Kowal_722[04]_Z1.04

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Myszor Teresa
Turczyk Alina

Wykonywanie prac spawalniczych w kowalstwie
722[04].Z1.04

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1 Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia
4. Materiał nauczania

7
8

4.1. Bezpieczeństwo podczas wykonywania prac spawalniczych w kowalstwie

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Wybrane zagadnienia z elektrotechniki

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Przygotowanie materiałów do spawania

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Cięcie i spawanie gazowe

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5. Cięcie i spawanie elektryczne

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

4.6. Spawanie w osłonie gazów

4.6.1. Materiał nauczania

4.6.2. Pytania sprawdzające

4.6.3. Ćwiczenia
4.6.4. Sprawdzian postępów

41
42

4.7. Lutowanie

4.7.1. Materiał nauczania

43
46

4.7.2. Pytania sprawdzające
4.7.3. Ćwiczenia
4.7.4. Sprawdzian postępów

46
48

4.8. Zgrzewanie

4.8.1. Materiał nauczania

4.8.2. Pytania sprawdzające

4.8.3. Ćwiczenia

4.8.4. Sprawdzian postępów

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9. Wady spoin

4.9.1. Materiał nauczania

4.9.2. Pytania sprawdzające

4.9.3. Ćwiczenia

4.9.4. Sprawdzian postępów

4.10. Naprężenia i odkształcenia spawalnicze

4.10.1. Materiał nauczania

4.10.2. Pytania sprawdzające

4.10.3. Ćwiczenia

4.10.4. Sprawdzian postępów

4.11. Naprawy wad spoin i konstrukcji spawanych

4.11.1. Materiał nauczania

4.11.2. Pytania sprawdzające

4.11.3. Ćwiczenia

4.11.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1.WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w opanowaniu umiejętności z zakresu wykonywania prac

spawalniczych w kowalstwie.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne - wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć już ukształtowane,

abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,

−

cele kształcenia - wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

−

materiał nauczania - podstawowe wiadomości dotyczące zagadnień z zakresu

wykonywania prac spawalniczych w kowalstwie,

−

zestaw pytań przydatny do sprawdzenia, czy już opanowałeś materiał nauczania,

−

ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować

umiejętności praktyczne,

−

pytania sprawdzające,

−

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań i pytań; pozytywny wynik sprawdzianu

potwierdzi, że dobrze pracowałeś podczas zajęć i że opanowałeś wiedzę i umiejętności
z zakresu tej jednostki modułowej,

−

literaturę uzupełniającą.

Wykonując ćwiczenia zamieszczone w poradniku lub zaproponowane przez nauczyciela,

będziesz kształtował umiejętności wykonywania prac spawalniczych.

Po wykonaniu zaplanowanych ćwiczeń, sprawdź poziom swoich postępów wykonując

Sprawdzian postępów.
W  tym  celu  przeczytaj  pytania  i  odpowiedz  na  nie,  zaznacz  odpowiedź  wstawiając
X  w  podane  miejsce  Tak  lub  Nie.  Odpowiedzi  NIE  wskazują  luki  w  Twojej  wiedzy,
informują  Cię  również,  jakich  zagadnień  jeszcze  dobrze  nie  opanowałeś.  Oznacza  to  także
powrót do materiału, który nie jest dostatecznie opanowany.

Opanowanie przez Ciebie określonych umiejętności będzie stanowiło dla nauczyciela

podstawę

przeprowadzenia

sprawdzianu

poziomu

przyswojonych

wiadomości

i ukształtowanych umiejętności. W tym celu nauczyciel może posłużyć się zadaniami
testowymi oraz próbą pracy.

W rozdziale 5 tego poradnika jest zamieszczony przykład takiego testu, zawiera on:

−

instrukcję, w której omówiono tok postępowania podczas przeprowadzania sprawdzianu,

−

przykładową kartę odpowiedzi, w której zakreślisz poprawne rozwiązania do

poszczególnych zadań.

W tym samym rozdziale przedstawiono zadanie praktyczne typu próba pracy, które

zawiera:

−

temat zadania praktycznego,

−

instrukcję wykonania,

−

warunki zaliczenia.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie zajęć w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bhp i higieny

pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac.
Przepisy te poznasz podczas trwania nauki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

722[04].Z1

Technologie prac kowalskich

722[04].Z1.01

Wykonywanie podstawowych

operacji ślusarskich

722[04].Z1.04

Wykonywanie prac spawalniczych

w kowalstwie

722[04].Z1.03

Wykonywanie podstawowych

operacji obróbki cieplnej metali

722[04].Z1.02

Wykonywanie podstawowych

operacji kowalskich

722[04].Z1.05

Wykonywanie konserwacji narzędzi,

urządzeń i maszyn stosowanych

w procesach kowalskich

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu nauczania jednostki modułowej ,,Wykonywanie prac

spawalniczych w kowalstwie”, powinieneś umieć:

−

wykonywać podstawowe operacje ślusarskie,

−

stosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy ochrony przeciwpożarowej oraz
ochrony środowiska,

−

zorganizować stanowisko pracy zgodnie z wymogami ergonomii,

−

rozróżniać konstrukcyjne materiały metalowe z uwzględnieniem ich właściwości,
oznaczenia i zastosowania,

−

posługiwać się podstawowymi narzędziami kowalskimi,

−

korzystać z różnych źródeł informacji,

−

posługiwać się podstawową dokumentacją technologiczną.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej „Wykonywanie prac spawalniczych

w kowalstwie” powinieneś umieć:

−

scharakteryzować podstawowe parametry prądu stałego i przemiennego,

−

zidentyfikować podstawowe elementy i podzespoły maszyn, urządzeń i elektrycznych
układów napędowych,

−

posłużyć się wskaźnikiem napięcia elektrycznego,

−

wyjaśnić istotę procesów spawalniczych stosowanych w technologii kowalskiej,

−

rozróżnić podstawowe narzędzia, urządzenia, oprzyrządowanie, materiały stosowane do
cięcia i spawania gazowego,

−

zastosować metody i techniki oraz dobrać parametry ręcznego cięcia i gazowego,

−

rozróżnić podstawowe narzędzia, urządzenia, oprzyrządowanie, materiały stosowane do
cięcia i spawania elektrycznego,

−

zastosować metody i techniki oraz dobrać parametry spawania elektrycznego,

−

obsłużyć urządzenia do zgrzewania i dobrać parametry do różnych metod zgrzewania,

−

określić podstawowe rodzaje naprężeń spawalniczych,

−

ocenić jakość wykonywanych prac spawalniczych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Bezpieczeństwo podczas wykonywania prac spawalniczych

w kowalstwie

4.1.1. Materiał nauczania

Spawanie i stanowiska spawalnicze

1. Spawalnia powinna być wykonana zgodnie z obowiązującymi ogólnymi przepisami

techniczno-budowlanymi,  ochrony  przeciwpożarowej,  bezpieczeństwa  i  higieny  pracy
oraz  przepisami  Rozporządzenia  Ministra  Gospodarki  z  dnia  27  kwietnia  2000  r
w sprawie  bezpieczeństwa  i  higieny  pracy  przy  pracach  spawalniczych  (  DZ.  U.  Nr  40,
poz. 470).

2. Ściany i strop spawalni oraz wnętrza kabiny spawalniczej powinny być pomalowane

farbami matowymi.

3. Ścianki lub parawany kabiny spawalniczej powinny być wykonane z materiału

niepalnego lub trudno zapalnego. Powinny mieć wysokość co najmniej 2 m,
z zachowaniem przy podłodze szczeliny wentylacyjnej.

4. W spawalni powinno przypadać na każdego pracownika co najmniej 15 m

wolnej

objętości pomieszczenia, nie zajętej przez sprzęt i urządzenia.

5. Wysokość pomieszczenia spawalni powinna wynosić co najmniej 3,75 m.
6. Na każde stanowisko spawalnicze powinno przypadać co najmniej 2 m

wolnej

przestrzeni podłogi nie zajętej przez sprzęt i urządzenia.

7. Podłoga w spawalni i na stanowisku spawalniczym powinna być wykonana z materiałów

niepalnych.

8. Pomieszczenia spawalni powinny być wyposażone w wentylację zapewniającą skuteczne

usuwanie zanieczyszczeń szkodliwych dla zdrowia.

9. Stałe stanowisko spawalnicze powinno być wyposażone w stół spawalniczy lub

odpowiednie

oprzyrządowanie,

umożliwiające

bezpieczne

wykonanie

prac

spawalniczych.

10. Na stałym stanowisku spawalniczym przedmioty o dużych wymiarach lub o masie ponad

25 kg powinny być przemieszczane za pomocą urządzeń do transportu pionowego lub
poziomego.

11. Stanowisko spawalnicze, na którym są stosowane ręczne palniki gazowe, powinno być

wyposażone w:

−

osprzęt umożliwiający bezpieczne odłożenie lub zawieszenie palnika,

−

naczynie z wodą do okresowego lub awaryjnego schładzania palnika,

12. Stanowisko spawalnicze do spawania łukowego elektrodami otulonymi powinno być

wyposażone w pojemnik na resztki elektrod.

13. Stanowisko spawalnicze zlokalizowane na otwartej przestrzeni powinno być

zabezpieczone przed działaniem czynników atmosferycznych, a jego otoczenie chronione
przed promieniowaniem łuku elektrycznego lub płomienia (wyjątek stanowią prace
spawalnicze wykonywane na dużych wysokościach lub w wykopach.

14. Zabrania się przechowywania w spawalni i na stanowisku spawalniczym materiałów

łatwo palnych.

15. Zabrania się spawaczowi spawać lub ciąć bez okularów ochronnych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16. Naprawy urządzeń i osprzętu spawalniczego powinny być wykonywane przez osoby

o odpowiednich kwalifikacjach, natomiast użytkownicy urządzeń spawalniczych
i osprzętu mogą wykonywać tylko bieżące czynności konserwacyjne, określone
w instrukcjach eksploatacyjnych wydanych przez producenta.

17. Podczas spawania elektrycznego, przewody spawalnicze łączące przedmiot spawany ze

źródłem energii powinny być połączone bezpośrednio z tym przedmiotem.

18. Butle z gazami technicznymi powinny być ustawione w pozycji pionowej lub zbliżonej

do pionowej, zaworem do góry i zabezpieczone przed przewróceniem się.

19. Butle powinny być chronione przed nagrzaniem się do temperatury przekraczającej 35

oraz przed bezpośrednim działaniem płomienia, iskier i gorących cząstek stałych.

20. Prace spawalnicze powinny być zabezpieczone pod względem zagrożenia pożarowego.

Stanowisko  spawacza  powinno  posiadać:  hydronetkę  z  wodą,  niepalny  koc  pożarniczy,
wąż  ppoż.  podłączony  do  czynnego  hydrantu.  Powinny  być  usunięte  materiały  palne.
Przy  pracach  szczególnie  zagrożonych,  oprócz  spawacza  powinien  być  również
pomocnik,  który  np.  prowadzi  obserwację,  a  zarazem  asekurację  spawacza.  Ponadto,
powinny być prowadzone kontrole po zakończeniu spawania na okoliczność zaprószenia
ognia.

Kwalifikacje spawalnicze
Prace spawalnicze powinny być wykonywane przez osoby:

−

posiadające „Zaświadczenie o ukończeniu szkolenia”, albo „Świadectwo egzaminu
spawacza” lub „Książkę spawacza”.

−

posiadające dobry stan zdrowia stwierdzony wstępnym badaniem lekarskim, a następnie
badaniami okresowymi co najmniej raz na sześć miesięcy,

−

legitymujące się pozytywnym wynikiem badań psychologicznych, stwierdzającym
zdolność do pracy na wysokości,

Zagrożenia dla spawacza podczas prac spawalniczych
1.  Poparzenia od płomienia, gorącego metalu, iskier.
2.  Uszkodzenia oczu od promieniowania, odprysku żużla czy rozżarzonego metalu.
3.  Zatrucie gazami –  acetylen, dwutlenek węgla, tlenek węgla, wodór, argon, pary metali.
4.  Porażenie prądem elektrycznym.
5.  Upadek z wysokości przy pracach spawalniczych na wysokości.
6.  Uderzenie lub przygniecenie przedmiotem lub konstrukcją.
7.  Uduszenie względnie poparzenie przy wykonywaniu prac spawalniczych w zbiornikach,

a w szczególności w zbiornikach po palnych gazach i cieczach.

8. Zagrożenie pożarowe.

Wyposażenie spawacza.
Spawacz powinien być wyposażony w:

−

ubranie robocze ochronne,

−

okulary do spawania i cięcia gazowego,

−

tarcze lub przyłbice do spawania elektrycznego,

−

rękawice skórzane,

−

fartuch skórzany,

−

buty skórzane i nagolenniki,

−

dywanik gumowy,

−

szelki bezpieczeństwa do prac na wysokości.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys.1. Sprzęt ochronny spawacza: a) okulary do
spawania i cięcia, b) fartuch skórzany, c) rękawice
skórzane, d, nagolenniki, e) dywanik gumowy [1, s. 133]

Rys.2. Osłona oczu i twarzy: a) tarcze, b)
przyłbice [1, s. 134]

Wentylacja na stanowiskach spawalniczych

Prawidłową wymianę powietrza zapewnia:

−

wentylacja ogólna,

−

wentylacja stanowiskowa.
Wentylacja ogólna powinna zapewniać czterokrotną wymianę powietrza w ciągu

godziny.  Wentylacja  stanowiskowa  ma  zapewniać  skuteczne  odciąganie  zanieczyszczeń.
Każde  stanowisko  spawacza  powinno  być  wyposażone  w  przenośne  ssawki  lub  przenośne
wyciągi gazów  i dymów spawalniczych. Spawacz, który spawa w ciasnych pomieszczeniach
powinien  mieć  maskę  z  doprowadzeniem  powietrza. Spawacz  pracujący w  zbiorniku  oprócz
wentylacji i zabezpieczeń musi mieć pomocnika.

Rys.3. Wentylacja i zabezpieczenie spawacza wewnątrz zbiornika [1, s. 141]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Nie można stosować tlenu z butli tlenowej zamiast masek i wentylacji, ponieważ 25%
zawartość tlenu przy najmniejszej iskrze spala się jak benzyna.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie muszą być spełnione wymogi dla stanowiska do spawania?
2.  Jaki znasz sprzęt ochronny spawacza?
3.  Dlaczego do spawania należy używać okularów?
4.  Jakie są zagrożenia związane z pracą spawacza?
5.  W jaki sposób w spawalniach zapewniona jest prawidłowa wymiana powietrza?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zademonstruj, w jaki sposób powinien być ubrany spawacz.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  zgromadzić sprzęt ochrony osobistej,
2)  włożyć na siebie fartuch, nagolenniki, buty, okulary, osłony twarzy,
3)  wyjaśnić, w jak sposób są zabezpieczane poszczególne części ciała przed zagrożeniami.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

sprzęt ochrony spawacza.

Ćwiczenie 2

Przygotuj stanowisko robocze do spawania gazowego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) ustawić butle z gazem w pozycji bezpiecznej (pionowej, przymocowane do ściany lub

wózka),

2)  przed przystąpieniem do pracy oczyścić ręce z olejów lub smarów,
3)  sprawdzić czystość elementów sprzętu od olejów lub smarów,
4)  zabezpieczyć butle przed oddziaływaniem wysokich temperatur,
5)  oddzielić stanowisko robocze od otoczenia osłonami lub kotarami,
6)  sprawdzić działanie wyciągów wentylacyjnych,
7)  przygotować odzież ochronną,
8)  zgromadzić sprzęt ochrony osobistej,

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

butle z gazem,

−

wózek do butli,

−

osłony lub kotary,

−

odzież ochronną,

−

sprzęt ochrony osobistej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

Dokonaj montażu sprzętu do spawania gazowego oraz zapłonu i wygaszenia palnika.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  zamontować reduktory do butli oraz palniki,
2)  oczyścić dysze butli poprzez lekkie otwarcie i zamknięcie zaworów,
3)  ustawić zakresy ciśnienia roboczego (tlen 0,2-0,3MPa, acetylen 0,005-0,01MPa, ciśnienie

acetylenu nie może przekroczyć 0,01MPa),

4)  zapalić palnik iskrą zapalarki otwierając najpierw zawór butli z acetylenem,
5)  stopniowo odkręcać zawór z tlenem aż do uzyskania płomienia neutralnego,
6)  zgasić płomień zakręcając najpierw zawór butli z acetylenem, a następnie z tlenem,
7)  wszystkie prace wykonać w okularach chroniących oczy przed intensywnym światłem.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

butle z gazem,

−

wózek do butli,

−

osłony lub kotary,

−

odzież ochronną,

−

sprzęt ochrony osobistej.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz: Tak Nie
1) wskazać, jakie przepisy określają wymagania bhp przy pracach

spawalniczych?

2) jakie zabezpieczenia powinien mieć spawacz przy pracach

spawalniczych wewnątrz zbiornika?

3) wyjaśnić , dlaczego dla celów wentylacji nie można stosować

tlenu z butli tlenowej?

4) wyjaśnić, przed jakimi promieniami należy chronić oczy spawacza?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Wybrane zagadnienia z elektrotechniki

4.2.1. Materiał nauczania

Pojęcia podstawowe
Energia  elektryczna  jest  jedną  spośród  wielu  postaci  energii  takich  jak:  mechaniczna,
cieplna, chemiczna. Każda z wymienionych postaci energii ma różne właściwości, które dają
się określić jakościowo i ilościowo - dają się odróżnić od innych oraz mierzyć odpowiednimi
jednostkami.
Źródłami energii elektrycznej (inaczej źródłami napięcia) nazywamy urządzenia, w których
następuje przemiana innych postaci w energię elektryczną. W wyniku tej przemiany elektrony
swobodne  zostają  obdarzone  zdolnością  wykonania  pracy.  Zewnętrznym  objawem  tej
„zdolności" jest przepływ prądu.
Prąd  elektryczny  określa  się  jako  ruch  ładunków  elektrycznych  wzdłuż  przewodu  (lub
w  elektrolicie).  Jako  kierunek  prądu  przyjęto  kierunek  przeciwny  do  ruchu  ładunków
ujemnych (elektronów lub jonów) w przewodzie.
Napięcie elektryczne

Dla wyjaśnienia zjawiska napięcia elektrycznego omówimy najprostsze źródło

wytwarzania energii elektrycznej w drodze chemicznej, tzw. ogniwo galwaniczne. Składa się
ono z naczynia i dwóch płytek zwanych elektrodami; jednej cynkowej, a drugiej miedzianej,
zanurzonych w elektrolicie (rozcieńczony wodą destylowaną kwas siarkowy). Zasada
działania ogniwa galwanicznego polega na samorzutnym rozpadaniu się cząsteczek elektrolitu
na ładunki dodatnie i ujemne (jony). Na elektrodzie cynkowej powstaje nadmiar elektronów,
natomiast na miedzianej ich niedobór, wobec czego wytwarza się różnica potencjałów, czyli
napięcie elektryczne, oznaczane tak samo jak potencjał literą U i mierzone w jednostkach
zwanych woltami (V).

Wartość napięcia jest równa różnicy potencjałów; np. gdy jedna elektroda ma potencjał

= 130 V, a druga elektroda U

= 10 V, to między obu elektrodami powstaje różnica

potencjałów, czyli napięcie elektryczne wynosi:

U = U

- U

= 130 V-10 V = 120 V

Napięcie elektryczne jest więc różnicą potencjałów, które w przykładzie wynosi 120 V.
Przyrząd do mierzenia napięcia nazywa się woltomierzem.

Natężenie prądu (prąd elektryczny)

Rozpatrując przykład ogniwa galwanicznego możemy stwierdzić, że gdy dwa ciała

naładowane elektrycznością, o różnych potencjałach, połączymy przewodem, to popłynie
prąd elektryczny. Gdy w obwód tego przewodu włączymy żarówkę, to zauważymy, że
żarówka zacznie świecić.

Droga, po której płynie prąd, nazywa się obwodem prądu elektrycznego albo obwodem

elektrycznym.

Wystarczy tylko w którymkolwiek miejscu obwód elektryczny przerwać, a żarówka

przestanie świecić. Przepływ ładunków elektrycznych odniesiony do jednostki czasu jest
natężeniem prądu elektrycznego I. Jednostką natężenia prądu jest amper (A). Do mierzenia
natężenia prądu używa się amperomierza (A)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys.4. Schemat połączenia woltomierza i amperomierza do obwodu prądu (połączenie szeregowe) [5, s. 212]

Oporność elektryczna.

Wszystkie ciała można podzielić na: przewodniki, półprzewodniki, nieprzewodniki. Ciała

zdolne do przewodzenia elektryczności nazywamy przewodnikami elektrycznymi, do których
należą metale, najlepiej przewodzą: srebro miedź aluminium.
Do  półprzewodników  należą:  roztwory  wodne  kwasów  i  ługów,  woda  mineralna,  mokre
drewno, ziemia wilgotna.
Nieprzewodniki  (izolatory)  są  to  ciała,  które  niemal  zupełnie  nie  przewodzą  prądu
elektrycznego.  Do  nich  należą:  ebonit,  szkło,  smoła,  mika,  porcelana,  guma,  olej
transformatorowy, jedwab, parafina, woda destylowana i inne.

Prąd elektryczny przepływa przez przewodnik zawsze z pewnymi przeszkodami.

Przeszkody  te  zależą  od  właściwości  budowy  wewnętrznej  samego  przewodu  i  mogą  być
bardzo  różne.  Przeszkodę,  na  którą  napotyka  prąd  elektryczny  w  czasie  przepływu  przez
przewód, nazywamy opornością elektryczną przewodu. Mierzymy ją w jednostkach zwanych
omami (Ω).
Pod  wpływem  oporu  elektrycznego  część  energii  elektrycznej  zamienia  się  w  ciepło.
Wydzielone ciepło podwyższa temperaturę przewodu i powoduje zwiększenie jego oporności.
Zjawisko  to  wpływa  na  zwiększenie  strat  energii  elektrycznej  oraz  może  doprowadzić  do
uszkodzenia  przewodów  elektrycznych  przez  spalenie  izolacji  lub  wytopienie  lutu  na
złączach.

W przewodzie elektrycznym, w którym przepływa prąd, istnieje ścisła zależność między

trzema podstawowymi wielkościami elektrycznymi, a mianowicie:

−

napięciem elektrycznym U mierzonym w woltach (V),

−

natężeniem prądu I mierzonym w amperach (A),

−

oporem elektrycznym R mierzonym w omach (Ω).
Znaczy to, że jeżeli wartość jednej z nich się zmieni, to wartość pozostałych lub jednej

z nich też się zmieni. Zależność ta została po raz pierwszy sformułowana przez uczonego
fizyka Ohma w postaci prawa, które od jego nazwiska zostało nazwane prawem Ohma.
Prawo Ohma mówi, że natężenie prądu I jest wprost proporcjonalne do napięcia U
i odwrotnie proporcjonalne do oporności R. Znając wartość dwóch spośród wymienionych
wyżej wielkości, możemy dzięki prawu Ohma znaleźć wartość trzeciej:

[A]

U =I·R [V]

[Ω]

Prąd stały i prąd zmienny.

Prąd stały płynie stale w jednym kierunku, tj. od zacisku (bieguna) dodatniego (+) źródła

prądu, przez przewód i odbiornik, do zacisku ujemnego (—) tego źródła. W czasie przepływu

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

prądu stałego przez przewód wartości natężenia i napięcia pozostają niezmienne, przy stałym
napięciu źródła prądu i stałej oporności obwodu elektrycznego.

Prąd zmienny odznacza się tym, że zmienia zarówno swój kierunek, jak i chwilowe

wartości napięcia i natężenia. Obwód prądu zmiennego nie ma stałej biegunowości, gdyż prąd
przebiega na przemian, raz w jedną, raz w drugą stronę.

Czas, w ciągu, którego prąd zmienny przebiega obwód elektryczny w jednym kierunku,

nazywamy zmianą (połowa okresu). Natomiast czas, w ciągu, którego prąd przebiega obwód
w obu kierunkach (tam i z powrotem) nazywamy okresem. Liczbę okresów przypadającą na
jedną sekundę nazywamy częstotliwością prądu zmiennego. Częstotliwość prądu zmiennego,
zarówno u nas jak i w innych krajach, wynosi dokładnie 50 okresów na sekundę, (w USA 60
okresów). Przy częstotliwości 50-okresowej l okres trwa 1/50 s, a jedna zmiana 1/100 s.

Moc elektryczna

Ciepło wydzielające się w łuku, a służące do stapiania brzegów metalu i elektrody,

powstaje  dzięki  przemianie  energii  elektrycznej  w  energię  cieplną.  Wydajność  tego  źródła
ciepła  zależy  głównie  od  wielkości  elektrycznej,  którą  nazywamy  mocą  elektryczną.  Moc
elektryczna prądu stałego jest to iloczyn napięcia U i natężenia prądu I. W odbiorniku prądu,
a  w  tym  przypadku  w  łuku  elektrycznym,  muszą  występować  pewne  wartości  napięcia
i natężenia prądu.

P = U · I [W]

Moc silników elektrycznych podawana jest często w koniach mechanicznych (KM).

l kW = 1,36 KM

Praca elektryczna

Zużycie energii w łuku elektrycznym zależne jest przede wszystkim od czasu spawania.

Chcąc więc obliczyć energię W łuku, mnożymy moc łuku P; przez czas t samego spawania -
jarzenia się łuku.

W= P · t

Pojęcie pracy elektrycznej, czyli pracy prądu, jest równoznaczne z pojęciem energii,

praca jest więc iloczynem mocy przez czas spawania.

Maszyny i urządzenia do spawania elektrycznego

Maszyny elektryczne

Do maszyn elektrycznych należą przetwornice spawalnicze. Przetwornica spawalnicza

składa  się  z  dwóch  zasadniczych  części:  silnika  elektrycznego  lub  spalinowego  i  prądnicy.
Silnik  elektryczny  służy  do  zamiany  energii  elektrycznej  na  energię  mechaniczną,  prądnica
zaś  zamienia  energię  mechaniczną  na  energię  elektryczną,  wytwarzając  niezbędny  do
spawania prąd elektryczny.

Budowa i działanie przetwornic spawalniczych.

Przetwornice spawalnicze są spawarkami wirującymi, które wytwarzają prąd elektryczny

do spawania. Przetwornice spawalnicze mają prądnice o polu poprzecznym według patentu
Rosenberga i tworzą zespół przewoźny, który na wspólnym wale ma osadzoną prądnicę
spawalniczą i silnik elektryczny (asynchroniczny) trójfazowy.

Przetwornice spawalnicze wg PN stanowią źródła prądu do ręcznego spawania łukowego.

Dzielą się one na:
-

przetwornice spawalnicze do spawania prądem stałym, z silnikiem na prąd zmienny lub
stały, o mocy średniej (150—600 A) i dużej (powyżej 600A), przewoźne,
jednostanowiskowe, o regulacji ciągłej lub mieszanej,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przetwornice spawalnicze do spawania prądem zmiennym , z silnikiem na prąd zmienny,
o mocy małej (do 150 A) i średniej (150—600 A), przewoźne, jednostanowiskowe,
o regulacji ciągłej lub mieszanej.

Schemat części wirującej przetwornicy spawalniczej przedstawiony jest na rys. 5.

Rys.5. Schemat części wirujących przetwornicy spawalniczej:
1 — wał, 2— silnik, 3 — wentylator dwustronny, 4— twornik wytwarzający prąd, 5 — bieguny
elektromagnesów, 6 — komutator, 7 — szczotki węglowe robocze. [5, s. 227]

Przetwornicę spawalniczą można podzielić na dwie części: stalą i wirującą. Część stała

(nieruchoma)  nosi  nazwę  stojana.  W  stojanie  prądnicy  umieszczone  są  magnesy  wraz
z  nabiegunnikami  magnetycznymi.  W  tej  części  wytwarzane  jest  pole  magnetyczne  stąd
nazwa  magneśnica.  Schemat  ideowy  prądnicy  spawalniczej  o  polu  poprzecznym,  typu
EW23u,  przedstawiony  jest  na  rysunku.  Przetwornice  spawalnicze  mają  zaciski  oznaczone
+P  i  -N  w  miejscu  łączenia  przewodów  spawalniczych  oraz  zacisk  E,  do  którego  łączy  się
przewód wyrównawczy, gdy przetwornice spawalnicze pracują równolegle.
Część  wirująca  przetwornicy  spawalniczej,  wirnik,  składa  się  z  twornika  -  uzwojenia,
w którym  powstaje  siła  elektromotoryczna,  oraz  komutatora,  którego  zadaniem  jest
„prostowanie”  prądu  przemiennego,  płynącego  w  zwojach  twornika,  na  prąd
jednokierunkowy.
Nowe  typy  przetwornic  spawalniczych,  oznaczone  symbolami  EWh-300,  EWh-450,
EWh-800, są wyposażone w dodatkowe uzwojenia demagnesujące.

W prądnicy z uzwojeniem demagnesującym dla uzyskania odpowiedniej charakterystyki

statystycznej,  wymaganej  przy  spawaniu,  zostaje  wzbudzony  odpowiednio  silny  strumień
magnetyczny skierowany przeciwnie do strumienia głównego, wzrastającego proporcjonalnie
do  prądu  spawania.  Główny  strumień  magnetyczny  jest  wytworzony  za  pomocą  uzwojenia
obco-wzbudnego, umieszczonego na biegunach głównych elektromagnesu 6, zasilanego przez
prostownik  7  napięciem  zmiennym  pobieranym  z  silnika  napędowego  prądnicy  (rys.  6).
Strumień  przeciwnie  skierowany  wytwarza  się  za  pomocą  uzwojeń  demagnesujących
i nadbiegunników pomocniczych, wzmacniających strumień reakcji twornika.

Prąd spawania można regulować stacjonarnie lub zdalnie, systemem ciągłym, za pomocą

opornika  regulacyjnego,  przez  zmianę  amperozwojów  wytwarzających  główny  strumień
magnetyczny.  Regulację  stopniową  w  trzech  zakresach  spawania  dokonuje  się  przez
odpowiednie  przełączenie  przewodów  spawalniczych  np.  A-F1  (zakres  mały),  A-F

(zakres

średni), A-F

(zakres duży).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys.6. Schemat prądnic spawalniczych: a) prądnica o polu przemiennym, b) z uzwojeniem demagnesującym.
1 – stojan, 2 – elektromagnesy, 3 – korpus regulatora, 4 – ruchomy regulator prądu spawania, 5 – tablica
przełącznikowa przewodów spawalniczych, 6 – uzwojenia obcowzbudne biegunów głównych, 7 – prostownik,
8 – uzwojenia demagnesujące, 9 – bieguny pomocnicze, 10 – opornik regulacji prądu spawania: A-B szczotki
węglowe robocze, a-b szczotki węglowe pomocnicze, K-I zaciski cewki obcowzbudnej [5, s. 230]

Regulacja prądu spawania

Przetwornice spawalnicze typu EW23u i EW32a mają regulację natężenia prądu opartą

na zmianie oporu magnetycznego. Regulacja natężenia prądu odbywa się przez wkręcanie
i wykręcanie w wydrążonym biegunie elektromagnesu ruchomego rdzenia stalowego.
Rysunek poniższy przedstawia przekrój bieguna regulacyjnego w czasie najmniejszego prądu
spawania.

W tym czasie cały strumień magnetyczny musi przejść przez ściankę 5 bieguna oraz

przez przestrzeń powietrzną 4, która stanowi dla tego strumienia duży opór magnetyczny.
Wskutek tego osłabia się główny strumień magnetyczny i wytwarza się w tworniku mniejszy
prąd spawania.

Pokręcając kółkiem 5 w prawo, wkręcamy ruchomy rdzeń stalowy 2 do wydrążonej

części bieguna l i w ten sposób zmniejszamy opór magnetyczny strumienia, a prąd spawania
staje się coraz większy. Po całkowitym wkręceniu rdzenia stalowego 2 otrzymujemy
w obwodzie zewnętrznym największy prąd spawania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys.7. Przekrój bieguna regulacyjnego przetwornicy spawalniczej[5, s. 231]

W środku nabiegunnika 6 znajduje się biegun zwrotny, czyli komutacyjny 7. Biegun

zwrotny służy do polepszenia komutacji i zmniejszenia iskrzenia na szczotkach roboczych
w czasie spawania.

Większym prądom spawania odpowiadają wyższe napięcia, które wskazuje rys. 8.

Rys. 8. Schemat połączeń dotyczący czterech zakresów prądu spawania w prądnicy EW-23a
E- zacisk pracy równoległej, P- oporność szczotek pomocniczych, C- łącznik do zwierania zakresów
spawania.[5, s. 236].

Przetwornica typu EW-23u ma dwa zakresy, na mały i duży prąd spawania, przy czym

w każdym zakresie jest regulacja ciągła. Skala zakresów prądowych umieszczona jest na
wierzchu przetwornicy, w miejscu, gdzie się znajduje kółko lub rączka do regulacji natężenia
prądu.

Zmianę zakresu prądu spawania uzyskuje się za pomocą śruby dociskowej, umieszczonej

na płytce w miejscu łączenia przewodów spawalniczych. Całkowite odkręcenie śruby
dociskowej (motylkowej) powoduje włączenie dużego zakresu prądu, a dokręcenie śruby
włącza mniejszy zakres prądu spawania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przetwornice spawalnicze typu EW-32a mają cztery zakresy prądu spawania i należy je
łączyć według schematu (rysunek 8). Prąd spawania wynosi w zakresie I. 6

150 A, w II. —

140

350 A, w III. 300

450 A, w IV. — 350

500 A.

Przetwornicę spawalniczą uruchamia się za pomocą silnika przez włączenie przełącznika

trójkąt — gwiazda. Z chwilą ustawienia przełącznika w pozycji „gwiazda" następuje rozruch
silnika. W tej pozycji utrzymuje się przełącznik przez 15—20 sekund, aż wirnik prądnicy
osiągnie właściwą prędkość obrotową. Następnie obraca się przełącznik do pozycji „trójkąt”,
w której odbywa się normalna praca przetwornicy.

Transformatory spawalnicze

Do spawania elektrycznego używane są, oprócz przetwornic spawalniczych, także

transformatory  spawalnicze,  które  dostarczają  prądu  zmiennego  do  spawania.  Działanie
transformatora  polega  na  przetwarzaniu  prądu  zmiennego  o  napięciu  sieciowym  na  prąd
zmienny  o  niższym  napięciu,  a  większym  natężeniu,  niezbędnym  do  jarzenia  się  łuku
elektrycznego.

Schemat transformatora spawalniczego jednofazowego przedstawia rys. 9. Na rdzeniu

stalowym  l,  wykonanym  z  cienkiej  blachy  transformatorowej,  znajduje  się  uzwojenie
pierwotne 2, wykonane z cienkiego przewodu, o większej  liczbie zwojów, przyłączonego do
sieci.  Uzwojenie  wtórne  3  wykonane  z  grubszego  przewodu  o  mniejszej  liczbie  zwojów
i połączone z obwodem spawania. Przez uzwojenie pierwotne przyłączone do sieci przepływa
prąd  zmienny  sieciowy  Prąd  ten  wytwarza  zmienny  strumień  magnetyczny  w  rdzeniu
stalowym  transformatora  1  Dzięki  zmienności  pola  magnetycznego  powstaje  przez  indukcję
w  uzwojeniu  wtórnym  3  zmienna  siła  elektromotoryczna  (E

). W uzwojeniu pierwotnym 2

transformatora indukuje się również siła elektromotoryczna (E

Rys. 9. Schemat transformatora spawalniczego. [5, s. 239]

Wartości sił elektromotorycznych indukowanych w obu uzwojeniach transformatora

zależne  są  od  liczby  zwojów  każdego  uzwojenia  oraz  od  wartości  zmian  strumienia
magnetycznego.  Ponieważ  każdy  zwój  obejmuje  ten  sam  strumień  magnetyczny,  więc
wartości  indukowanych  sił  będą  proporcjonalne  do  liczby  zwojów,  a  zatem  ich  stosunek
wyniesie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

gdzie E

jest wartością siły elektromotorycznej w uzwojeniu pierwotnym, E

w uzwojeniu

wtórnym, Z

jest liczbą zwojów w uzwojeniu pierwotnym, Z

liczbą zwojów w uzwojeniu

wtórnym.

Stosunek liczby zwojów (napięcia) w uzwojeniu pierwotnym do liczby zwojów

(napięcia) w uzwojeniu wtórnym nazywamy przekładnią transformatora i oznaczamy literą δ.

gdzie: U

— napięcie w uzwojeniu pierwotnym, U

— napięcie w uzwojeniu wtórnym,

— liczba zwojów w uzwojeniu pierwotnym, Z

— w uzwojeniu wtórnym.

Transformatory spawalnicze odznaczają się tym, że obniżają napięcie sieciowe (np. 230V) do
napięcia (około 50 V), potrzebnego do zajarzenia łuku elektrycznego.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Czy są różnice między prądem stałym a zmiennym

2. Jakie podstawowe parametry charakteryzują prąd elektryczny

3. Na czym polega działanie silnika prądu zmiennego

4. Na czym polega działanie silnika prądu stałego

5. Jaka zależność istnieje między trzema podstawowymi wielkościami elektrycznymi

w przewodzie elektrycznym, w którym płynie prąd?.

6. Co to jest praca elektryczna lub praca prądu

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na podstawie tablicy znamionowej przetwornicy dokonaj zmiany zakresu prądu

spawania za pomocą śruby dociskowej umieszczonej na płycie w miejscu łączenia
przewodów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) odszukać tabliczkę znamionową przetwornicy gdzie znajdzie zakresy prądu spawania.
2) zlokalizować śrubę dociskową (motylkową), której dokręcenie włącza mniejszy zakres

prądu spawania.

3) wykonać to dla 4 zakresów prądu spawania.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przetwornica prądowa,

−

instrukcja obsługi.

−

procedura postępowania podczas regulacji przetwornicy.

Ćwiczenie 2

Dokonaj podłączenia do sieci i uruchomienia przetwornicy spawalniczej za pomocą

przełącznika gwiazda-trójkąt.

Sposób wykonania ćwiczenia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  sprawdzić, czy jest uziemienie lub zerowanie przetwornicy spawalniczej,
2)  sprawdzić, czy przewody spawalnicze na całej długości nie zwierają się,
3)  uruchomić przetwornicę przełącznikiem gwiazda trójkąt,
4)  po uruchomieniu przetwornicy spawalniczej sprawdzić czy kierunek obrotów wirnika jest

zgodny z kierunkiem strzałki znajdującej się na obudowie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przetwornica prądowa,

−

instrukcja obsługi,

−

procedura postępowania podczas podłączenia i uruchamiania przetwornicy.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) określić rodzaje maszyn i urządzenia do spawania elektrycznego

2) scharakteryzować pracę transformatora

3) określić, gdzie na urządzeniu spawalniczym zamieszczona

jest jego sprawność

4) wyjaśnić pojęcie mocy elektrycznej

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Przygotowanie materiałów do spawania

4.3.1.Materiał nauczania

Rodzaje złączy spawanych

Połączenie spawane powstaje w wyniku lokalnego stopienia brzegów łączonych

elementów i wprowadzenia dodatkowo stopionego materiału zwanego spoiwem.

Rys. 10.Elementy rowka spoiny: a) przygotowanie krawędzi do spawania, b) elementy spoiny [13, s. 324]

Rys.11. Złącze spawane a) złącze, b) spoina [1, s. 105]

Złączem spawanym nazywamy połączenie dwu części: materiału spawanego i spoiwa.

Rodzaj złącza spawanego zależy od jego kształtu.

Rys.12. Rodzaje złącz spawanych: a) doczołowe ze spoiną czołową, b) teowe, c) narożne,
d) krzyżowe, e) zakładkowe, f) przylgowe ze spoiną grzbietową [13, s. 326]

Rodzaje spoin
1. Czołowe - podczas spawania blach ścieg graniowy może nie mieć pełnego przetopu,
dlatego
w konstrukcjach, gdzie jest dostęp, wycina się grań i układa nowy ścieg. Spawanie to nazywa
się podpawaniem.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys.13. Spoiny czołowe: a) złącze teowe, b) złącze przylgowe [1, s. 109]

Rys.14

. Spoina czołowa na V : a) spoina po wykonaniu, b) spoina po wycięciu grani, c) spoina podpawana

[1, s. 109]

2. Pachwinowe

Rys.15. Spoiny pachwinowe o licu: a) płaskim, b) wypukłym, c) wklęsłym [1, s. 110]

Grubości spoin pachwinowych w połączeniach spawanych zależą od grubości cieńszej

blachy, lecz nie powinna być cieńsza niż 3mm.

Rys.16. Maksymalne wymiary spoin pachwinowych [1, s. 110]

Przy spawaniu długich elementów w konstrukcjach mniej odpowiedzialnych stosuje się

spoiny przerywane. W konstrukcjach, w których należy pospawać dwie blachy jedna na
drugiej, stosuje się spoiny otworowe.

Rys.17. Spoiny pachwinowe przerywane: a) szew
łańcuchowy, b) szew przestawny [1, s. 111]

Rys.18. Spoiny otworowe, a) kołkowa, b)
szczelinowa [1, s. 112]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przygotowanie brzegów materiału do spawania

Brzegi materiału muszą być zukosowane mechanicznie za pomocą nożyc, frezarek,

strugarek, szlifowane lub cięte tlenem. Sposoby przygotowania brzegów materiału do
spawania zależą od materiału, rodzaju spawania i od grubości łączonych elementów.

Rys. 19. Przygotowanie blach do spawania w zależności od ich grubości [1, s. 113]

Aby zmniejszyć zużycie spoiwa, czas wykonania i dodatkowo uzyskać mniejsze

odkształcenia ukosuje się przedmioty grubsze na X,U, 2U.

Rys. 20. Ukosowanie przy grubszych blachach [1, s. 113]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przygotowanie do spawania elementów kształtowych wykonuje się w taki sposób, aby

cały przekrój był wypełniony spoiną. Przy spawaniu blach o różnych grubościach wskazane
jest wykonanie ścięcia, aż do wyrównania grubości z cieńszym elementem.

Rys. 21. Przygotowanie kształtowych elementów do spawania
[1, s. 114]

Rys. 22. Obróbka grubszej części, a) jedno-
stronna, b) dwustronna [1, s. 114]

Oczyszczenie brzegów przed spawaniem

Przed spawaniem należy oczyścić brzegi materiałów z farb, lakierów, smarów,

produktów korozji w sposób mechaniczny lub chemiczny na odległość zależną od metody
spawania, na szerokości od 5

30mm. Mechaniczne oczyszczanie polega na usuwaniu

zanieczyszczeń  szczotką  drucianą,  pilnikiem  lub tarczą  szlifierską,  a chemiczne  na  płukaniu
w gorących  roztworach  ługu  sodowego,  następnie  przemywaniu  roztworami  kwasu
azotowego, płukaniu w wodzie i suszeniu. Po mechanicznym oczyszczeniu należy spawać nie
później niż w ciągu 8 godzin, a po chemicznym nie później niż w ciągu 48 godzin.

Rys. 23. Czyszczenie brzegów w złączach przygotowanych do spawania [1, s. 129]

Sczepianie blach do spawania

Spawane elementy muszą być zgodne z rysunkiem. Aby zapewnić zachowanie

wymiarów, elementy spawane są w przyrządach lub sczepiane. W produkcji małych serii
wyroby sczepia się w przyrządach uniwersalnych, natomiast elementy duże sczepia się bez
przyrządów. Spoiny sczepne wykonuje się od środka lub od brzegów i na przemian.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys.24. Sczepianie blach do spawania, a) nieprawidłowe, b) sczepianie od środka, c) sczepianie od brzegów.
[1, s. 122]

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie nazwy noszą elementy rowka spoiny

2. Co nazywamy złączem spawanym i wymień rodzaje złącz spawanych

3. W jaki sposób wykonujemy spoinę podpawaną

4. Od czego zależy sposób przygotowania krawędzi do spawania

5. Od czego zależy grubość spoiny pachwinowej w połączeniach spawanych

6. W jaki sposób oznaczamy spoiny pachwinowe na rysunku

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przygotuj do spawania ramę stołu o wymiarach 600× 600 wykonaną z kątowników

60×60×5.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  przygotować i sprawdzić sprzęt do spawania gazowego,
2)  uciąć 4 sztuki kątowników na wymiar 600,
3)  wytrasować wycięcia w półkach kątownika do spawania doczołowego,
4)  wykonać wycięcia palnikiem gazowym,
5)  wyszlifować i oczyścić brzegi kątowników w miejscach spawanych,
6)  wykonać  próbny  montaż  kątowników  i  sprawdzić  wymiary,  prostopadłość,  płaskość

ustawienia kątowników oraz przyleganie krawędzi do spawania,

7) zastosować odzież ochronną i sprzęt ochrony osobistej.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przewoźne stanowisko do spawania i cięcia gazowego z osprzętem spawalniczym,

−

szlifierka,

−

przyrządy ślusarskie,

−

przymiar kreskowy,

−

kątownik,

−

poziomnica,

−

szczotka druciana,

−

odzież ochronna i sprzęt ochrony osobistej.

Ćwiczenie 2

Wykonaj połączenie sczepne do spawania doczołowego dwóch blach o grubości 8mm

i długości szwu spawanego 500mm.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  przygotować i sprawdzić sprzęt do spawania gazowego,
2)  zukosować krawędzie blach w kształcie litery V palnikiem gazowym,
3)  ustawić  blachy  na  konstrukcjach  pomocniczych  do  spawania,  zachowując  odległość

między blachami 2mm,

4) sprawdzić wypoziomowanie blach,
5) wykonać sczepianie blach wykonując tę czynność od środka lub od brzegów blach i na

przemian oraz zachowując odległości 20-30 mm między punktami sczepiania,

6) sprawdzić poprawność wykonania sczepiania,
7) zastosować odzież ochronną i sprzęt ochrony osobistej,

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

blachy do spawania,

−

przewoźne stanowisko do spawania gazowego z osprzętem spawalniczym,

−

przyrządy do ustawiania elementów do spawania,

−

przymiar kreskowy,

−

poziomica,

−

odzież ochronna i sprzęt ochrony osobistej.

Ćwiczenie 3

Przedstaw sposób przygotowania krawędzi do spawania doczołowego dwóch rur ze stali

wymiarach przekroju poprzecznego:

57x6,3 i

57x3,2. Wykonaj rysunek złącza i oznacz

spoiny zgodnie z zasadami rysunku technicznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) naszkicować w podziałce 1:1 rysunek połączenia spawanego, na którym oznaczy:

−

sposób przygotowania krawędzi do spawania,

−

rodzaj spoiny,

−

wymiary przekroju poprzecznego spoin.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

normy dotyczące wymiarowania i przygotowania krawędzi do spawania,

−

kalkulator,

−

notatnik,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:                                                                                                    Tak      Nie
1)  wymienić rodzaje złącz spawanych?
2)  określić, kiedy wykonasz spoinę czołową, a kiedy pachwinową?
3)  przedstawić sposób przygotowania krawędzi elementów do spawania?
4)  na podstawie oznaczenia spoin na rysunku scharakteryzować

rodzaj złącza i spoinę?

5) omówić spawanie doczołowe elementów o różnych grubościach?
6) wyjaśnić konieczność wykonania sczepiania przed spawaniem?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Cięcie i spawanie gazowe

4.4.1.Materiał nauczania

Spawanie gazowe polega na miejscowym nagrzewaniu części łączonych i spoiwa do

stanu stopienia za pomocą płomienia gazowego. Do podstawowych materiałów stosowanych
podczas spawania gazowego należą:

−

gazy techniczne: acetylen i tlen, rzadziej wodór i tlen, gaz miejski, gaz ziemny, propan-
butan techniczny

−

spoiwa,

−

topniki.
Do spawania używa się przeważnie acetylenu z tlenem, do cięcia tlenu, ponieważ inne

gazy posiadają niską temperaturę spalania i płomień silnie utleniający. Efekt spawania zależy
w głównej mierze zależy od regulacji płomienia acetylenowo-tlenowego. Płomień
acetylenowo-tlenowy może być:

−

normalny: o jasno świecącym jądrze, stosowany do spawania stali niskowęglowych
i niskostopowych,

−

z nadmiarem tlenu: o jądrze w kształcie ostrego stożka i długie wysmukłej kicie,
stosowany do spawania mosiądzu,

−

z nadmiarem acetylenu: o grubym jądrze, szerokiej i długiej kicie, o kolorze
bladoczerwonym, stosowany do spawania aluminium i stopów aluminium.

Wyregulowanie płomienia do spawania stali niskowęglowych i niskostopowych polega na
uzyskaniu ostrego zarysu jądra.

Rys.25. Płomień acetylenowo-tlenowy [6, s. 163]

Płomień acetylenowo-tlenowy można podzielić na 4 strefy.

Charakterystyka stref
1-jądro, jest to jasno świecący stożek,
w strefie tej następuje rozpad acetylenu na
wodór i węgiel;
2-niewidoczna strefa odtleniająca lub
redukcyjna o najwyższej temperaturze
wskutek spalania wodoru i tlenu
3-strefa osłaniająca , zwana kitą
o niebieskawym zabarwieniu, następuje
w niej spalanie CO na CO

4-niewidoczna gorąca strefa płomienia,
która chroni spoinę przed zbyt szybkim
studzeniem, dlatego palnika nie należy
szybko odsuwać od spoiny.

Rys.26. Płomień acetylenowo-tlenowy [1, s. 236]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podczas spawania należy płomień zbliżyć do metalu na odległość 2÷5 mm od jądra

płomienia, ponieważ w tym miejscu temperatura jest najwyższa.

Spoiwa dobiera się w zależności od rodzaju spawanego materiału. Stosowane są różne

gatunki spoiw: cynowo-ołowiowe, miedziane, mosiężne, brązowe, aluminiowe i inne. Spoiwa
produkowane są w postaci drutów i prętów.

Tabela 1 .Spoiwa do spawania gazowego stali niskowęglowych i stopowych [6, s. 94]

Oznaczenie spoiwa Stare oznaczenie spoiwa Zastosowanie

SpG1

Sp1A

Do spawania stali niskowęglowych o
granicy plastyczności do 300MPa

SpG2

SpG2J

SpG4

Sp1GA

Sp1GAJ

Sp3

Do spawania stali niskowęglowych o
granicy plastyczności do 360MPa

Sp06H19N9
Sp04H19N9

Sp10
Sp17

Do spawania stali wysokostopowych
chromowo-niklowych(kwasoodpornych)

Sp20H23N18

Sp66H19N9

Sp12
Sp14

Do spawania stali wysokostopowych
chromowo-niklowych(żaroodpornych
i żarowytrzymałych)

Topniki dobiera się oddzielnie do każdego metalu lub stopu. Stosowane są w postaci

sypkiej lub rozrabiane są z wodą na gęstość lakieru. Pokrywa się nimi miejsca łączone i
spoiwo. Topniki mają za zadanie rozpuszczenie trudnotopliwych tlenków , które powstają
w czasie spawania, i ułatwienie przechodzenia ich do żużla.
Do lutowania twardego i lutospawania dla stali, żeliwa, miedzi używa się topnika Uni-Lut.

Urządzenia i sprzęt do spawania gazowego
Stanowiska do spawania dzielą się na:

−

stałe,

−

ruchome, przewoźne.
Stanowiska stałe urządza się w miejscach, gdzie występują roboty spawalnicze lub cięcie

tlenem. Wyposażone jest w następujące urządzenia: butle tlenowe i acetylenowe, węże,
reduktory, palniki oraz najpotrzebniejsze przybory.

Rys. 27. Stanowisko stałe do spawania gazowego; 1-butla tlenowa z reduktorem, 2- butla acetylenowa
z reduktorem, 3-palnik z wężami, 4-gablotka z nasadkami do spawania, 5-stół do spawania wyłożony cegłą,
6-wiadro z wodą do studzenia palnika.[6, s. 170]

Stanowisko przewoźne spawacza składa się z butli tlenowej i acetylenowej, które

umieszcza się na wózku wraz z reduktorami, wężami i palnikami. Acetylen przechowuje się
w butli w stalowej przy nadciśnieniu 1,5 MPa zamkniętej zaworem. Butle acetylenowe maluje
się na żółto i oznacz czarnym napisem: ACETYLEN. Tlen przechowywany jest w stalowych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

butlach malowanych na niebiesko z białym napisem: TLEN, przy nadciśnieniu 15 MPa. Butle
z tlenem zamknięte są zaworem mosiężnym, który nie należy smarować tłuszczami, gdyż
w zetknięciu ze sprężonym powietrzem spalają się wybuchowo. Każda butla na stanowisku
jest wyposażona w reduktor, który służy do obniżania ciśnienia gazów pobieranych z butli do
ciśnienia roboczego i utrzymywanie go przez cały czas pracy bez zmian.

Rys.28. Reduktor butlowy do tlenu typu

RBT-1[1, s. 207]

Rys.29 Reduktor butlowy do acetylenu typu

RBA-0,15[1, s. 211]

Gazy z butli tlenowej i acetylenowej wężami doprowadzane są pod odpowiednim

ciśnieniem do palnika, w którym w komorze mieszania następuje wymieszanie gazów.
Rozróżniamy palniki:

−

wysokiego ciśnienia,

−

niskiego ciśnienia.

Rys.30. Schemat palnika wysokiego ciśnienia

[7, s. 301]

Rys.31. Schemat palnika niskiego ciśnienia [7, s. 301]

W palnikach wysokiego ciśnienia oba gazy mieszające doprowadzane są pod

jednakowym  ciśnieniem,  wynoszącym  0,1÷0,2  MPa.  Palniki  niskiego  ciśnienia  stosuje  się
wówczas,  gdy  różnica  ciśnień  między  tlenem  i  acetylenem  jest  znaczna.  Są  to  urządzenia
smoczkowe, w których  najczęściej tlen o wyższym ciśnieniu zasysa gaz-acetylen o ciśnieniu
niższym.

Metody spawania gazowego

W praktyce stosuje się różne metody spawania gazowego, które różnią się sposobem

przesuwania palnika i spoiwa. Najczęściej stosuje się:

−

spawanie w lewo,

−

spawanie w prawo,

−

spawanie w górę.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 32. Schemat spawania metodą w lewo [1, s. 179]

Rys. 33. Schemat spawania metodą w prawo [1, s. 181]

Rys. 34. Schemat spawania metodą w górę, a) spawanie jednostronne, b) spawanie dwustronne, c) spawanie
jednostronne przy materiałach o grubości powyżej 6mm. [1, s. 182]

Cięcie gazowe

Do cięcia gazowego można stosować: tlen, acetylen, propan-butan, gaz miejski i ziemny

oraz  wodór  stosowany  do  cięcia  pod  wodą.  Proces  cięcia  stali  tlenem  polega  na  spalaniu
metalu przy współudziale płomienia podgrzewającego. Podczas cięcia powstają tlenki metali,
które  topią  się  i  zostają  wydmuchiwane  przez  silny  strumień  gazu.  Proces  ten  jest  możliwy
dla  stali  niskowęglowych,  dla  których  powstające  tlenki  metalu  mają  temperaturę  topnienia
niższą  niż temperaturę topienia  metalu,  dlatego metali takich  jak  żeliwo,  miedź,  aluminium,
chrom nie można ciąć tlenem. Palnik do ręcznego cięcia tlenem jest palnikiem używanym do
spawania gazowego, do którego jest wmontowana nasadka do cięcia.

Podczas cięcia należy wyregulować płomień. W pierwszej kolejności przy zapaleniu

płomienia otwiera się zawór tlenowy, następnie zawór acetylenowy i zapala się płomień
podgrzewający. Płomień należy wyregulować przez przykręcanie zaworu z acetylenem aż do
wyrównania jąderka. Następnie zakręca się zawór z tlenem i przystępuje się do cięcia.
Nagrzewa się brzegi materiału do koloru jasnoczerwonego, a po nagrzaniu odkręca się zawór
tlenowy. Szybkość prowadzenia palnika powinna być taka aby szczelina nie była zbyt szeroka
i nie nastąpiło przerwanie cięcia. Odległość między powierzchnią materiału ciętego a jądrem
płomienia powinna być stała i wynosi 2÷6mm. Palnikami ręcznymi można przecinać blachy,
ukosować brzegi blach na V lub X

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys.35. Rozmieszczenie dysz w
palniku do cięcia tlenem, 1-
dysza podgrzewająca, 2-dysza
tnąca [6, s. 227]

Rys.36. Palnik acetylenowo-tlenowy do cięcia typu PC –212A[1, s. 284]

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie materiały stosowane są przy spawaniu gazowym

2. Jakie zadanie mają do spełnienia topniki

3. Jakie urządzenia powinny znajdować się na stanowisku stałym do spawania i cięcia

gazowego

4. Dlaczego zaworów butli tlenowych nie można smarować tłuszczami

5. Do czego służą reduktory

6. Jak jest zbudowany palnik niskiego ciśnienia

7. Jakie rozróżniamy metody spawania gazowego

8. Jakie strefy wyróżnia się strefy w płomieniu acetylenowo-tlenowym i jakie są ich

temperatury

9. Jakie gazy palne stosowane są do cięcia stali

10. Na czym polega regulacja płomienia do cięcia tlenem

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Połącz spoiną narożną dwie blachy o grubości 2mm. Po spawaniu blachy powinny być

ustawione pod kątem prostym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać zadanie powinieneś:

1)  przygotować i sprawdzić sprzęt do spawania gazowego,
2)  oczyścić krawędzie przed spawaniem,
3)  ustawić prostopadle blachy stycznie z krawędziami wzdłużnymi do spawania w pozycji

poziomej odgórnej,

4)  wykonać wstępne spawanie sczepiające,
5)  wykonać spoiny łączące,
6)  usunąć zgorzelinę,
7)  sprawdzić poprawność wykonanego ćwiczenia,
8)  zastosować odzież ochronną i sprzęt ochrony osobistej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przewoźne stanowisko do spawania i cięcia gazowego z osprzętem spawalniczym,

−

przyrządy ślusarskie,

−

kątownik,

−

młotek spawalniczy,

−

szczotka druciana,

−

odzież ochronna i sprzęt ochrony osobistej.

Ćwiczenie 2

Z blachy o grubości 4mm wytnij palnikiem krążek o średnicy 200mm.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać zadanie powinieneś:

1)  przygotować i sprawdzić sprzęt do spawania gazowego,
2)  wytrasować krążek na blasze,
3)  wyciąć krążek za pomocą palnika umieszczonego na wózku do prowadzenia palnika,
4)  oczyścić krawędzie,
5)  sprawdzić poprawność wykonanego ćwiczenia,
6)  zastosować odzież ochronną i sprzęt ochrony osobistej.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

blacha o grubości 4mm,

−

przewoźne stanowisko do spawania i cięcia gazowego z osprzętem spawalniczym,

−

wózek do prowadzenia palnika po okręgu,

−

przyrządy ślusarskie,

−

młotek spawalniczy,

−

szczotka druciana,

−

odzież ochronna i sprzęt ochrony osobistej.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:                                                                                                    Tak      Nie
1)  wymienić materiały stosowane są do spawania gazowego?

2)  określić, od czego zależy dobór topników i spoiw?

3)  dobrać topniki i spoiwa do różnych gatunków stali?

4)  rozpoznać butle z tlenem i acetylenem?

5)  wyjaśnić sposób prowadzenia palnika podczas spawania?

6)  wyjaśnić spawanie w lewo i w prawo?

7)  scharakteryzować gazy stosowane są do spawania gazowego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Cięcie i spawanie elektryczne

4.5.1. Materiał nauczania

Cięcie i spawanie elektryczne

Cięcie termiczne

Źródłem ciepła jest przy cięciu najczęściej: płomień acetylenowo-tlenowy, łuk

elektryczny,  strumień  plazmy  lub  wiązka  laserowa.  Cięcie  przy  spawaniu  elektrycznym  to
cięcie  łukowe  elektrodą  węglową  lub  metalową.  Polega  na  wytapianiu  szczeliny  w  pełnym
metalu  w  strumieniu  czystego  tlenu.  Cięcie  gazowo-łukowe  polega  na  podgrzaniu  metalu
ciepłem  łuku  elektrycznego  i jednoczesnym  miejscowym  spalaniu  metalu  w  strumieniu
czystego  tlenu.  Obecnie  można  ciąć  termicznie  wszystkie  metale  i  stopy  stosowane
w przemyśle a nawet beton i kamień. Grubość przecinanego metalu 1-3mm. W zależności od
stosowanych  rozróżnia  się  cięcie  termiczne  ręczne  i  maszynowe,  może  być  wykonywane
w sposób zautomatyzowany za pomocą mechanizmów prowadzących pilniki wg określonych
linii.

Specjalne metody cięcia.

Większości wysokostopowych stali i metali nieżelaznych nie można ciąć za pomocą tlenu

względu

powstawanie

wysokotopliwych

tlenków.

Podczas

cięcia

stali

wysokostopowych i metali nieżelaznych oraz ich stopów stosuje się metody, które pozwalają
dostarczyć do miejsca cięcia jak największą ilość ciepła koniecznego do stopienia metalu,
a nie do jego spalenia. Najczęściej stosowane są następujące metody cięcia:

−

tlenowo-proszkowe, w których źródłem ciepła jest proszek żelaza spalający się
w atmosferze tlenu;

−

łukowe i tlenowo-lukowe, w których tnie się elektrodami metalowymi lub węglowymi,
stosując niekiedy dla zintensyfikowania procesu dodatkowy nadmuch tlenu w miejsce
cięcia;

−

lancą,  rurą  ze  stali  niskowęglowej,  wypełnioną  drutami  z  takiej  samej  stali,  w  której
źródłem  ciepła  jest  spalanie  się  końcówki  lancy  w  strumieniu  tlenu  (niekiedy  druty
zastępuje  się  proszkiem  żelaznym,  podawanym  strumieniem  tlenu).  Lance  stosuje  się
zarówno do przecinania materiałów metalicznych, jak i do niemetalicznych.

Cięcie metodami wysokoenergetycznymi

Cięcie plazmowe
Pozwala ono ciąć wszelkie metale i ich stopy oraz ceramikę. Metoda ta polega na tym, że

pomiędzy  elektrodą  wolframową  a  materiałem  przecinanym  przepływa  strumień  plazmy,
utworzony  przez  łuk  elektryczny  i  doprowadzane  gazy.  Strumień  plazmy,  którego
temperatura  wynosi  ponad  14000  K,  topi  i  odparowuje  materiał  cięty,  a  następnie
wydmuchuje ciekły materiał i jego pary na zewnątrz, tworząc szczelinę o szerokości 3-4mm.
Rozróżnia  się  dwa  rodzaje  palników:  o  tuku  wewnętrznym  i  zewnętrznym.  Przy
wewnętrznym - łuk jarzy się miedzy elektrodą a miedzianą dyszą. Palniki te są przeznaczone
do  przecinania  materiałów  nie  przewodzących  prądu  elektrycznego.  W  palnikach  o  łuku
zewnętrznym - jarzy się on między elektrodą a przecinanym materiałem przewodzącym prąd
elektryczny. Często gazy  plazmotwórcze zastępowane  są powietrzem  i stąd pochodzi nazwa
„plazma powietrzna”. W tym wypadku elektrodę wolframową zastępuje elektrodą cyrkonową,
mniej podatną na utlenianie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Cięcie laserem

W tej metodzie materiał cięty zostaje miejscowo nagrzany do wysokiej temperatury przez

absorpcję promieniowania  laserowego, a następnie odparowany. Laserem  można ciąć  blachy
stalowe,  blachy  pokrywane  warstwami  ochronnymi,  drewno,  tworzywa  sztuczne  i  inne
materiały.  Metoda ta pozwala  bardzo dokładnie kontrolować  moc promieniowania oraz ilość
doprowadzonego ciepła.

Rys.37. Schemat urządzenia do cięcia laserem: 1. elektroda, 2. materiał cięty, 3. strumień plazmy, 4. chłodzenie,
5. doprowadzenie gazów, 6. opornik, 7. jonizator, 8. źródło prądu [10, s. 166]

Spawanie elektryczne.

Źródłem ciepła w spawaniu elektrycznym jest łuk elektryczny, jarzący się między

elektrodą  a  spawanym  przedmiotem.  Stopiony  metal  z  elektrody  i  nadtopione  krawędzie
spawanego  materiału  tworzą  jeziorko  spawalnicze,  które  po  zakrzepnięciu  zamienia  się
w spoinę.  Podczas  spawania  łuk  elektryczny  i  jeziorko  ciekłego  metalu  znajdują  się  pod
osłoną  gazów  stanowiących  ochronę  przed  dostępem  tlenu  i  azotu  z  atmosfery.  Źródłem
prądu  stałego  są  spawarki  prostownikowe,  natomiast  prądu  przemiennego  -  transformatory
spawalnicze.

Spawanie elektrodami otulonymi

Elektrody otulone wykonywane są w postaci krótkich odcinków drutu pełniącego rolę

spoiwa  pokrytego  otuliną.  Otulina  jest  złożona  z  substancji  potrzebnych  do  prawidłowego
przebiegu  procesów  metalurgicznych  podczas  spawania.  Zależnie  od  stosunku  zewnętrznej
średnicy  otuliny  do  średnicy  drutu  elektrodowego  rozróżnia  się  elektrody  cienko,  średnio  i
grubo otulone.

Do zadań otuliny należą:

−

jonizacja warstewki powietrza dla umożliwienia stabilnego jarzenia się tuku
elektrycznego,

−

tworzenie gazów ochronnych, zabezpieczających łuk i jeziorko spawalnicze przed
dostępem tlenu i azotu z powietrza,

−

tworzenie żużla stanowiącego ochronę świeżo wykonanej spoiny i zmniejszenie jej
szybkości chłodzenia,

−

powodowanie reakcji metalurgicznych obniżających zawartość S i P oraz wprowadzenie
dodatków stopowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W zależności od składu chemicznego otuliny rozróżnia się elektrody: kwaśne (A), kwaśno-
rutylowe (AR), zasadowe (B), celulozowe (C), utleniające (O), rutylowe średnio otulone (R),
rutylowe grubo otulone (RR) oraz inne (V).
Charakter otuliny decyduje o własnościach uzyskanych złącz.

Rys. 38. Elementy spawania łukowego: a) ściegi spawalnicze, b) sposoby wypełniania rowka, c) podkładki przy
spawaniu [10, s. 163]

Technologia spawania

Podczas spawania elektrodami otulonymi stosuje się natężenia prądu w przedziale 60-

360A  przy  napięciu  18-35  V.  Prąd  przypadający  na  elektrodę  określa  się  w  przybliżeniu
z zależności (15+d)d, gdzie d - średnica elektrody. Odpowiednio do rodzaju elektrod długość
łuku wynosi (0,5-1)d, prędkość stapiania elektrody do 2 min. Pozwala to na stopienie w ciągu
godziny  około  2  kg  spoiwa.  Dodanie  do  otuliny  sproszkowanego  żelaza  (elektrody  bardzo
grubo  otulone)  pozwala  dwukrotnie  zwiększyć  wydajność.  Spoiny  wykonuje  się  ściegiem
prostym  (w  wyjątkowych  przypadkach)  lub  zukosowanym.  Mogą  one  być  jedno  lub
wielowarstwowe. Przetop wykonuje  się bez podkładki  lub na podkładkach, ewentualnie  jako
podpawany.

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie znasz specjalne metody cięcia

2. Wyjaśnij, na czym polega cięcie plazmowe?
3. Wyjaśnij metodę cięcia laserowego

4. Jakie znasz cechy charakterystyczne spawania łukowego

5. Jakie są zadania otuliny podczas spawania elektrodą otuloną?
6. Na czym polega zjawisko przetopu podczas spawania

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na podstawie normy rozróżnij spoinę czołową i pachwinowa oraz przedstaw na rysunku.

Nazwij elementy złącza spawanego, określ symbol.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  z normy złącz spawanych dobrać przekroje złącz,
2)  narysować złącza, oznaczyć,
3)  nazwać i scharakteryzować spoiny, określić przeznaczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–  tablice spoin
–  normy,
–  przybory rysunkowe,
–  specjalistyczne oprogramowanie komputerowe.

Ćwiczenie 2

Dwie blachy o grubości 4mm połączyć spoiną pachwinową. Po spawaniu blachy

powinny być wzajemnie prostopadłe w kształcie symetrycznej litery T - w widoku
poprzecznym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  przygotować i sprawdzić sprzęt do spawania łukowego,
2)  dobrać parametry spawania elektrycznego,
3)  dobrać elektrodę,
4)  oczyścić krawędzie przed spawaniem,
5)  ustawić blachy do spawania w pozycji poziomej bocznej,
6)  wykonać wstępne spawanie sczepiające,
7)  wykonać spoinę pachwinową w dwóch przejściach,
8)  usunąć żużel,
9)  sprawdzić poprawność wykonanego ćwiczenia,
10)  zastosować odzież ochronną i sprzęt ochrony osobistej.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

stanowisko do spawania elektrycznego wraz z osprzętem,

−

przyrządy ślusarskie,

−

przymiar kreskowy,

−

kątownik,

−

młotek spawalniczy,

−

szczotka druciana,

−

odzież ochronna i sprzęt ochrony osobistej.

Ćwiczenie 3

Zespawać ramę furtki z kątowników stalowych 40x40x3. Wymiary ramy furtki wynoszą

1200x1600.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  przygotować i sprawdzić sprzęt do spawania łukowego,
2)  dobrać parametry spawania elektrycznego,
3)  dobrać elektrodę,
4)  wyciąć po 2 elementy na wymiar 1200 i 1600 za pomocą przecinarki tarczowej,
5)  przyciąć  odpowiednio  końcówki  (jedno  z  ramion)  kątowników  pod  kątem  45

i zeszlifować krawędzie,

6) oczyścić krawędzie przed spawaniem,
7) ustawić kątowniki do spawania w pozycji tak, aby ich ramiona tworzyły obwód

zamknięty,

8)  wykonać sczepianie spoinami punktowymi,
9)  wykonać spawanie ramion ułożonych do spawania czołowego,
10)  wykonać spoiny narożne,
11)  usunąć żużel,
12)  sprawdzić poprawność wykonanego ćwiczenia,
13)  zastosować odzież ochronną i sprzęt ochrony osobistej.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

kątowniki stalowe,

−

stanowisko do spawania elektrycznego wraz z osprzętem,

−

elektrody,

−

przymiar kreskowy,

−

kątownik,

−

młotek spawalniczy,

−

szczotka druciana,

−

odzież ochronna i sprzęt ochrony osobistej.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:                                                                                              Tak           Nie

1)  nazwać elementy procesu spawania łukowego?

2)  scharakteryzować elektrody otulone?

3)  wyjaśnić zalety i wady spawania elektrodą otuloną?

4)  nazwać źródła ciepła stosowane przy cięciu?

5)  scharakteryzować cięcie plazmowe?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6. Spawanie w osłonie gazów

4.6.1.Materiał nauczania

Spawanie w osłonie gazów ochronnych.

Obecnie stosowane są następujące metody spawania w osłonie gazów ochronnych:

−

metoda TIG (WIG - Tungsten Inert Gas) - łuk jarzy się między nietopliwą elektrodą
a materiałem w osłonie argonu lub helu,

−

metoda MIG (Metal Inert Gas) - elektroda metalowa topi się w osłonie argonu lub helu,

−

metoda MAG (Metal Active Gas) - elektroda metalowa topi się w osłonie CO

(gaz

aktywny) lub jego mieszankach z innymi gazami spawalniczymi, spawanie plazmowe,

−

spawanie plazmowe.
Do zalet spawania w osłonie gazów ochronnych należą: duża wydajność, łatwość

obserwacji  układania  spoin,  dobre  własności  mechaniczne  połączeń,  możliwość  spawania
w różnych pozycjach,  możliwość  mechanizacji i robotyzacji  spawania. Do wad  należą: duży
rozprysk  metalu,  konieczność  stosowania  drutów  o  stosunkowo  małej  średnicy,  brak
możliwości wprowadzania składników stopowych.

Metoda TIG

Łuk jarzy się między nietopliwą elektrodą wolframową a materiałem spawanym

w osłonie  gazu  ochronnego.  Urządzenie  do  spawania  jest  zasilane  prądem  stałym  lub
przemiennym.  Łuk  zajarza  się  przy  użyciu  jonizatorów  wielkiej  częstotliwości.  Metodę TIG
stosuje  się  do  spawania  aluminium  i  jego  stopów  -  przy  zasilaniu  prądem  przemiennym,
a miedzi  i  jej  stopów oraz  stali  wysokostopowych -  przy zasilaniu prądem  stałym  (minus  na
elektrodę). Metoda nadaje się również do spawania stali niskowęglowych i niskostopowych.
Nie stosuje się jej powszechnie ze względu na wysokie koszty.

Rys.39. Schemat stanowiska do spawania metodą TIG: 1. elektroda, 2. drut, 3. gaz osłonowy, 4. kondensator,

5. dławik, 6. jonizator [10, s. 166]

Spawanie metodami MIG i MAG

Spawanie przy pomocy elektrody topliwej w osłonie gazowej może się odbywać przy

zastosowaniu gazów obojętnych (MIG) lub aktywnych (MAG). Podczas spawania w łuku topi
się  elektroda  drutowa,  przesuwana  przy  pomocy  podajnika  przez  styk  prądowy.  Drut
przechodzi  przez  dyszę,  do  której  doprowadzany  jest  gaz  osłonowy.  Topiący  się  drut,  który
jest materiałem dodatkowym, tworzy razem ze stopionymi krawędziami spawanego materiału
spoinę.  Spawanie  obydwoma  metodami  przeprowadza  się  przy  bardzo  dużych  gęstościach
prądowych,  co  powoduje  szybkie  topienie  się  drutu  elektrodowego.  Wydajność  dochodzi
nawet  do  10  kg/godz.  Przy  tych  metodach  istnieją  trzy  sposoby  przechodzenia  metalu
z elektrody  do  spoiny:  natryskowy,  kroplowy  i  mieszany.  W  pierwszym  przypadku  metal
przechodzi w postaci  bardzo drobnych kropelek, nie powodując zwarć luku. Uzyskuje się to
przez  zastosowanie  bardzo  dużych  natężeń  prądu  spawania  (dotyczy  to  głównie  spawania

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

metodą MIG, w przypadku MAG dla uzyskania tego efektu trzeba zrezygnować z czystego
CO

i zastąpić go mieszanką gazową). Przy mniejszych natężeniach prądu metal przechodzi

w postaci stosunkowo grubych kropli, co powoduje okresowe zwieranie tuku elektrycznego
i w pewnym stopniu zakłóca stabilność procesu.

Metodą MIG spawa się te same materiały co metodą TIG, jednak jest ona znacznie

tańsza. Natomiast metoda MAG służy wyłącznie do spawania stali niskowęglowych
i niskostopowych.

Podczas spawania metodami MIG/MAG szybkość podawania drutu jest stała i nie zależy

od  napięcia  w  łuku  elektrycznym.  Stała  długość  końcówki  drutu  wychodzącej  z  łuski
zasilającej jest utrzymywana na zasadzie samoregulacji. Aby w czasie spawania nie dopuścić
do  zdmuchiwania  osłony  gazowej,  należy  proces  ten  prowadzić  w  pomieszczeniach
zabezpieczonych  przed  dużym  ruchem  powietrza,  a  przy  spawaniu  w  terenie  -  stosować
odpowiednie osłony, zabezpieczające przed wiatrem.

Rys. 40. Stanowisko do spawania metodą MIG/MAG [10, s. 166]

Obecnie do spawania stosuje się coraz częściej druty proszkowe (rdzeniowe). Wykonuje

się je ze zwiniętej taśmy stalowej. Wewnątrz są one wypełnione składnikami żużlotwórczymi
oraz żelazostopami. W ten sposób wprowadza się do spoiny dodatki stopowe. Dzięki łatwości
dobrania odpowiedniego składu chemicznego znajdują one coraz większe zastosowanie
zarówno przy spawaniu, jak i napawaniu.

Nowoczesne metody spawania

Spawanie wiązką elektronów

Metoda ta polega na wykorzystaniu strumienia elektronów jako źródła ciepła do

miejscowego  nadtapiania  łączonych  elementów.  Elektrony  emitowane  z  katody  z  dużą
prędkością  przepływają  w  kierunku  anody,  którą  jest  spawany  przedmiot.  Maksymalne
skupienie  wiązki  elektronów  osiąga  się  za  pomocą  dodatkowej  anody  oraz  soczewek
elektromagnetycznych.

Metodę tę stosuje się wszędzie tam, gdzie wymagane są połączenia o ściśle określonych

właściwościach,  w  przemyśle  elektrotechnicznym,  samochodowym,  technice  jądrowej
i energetyce.  Grubość  spawanych  materiałów  wynosi  od  0,05  do  300mm.  Metodą
elektronową można spawać  metale trudnotopliwe  i  stopy o dużej wytrzymałości. Nie wolno
natomiast  spawać  cynku  i  jego  stopów,  żeliwa  szarego  oraz  niskowęglowych  stali
nieuspokojonych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Spawanie laserowe

Metoda ta jest obecnie najnowocześniejszym procesem łączenia. Polega ona na topieniu

łączonych przedmiotów ciepłem otrzymanym w wyniku doprowadzenia do złącza
skoncentrowanej wiązki światła o dużej gęstości energii. Do celów spawalniczych najczęściej
stosuje się lasery gazowe CO

Wszystkie materiały spawane elektronowo można też spawać laserowo. Naprężenia
i odkształcenia spawalnicze praktycznie nie występują. Zastosowanie: przemysł kosmiczny,
lotniczy, samochodowy, elektroniczny i medyczny.

Spawanie plazmowe

Cechą charakterystyczną tej metody jest wykorzystanie łuku elektrycznego, który od

elektrody  wolframowej  przechodzi  do  przedmiotu  przez  dyszę  o  małym  przekroju
poprzecznym  i  nie  może  się  rozszerzać,  jak  przy  łuku  swobodnym.  Słupek  łuku  ma  kształt
stożka o bardzo małej zbieżności i dysponuje dużą gęstością energii, która umożliwia zmianę
otaczającego gazu w plazmę. Dzięki zmianom warunków jarzenia i zjawiskom zachodzącym
w  łuku  odznacza  się  on  wysoką  temperaturą,  równomiernie  rozłożoną  na  całym  przekroju
poprzecznym.

4.6.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie znasz metody spawania w osłonie gazów ochronnych?
2. Do spawania jakich materiałów stosuje się metodę spawania TIG

3. Jakie są różnice w spawaniu metodami: MIG i MAG?
4. W jaki sposób wykonuje się spawanie metodą MIG z zastosowaniem drutu proszkowego

(rdzeniowego)?

5. Jakie są zalety spawania elektronowego w porównaniu z laserowym

6. Jakie materiały można spawać metodą elektronową

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przygotuj stanowisko do spawania metodą TIG.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  wskazać odzież ochronną,
2)  zapoznać się z instrukcją obsługi urządzenia do spawania,
3)  przygotować materiały i oprzyrządowanie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

odzież ochronna,

–

stanowisko do spawania metodą TIG,

–

instrukcja obsługi,

–

procedura postępowania podczas przygotowania urządzenia spawalniczego do pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Wykonaj spawanie bez spoiwa metodą TIG tulei z blachy mosiężnej. Półfabrykat

zwinięty na walcarce z blachy o grubości 2mm, o brzegach podniesionych do spawania.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  przygotować i sprawdzić sprzęt do spawania metodą TIG,
2)  dobrać parametry spawania,
3)  oczyścić i odtłuścić krawędzie przed spawaniem,
4)  zacisnąć tuleję w przyrządzie do uzyskania styku łączonych krawędzi,
5)  ustawić tuleję do spawania w pozycji poziomej odgórnej,
6)  sprawdzić poprawność ukształtowania końcówki elektrody, w razie potrzeby poprawić

zaostrzyć końcowego stożka elektrody,

7)  uaktywnić łuk elektryczny,
8)  wykonać spoinę,
9)  sprawdzić poprawność wykonanego ćwiczenia,
10)  zastosować odzież ochronną i sprzęt ochrony osobistej.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

tuleja mosiężna,

−

stanowisko do spawania metodą TIG wraz z osprzętem,

−

oprzyrządowanie specjalistyczne,

−

odzież ochronna i sprzęt ochrony osobistej.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz: Tak Nie

1) dobrać urządzenia spawalnicze do wskazanej metody spawania

w osłonie gazów ?

2)  rozróżnić metody spawania wiązką elektronów i plazmową?

3)  wyjaśnić wady spawania w osłonie gazów ochronnych?

4)  przedstawić technologię spawania elektrodami otulonymi?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7. Lutowanie

4.7.1. Materiał nauczania

Lutowanie polega na łączeniu jednego lub różnych gatunków metali za pomocą spoiwa

(lutu),  którego  temperatura  topnienia  jest  niższa  od  temperatury  łącznych  metali.  W  czasie
lutowania  łączone  części  pozostają  w  stanie  stałym,  a  stopiony  lut  przenika  do  szczeliny
między nimi. Połączenie stopionego lutu z materiałem powstaje wskutek przenikania cząstek
lutu do materiału i odwrotnie. Proces lutowania wymaga zwilżenia płynnym lutem łączonego
metalu.  Powierzchnia  metalu  zostaje  wtedy  zwilżona,  gdy  lut  nie  grupuje  się  w  oderwane
krople,  lecz  tworzy  na  niej  nieprzerwaną  błonę.  Lutować  można  stale  węglowe,  stopowe,
metale  nieżelazne  i  ich  stopy,  żeliwa  szare  i  ciągliwe.  Połączenia  lutowane  stosuje  się
w przemyśle  elektronicznym,  maszynowym,  spożywczym  i  budowlanym.  W  elektrotechnice
połączenia  lutowane  znajdują  zastosowanie  do  łączenia  przewodów  elektrycznych,  dlatego
powinny zapewniać przewodność prądu. W przemyśle maszynowym mają zastosowanie przy
wytwarzaniu  skomplikowanych  części,  których  wykonanie  jest  trudne  i  kosztowne.  Część
taką składać  można  z  materiałów  o różnych własnościach,  a  po  lutowaniu  obrabiać  cieplnie.
Lutowanie  jest  stosowane  podczas  prac  blacharskich  oraz  w  naprawianiu  uszkodzonych
odlewów.

Rys. 41. Połączenia lutowane a) w elektrotechnice, b) złącza blach, c) złącza w przemyśle maszynowym

[1, s. 294]

Stosuje się następujące rodzaje lutowania:

−

lutowanie miękkie,

−

lutowanie twarde,

−

lutospawanie.

Lutowanie miękkie

Lutowanie miękkie polega na łączeniu części metalowych lutem miękkim ( stop cyny

z ołowiem), którego temperatura topnienia wynosi 185÷300

C. Luty do lutowania miękkiego

wykonywane są w postaci odlewanych prętów lub drutów ciągnionych, które w środku mają
topnik w postaci żyłki. Głównym zadaniem topników jest utworzenie szczelnej otuliny, która

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

chroni materiał przed utlenianiem w czasie podgrzewania i i lutowania. Topniki służą również
do rozpuszczenia i usuwania tlenków z powierzchni metalu oraz uaktywniają proces
zwilżania i rozpływania się lutu po elementach lutowanych.

Rys.42. Proces lutowania z topnikiem 1-warstwa tlenków, 2-płynny topnik, 3-płynny lut, 4-lut w stanie stałym.

[1, s. 296]

Luty do lutowania miękkiego wykonywane są na bazie cyny i ołowiu, najczęściej stosuje

się luty o oznaczeniach: LC30, LC40, LC60, LC 63, LC90. Topniki dobiera się do lutowania
w zależności od łączonych metali, temperatury i metody lutowania.

Źródłem ciepła w lutowaniu miękkim jest lutownica, która może być rozgrzewana

energią elektryczną, w ognisku, różnymi płomieniami gazowymi.

Rys.39. Lutownice do lutowania miękkiego [6, s. 29]

Lutownica zakończona jest grotem wykonanym z miedzi, który doprowadza ciepło,

przenosi lut i kształtuje lutowinę. W procesie lutowania nie można dotykać grotem do topnika
i elementów lutowanych, ponieważ wysoka temperatura spowoduje spalenie topnika, który
może przykleić się do łączonych elementów i uniemożliwić zwilżanie ich płynnym lutem.

1 - płynny topnik
2 – topnik w stanie stałym
3 – warstwa tlenków
4 – płynny topnik
5 – płynny lut
6– lut w stanie stałym
Rys.43. Lutowanie kolbą lutowniczą [1, s. 297]

Lutowanie twarde
Do lutowania twardego zalicza się lutowanie w temperaturze powyżej 450

C. Do

lutowania twardego można wykorzystać płomień gazowy wytwarzany w palniku. Palniki
mogą być zasilane tlenem i jednym z gazów palnych, acetylenem, propano - butanem, gazem
ziemnym.
Do lutowania ręcznego stosuje się palniki pojedyncze.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 44. Lutowanie palnikiem gazowym: (1) i (2) kolejność grzania [1, s. 298]

Podczas lutowania palnikiem element lutowany należy nagrzewać w miejscu złącz, a lut

powinien nagrzać się od części łączonych. Przy złączach okrągłych lut układa się na szczelinę
w  formie  pierścionka.  Topnikiem  pokrywa  się  powierzchnie  lutowane  jeszcze  przed
złożeniem  części  do  lutowania.  Topnikiem  jest  proszek  o  nazwie  Uni-Lut  lub  czysty
chemicznie  boraks  dla  stali  węglowych,  a  dla  stali  wysokostopowych  topnik  Austenit-Lut.
Brzegi  elementów  łączonych  przed  lutowaniem  należy  dokładnie  wyrównać,  dopasować
i  oczyścić  z  zanieczyszczeń  przez  mycie  benzyną,  opalanie  płomieniem,  wyszczotkowanie
szczotką metalową lub wytrawienie.

Luty twarde wykonywane są w postaci drutów, taśm, blach i past. Wykonywane są na

bazie  miedzi,  cynku  i  srebra.  Uniwersalnym  lutem  stosowanym  do  wszystkich  stali,
węglowych  i  stopowych,  jest  lut  miedziany  SMS1.  Przykładem  zastosowania  lutowania
twardego  jest  lutowanie  płytek  z  węglików  spiekanych  do  korpusu  narzędzia.  Przebieg
lutowania zależny  jest od postaci gniazda pod płytkę (rys.41),  ilości ostrzy, obróbki cieplnej
korpusu narzędzia.

Rys.45. Przykłady noży tokarskich z różnymi gniazdami pod płytki: a) gniazdo otwarte, b) gniazdo półotwarte,

c) gniazdo zamknięte [3, s. 118]

Proces lutowania płytek z węglików spiekanych dla narzędzi jednoostrzowych i prostych

kształtach dla produkcji masowej odbywa się w piecach komorowych. W praktyce,
w jednostkowym wyrobie narzędzi, lutowanie odbywa się z użyciem palnika acetylenowego
(rys.42).

Rys.46. Zabiegi lutowania palnikiem gazowym: a) grzanie trzonka noża i płytki, b) dosypywanie topnika,

c) dociskanie płytki, d) zanurzanie narzędzia w miale węglowym.[3, s. 127]

Lutospawanie

Lutospawanie należy do lutowania twardego. Połączenie części metalowych powstaje

przy stopionym spoiwie i nie stopionych brzegach łączonych metali. Krawędzie do
lutospawania przygotowuje się tak jak do spawania na: I,V,Y. Proces technologiczny zbliżony
jest do spawania. Do lutospawania stosuje się luty twarde o wysokiej temperaturze topnienia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

(900-1083

C). Do tej temperatury należy nagrzać części łączone. Lutospawanie stosuje się do

łączenia  stali  węglowych,  odlewów  żeliwnych,  brązowych  i  mosiężnych,  zastępując
spawanie.  Żeliwa  połączone  tą  metodą  mają  lepsze  własności,  gdyż  niska  temperatura
topnienia  lutu  nie  powoduje  odkształceń  cieplnych  w  elementach  łączonych  i  nie  powstają
pęknięcia. Do spawania płyt żeliwnych stosuje się lut miedziany, który roztapia się palnikiem
acetylenowo-tlenowym. Brzegi należy zukosować zależnie od grubości i oczyścić.

Rys.47. Płyty żeliwne lutospawane płomieniem gazowym przy użyciu spoiwa miedzianego [6, s. 33]

4.7.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jaka jest różnica między lutowaniem miękkim a twardym?
2.  W jaki sposób należy przygotować materiały do lutowania?
3.  Jakie elementy wyróżnisz w złączu lutowanym?
4.  W jakim celu w lutowaniu używa się topnika?
5.  Od czego zależy wybór lutowania?
6.  Na czym polega lutospawanie?

4.7.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj połączenie lutowane dwóch elementów przedstawionych na rysunku. Elementy

są wykonane ze stali St5. Średnica wałka wynosi d=25, odległość l=40.

Rysunek do ćwiczenia 1 [3, s. 232]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  dobrać dla materiału lutowanego lut i topnik,
2)  wytrasować odległość l = 40 na wałku,
3)  pokryć powierzchnie w miejscu lutowania topnikiem,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4)  zamocować elementy w przyrządzie,
5)  sprawdzić stan techniczny palnika acetylenowo-tlenowego,
6)  nałożyć lut w formie pierścionka,
7)  rozpalić i wyregulować płomień palnika,
8)  ogrzać elementy lutowane na całym obwodzie palnikiem do temperatury topnienia lutu,
9)  sprawdzić poprawność wykonania złącza.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przyrządy do zamocowania elementów,

−

palnik acetylenowo-tlenowy z oprzyrządowaniem,

−

luty, topniki,

−

przyrządy pomiarowe i do trasowania,

−

środki czyszczące i do wytrawiania,

−

środki ochrony osobistej.

Ćwiczenie 2

Wykonaj lutowanie nowej płytki z węglików spiekanych do noża według rysunku.

Rysunek do ćwiczenia nr 2 [3, s.232]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  dobrać dla materiału lutowanego lut i topnik,
2)  umocować trzonek noża w imadle,
3)  posypać gniazdo topnikiem (boraks) i położyć topnik (mosiądz),
4)  nałożyć płytkę z węglików w gniazdo,
5)  przygotować i sprawdzić palnik acetylenowy,
6)  zapalić  płomień  i  końcową  częścią  płomienia  (1000-1300

C) nagrzać od dołu trzonek

noża,

7)  w czasie nagrzewania kontrolować właściwe ułożenie płytki i uzupełniać topnik,
8)  po stopieniu lutowia zgasić płomień palnika i docisnąć haczykiem płytkę do gniazda,
9)  umieścić nóż w miale węglowym lub suchym piasku.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

palnik acetylenowy z oprzyrządowaniem,

−

imadło, haczyk,

−

topniki i lut,

−

węgiel lub suchy piasek.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8. Zgrzewanie

4.8.1. Materiał nauczania

Zgrzewanie metali jest procesem, w którym łączone części są nagrzewane do temperatury

plastyczności (ciastowatości), a następnie dociskane. W wyniku tego procesu na
powierzchniach styku łączonych części zachodzi dyfuzja i rekrystalizacja sąsiadujących
ziaren, tworząc połączenie metaliczne. Ze względu na źródło ciepła rozróżnia się zgrzewanie:

−

tarciowe - wykorzystuje ciepło z tarcia uzyskanego w czasie obracających się względem
części pod określonym naciskiem. Zgrzewanie tarciowe stosuje się do zgrzewania
trzonków narzędzi z częścią roboczą (wiertła, rozwiertaki).

Rys.48. Zgrzewanie tarciowe: a) przy obrotach jednego z łączonych elementów, b) z obrotem dwóch łączonych

elementów [13, s. 331]

−

elektryczne oporowe wykorzystuje ciepło wydzielające się na styku łączonych części
podczas przepływu prądu elektrycznego. Zgrzewanie elektryczne może być: punktowe,
liniowe, garbowe.

Rys. 49. Rodzaje zgrzewania: a) punktowe, b) liniowe, c) garbowe [13, s. 331]

Odmianą zgrzewania oporowego jest zgrzewanie doczołowe, które polega na łączeniu

elementów na całej powierzchni styku, czyli łączeniu przekrojów poprzecznych  o dowolnym
kształcie,  jak:  pręty,  rury,  kształtowniki,  blachy,  taśmy.  Ze  względu  na  cechy  procesu
technologicznego  związane  z  uzyskaniem  połączenia  rozróżnia  się  zgrzewania:  zwarciowe,
iskrowe.

Rys. 50. Zasada zgrzewania zwarciowego [8, s. 536]

Rys. 51. Schemat zgrzewarki iskrowej [3, s. 100]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W zgrzewaniu zwarciowym prąd przepływa przez przylegające i silnie dociśnięte do

siebie  końce  łączonych  części.  Dociśnięcie  elementów  następuje  po  uzyskaniu  wymaganej
temperatury.  Zgrzewanie  zwarciowe  wymaga  dokładnie  czystych  powierzchni  styków.
Stosuje  się  do  zgrzewania  drutów  ze  stali  węglowych  i  z  metali  nieżelaznych  o  średnicy
0,3÷15mm.

Proces zgrzewania iskrowego polega na nagrzaniu stali do temperatury, w której

nadtapiają się nierówności powierzchni tworząc „mostki:.

Rys.52. Powstawanie „mostków” płynnej stali [3, s. 101]

Tworzenie się „mostków” umożliwia przepływ prądu i nagrzewanie w czasie którego

parujący płynny metal wyrzucany jest ze szczeliny w postaci snopu iskier. Gdy iskrzenie
wystąpi na całym przekroju następuję wyłącznie prądu i dociśnięcie do siebie materiałów.

Rys.53. Kolejne etapy iskrzenia przy zgrzewaniu iskrowym [3, s. 101]

Zgrzewanie

iskrowe

nie

wymaga  dokładnie  obrobionych
powierzchni,  części  zgrzewane
mogą  być  cięte  także  palnikiem
acetylenowo-tlenowym.
Zgrzewanie

iskrowe

najszersze

zastosowanie

przemyśle.

Zgrzewaniem

iskrowym można łączyć: stale
konstrukcyjne

węglowe

stopowe

wszystkimi

gatunkami mosiądzów, brązów
stopów

niemagnetycznych

i żeliwem. Rodzaje zgrzewanych
przekrojów zwartych wynoszą
od 20 do 80 000 mm

Sposobem tym zgrzewane są

przekroje kształtowe, przekroje
wytłaczane,

części

karoserii

o grubościach większych od 5
mm i długości zgrzewanego
styku nawet do 2m.

Rys.54. Przykłady zastosowania zgrzewania iskrowego [8, s. 544]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Na czym polega proces  zgrzewania?
2.  Jakie znasz rodzaje zgrzewania?
3.  Na czym polega zgrzewanie tarciowe?
4.  Jak duże powierzchnie możemy zgrzewać?
5.  Jakie materiały możemy zgrzewać?
6.  W jakich branżach przemysłowych stosuje się zgrzewanie doczołowe iskrowe?

4.8.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj zgrzewanie doczołowe iskrowe narzędzia do skrawania typu nóż tokarski,

wiertło, wiedząc, że część robocza jest wykonana ze stali szybkotnącej, a trzonek ze stali 55.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  umocować części noża w szczękach zgrzewarki, zachowując wielkości wysunięć,
2)  parametry zgrzewarki ustawić według instrukcji urządzenia,
3)  dosunąć ruchomą szczękę do zetknięcia się czołowych powierzchni i włączyć prąd,
4)  nagrzewać  końce  narzędzia  przez  kilkakrotne  zbliżanie  i  oddalanie  od  siebie  do

temperatury czerwonego żaru (800-850

C),

5) powoli dosuwać końce do momentu, gdy iskrzenie obejmie całe pole przekroju narzędzia,
6) wyłączyć prąd i silnie docisnąć powierzchnie materiału w celu usunięcia stopionego

metalu i żużla,

7) po ostygnięciu oczyścić miejsce zgrzewania.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

elektryczna zgrzewarka iskrowa ze sprzętem,

−

instrukcja obsługi zgrzewarki,

−

sprzęt ochrony osobistej.

Ćwiczenie 2

Wykonaj technologią zgrzewania punktowego skrzynkę z blachy nierdzewnej gatunku

1H13, o grubości 0,5mm.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) ustawić półfabrykaty według rysunku przedmiotu finalnego tak, aby uzyskać połączenie

zakładkowe,

2) zgrzewać ściany boczne i dno skrzynki zgrzeinami punktowymi zakładkowymi wg

instrukcji technologicznej,

3) sprawdzić kształt i wymiary wykonanego przedmiotu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

blacha nierdzewna gatunku 1H13 o grubości 0,5mm,

−

przenośna zgrzewarka punktowa,

−

przymiar kreskowy,

−

kątownik.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9. Wady spoin

4.9.1. Materiał nauczania

Spoiny wykonane prawidłowo powinny mieć właściwości zbliżone do materiałów

łączonych. Często jednak zdarza się w spoinie występują miejsca zażużlone, pęcherze
i drobne pęknięcia. Wady powstające w połączeniach spawanych dzieli się na dwie grupy:

−

wady zewnętrzne,

−

wady wewnętrzne.

Wady zewnętrzne

Wady zewnętrzne można dostrzec gołym okiem lub przez szkło powiększające. Są to:

brak przetopu, pęknięcia i wady powierzchni i kształtu (rys. 68).

Rys. 55. Wady zewnętrzne w złączach spawanych:

) brak przetopu w grani spoiny, b) duży przetop w grani,

c) nadmierny nadlew spoiny, d) wklęsłość spoiny, e) dwustronne podtopienie spoiny, f) krater-
najsłabsze miejsca spoiny [6, s. 199]

Brak przetopu w grani spoiny może być spowodowane nieprawidłowym prowadzeniem

palnika w czasie spawania (duża szybkość spawania) lub przy spawaniu blach powyżej 4mm,
gdzie nie zostały prawidłowo zukosowane krawędzie. Zmniejsza to przekrój spoiny, obniża
znacznie wytrzymałość złącza i powoduje szybkie pęknięcia w grani spoiny.

Nadmierny przetop w grani spoiny powstaje przy dużym odstępie między brzegami, przy

zbyt wolnym prowadzeniu palnika podczas spawania. Nadmierny przetop zwiększa przekrój
spoiny, czas spawania, zużycie gazów i spoiwa, a ponadto usuwając nadmierne przetopy
powiększamy koszty spawania.

Nadmierny nadlew spoiny powstaje przy nałożeniu spoiwa ponad powierzchnie części

łączonych. Spoina taka tworzy karby, które powodują osłabienie złącza i prowadzą do
pęknięcia. Wysokość nadlewu powinna wynosić 10÷15% grubości materiału spawanego i nie
przekraczać 3mm.

Wklęsłość spoiny jest wadą rzadko spotykaną i dotyczy tylko spoin czołowych. Brak

spoiny można uzupełnić przez dodatkowe wykonanie ściegu na zimną spoinę. Naprawa
złącza może spowodować dodatkowe naprężenia i być powodem pęknięć.

Podtpienie brzegów spoiny powstaje przy nieprawidłowym pochyleniu palnika i przy

zbyt silnym płomieniu, który powoduje wydmuchiwanie spoiny z jeziorka najczęściej
podtopienia powstają przyspawaniu grubych blach.

Kratery powstają przy spawaniu elektrycznym i gazowym w miejscach zakończenia

spoin. Miejsca te posiadają wgłębienia i brak w nich spoiwa. Zapobiega się powstawaniu
kraterów poprzez wyprowadzenie spoiny na podkładki. Są to przyspawane płytki wybiegowe,
na których zaczyna się i kończy spoinę(rys. 56), a po zakończeniu spawania odcina się
podkładki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 56. Początek i koniec spoiny na płytkach wybiegowych [1, s. 407]

Pęknięcia spoiny powstają na skutek naprężeń spawalniczych i przy zahartowaniu spoiny.

Mogą wystąpić na powierzchni i wewnątrz spoiny.

Wady wewnętrzne
Do wad wewnętrznych spoin zaliczyć można (rys.57):
a)  pęcherze,
b)  żużle,
c)  przyklejenia,
d)  brak przetopu spoiny.

Rys.57. Wady wewnętrzne złączy
spawanych [1, s. 407]

Pęcherze powstają przy szybkim krzepnięciu metalu spoiny. Gazy powstałe w metalu nie

zdążą się z niego wydzielić. Na tworzenie się pęcherzy ma wpływ niedostatecznie
oczyszczona powierzchnia metalu ze smarów i duża prędkość spawania. Pęcherze można
usunąć przez wycięcie spoiny i powtórne spawanie.

Żużle powstają w spoinie wskutek nadmiaru tlenu i reakcji zachodzących w czasie

spawania. Zanieczyszczenia te mogą wypłynąć jako żużel na powierzchnię lub pozostać jako
wtrącenia niemetaliczne wewnątrz spoiny, osłabiają wytrzymałość złącza.

Przyklejenie jest brakiem połączenia metalu spawanego ze spoiwem i powstaje wówczas

gdy spoiwo stapia się szybciej niż materiał spawany. Ciekłe spoiwo przykleja się do materiału
nieroztopionego i nie tworzy z nim żadnego połączenia, stąd spoina nie posiada żadnej
wytrzymałości i jest nieszczelna.
Kruchość spoiny spowodowana jest też utlenieniem spoiny lub jej nawęgleniem w trakcie
spawania.

Wykrywanie wad spoin i złączy spawanych

Badania złączy spawanych dzielimy na:

−

niszczące,

−

nieniszczące.
Badania niszczące polegają na sprawdzeniu wytrzymałości złączy spawanych. Próbki do

badań pobierane są losowo lub w przypadku dużych konstrukcji wycina się część zespołu
spawanego. Poniżej scharakteryzowano badania niszczące.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wytrzymałość na łamanie spoin

Rys. 58. Próby łamania spoin [1, s. 434]

Próby te wykrywają wady zewnętrzne spoiny i stosowane są spoin czołowych

i pachwinowych.
Badania na rozciąganie spoin

Służą do określenia wytrzymałości złącza doczołowego i są przeprowadzane na

maszynach –zrywarkach.
Badania zginania spoin

Rys.59.. Próby zginania spoiny czołowej: a) schemat zginania, b) kąt zgięcia[1, s. 435]

Metoda ta sprawdza kąt zgięcia do chwili pojawienia się pierwszej rysy. Przy poprawnie

wykonanym spawie dla stali niskowęglowej kat zgięcia wynosi 180

. Dzięki tej metodzie

wykrywane są przyklejenia.
Badanie udarności

Próba przeprowadzana jest na młocie udarnościowym. Na przekroju złamanej próbki

określa się wady wewnętrzne spoiny.
Badanie przez nawiercanie spoin

Badanie przez nawiercanie spoin polega na kontroli wzrokowej spoin po ich nawierceniu

w miejscach wątpliwych lub wybranych wyrywkowo. Nawiercanie wykonuję się wiertarkami
pneumatycznymi lub elektrycznymi wiertłem lub frezem o średnicy o 2mm większym od
szerokości spoiny. Badanie przeprowadzane może być przy użyciu lupy i pozwala wykryć
wady wewnętrzne spoin.

Badania nieniszczące

W zależności od metody kontroli klasyfikujemy na:

−

oględziny zewnętrzne - kontrola ta polega na obserwacji wzrokowej i pomiarach spoin i
dzięki niej można między innymi stwierdzić następujące wady: nierównomierność lica,
podtopienia materiału, braki przetopu, niezaspawane kratery, pęknięcia.

−

badania penetracyjne - służą do wykrywania pęknięć i wyróżnia się:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

wykrywanie pęknięć za pomocą penetratora

Po oczyszczeniu  i wysuszeniu spoiny nanosi się na badaną powierzchnię czerwony
płyn - penetrant czerwony, który drogą dyfuzji wchodzi w najmniejsze szczeliny. Po
2  minutach  przemywa  się  powierzchnię  rozpuszczalnikiem  i  pokrywa  penetrantem
białym,  który  wywabia  w  przypadku  istnienia  szczelin  czerwony  penetrant.  Ślad
pęknięcia ukazuje się w postaci czerwonej linii.

wykrywanie pęknięcia metodą fluorescencji

Pokrywa się przedmiot badany płynem fluoryzującym, po wysuszeniu posypuje
silikażelem lub krzemionką, a następnie w zaciemnionym pomieszczeniu naświetla
lampą kwarcową. Pęknięcia są widoczne jako zygzakowate linie na fioletowym tle.

−

badania na szczelność - wyróżnia się:

próbę za pomocą nafty i kredy;

Jedną stronę spoiny pokrywa się białą farbą kredową rozpuszczoną w wodzie lub
skażonym spirytusie. Po całkowitym wyschnięciu farby, drugą stronę spoiny obficie
zwilża się naftą (najlepiej o temperaturze 40

C). Nafta dzięki dyfuzji przedostaje się

przez nieszczelności w spoinie i zaciemnia białą powłokę kredową, wykrywając
miejsca wadliwe. Oględziny przeprowadza się trzy razy: po 15 minutach, po 30min.,
trzecie i ostatnie – po 2 godzinach.

badanie szczelności za pomocą próby wodnej;

Zbiorniki  nieciśnieniowe otwarte bada się przez  nalanie do nich wody  i obserwację
zewnętrznej  strony  spoin.  Podczas  próby  zaleca  się  opukiwać  spoiny  młotkiem
miedzianym. Zbiorniki ciśnieniowe i rurociągi zamyka się szczelnie i napełnia wodą
do  uzyskania  ciśnienia  wynoszącego  1,5  ciśnienia  roboczego.  Ciśnienie  utrzymuje
się  przez  15  minut  i  cały  czas  na  manometrze  obserwuje  się  ciśnienie  i  wszystkie
spoiny. Spadek ciśnienia świadczy o nieszczelności.

badanie szczelności za pomocą sprężonego powietrza

Sposób przeprowadzenia próby jest podobny do próby wodnej. Zbiornik napełnia się
powietrzem  do  ciśnienia  większego  od  roboczego.  Pomiaru  ciśnienia  dokonuje  się
na  początku  i  na  końcu  próby,  może  to  być  nawet  po  24  godzinach.  Zewnętrzną
stronę  spoin  smaruje  się  wodą  mydlaną,  nieszczelności  w  konstrukcji  zdradzają
bańki mydlane. Małe zbiorniki po na pełnieniu powietrzem zanurza się w zbiorniku
z wodą, a bańki powietrza zdradzają miejsca nieszczelne.

Rys. 60. Badanie szczelności małych zbiorników za pomocą sprężonego powietrza [6, s. 271]

−

badania radiograficzne
Badania radiograficzne są stosowane w produkcji odpowiedzialnych konstrukcji

stalowych, kotłów, zbiorników. Do badań służą promienie rentgena X lub promienie

Promienie z lampy przechodząc przez metal naświetlają kliszę. Nieciągłości metalu, jak;
pęcherze, żużle, brak przetopu, pęknięcia, pochłaniają mniej promieni, dlatego na kliszy
uwidacznia się to w postaci zaciemnienia.

−

badania magnetyczne

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przeprowadzane są tylko na takich metalach, które przyciągają magnes: stale niestopowe

i niskostopowe, żeliwo, nikiel, kobalt. Linie pola magnetycznego załamują się w miejscach
występowania nieciągłości metalu: pęcherze, pęknięcia, wtrącenia niemetaliczne.
Ograniczeniem badań tej metody jest to, że można wykryć wady tylko do głębokości 6mm.

Rys.61. Schemat przebiegu linii pola magnetycznego: a) w metalu bez wad, b) w metalu zwadami [1, s. 440]

Na spoinie poddanej działaniu pola magnetycznego i pokrytej proszkiem

ferromagnetycznym, wady ujawnią się przez zagęszczenie linii sił pola magnetycznego.
Urządzenie do tych badań nazywa się defektoskopem magnetycznym.

−

badania ultradźwiękowe
Badanie ultradźwiękowe oparte jest na wykorzystaniu fal ultradźwiękowych, które gdy

przechodząc przez materiał natrafią na wady załamują się i odbijają. Następnie przetworzone
zostają na impuls świetny obserwowany na ekranie oscyloskopu.

−

badania metalograficzne

Wykonuje się na próbkach przekroju poprzecznego spoin odpowiednio obrobionych

i wytrawionych. Obserwacje prowadzi się gołym okiem lub pod mikroskopem. W czasie
badania ustala się wady spoiny i jej strukturę.

4.9.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie mogą wystąpić wady zewnętrzne spoin?
2.  Kiedy powstają pęknięcia spoiny?
3.  Jak zapobiegamy powstaniu kraterów?
4.  Kiedy powstaje przyklejenie spoiny w czasie spawania?
5.  Jakie znasz próby badana szczelności spoin?
6.  Do czego używany jest penetrant?
7.  W jaki sposób przeprowadza się badania radiograficzne?

4.9.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Spawany pojemnik na wodę do chłodzenia elementów po obróbce cieplnej cieknie.

Pojemnik został wykonany z blachy St3S o grubości 6mm. Wybierz metodę badania złącza
spawanego i zlokalizuj miejsce wady.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  określić przypuszczalne miejsce pęknięcia,
2)  okolice pęknięcia pomalować z jednej strony białą farbą kredową i wysuszyć,
3)  odwrotną stronę natrzeć kilka razy za pomocą pędzla naftą,
4)  odczekać do momentu przejścia nafty przez szczelinę na wylot,
5)  obserwować zmianę koloru białej farby wskutek nasiąkania naftą,
6)  pęknięte miejsca obrysować kolorową kredą,
7)  określić wielkość pęknięcia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

–  roztwór wodny białej farby kredowej,
–  nafta, pędzel,
–  kreda kolorowa,
–  notatnik.

Ćwiczenie 2

Zlokalizuj wady spawalnicze spoiny czołowej łączącej blachy o grubości 4mm.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) określić wzrokowo i środkiem penetracyjnym miejsca występowania wad spoiny

czołowej,

2) oznaczyć obszary występowania wad:

−

nieciągłości,

−

mikropęknięcia,

3) określić przyczyny powstałych wad.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

penetrant,

−

kreda,

−

szczotka druciana,

−

młotek,

−

notatnik.

4.9.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz: Tak Nie

1) określić wady zewnętrzne i wewnętrzne spoin?

2) rozróżnić badania spoin niszczące i nieniszczące?

3) scharakteryzować sposób wykrywania pęknięć w spoinie?

4) wykonać próbę badania szczelności zbiorników spawanych otwartych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.10. Naprężenia i odkształcenia spawalnicze

4.10.1 Materiał nauczania

Naprężenia i odkształcenia spawalnicze.

Podczas spawania występują takie zjawiska, jak miejscowe (w pobliżu brzegów)

intensywne nagrzewanie łączonych elementów, chłodzenie złącza, skurcz spoiny
nierównomierne rozszerzanie i kurczenie się elementów złącza. Wszystko to staje się
powodem powstawania naprężeń w złączu spawanym, a nawet jego odkształceń.

Odkształcenia i naprężenia wewnętrzne

W czasie spawania metal nagrzewa się tylko w wąskim pasie, dlatego też jego

powiększenie się podczas spawania napotyka na opór sąsiednich zimnych warstw, powodując
naprężenia cieplne. Naprężenia te wpływaj ą na odkształcenie się elementu. Odkształcenie
elementu wywołują z kolei nowe naprężenia, które równoważą poprzednie. Głównymi
przyczynami powstawania naprężeń wewnętrznych, są:

−

sztywne mocowanie elementu podczas spawania,

−

nierównomierne nagrzanie metalu,

−

zmiany strukturalne powstałe w wyniku szybkiego nagrzania i chłodzenia metalu,

−

kształt i grubość spawanych elementów.

Naprężenia spawalnicze wewnętrzne mogą być wzdłużne i poprzeczne.
Naprężenia wzdłużne - działają w kierunku zgodnym z kierunkiem układania sporny.
Powstają one w wyniku skurczu wzdłużnego spoin i przylegających do nich warstw metalu
rodzimego. Wartości i rozkład sił naprężeń wzdłużnych zależą od:

−

grubości elementu,

−

czby warstw w spoinie,

−

sposobu mocowania elementu spawanego,

−

kolejności układania ściegów,

−

kształtu przekroju spoiny,

−

kształtu spawanych elementów.

Naprężenia poprzeczne - działają w kierunku poprzecznym do kierunku układania spoiny.
Powstają one w wyniku skurczu poprzecznego spoin i przylegających do nich warstw
materiału rodzimego.
Odkształcenia spawalnicze.

W niektórych przypadkach można uniknąć odkształceń przez nadanie elementom

spawanym  odkształceń  w  kierunku  przeciwnym  do spodziewanych,  jakie  mogą  wystąpić  po
spawaniu. Przy spawaniu blach sporną czołową na V wygięcie po spawaniu nastąpi od strony
większego  skupienia  spoiwa,  czyli  w  kierunku  lica  spoiny.  Zapobiec  takiemu  odkształceniu
można przez ustawienie blach pod kątem przeciwnym do kąta skurczu, tak żeby po spawaniu
otrzymać  prostą  płaszczyznę.  Przed  spawaniem  narożnika  należy  także  pochylić  blachy,  tak
żeby  po  spawaniu  był  utrzymany  kąt  prosty.  Przy  spawaniu  blach  cienkich  w  narożu
zmniejszenie  odkształceń  można  otrzymać  przez  zmianę  położenia  spoiny.  Brzegi  jednej
blachy  wygina  się  pod  kątem  prostym  i  połączenie  otrzymuje  się  przez  wykonanie  spoiny
czołowej poza zgięciem. Zgięta blacha usztywnia naroże i zmniejsza możliwość pofałdowania
blach.  Zmniejszenie  falowania  cienkich  blach  przy  wykonywaniu  spoiny  czołowej  można
uzyskać  przez  spawanie  w  przyrządzie  ustalającym,  który  przeciwdziała  odkształceniu,
a równocześnie  odprowadza  część  ciepła  do  masywnych  uchwytów  przyrządu.  W  złączach
teowych  przy  wykonywaniu  jednostronnej  sporny  pachwinowej  wartość  odkształceń
w dużym  stopniu  zależy  od  grubości  spoiny.  Jeżeli  jest  przewidziana  tylko  jednostronna
spoina,  to  przed  spawaniem  należy  pionową  blachę  pochylić  o  kilka  stopni  tak,  aby  kąt

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

rozwarty  był  po  tej  stronie,  po  której  ma  być  położona  spoina.  Przy  położeniu  spoin  z  dwu
stron  pionowej  blachy,  pozioma  blacha  zostaje  odkształcona.  W  spawanych  dźwigarach
dwuteowych następuje także odkształcenie pasów, z wyjątkiem miejsc, w których są spawane
żebra  usztywniające.  Skurcz  podłużny  jest  tym  większy,  im  dłuższa  jest  spoina.  W  celu
zmniejszenia  odkształceń  wzdłuż  spoiny  dzielimy  ją  na  odcinki,  które  spawamy  według
ustalonej kolejności. Do spawania dźwigarów dwuteowych stosuje się często ścieg krokowy.
Jeżeli  spoina  jest  wykonana  kilkoma  ściegami,  należy  określić  przed  spawaniem,  jakimi
odcinkami  trzeba  je  wykonać.  Pierwsze  ściegi  wykonuje  się  krótkimi  odcinkami,  a  kolejne
dłuższymi.

Do najczęściej stosowanych sposobów zmniejszania możliwości powstawania naprężeń

i odkształceń spawalniczych należą:

−

zmniejszanie  grubości  i  pola  przekroju  poprzecznego spoin do  niezbędnego  minimum  –
ze  względów  wytrzymałościowych  (zamiast  dużych  spoin  typu  V  są  stosowane  spoiny
typu  X,  które  –  przy  tej  samej  grubości  łączonych  blach  –  mają  około  dwukrotnie
mniejsze pole przekroju poprzecznego),

−

wykonywanie złącza w taki sposób, aby w pierwszej kolejności zostały ze sobą
połączone elementy, które mogą się swobodnie odkształcać w ostatniej kolejności
powinny być układane spoiny tworzące połączenia sztywne;

−

stosowanie odkształceń wstępnych nadawanych elementom w kierunku przeciwnym do
przewidywanego odkształcenia spawalniczego;

−

stosowanie spawania na gorąco, po uprzednim podgrzaniu łączonych elementów do
określonej temperatury (zależnej od konstrukcji złącza oraz rodzaju materiału
i wymiarów elementów łączonych), z wolnym chłodzeniem złącza po spawaniu.

W konstrukcjach spawanych naprężenia spawalnicze są usuwane przez wyżarzanie
odprężające. Odkształcenia spawalnicze mogą być usuwane mechanicznie, ręcznie za pomocą
młotów, na prasach, ewentualnie cieplnie

4.10.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie znasz przyczyny powstawania naprężeń w złączu spawanym

2. Kiedy w złączu spawanym wystąpią naprężenia wzdłużne i poprzeczne?
3. W jaki sposób zmniejszamy naprężenia spawalnicze

4. Podaj sposób usuwania naprężeń spawalniczych w konstrukcjach spawanych

4.10.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ odkształcenia spawalnicze w przedstawionej próbce z połączeniem spawanym na

podstawie oględzin i porównań z normą.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenia powinieneś:

1)  odczytać z norm i katalogów rodzaje naprężeń,
2)  dokonać oględzin próbki,
3)  opisać rodzaje odkształceń,
4)  określić naprężenia powstałe wskutek określonych odkształceń.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

–  katalogi spoin, normy,
–  zeszyt ćwiczeń,
–  próbki do ćwiczeń,
–  przybory do pisania.

Ćwiczenia 2

Dokonaj sprawdzenia prostopadłości dwóch blach połączonych spoiną pachwinową.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenia powinieneś:

1)  sprawdzić prostopadłość blach za pomocą przyrządów pomiarowych,
2)  porównać powstałe odchyłki położenia z tolerancją rysunkową,
3)  wskazać sposób naprawy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

połączenie spawane pachwinowe, kątownik,

−

katalogi spoin, normy, tablice tolerancji położenia,

−

zeszyt ćwiczeń.

4.10.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz: Tak Nie

1) wyjaśnić przyczyny powstawania naprężeń wewnętrznych

spawalniczych

2) wyznaczyć na wykresie Fe-C zakres temperatur dla odprężania

3) zastosować sposoby usuwania odkształceń spawalniczych

4) scharakteryzować sposób cieplnego usuwania odkształceń

spawalniczych

5) określić celowość zmniejszania przekroju poprzecznego spoiny

do minimum

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.11. Naprawy wad spoin i konstrukcji spawanych

4.11.1.Materiał nauczania

Naprawy wad spoin i konstrukcji spawanych

Rozróżnia się wady zewnętrzne i wewnętrzne złączy spawanych. Do wad zewnętrznych

należą: wyciek stopiwa, nierówne lico, podtopienie, ospowatość, przepalenie, krater, kanalik,
wklęśnięcie w licu, nadmierna grubość nadlewu lica, nadmierna grubość nadlewu grani,
jednostronny rozlew lica, rozlew lica dwustronny, przesunięcie brzegów, wypaczenie
poprzeczne i wypaczenie podłużne.

Do wad wewnętrznych należą: pęcherze, wtrącenia, przyklejenia, niewłaściwy przetop

i pęknięcia.

Każda z wymienionych wad lub grup wad (grupa wad przetopu) ma oznaczenie literowe,

ułatwiające  i  przyspieszające  opis  ich  w  protokołach  kontroli  złączy.  Oznaczenia  te  zostały
ujęte  w  normie  PN-75/M-69703  ,Spawalnictwo.  Wady  złączy  spawanych.  Nazwy
i  oznaczenia.  Przy  spawaniu  łukowym  ręcznym  wady  złączy  często  są  wynikiem  nieuwagi
spawacza  lub  jego  niewystarczających  kwalifikacji.  Przy  spawaniu  automatycznym  rola
spawacza  sprowadza  się  do  nadzoru,  natomiast  istotne  znaczenie  mają  warunki  spawania,
stosowane materiały i przygotowanie części do spawania. W celu ułatwienia porozumienia się
i  opisu  wad  norma  PN-75/M-69703  podaje  oznaczenia  literowe  najczęściej  występujących
wad. W oznaczeniu tym pierwsza — duża — litera podaje grupę wad, a druga — mała — jej
cechy  charakterystyczne.  Za  tymi  literami  są  podawane  duże  cyfry,  z  których  pierwsza
oznacza wielkość, a druga nasilenie wady. Szczegółowy sposób oceny wad podaje omawiana
norma.  Nazwy,  schematyczne  oznaczenia  i  opisy  niektórych  wad  złączy  spawanych
przedstawiono w tablicy.

Szczególne wymagania co do jakości złącz stawia się w przypadku konstrukcji

pracujących  pod  obciążeniami  zmiennymi  lub dynamicznymi oraz  w  niskich  temperaturach.
Złącza  tych  konstrukcji  nie  powinny  w  zasadzie  zawierać  wad  wewnętrznych  ani
zewnętrznych  w  postaci  pęcherzyków,  braków  przetopu  i  podtopień.  Powierzchnia  spoiny
powinna  być  gładka,  bez  nawisów  i  ostrych  przejść.  Te  same  wymagania  dotyczą  również
złącz wykonanych ze stali średniowęglowych lub niskostopowych. Dopuszczalność wad i ich
wymiary  ustalają  zazwyczaj  warunki  techniczne  spawania  danej  konstrukcji.  Kontrola
spawania  różni  się  znacznie  od  typowych  metod  kontroli  stosowanych  w  innych  działach
technologii, jak np. obróbka skrawaniem, przeróbka plastyczna czy odlewnictwo. W toczeniu
kontroluje się zawsze pierwszą wykonaną sztukę, a następnie w pewnych odstępach czasu lub
w  inny  sposób  kontroluje  się  bieżącą  produkcję,  to  w  spawaniu  kontrola  po  wykonaniu  jest
tylko niewielkim fragmentem całości robót kontrolnych.

Na podstawie oględzin zewnętrznych konstrukcji spawanej nie jest po prostu możliwe

dokonanie oceny wykonania złącz spawanych, ponieważ jakość konstrukcji i złącz zależy od
wielu  czynników  występujących  jeszcze  przed  właściwym  spawaniem.  Chcąc  prawidłowo
ocenić  konstrukcję  spawana,  należy  kontrolę  rozpocząć  już  od  rysunków  konstrukcyjnych,
sprawdzając  poprawność  rozwiązań,  (technologiczność  konstrukcji),  z  punktu  widzenia
spawalniczego.  Kontrolując  następnie  przeznaczone  do  spawania  materiały  (materiał
rodzimy,  elektrody,  drut,  pałeczki,  topnik),  sposób  przygotowania  brzegów,  prawidłowy
dobór  parametrów  spawania  i  kwalifikacje  spawaczy  albo  niezawodność  działania  maszyn
i urządzeń spawalniczych można dopiero rozpocząć spawanie.

W kontroli spawania należy wyraźnie odróżniać dwa podstawowe zagadnienia związane

ze sobą jak najściślej, ale różniące się od siebie zasadniczo. Pierwszym jest kontrola jakości
spoin, drugim wpływ istnienia spoin i samego sposobu spawania w konkretnej konstrukcji na
jej trwałość eksploatacyjną.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zła jakość spoiny wyklucza możliwość dobrej pracy prawidłowo zaprojektowanej

konstrukcji. Natomiast zdarzają  się przypadki, kiedy  mimo  nie budzącej wątpliwości  jakości
spoin  następuje  awaria  konstrukcji,  bądź z  powodu wadliwego  rozwiązania  konstrukcyjnego
(nagromadzenie  spoin,  sztywność  konstrukcji),  bądź  z  powodu  nadmiernych  i  niekorzystnie
rozłożonych  naprężeń  spawalniczych.  Przystępując  do  kontroli  robót  spawalniczych,  nie
wolno  ograniczać  się  do  zbadania  wad  zewnętrznych  i  wewnętrznych  spoiny  oraz  jakości
całego  złącza,  ale  należy  również  przeanalizować  warunki  eksploatacyjne  wykonywanej
konstrukcji z punktu widzenia spawalności.

Ocenę jakości spoin i złączy spawanych można przeprowadzić na podstawie istniejących

norm  i  przepisów,  którą  to  dziedziną  kontroli  spawania  zajmiemy  się  niżej,  to  oceny  pracy
konstrukcji  spawanej  można  dokonywać  .na  podstawie  istniejących  doświadczeń  albo
ogólnych wytycznych prawidłowego konstruowania. Z uwagi  na  mnogość różnych rodzajów
konstrukcji  spawanych  nie  sposób  jest  stworzyć  obowiązujących  norm  i  dlatego  tę  część
zagadnienia kontroli gotowych konstrukcji spawanych stawia się jako problem.

Naprawa spoin wadliwych
1.  W  zależności  od  długości  wadliwego  odcinka  spoiny,  przeprowadza  się  naprawę

miejscową lub wycina całą spoinę. Dopuszcza się tylko jednorazową naprawę wadliwego
odcinka spoiny.

2. Naprawę miejscową spoin stosuje się kiedy wady występują na odcinku nie

przekraczającym 20% długości spoiny.

3. W przypadku pęknięć należy wyciąć całą spoinę.
4. Gdy wady niedopuszczalne stanowią więcej niż 20% długości spoiny lub gdy wady

występują w dwóch lub więcej miejscach oddalonych od siebie mniej niż 200mm, to bez
względu na sumaryczną długość tych wad, należy wyciąć całą spoinę.

5. Wycinanie wad najlepiej dokonać żłobieniem elektro - powietrznym lub mechanicznie

szlifierką. Po żłobieniu powierzchni wycięcia przeszlifować.

6. Podczas wycinania całej spoiny, należy wyciąć odcinek rury o długości min. 200mm (lub

równy dwóm średnicom gazociągu) i wstawić z tego samego gatunku rury i o tych
samych wymiarach.

7. Naprawione odcinki spoin podlegające badaniom radiograficznym należy poddać

oględzinom zewnętrznym w 100% i badaniom radiograficznym.

8. Naprawę przeprowadzić zgodnie z kartą instrukcyjną naprawy. Spoinę poprawkową

dodatkowo oznaczyć literą ”P”.

4.11.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakim badaniom poddaje się naprawione odcinki spoin

2. Jakie badania technologiczności konstrukcji przeprowadza się uwzględniając zagadnienia

spawalnicze

3. Jakie wykonuje się naprawy konstrukcji spawanych

4. Dlaczego złącza konstrukcji pracujących pod obciążeniem dynamicznym nie powinny

zawierać wad zewnętrznych ani wewnętrznych?

4.11.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na podstawie warunków technicznych spawania dla wybranej konstrukcji określ

dopuszczalność wad i ich wymiary.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenia powinieneś:

1)  określić wielkość odchyłek kształtu i położenia,
2)  wykonać pomiary konstrukcji,
3)  określić poprawność wykonania konstrukcji,
4)  zanotować wnioski w zeszycie ćwiczeń.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–  katalogi spoin, normy,
–  zeszyt ćwiczeń,
–  dokumentacja technologiczna,
–  przybory do pisania.

Ćwiczenie 2

Dokonaj wykrycia i naprawy wad spawalniczych spoiny czołowej łączące blachy

o grubości 5mm oraz wykonaj naprawę spoiny.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenia powinieneś:

1) określić wzrokowo i i środkiem penetracyjnym miejsca występowania wad spoiny

czołowej,

2)  oznaczyć obszary występowania wad (nieciągłości, mikropęknięcia).
3)  wyszlifować miejsca występowania wad,
4)  uzupełnić spoinę,
5)  usunąć żużel,
6)  dokonać ponownego sprawdzenia spoiny,
7)  technologią podgrzewania i kucia usunąć ewentualne odkształcania blach po spawaniu do

uzyskania wymaganej płaskości.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

penetrant,

−

szlifierka kątowa,

−

spawarka transformatorowa, palnik gazowy,

−

elektroda otulona,

−

kreda,

−

szczotka druciana, młotek kowalski.

4.11.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz: Tak Nie

1) zlikwidować wadę pęknięcia połączenia spawanego

2) oznaczyć zgodnie z normą spoinę poprawkową

3) przedstawić dwa przypadki naprawy spoin

4) wyjaśnić, na czym polega naprawa spoin poprzez wycinanie wad

5) wymienić podstawowe badania jakim należy poddać naprawione

odcinki spoin

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. Sprawdzian osiągnięć

Instrukcja dla ucznia

1.  Przeczytaj uważnie instrukcję.
2.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.  Zapoznaj się z zestawem pytań testowych.
4.  Test  zawiera  20  zadań  dotyczących  wykonywania  prac  związanych  z  wykonywaniem

podstawowych operacji obróbki cieplnej. Zadania: 1-10 to zadania, na które należy
udzielić krótkiej odpowiedzi,11-20 są to zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna
odpowiedź jest prawidłowa.

5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi:

−

w pytaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X,

−

w przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie

ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową,

−

w pytaniach z krótką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole.

6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie

na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

8. Na rozwiązanie testu masz 60 min.

Powodzenia

Materiały dla ucznia:

−

instrukcja,

−

zestaw zadań testowych,

−

karta odpowiedzi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Prostownik spawalniczy służy do przetwarzania prądu przemiennego z sieci na prąd

.........

2.  Określenia: rutylowe, kwaśne, zasadowe i celulozowe dotyczą ..................................

3.  Spawanie przy użyciu mieszanki acetylenowo-tlenowej to spawanie .........................

4.  Manometr służy do pomiaru ...........................................

5.  Urządzenie  służące  do  zredukowania  ciśnienia    w  butli  do  ciśnienia  roboczego

i utrzymujące ciśnienie robocze na stałym poziomie to ............................................

6. Przedstawiony przedmiot to uchwyt ............................... do spawania elektrycznego.

7.  Do spawania gazowego używa się mieszaniny: acetylenu i ...............................

8.  Sposób ukosowania krawędzi do spawania zależy od ................... materiałów spawanych.
Próba zginania spoin czołowych należy do badań .......................................
Próba ciśnieniowa wodna służy do badania ...........................spoin.

11.  Stal, z której wykonuje się konstrukcje spawane to:

a)  Zl150,
b)  St3S,
c)  St7,
d)   SW18.

12. Do regeneracji zużytych części , jak koła wagonowe, suwnicowe stosuje się:

a)  oksydowanie,
b)  platerowanie,
c)  napawanie,
d)  żłobienie.

13. Przedstawione na rysunku złącze spawane to złącze:

a)  teowe,
b)  przylgowe,
c)  narożne,
d)  zakładkowe.

14. Rysunek przedstawia spoinę:

a)  pachwinową,
b)  grzbietową,
c)  czołową,
d)  otworową.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15. Grubość spawanych przedmiotów wynosi 10mm. Maksymalna wysokość nadlewu może

wynosić:
a)  1mm,
b)  1,5mm,
c)  2mm,
d)  3,5mm.

16. Do wad wewnętrznych spoiny zalicza się:

a)  nadmierny nadlew spoiny,
b)  brak przetopu w grani,
c)  wklęsłość spoiny,
d)  pęcherze w spoinie.

17. Spawanie na podkładce stosujemy celem uniknięcia :

a)  kraterów,
b)  wklęsłości spoiny,
c)  wysokich nadlewów,
d)  zażużlenia spoiny.

18. Kruchość spoiny spowodowana jest:

a)  nawęgleniem spoiny,
b)  nadmiernym przetopem,
c)  brakiem przetopu,
d)  naprężeniami spawalniczymi.

19. Oscyloskop to urządzenie do badania wad spoin:

a)  ultradźwiękami.
b)  promieniami rentgenowskimi.
c)  promieniami gamma.
d)  polem magnetycznym.

20. W czasie spawania elektrycznego koniecznie należy stosować okulary ochronne ze

względu na szkodliwe działanie na oczy promieni:
a)  cieplnych,
b)  świetlnych,
c)  ultrafioletowych,
d)  jonizujących.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko …………………………………………………….....................

Wykonywanie prac spawalniczych w kowalstwie

Zakreśl poprawną odpowiedź, wpisz brakujące części zdania.

Numer

zadania

Odpowiedź

Punkty

10.

11.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

1.  Hillar J., Jarmoszuk S.: Technologia. Ślusarstwo i spawalnictwo. WSiP, Warszawa 1991
2.  Górecki A.: Technologia ogólna. WSiP, Warszawa 1984
3.  Górski E. Poradnik narzędziowca. WN-T, Warszawa 1981
4.  Lewandowski T.: Rysunek techniczny. WSiP, Warszawa 1995
5.  Mistur L.,: Spawanie gazowe i elektryczne. WN-T, Warszawa 1989
6.  Mistur L.,: Spawanie gazowe w pytaniach i odpowiedziach. WN-T, Warszawa 1989
7.  Okoniewski S.: Technologia maszyn. WSiP, Warszawa 1999
8.  Poradnik spawalniczy. WN-T, Warszawa 1970
9.
10.

Poradnik Warsztatowca Mechanika. WN-T, Warszawa 1969
Piwowar S. Spawanie i zgrzewanie elektryczne. WSiP, Warszawa 1986

11.  Mechanik pojazdów samochodowych. Technologia ogólna. VOGEL, Wrocław 1997
12.  Struzik Cz.: Pracownia techniczna. PWSZ, Warszawa 1973
13.  Wasiunyk P., Jarocki J.: Kuźnictwo i prasownictwo. WSiP, Warszawa 1977
14.  Zawora J.: Podstawy technologii maszyn. WSiP, Warszawa 2001