się dyszy.

Parametry przy cięciu płomieniem acetylenowo - tlenowym:

• grubość cięcia [mm]

• nr dyszy podgrzewającej

• nr dyszy tnącej

• ciśnienie acetylenu [kG/cm²]

• ciśnienie tlenu [kG/cm²]

• zużycie acetylenu [m³/h]

• zużycie tlenu [m³/h]

• prędkość cięcia [m/h]

• odległość dyszy od materiału [mm].

Specjalne metody ciecia tlenem, nie rozwiązały problemu cięcia metali wysokostopowych i nieżelaznych. Dlatego też do cięcia tych metali użyto strumienia plazmy, który łatwo i szybko topi wszystkie metale trudno topliwe. Łuk jarzy się między elektrodą wolframową a ciętym elementem, dając temperatury rzędu 10000 - 25000°C.

Jakość cięcia zależy od:

• natężenia prądu

• zużycia gazów

• prędkości cięcia

• odległość palnika od materiału.

Do wad powierzchni uzyskanych przy cięciu tlenem należą:

• nadtopienie górnej krawędzi blachy wskutek działania zbyt silnego płomienia podgrzewającego lub za małej prędkości cięcia

• wyrwanie metalu w dolnej części blachy spowodowane za małą szybkością cięcia oraz słabym płomieniem podgrzewającym

• zbyt duży próg powstający w wyniku za dużej prędkości cięcia

i za małego dopływu tlenu do cięcia

• wyrwy w górnej części blachy powstające przy zbyt silnym płomieniu podgrzewającym i równocześnie za dużym ciśnieniu tlenu do cięcia

• zniekształcenie powierzchni spowodowane zanieczyszczeniami wylotu dyszy tnącej.

Różnice między cięciem płomieniem acetylenowo - tlenowym

a strumieniem plazmy:

• cięcie tlenem - polega na wypalaniu szczeliny w materiale za pomocą strumienia tlenu przy współdziałaniu płomienia podgrzewającego. Cięcie tlenem metali realizowane jest za pomocą odpowiednich palników umożliwiających otrzymanie wymaganego strumienia tlenu tnącego i płomienia podgrzewającego.

• cięcie plazmą - polega na wykorzystaniu bardzo wysokiej temperatury oraz bardzo dużej prędkości wylotowej gazów, wychodzących z dyszy palnika plazmowego, do stapiania

i wydmuchiwania metalu, ze szczeliny cięcia. Prawidłowo wykonane brzegi cięcia są gładkie, bez sopli i nacieków, z wyjątkiem brzegów stali stopowych, przy cięciu których powstają pojedyncze sople łatwe do usunięcia. Przy cięciu ręcznym strumieniem plazmy należy stosować palnik z łukiem wewnętrznym oraz umocować palnik na wózku, tak jak ręczny palnik do cięcia tlenem.

W aluminium po przecięciu powstały nacieki, ponieważ przy zetknięciu się z powietrzem, aluminium pokrywa się trudnotopliwą, nie ulegającą redukcji trudno rozpuszczalną powłoką tlenku aluminium. Gdybyśmy to cieli gazem plazmorodnym (argon lub azot, wodór), tego byśmy nie mieli. Wpływ dodatków stopowych ma duże znaczenie na jakość cięcia.

2. Spawanie:

Płomień spawalniczy jest zewnętrzną formą spalania gazu palnego z tlenem. Tlen może być dostarczony z butli lub pobierany łącznie z powietrzem atmosferycznym z otoczenia.

Płomień acetylenowo - tlenowy można podzielić na trzy następujące strefy, licząc od wylotu palnika:

• jądro

• stożek

• kita.

Mamy też trzy rodzaje płomieni :

płomień normalny - (obojętny), odznacza się cylindrycznym jądrem, nie wyodrębnionym stożkiem i dość długą kitą

płomień nawęglający - charakteryzuje się wyraźnie widocznym stożkiem oraz wydłużonym jądrem; powstaje on wówczas, gdy spalanie przebiega przy nadmiarze acetylenu

płomień utleniający - powstaje przy nadmiarze tlenu, jego jądro jest wówczas skrócone i zaostrzone.

Różnice między metodą spawania w lewo a w prawo:

spawanie w prawo - stosuje się je głównie do blach grubości przekraczającej 4mm. Palnik wyprzedza spoiwo, a płomień jest skierowany stale na spoinę, dzięki czemu jej chłodzenie jest powolniejsze, a więc i możliwość powstawania naprężeń spawalniczych mniejsze. Uzyskujemy łatwy przetop, dlatego że spawacz ma możliwość kontrolowania przetopu. Przy tej metodzie lico bywa brzydsze, ale spoina jest mocniejsza.

spawanie w lewo - stosuje się głównie do blach, których grubość nie przekracza 4mm. Podczas spawania palnik trzymany w prawej ręce przesuwa się w lewo, a spoiwo trzymane w lewej ręce wyprzedza palnik w swym ruchu wzdłuż spoiny. Płomień palnika jest stale skierowany na materiał jeszcze nie spawany. Część materiału jest wstępnie podgrzane przez kitę i dlatego trzeba szybko przesuwać i podawać spoiwo. Metoda jest szybsza, lico ładniejsze, ale spoina mniej wytrzymała, bo za palnikiem następuje dostęp powietrza, spoina jest szybko chłodzona.

Nie zależnie od przekroju grubości ścianek rur należy spawać metodą w prawo.

Spawanie w osłonie gazów ochronnych

Rozróżnia się trzy metody spawania w osłonie gazów ochronnych:

• metoda TIG (elektroda nietopliwa)

• metoda MIG i MAG (elektroda topliwa)

MAG

W osłonie CO₂ można spawać stale konstrukcyjne niskowęglowe czyli stale o podwyższonej wytrzymałości (18G2A i 18G2), drut elektrodowy powlekany jest miedzią, ze względu na przewodność cieplną. Drut dobiera się taki, jaki jest skład stali. Uchwyt spawalniczy typu USMGa.

TIG

Ze względu na wysoki koszt argonu, nie używa się spawania metodą TIG przy łączeniu stali niskowęglowych. Metodą tą spawa się miedź i jej stopy oraz aluminium. Przed spawaniem brzegi należy dokładnie oczyścić z brudu, tłuszczu oraz warstewek tlenków, aby zapobiec porowatości spoin. Spawaniu tą metodą poddane były następujące metale:

• aluminium, miedź i nierdzewka (stal nierdzewna)

• aluminium - do spawania używa się drutu elektrodowego SpA2, SpA3, SpA11. Źródło prądu transformator (prąd przemienny)

W przypadku spawania płytki aluminiowej nie oczyszczonej, na powierzchni następuje rozbijanie tlenków - plamka katodowa pokazana była na graficie.

• miedź i stal nierdzewka - miedź spawana była w postaci małych płytek, ale czas spawania był znacznie dłuższy, ponieważ miedź posiada wysokie przewodnictwo cieplne i rozszerzalność cieplną oraz duży skurcz odlewniczy. Szybko odprowadza ciepło i ciężko ją roztopić. Miedź podczas nagrzania i topienia utlenia się tworząc tlenek miedziowy. Tlenek ten utrudnia proces spawania a także sprzyja powstawaniu pęknięć w spoinie. Spawanie należy wykonywać z zastosowaniem wstępnego podgrzania ( nie niższa niż 200°C. Źródło prądu prostownik spawalniczy (prąd stały).

Zalety i wady trzech połączeń prądowych:

prąd stały (biegunowość prosta)

zalety:

• ilość ciepła wydzielonego w materiale jest prawie dwukrotnie większa niż w elektrodzie. Umożliwia to uzyskanie głębokiego wtopu oraz stosowanie większych prędkości spawania

• elektroda wolframowa przyjmuje tylko 30 - 40% ciepła, co pozwala na jej przeciążanie prądowe w czasie spawania

wady:

• mała termoemisja elektronów z elektrody ze względu na jej niską temperaturę, co utrudni zajarzenie i utrzymanie łuku

• przy spawaniu aluminium warstwa tlenków występująca na powierzchni metalu utrudnia uzyskanie dobrego złącza . Ponadto utrudniony jest przepływ elektronów z elektrody do przedmiotu spawanego, gdyż tlenki zachowują się jako izolator.

prąd stały (biegunowość odwrotna)

zalety:

• zdolność rozpraszania warstwy tlenków w wyniku działania tzw. rozpylania katodowego i jonów argonu jest w tym przypadku bardzo duża. Na plamce katodowej pod działaniem elektronów i jonów argonu warstewka tlenków rozkrusza się, wyparowuje lub zostaje rozpylona

• duża łatwość zajarzania łuku i duża jego stabilność

wady:

• niemożliwość stosowania dużych obciążeń prądowych

• mały wtop i mała prędkość spawania w wyniku prawie dwukrotnie mniejszej ilości ciepła na materiale w porównaniu z ciepłem przejętym przez elektrodę.

prąd przemienny

zalety:

• kiedy elektroda jest anodą następuje niszczenie warstwy tlenków, zmiana biegunowości, zaś na elektrodzie powoduje wydzielanie się dużych ilości ciepła na materiale co zwiększa głębokość wtopu

i pozwala na zwiększenie prędkości spawania, można więc stosować większe wartości prądu spawania

wady:

• występowanie tzw. składowej prądu spawania, która powstaje w czasie spawania aluminium i jego stopów (kiedy elektroda jest katodą).

Spawanie w atmosferze gazów ochronnych może być zmechanizowane. Do tego celu służą automaty i półautomaty. Niezależnie od rodzaju gazu ochronnego urządzenia składają się z tych samych zespołów. Zmianie ulegają jedynie niektóre części podajnika drutu elektrodowego, które muszą być przystosowane do różnych szybkości i twardości podawanego drutu oraz przepływomierz gazu. Dzięki zmechanizowaniu procesu spawania otrzymuje się lepszą jakość spoiny, o lepszych właściwościach wytrzymałościowych. Wycinane są duże koła zębate, które potem poddaje się procesowi hartowania.

1

1

---