Spawalnictwo

1. Procesy spawalnicze:

1. Spawanie

2. Lutospawanie

3. Zgrzewanie

4. Klejenie

1. Spawanie – poprzez dostarczenie skoncentrowanego ciepła; pozwala na doprowadzenie materiału do stanu ciekłego, plastycznego w danym miejscu

2. Procesy spajania (nie tylko stopy metali, ale także tworzywa sztuczne)

3. Procesy spawalnicze:

1. Procesy spajania (podział wg docisku; sposobu dostarczenia ciepła – ważny podział)

2. Procesy pokrewne

1. Spawanie elektryczne:

1. Łukowe

2. Elektronowe

3. Fotonowe – laserowe

4. Żużlowe

1. Zgrzewanie (podział ze względu na rodzaj dostarczanej energii)

2. Procesy pokrewne spajaniu:

1. Napawanie i natryskiwanie

2. Cięcie termiczne (gazowe, łukowe, plazmowe)

3. Obróbka powierzchniowa

1. Źródło energii

1. Stopień koncentracji energii ale <10⁸÷10¹⁰ W/m² bo nam materiał wyparuje

- płomień gazowy 5 * 10⁷ W/m²

- łuk elektryczny 10⁶ ÷ 10⁹ W/m²

- strumień plazmy 10¹³ W/m²

- strumień elektronów 10¹³ W/m²

- strumień fotonów 10¹⁴ W/m²

1. Rodzaj emitowanej energii

2. Sprawność źródła energii

- n=E_w/E_p * 100%

E_w – energia wyprowadzana ze źródła

E_p – energia dostarczana do źródła

1. Cykl cieplny, prawo przewodności cieplnej Fouriera

$Q = \lambda \times \ \frac{\Delta T}{l} \times f \times t$

Cykl cieplny:

- prosty – przy wykonaniu jednej warstwy w materiale

- złożony – przy wykonaniu kilku warstw w materiale

Obróbka cieplna w postaci wyżarzania, gdy mamy niefajną strukturę spawu (martenzytyczną)

1. Materiał rodzimy i spoiwo

1. Stan wyjściowy ma znaczenie, bo zmianie ulega mała część materiału podczas procesu np.

- materiał walcowany na zimno i duże zmiany twardości mogą się pojawić ogniska pęknięć

- materiał walcowany na gorąco, odbudowane ziarna po spawaniu, nie ma ogniska pękania, bo niewielkie różnice twardości; im bliżej wartości równowagi tym mniejsze różnice twardości po spawaniu w materiale

b. złącza spawane

- Nie można dopuścić do przedostawania się zanieczyszczeń, żużla, pęcherzyków powietrza – wtedy nie ma osłabienia materiału i spoina wykonana poprawnie.

- Wraz ze wzrostem grubości spoiny korzystamy z kilku warstw i cyklu cieplnego dla usunięcia zanieczyszczeń ewentualnych, np. zeszlifowanie lica

- Pęknięcia

+ submikroskopowe (mikro i makroskopowe)

+ na gorąco - powstają w trakcie krzepnięcia, równolegle do spoiny

+ na zimno – po ochłodzeniu, prostopadle do spoiny

1. Spawalność stali

1. Podatność materiału lub grupy materiałów do tworzenia połączeń spawalniczych spełniających wymogi techniczne i wytrzymałościowe bez wykonywania dodatkowego zabiegu

2. Czynniki:

- czynniki metalurgiczne:

-skład chemiczny

- sposób przygotowania i przeprowadzenia …

- zawartość zanieczyszczeń, domieszek

- struktura materiału wyjściowego

- czynniki konstrukcyjne:

- rodzaj, sztywność konstrukcji

- wielkość przekrojów

- grubość, rozmiar

- rozplanowanie, liczba spoin

- czynniki operatywne

- metoda, moc źródła itd.

1. wpływ dodatków:

- <0,25% - spawane

- 0,25 – 0,45% spawanie z dodatkowymi zabiegami

- >0,45% raczej nie

d. ekwiwalentna zawartość węgla (czy materiał możemy spawać?) – możemy obliczyć twardość krytyczną w efekcie wpływ ciepła (HV=350HV – wtedy możemy spawać)

11.05.2011

1. Spawanie palnikiem acetylenowo-tlenowym

1. Trwałe połączenie części przez miejscowe przetopienie materiału

2. Spoiwo – materiał dodawany dla uzyskania połączenia

3. Spoina – miejsce spojenia dwóch elementów, z/bez udziału spoiwa

4. Oznaczenia numeryczne spawania:

- 0 spawanie

- 3 spawanie gazowe

- 31 gazowo-tlenowe

- 311 acetylenowo-tlenowe

- 312 propan tlen

- 313 wodór tlen

- 32 gazowo powietrzne

- 321 acetylen powietrze

- 322 propan powietrze

1. Płomień naturalny

- kinetyczny:

- strefa 1 podgrzewana

- strefa 2 spalania

- strefa 3 gazów spalania

- strefa 4 spalania wtórnego

- dyfuzyjny

1. Palniki do spawanie, obróbki cieplnej i cięcia

- wysokociśnieniowe (ciśnienia O₂ i C₂H₂ takie same), kanał doprowadzający = komora mieszania

- niskociśnieniowe - komora mieszania = smoczek (injector), ciśnienie tlenu znacznie większe, najpierw otwieramy tlen zawsze

1. Elementy palnika:

- rękojeść, zawory regulujące (pokrętła oznaczone kolorystycznie), nasadki, komora mieszania, kanał łączący, dysza

1. Reakcje spalania

- acetylen – temp. 3100°C najwyższa, trwałe połączenie i krótki czas nagrzewania materiału, gdy dłuższy to większa strefa nagrzewania i kiepskie właściwości, gorsze

- jądro płomienia 300°C - 1000°C

- strefa redukująca 3050°C - 3150°C, CO + H₂, około 2-3 mm od dyszy

- kita płomienia CO + H₂O + reakcja tych gazów z powietrzem; strefa raczej utleniająca

- płomień normalny – stale węglowe, niskostopowe, wysokostopowe itd.

- płomień nawęglający (nadmiar C₂H₂) stale wysokostopowe, napawanie

- płomień utleniający (nadmiar O₂) spawanie mosiądzu, lutowanie żeliwa brązem, cięcie V żłobienia na …

1. Przygotowanie materiału do spawania (w zależności od grubości można ukosować):

- do 3mm – jednostronna spoina

- 3-8 mm – dwustronna spoina

- 8-30 mm – ukosowanie jednostronne

- +30 mm – ukosowanie dwustronne

1. Rodzaje spoin:

- czołowa

- doczołowa jednostronna

- doczołowa dwustronna

- teowa (jedno i dwustronna)

- krzyżowa

- pachwinowa

- zakładkowa

- nakładkowa

- krzyżowa

- otworowa

1. Pozycje spawania:

- głównie podolna i pionowa z góry na dół dla 311

- podolna technika spawania w prawo dla grubych materiałów, duże zróżnicowanie temperatury materiału, kita spawalnia chłodzenie materiału w spoinie ( w celu zlikwidowania naprężeń)

- podolna technika spawania w lewo - krótkie czasy nagrzewania, dla cienkich materiałów, materiał wstępnie doprowadzony do odpowiedniej temperatury, zanim zacznie być łączony (kita ogrzewa blachę) niekoniecznie spoiwo

1. Bezpieczniki suche:

- zawór zwrotny w rękojeści

- zapora płomienia za reduktorem

- zapora termiczna

1. Cięcie termiczne

1. Dzielenie materiału i utrata spójności (wpływ temperatury i ciśnienia gazowego, który pozwoli oddzielać materiał)

2. Cięcie tlenowe

- płomień tlenu – tnący

- palnik podgrzewa

1. Cięcie tlenowo proszkowe – opiłki Fe głównie pomagają

2. Tlenowo-łukowe – łuk elektryczny + tlen tnący

3. Lancą tlenową – drążenie, przecinanie betonu, stalowa rurka a w niej opiłki żelaza lub drut, wypalenie lub wytopienie materiału

4. Łukowe – ciecie materiału przez wytopienie szczeliny łukiem elektrycznym

5. Plazmowe – temperatura ok. 20 000 K, usuwa materiał ze strefy cięcia, a materiał paruje

6. Laserowe – 0,02 mm – 0,2 mm, małe straty materiału i brak ograniczeń co do materiału

7. Wybuchowe – rzadko, kontrolowana eksplozja ładunku wybuchowego i dzielenie materiału dzięki temu

8. Elektronowe

9. Termiczne w osłonie wody

10. Termiczne ręczne/półautomatyczne/maszynowe

1. Cięcie tlenem

1. Dysza podgrzewająca i tlenowa

2. Tlenki o temperaturze topnienia < temperatury topnienia materiału

3. Żużel rzadkopłynny, łatwy do usunięcia

4. Tniemy do 1,5% C bez problemów

5. Odległość 3-5 mm materiału od dyszy

6. Grubość 3-2000 mm materiału

7. Cięcie pakietowe

1. Cięcie plazmowe

1. Z łukiem zależnym lub niezależnym, konkurencja dla lasera, przy dużej grubości szczelin nie musi materiał przewodzić prądu

1. Cięcie laserowe – dokładność do 0,01 mm

2. Spawanie łukowe elektrodami otulonymi

1. Zajarzenie między dwoma elektrodami (elektrodą a materiałem spawanym)

2. Spawanie łukowe elektrodą topliwą, a osłona to topnik

3. Temperatura ok. 2000 K + jonizacja gazu

4. Elektroda spawalnicza, pręt, drut zwojowy

5. Długość do 400-600 mm, zależy od długości elektrody

6. Raczej spawanie jednowarstwowe, bo powstaje żużel i trzeba go usunąć

7. Otuliny:

- cienko otulone

- średnio otulone

- grubo otulone

1. Funkcje otuliny:

- osłona przed dostępem atmosfery

- łatwe zajarzenie łuku

- stabilizacja łuku spawalniczego

- wprowadzenie do obszaru spawania pierwiastków odtleniających, wiążących azot i rafinujących ciekły metal spoiny

- wytworzenie żużla

1. Żużel ma wpływ na:

- wielkość przenoszonych kropel stopiwa

- zabezpieczenie kropli ciekłego metalu stopiwa i jeziorka spawalniczego przed dostępem gazów z atmosfery

- ochronę i formowanie krzepnącego ściegu spoiny i opóźnienie jego stygnięcia

- regulację składu chemicznego spoiny

1. Parametry spawania

- rodzaj i natężenie prądu spawania

- napięcie łuku

- prędkość spawania

- średnica elektrody

- położenie (pochylenie) elektrody w stosunku do złącza

1. Biegunowość prądu:

- ujemna – większa prędkość stapiania elektrody

- dodatnia – większa głębokość wtopienia

1. Ugięcie łuku – nie ma pełnego przetopienia, mniejsza wytrzymałość

25.05.2011

1. Spawanie w osłonie gazów ochronnych

1. GMA elektroda topliwa Gas Metal Arc

2. GTA elektroda nietopliwa Gas Tungsten Arc

1. GMA

1. nie nastąpi zajarzenie łuku, gdy oprzemy obudowę o … (stół?), automatyczne zajarzenie, gdy zetknięcie elektrody z powierzchnią, bo cienka elektroda

2. nie ma żużlu

3. można cofać ze spoiną

1. Metoda MAG

1. Spawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonie CO₂

2. MAG – Metal Active Gas – w osłonie gazu czynnego

3. Trzeba podgrzewacze stosować w okolicach nam CO₂ zawrzało czy coś…

4. Najpierw gaz, później zajarzenie łuku; najpierw wyłączeni łuku, potem wyłączeni dopływu gazu

1. Zalety GMA:

1. Operatywność

2. Łatwa automatyzacja

3. Dużo materiałów można spawać

4. Możliwość obserwacji jeziorka i łuku

1. Wady GMA:

1. Mało gatunków drutów ( w porównaniu z np. spawaniem elektrodami otulonymi)

2. Duże koszty gazów – stąd stosowanie mieszanek dla minimalizacji niepożądanego rozprysku + poprawienia szybkości

1. Parametry:

1. Rodzaj i natężenie prądu

2. Napięcie łuku

3. Rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego

4. Średnica drutu elektrodowego

5. Prędkość podawania drutu elektrodowego

6. Długość wylotu drutu elektrodowego

7. Pochylenie drutu elektrodowego

8. Prędkość spawania

1. Określanie natężenia krytycznego dla każdego materiału, gdy przekroczone to mamy głębokie wtopienie (na środku)

2. Kształt wtopienia w zależności od rodzaju gazu

1. CO₂

2. Ar – płaskie lico, o mniejszej głębokości wtopienia

3. Ar-He – podniesienie lica, ta sama głębokość wtopienia jak w Ar

4. He – wyrównanie lica nad powierzchnią materiału i małe wtopienie wgłąb

1. Wpływ pochylenia elektrody względem spawanego złącza:

1. Elektroda pochylona w kierunku spawania – największa głębokość wtopienia w materiał

2. Elektroda niepochylona – optymalne (równomierne) warunki

3. Elektroda pochylona w kierunku przeciwnym do kierunku spawania – mała głębokość wtopienia, szerokie lico

1. 80% Ar + 20% CO₂ – popularna mieszanka

2. Metoda TIG

1. Tungsten Inert Gas

2. Elektroda wolframowa, nietopliwa, dla stopów nieżelaznych musimy podawać dodatkowo spoiwo, zajarzenie łuku na płytce grafitowej i przeniesienie na materiał

3. Osłona – gazy obojętne, możemy spawać materiały łatwo utleniające się, dla Al. I jego stopów

4. Spoiwo podawane ręcznie lub automatycznie

5. Gazy Ar + He, nie może być O_2, bo zniszczyłoby to elektrodę

- Ar – stabilny, łatwy do zajarzenia, jasny łuk, ale niewielkie dostarczanie energii – dlatego dodajemy He (30,5% - już czerwonawe zabarwienie; 70% - optymalne dla ręcznego spawania Cu; 100% He – nie można dla spawania ręcznego bo nic nie widać, ale można automatycznie)

1. Al – prąd przemienny, Ar + He, 100% He można

2. Do stali – można np. 5% H₂ dodać lub He np. 50%, można 100% He, ale metoda automatyczna; prąd z elektrodą ujemną

1. Spawanie łukiem krytym

1. Metoda automatyczna (ewentualnie półautomatyczna)

2. Ciekły metal jest chroniony dzięki nasypywaniu topnika, łuk zajarzany jest pod topnikiem

3. Topnik ułatwia zajarzanie, atmosfera ochronna, tworzeni żużla, część topnika pozostaje niewykorzystana

4. Metoda półautomatyczna – pracownik sam zbiera topnik, a gdy automatyczna to dodatkowy układ zbierający sam naddatek topnika, pracownik tylko odbija żużel

5. Parametry:

- rodzaj i natężenie prądu

-napięcie prądu

- prędkość spawania

- średnica elektrody

- długość wolnego wylotu elektrody

- grubość i szerokość warstwy topnika

- kąt pochylenia elektrody lub złącza spawanego

1. Waga kąta zsypu topnika, alby nam ładnie zsypywało

1. Zgrzewanie (głównie elektryczne lub np. tarciowe)

2. Lutowanie

3. Natryskiwanie i napawanie (za pomocą napawania dobrze się naprawia elementy)