Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

1

Spawanie metodą

TIG

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

2

1-Spawanie łukowe

14

Spawanie łukowe elektrodą

nietopliwą

w osłonie ochronnego

Gas-shielded

welding

with

nonconsumable

electrode

141

Spawanie łukowe w osłonie gazu obojętnego elektrodą
wolframową, spawanie metodą

TIG

Nazywana także

GTA

(Gas

Tungsten Arc)

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

3

Spawanie TIG

•

Z metalurgicznego punktu widzenia, TIG to najczystszy ze
wszystkich proces spawania łukowego. Zapoczątkowany w
1926r przez Hobarta i Deversa.

•

Elektroda nietopliwa (trudnotopliwa) jest wykonana z wolframu
lub ze stopu wolframu z pierwiastkami ułatwiającymi emisję

elektronów. Osłonę

gazową łuku stanowią

wyłącznie gazy

szlachetne

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

4

Łuk TIG

•

Materiał

elektrody całkowicie

odmienny od materiału
spawanego

•

Mała koncentrację

ciepła na powierzchni spawanej

•

Rozkład ciepła mocno zależy

od rodzaju i biegunowości
prądu

•

Elektroda silnie nagrzana

•

Gaz ochronny obojętny

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

5

TIG (GTA)

•

TiG

–

T

ungsten

i

nert

G

as czyli spawanie

wolframową, nietopliwą

elektrodą

w

atmosferze obojętnej

(wyłącznie Ar lub He)

•

Nie wolno stosować

gazów ani mieszanek

aktywnych

(dodatku CO

2

lub O

2

) bo

wówczas elektroda wolframowa będzie się

spalać

(utleniać)

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

6

•

W metodzie TIG energia łuku nie jest
związana z ilością

dostarczanego stopiwa.

•

Można spawać

bez stopiwa, podając je

ręcznie lub w sposób zmechanizowany

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

7

Uchwyt spawalniczy z przewodem

dostarczającym energię, gaz i sygnał

sterujący

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

8

Realizacja spawania metodą

TIG

Ręczne:
Wydajność

0,5-2 kg/h

Wyłącznie Ar lub He
lub ich mieszanina

Drut spoiwa topiony
ciepłem łuku

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

9

Spawanie TIG -gorącym drutem, z zasilaniem

ze wspólnego źródła

Drut podgrzewany wstępnie
przez przepływający prąd

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

10

Spawanie gorącym drutem

•

Prąd przepływający przez drut elektrodowy powoduje jego
nagrzewanie ciepłem Joule

’

a do temperatur bliskich

topliwości. Końcówka drutu po zetknięciu się

z ciekłym

jeziorkiem, lub łukiem elektrycznym ulega
natychmiastowemu stopieniu, pobierając minimalną

ilość

ciepła z łuku. Rośnie wydajność

spawania.

•

Ponieważ

do nagrzewania drutu wykorzystywany jest jego

opór elektryczny –

nie stosuje się

tej odmiany spawania do

spawania miedzi, aluminium i ich stopów

(mała oporność

drutu).

•

Źródła zasilania prądu podgrzewającego (stałego lub
zmiennego) muszą

mieć

niskie napięcie

aby uniemożliwić

zajarzenie łuku w przypadku przypadkowego zwarcia z
materiałem spawanym

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

11

TIG gorący drut –z niezależnym zasilaniem

(wydajność

stapiania 10-12 kg/h)

Zasilacz łuku

Zasilacz drutu

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

12

drut elektrodowy z dodatkową

ochronę

gazową

Dodatkowy gaz ochronny
Chroni końcówkę

mocno

nagrzanego drutu przed utlenianiem

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

13

Położenie drutu elektrodowego podczas

zasilania go prądem stałym (bez dodatkowej

osłony gazowej)

(30%-ciepła

70%)-ciepła

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

14

TIG z zimnym drutem w zastosowaniu

praktycznym –spawanie zrobotyzowane

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

15

Zastosowanie 141

•

Metodę

TIG stosuje się

tam gdzie wymagana jest precyzja i

wysoka jakość

połączenia, a nie duża wydajność

spawania

•

Spawać

można

stale niskostopowe, nierdzewne, Nikiel i jego

stopy oraz metale nieżelazne –Aluminium, Miedź

i jej stopy,

Tytan, stopy magnezu.

•

Częstym zastosowaniem jest

spawanie orbitalne rur

przy

użyciu głowic obracających się

wokół łuku

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

16

Stanowisko do spawania

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

17

Urządzenia do spawania dużej mocy

chłodzone powietrzem 315A i wodą

400A

Zbiornik z wodą

chłodzącą

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

18

Urządzenie do spawania o max prądzie 160 A

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

19

Źródła zasilania

•

Zasilacze łuku, ze stromo opadającą

charakterystyką,

stosowane powszechnie do spawania ręcznego MMA są

także stosowane do zasilania łuku TIG –przy czym trzeba je
wyposażyć

w urządzenie w jonizator.

•

Jonizator

•

Dotknięcie elektrodą

do ciekłego materiału spawanego

powoduje zabrudzenie (nadtopienie) elektrody oraz
powstanie w spoinie wtrąceń

wolframowych w spoinie.

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

20

Zajarzenie łuku bez zwarcia

•

Jonizator jest potrzebny bo

nie można zajarzyć łuku metodą

zwarcia

(dotykania) elektrodą

wolframową

do materiału

spawanego.

•

Układ zajarzania łuku to podstawowy zespół

stanowiska do

spawania TIG. Wytwarza on impulsy wysokiego napięcia,
zapewniające przeskok iskry (zajarzenie łuku) z odległości nie
mniejszej niż

4-5mm a także stabilizuje łuk podczas spawania

prądem przemiennym.

•

Wadą

jonizatorów jest

wysoki poziom zakłóceń

radioelektrycznych

emitowanych podczas zajarzania łuku

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

21

Uchwyt do spawania chłodzony gazem

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

22

Uchwyt

Uchwyt

ch

ch

ł

ł

odzony

odzony

wod

wod

ą

ą

Chłodzony wodą

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

23

Mocowanie

Mocowanie

elektrody

elektrody

wolframowej

wolframowej

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

24

Zmiana średnicy dyszy –oznacza zmianę

szybkości wypływającego gazu

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

25

Tyrystory

•

Po wprowadzeniu zasilaczy tyrystorowych i inwertorowych –

umożliwiających precyzyjne sterowanie wielkością

prądu –stało

się

możliwe zajarzanie łuku poprzez zwarcie pod warunkiem

ograniczenia prądu zwarcia do ok.

5 A

•

Rozbudowane układy zasilania urządzeń

inwertorowych

umożliwiają

wieloparametrowe programowanie parametrów

spawania także takich jak cykliczne podawanie drutu
zsynchronizowane z impulsem prądowym czy ruchem uchwytu

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

26

Rodzaj prądu, biegunowość

i rozkład ciepła

pomiędzy MS a elektrodą

_

+

+

_

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

27

Czyszczenie katodowe

•

Bombardowanie powierzchni materiału spawanego przez

ciężkie jony Ar

+

, tzw. czyszczenie katodowe

, najskuteczniej

występuje przy podłączeniu

go do bieguna ujemnego

.

Niestety wówczas

najwięcej ciepła wydzieli się

na

elektrodzie

powodując jej przeciążenie prądowe. Z tych

powodów do spawania

aluminium i magnezu

, które

pokrywają

się

warstwą

trudnotopliwych tlenków (Al

2

O

3,

,

MgO) najlepiej stosować

prąd przemienny lub stały, z

biegunowością

plus na elektrodzie

.

Przewodność

cieplna

Tt

Al

237 (W(m*K)

Tt=660

o

C

Al

2

O

3

27,2

(W(m*K)

Tt=2072

o

C

Mg

Tt=650

o

C

MgO

Tt=2800

o

C

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

28

Czyszczenie katodowe aluminium lub magnezu

Biegunowość

plus na elektrodzie

Bombardowanie katody ciężkimi jonami Ar
(nie helu za lekki!)
Rozpylanie rozbitych tlenków na skutek emisji
elektronów w kierunku przeciwnym

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

29

Spawanie impulsowe

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

30

Spawanie impulsowe wprowadza mniej

ciepła do blach spawanych

30% ciepła na elektrodzie,
brak usuwania tlenków

70% ciepła na elektrodzie
+usuwanie tlenków z MS

Przemiennym, z różną
częstotliwością, z różnym
balansem,

pr

pr

ą

ą

dem jednokierunkowym (sta

dem jednokierunkowym (sta

ł

ł

ym)

ym)

F=0.5

F=0.5

-

-

20Hz, proporcje

20Hz, proporcje

Ip

Ip

/Ib=2

/Ib=2

-

-

10

10

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

31

Spawanie impulsowe prądem

stałym

•

Prąd bazy podtrzymuje jarzenie łuku, prąd impulsu wprowadza
ciepło (topi drut i materiał

spawany)

•

znajduje szerokie zastosowanie zwłaszcza przy spawaniu blach
cienkich

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

32

Współczesne inwertorowe źródła prądu

pozwalają

na spawanie z różną

częstotliwością

impulsów i różnymi proporcjami podziału ciepła

pomiędzy elektrodą

a materiałem spawanym

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

33

Zwiększona

częstotliwość

prądu powoduje

większą

koncentrację

energii co

oznacza głębsze

wtopienie lub

większą

szybkość

spawania

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

34

czyszczenie
powierzchni

wtapianie

Balans, czyli

proporcja

podziału ciepła i

czasu trwania

czyszczenia

katodowego

wa

wa

ż

ż

ne przy

ne przy

spawaniu Al, Mg i

spawaniu Al, Mg i

ich stop

ich stop

ó

ó

w

w

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

35

Programowany cykl spawania metodą

TIG

Zajarzanie

łuku

Wygaszanie łuku
z wypełnianiem krateru

Spawanie

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

36

Spawanie prądem przemiennym, stosowane

głównie do spawania aluminium i magnezu

•

Umożliwia także rozbicie tlenków przy
jednoczesnym braku przeciążenia
cieplnego elektrody.

Gorsza jest

jednakże stabilność

łuku,

w którym

prąd co chwilę

osiąga wartości zerowe.

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

37

Elektrody wolframowe

•

Wolfram jest niebieskoszarym metalem o
dużej twardości, ciągliwym, o wysokiej
temperaturze topnienia. Jest on mało
aktywny chemicznie. Wykazuje właściwości
paramagnetyczne.

•

Gęstość

wolframu wynosi 19,3 Mg/m

3

, osiąga

bardzo wysoką

wytrzymałość, dochodzącą

w

stanie umocnionym przez zgniot do 4200
MPa

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

38

Elektrody wolframowe

•

Wolfram (

Tt=

3407°C

, Twrz=

5655°C

) jest dobrym

przewodnikiem

cieplnym i elektrycznym

.

•

Elektrody wykonuje się

z wolframu z dodatkiem

tlenków cyrkonu, toru, lantanu, itru

tj. pierwiastków,

które

zmniejszają

pracę

wyjścia

elektronów (ułatwiają

emisję) oraz poprawiają

stabilność

jarzenia się łuku i

trwałość

elektrod

.

•

Pierwiastki te cechuje duży współczynnik dyfuzji, co

sprawia, że z głębi elektrody dostarczane są

coraz to

nowe porcje tych pierwiastków do plamki katodowej

skąd następuje ich emisja.

•

W praktyce stosowane są

elektrody

o średnicach od

0,8-6 mm

,

cieńsze –do prądu stałego z „minusem”

na

elektrodzie

, grubsze do prądu przemiennego a

najgrubsze do prądu stałego „plus”

na elektrodzie

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

39

Wolfram

•

Przewodność

elektryczna: 185.2*10

5

S/m

Gęstość

(293 K):

19.35 g/cm

3

Temperatura topnienia:

3407°C

, 3680 K

Temperatura wrzenia: 5655°C, 5928 K

Przewodność

cieplna: 174 W/(m*K)

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

40

Elektrody są

podstawowym elementem obwodu

spawania i od ich cech eksploatacyjnych zależy

jakość

oraz ekonomiczność

procesu spawania

•

Cechy dobrych elektrod to

•

Łatwość

zajarzania łuku

•

Stabilność

jarzenia się łuku

•

Trwałość

(mała szybkość

zużycia)

Y

2

O

3

–tlenek itru, dodatek do elektrod ma współczynnik dyfuzji

100x wyższy od toru, cezu i lantanu co wyraźnie zwiększa

trwałość

elektrod (lub zwiększa obciążalność

prądową)

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

41

Kształty końcówek elektrod do spawania

różnymi rodzajami prądu

Prąd przemienny (AC)

Prąd stały (DC)

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

42

Ostrzenie elektrod wolframowych

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

43

Geometria elektrod wykonanych ze stopów wolframu z

torem, cezem lub lantanem i dopuszczalne wielkości

prądu spawania w osłonie Ar z biegunowością

minus na

elektrodzie

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

44

Położenie (błądzenie) plamki

katodowej na elektrodzie

Gęstość

prądu

do 10000 A/mm

2

Ostra końcówka
to brak błądzenia
plamki katodowej
i

większe

Wtopienie

w MS

końcówka
kulista
to błądzenie
plamki
katodowej
I
przemieszcza

nie się łuku
po
MS co
powoduje

mniejsze
wtopienie

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

45

•

Kształt końca

elektrody nietopliwej jest ważnym parametrem

procesu

•

spawania, gdyż

wpływa na

łatwość

spawania

i

głębokość

przetopienia

.

•

Półkolisty koniec elektrody ułatwia spawanie przy małych

natężeniach prądu

, dlatego też

elektrody z czystego wolframu

lub stopu wolframu z cyrkonem stosuje się, gdy jest wymagana

większa elastyczność

warunków spawania.

•

Z kolei

dodatek pierwiastków aktywujących zwiększa emisję

elektronów i obniża temperaturę

końca elektrody

i stąd

elektrody wolframowe stopowe nie tworzą

tak łatwo końcówki

pó

łkolistej

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

46

W sk

W sk

ł

ł

ad elektrod wolframowych stopowych

ad elektrod wolframowych stopowych

wprowadza si

wprowadza si

ę

ę

zwykle od 0,2 do 2+3% tlenk

zwykle od 0,2 do 2+3% tlenk

ó

ó

w pierwiastk

w pierwiastk

ó

ó

w

w

aktywuj

aktywuj

ą

ą

cych:

cych:

Th02, Zr02, La203, Ce02. Y 203

Th02, Zr02, La203, Ce02. Y 203

Tor jest pierwiastkiem radioaktywnym i emituje

Tor jest pierwiastkiem radioaktywnym i emituje

promieniowanie a i promieniowanie gamma o

promieniowanie a i promieniowanie gamma o

niewielkim nat

niewielkim nat

ęż

ęż

eniu. Dla spawaczy niebezpieczny

eniu. Dla spawaczy niebezpieczny

jest jednak py

jest jednak py

ł

ł

tworz

tworz

ą

ą

cy si

cy si

ę

ę

przy szlifowaniu, kt

przy szlifowaniu, kt

ó

ó

ry

ry

mo

mo

ż

ż

e osadza

e osadza

ć

ć

si

si

ę

ę

w p

w p

ł

ł

ucach

ucach

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

47

Kształt końcówki elektrody w zależności od rodzaju

i wielkości prądu

Prąd stały

Prąd
przemienny

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

48

Kształt końca elektrody

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

49

Tlenek Toru w elektrodzie

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

50

•

Zalecane jest

zastępowanie elektrod z torem

elektrodami z La

2

0

3

lub Ce0

2

. Elektroda wolframowa

zawierająca 1% La

2

O

3

ma tę

samą

objętość

procentową

tlenków co elektroda zawierająca 1,5%

ThO

2

, zawartość

2% CeO

2

odpowiada zawartości

2,7% ThO

2

•

Żywotność

elektrod

wolframowych jest tym większa,

im

większa jest zawartość

objętościowa tlenków

,

elektrody wolframowe z dodatkiem La

2

O

3

lub

•

CeO

2

wykazują

lepsze własności spawalnicze i

większą

trwałość

niż

elektrody z dodatkiem ThO

2

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

51

PN-EN 26848 Elektrody wolframowe do spawania w

osłonie gazu obojętnego oraz do cięcia i spawania

plazmowego

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

52

PN-EN 26848 Elektrody wolframowe do spawania w

osłonie gazu obojętnego oraz do cięcia i spawania

plazmowego

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

53

PN

PN

-

-

EN 26848 Elektrody wolframowe do spawania w

EN 26848 Elektrody wolframowe do spawania w

os

os

ł

ł

onie gazu oboj

onie gazu oboj

ę

ę

tnego oraz do ci

tnego oraz do ci

ę

ę

cia i spawania

cia i spawania

plazmowego

plazmowego

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

54

Temperatury elektrody wolframowej

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

55

Materiał

dodatkowy do spawania -Spoiwo

•

Materiał

dodatkowy do spawania może mieć

postać

drutu, pałeczki, taśmy lub wkładki stapianej w

złączu.

•

Do spawania ręcznego są

stosowane druty lub pręty

proste o średnicy od 0,5 do 9,5 mm i długości 500+

1000 mm, a do spawania automatycznego -druty w

kręgach o średnicy od 0,8 do 3,2 mm.

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

56

•

PN-EN 12534

Druty elektrodowe, druty i pręty do

spawania łukowego w osłonach gazów stali o
wysokiej wytrzymałości oraz ich stopiwa

•

PN-EN 12070

Druty elektrodowe, druty i pręty do

spawania łukowego stali odpornych na pełzanie

•

PN-EN 12072

Druty elektrodowe, druty i pręty do

spawania

łukowego stali nierdzewnych i

żaroodpornych

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

57

Druty i pręty do spawania metodą

TIG

•

PN-EN 12534 „Druty elektrodowe, druty i pręty do spawania

łukowego w osłonach gazów stali o wysokiej wytrzymałości oraz

ich stopiwa

”

•

PN–EN

12534 W 55 6 M Mn4Ni1Mo T

•

Sześć

członów

•

W

-spawanie elektrodą

wolframową

w osłonie gazów

•

55

–wytrzymałość,

6

–temperatura badań

udarności,

M

–gaz

osłonowy

•

Mn4Ni1Mo –

wg tablicy skład chemiczny: C=0,12%;

Si=0,5-0,8%; Mn=1,6-2,1%; Cr=0,15%; Ni=0,8-1,25%;

Mo=0,2-0,55%

•

T

–stopiwo po obróbce cieplnej

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

58

•

Np: PN EN 12070

S

CrMo

•

PN EN 12072

W

25 7 2 L

•

Gdzie

•

G

-drut

do spawania w osłonie gazów

•

S

-drut do spawania SAW

•

W

-drut

do spawania metodą

TIG

Symbol składu
chemicznego

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

59

Gazy: Argon i hel –wyłącznie gazy obojętne -to TIG

•

Argon

w stosunku do helu wykazuje zalety:

•

Łatwiejsze jest zajarzanie

łuku

•

Łuk jarzy się

stabilniej i ciszej

•

Zapewnia czyszczenie katodowe (DC+, AC)

•

Wymaga mniejszego natężenia przepływu i mniej
kosztuje!

•

Hel

w stosunku do argonu wykazuje zalety:

•

zapewnia wprowadzenia większej ilości ciepła –co
ułatwia spawanie miedzi lub grubych blach aluminiowych

•

lepiej chroni w pozycji sufitowej

•

Mieszając te gazy można połączyć

ze sobą

dobre cechy

obu gazów

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

60

Prędkość

dźwięku

319 m/s (293,15

K)

970 m/s (298,15

K)

1270 m/s

(298,15 K)

334 m/s (298,15

K)

Pozostałe
dane

Argon

Hel

Wodór

Azot

Ciepło
właściwe

520 J/(kg*K)

5193 J/(kg*K)

14304 J/(kg*K)

1040 J/(kg*K)

Przewodność

cieplna

0,01772 W/(m*K)

0,152 W/(m*K)

0,1815 W/(m*K)

0,02598 W/(m*K)

Inne dane

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

61

GTA –to także spawania w mieszankach redukujących

Ar+Wodór

•

Mieszanka Ar+H

2

-tzw.

redukująca

(wodór redukuje

niektóre pierwiastki zawarte w MS), do stosowania

przy spawaniu

niklu i stali nierdzewnych

. Wodór

zwiększa ilość

ciepła

wprowadzaną

do materiału

spawanego.

•

Stale nierdzewne, słabo przewodzą

ciepło, nie sprawia

kłopotu uzyskanie dobrego wtopienia. Dodatek H

2

,

pozwala na

szybsze spawanie

. Max. można stosować

mieszanki z wodorem do 35%, pod warunkiem, że nie

spowoduje to pęknięć

wodorowych.

•

Mieszanki wodorowe stosujemy do spawania

mechanicznego (szybkiego) cienkościennych rur ze

stali nierdzewnej.

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

62

Czystość

gazów

•

Najwyższa czystość

gazów wymagana jest do

spawania Al i Mg

•

Wynosi ona ok.. 99,99% wg PN-EN -439: 1999

•

Dla spawania tytanu i tantalu nawet 99,997%!

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

63

Wpływ rodzaju gazu na kształt łuku i geometrię

spoiny

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

64

Przewodność

cieplna...

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

65

Porównanie parametrów spawania dla różnych gazów

osłonowych

Długość

łuku

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

66

Technologia i technika spawania

•

Spawanie GTA wymaga

szczególnie dokładnego oczyszczenia

brzegów

spawanych przedmiotów z wszelkich zanieczyszczeń,

takich jak

tlenki, rdza, zgorzelina, smary, farby

. Stosuje się

w

tym celu czyszczenie

mechaniczne, chemiczne

i fizyczne.

•

Spawanie GTA może być

prowadzone we wszystkich

pozycjach:

•

ręcznie, półautomatycznie lub automatycznie.

•

Spawane brzegi przedmiotów muszą

być

dokładnie

przygotowane, tak aby nie

ulegały odkształceniu

w czasie

spawania i zmieniały przez to, np. odstępu i kąta ukosowania
rowka spawalniczego.

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

67

Zabezpieczenie przed odkształceniem

•

Drogą

mocowania

•

Wstępnego

odkształcenia

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

68

Sposoby formowania i ochrony grani spoiny

Gaz ochronny

zxzxzxzxzx

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

69

Jeden ze sposobów ochrony grani podczas spawania

obwodowego rur

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

70

Zalecany sposób spawania złączy doczołowych

grubościennych rur

1 –warstwa przetopowa

wykonana metodą

TIG przez stopienie wkładki

pierścieniowej,

2 –warstwy wypełniające wykonane metodą

MAG lub SAW

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

71

Zalecane sposoby przygotowania brzegów złączy

doczołowych blach stalowych do spawania TIG

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

72

Parametry spawania

Parametry spawania

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

73

Zalecane rodzaje gazów do spawania różnych

metali

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

74

Zalecane wartości przepływu Ar i He

Rodzaj

materiału

Grubość

[mm]

Ar

[litr/min]

He

[litr/min]

Stal

<=3

6-8

14-18

Stal Cr-Ni

1,5-3

8

18

Stal Cr-Ni

4-6

10

20

Miedź

1,5-6

12

24

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

75

Rodzaj gazu i prądu (biegunowość) a wielkość

prądu

dopuszczalnego

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

76

Zalecane rodzaje i wielkości prądu spawania w osłonie

czystego argonu dla różnych średnic i rodzajów

elektrod

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

77

Zasady doboru rodzaju elektrod, prądu i gazu

osłonowego do spawania różnych materiałów

konstrukcyjnych

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

78

Spawanie Al stop

Spawanie Al stop

ó

ó

w

w

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

79

Własności fizyczne

Glin

Miedź

Stan skupienia

stały

stały

Temperatura topnienia

(660,32 °C)

(1084,4 °C)

Temperatura wrzenia

2792 K

2840 K

Ciepło parowania

293,4 kJ/mol

300,3 kJ/mol

Ciepło topnienia

10,79 kJ/mol

13,05 kJ/mol

Prędkość dźwięku

5100 m/s (933 K) 3570 m/s (293,15 K)

Ciepło właściwe

900 J/(kg*K)

380 J/(kg*K)

Przewodność cieplna

237 W/(m*K)

401 W/(m*K)

I Potencjał jonizacyjny

577,5 kJ/mol

745,5 kJ/mol

Przewodność elektryczna właściwa

37,7×106 S/m

59,6×106 S/m

Własności aluminium

po przeróbce plastycznej Rm=6-100MPa, A

5

=30-50%,

twardość

15-20HB

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

80

•

Aluminium można spawać:

•

Prądem stałym z biegunowością

ujemną

(

DC minus

)–

korzystny

bilans cieplny (70% ciepła na MS) pozwala spawać

blachy grube

,

ale powierzchnię

przed spawaniem trzeba

czyścić

mechanicznie

(szczotka pilnik) lub chemicznie

•

Prądem stałym z biegunowością

dodatnią

(

DC plus

)–

niekorzystny

bilans cieplny (30% ciepła na MS) pozwala spawać

blachy cienkie

,

ale występuje

czyszczenie katodowe

•
•

Prądem przemiennym (

AC

) –wariant kompromisowy, bilans cieplny

50%/50%,

blachy średniej grubości

, występuje czyszczenie

katodowe w połowie czasu spawania

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

81

•

Aluminium najlepiej spawać łukiem
krótkim ok. 1,5 mm, elektrodami

wolframowymi z tlenkiem toru

w

osłonie mieszanek

Ar+He

(7-35% He)

•

Dodatek

helu

zwiększa energię

cieplną

łuku

co może zwiększyć

głębokość

wtopienia

lub

szybkość

spawania

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

82

Parametry spawania prądem stałym, (DC -) w

osłonie Helu

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

83

•

Ukosowanie
blach Al
cienkich

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

84

Ukosowanie blach

Ukosowanie blach

Al grubych

Al grubych

Biegunowość

ujemna:

Dobre wtopienie
bo 70% ciepła
na materiale,
ale trzeba

mechanicznie
usunąć

tlenki

!

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

85

Parametry spawania cienkich blach Al., prądem DC+

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

86

Różnice w ukosowaniu blach Al przygotowywanych do

spawania prądem stałym i przemiennym

prąd stały minus na elektrodzie

70% Q na MS –brak czyszczenia
katodowego

Prąd przemienny (50% /50%)

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

87

Ukosowanie blach Al do spawania w pozycji naściennej z

biegunowością

ujemną

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

88

Spawanie wielowarstwowe Al

•

Wymaga starannego

usunięcia tlenków z powierzchni

poprzedniej warstwy

, powinno się

prowadzić

ściegami

prostymi

, także

bez ruchów posuwisto-zwrotnych materiału

dodatkowego

. Koniec drutu materiału dodatkowego powinien

cały czas znajdować

się

w

strefie chronionej gazem

, w

jednakowej odległości od łuku, najlepiej na skraju jeziorka

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

89

Spawanie Cu

Spawanie Cu

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

90

Własności miedzi

stan surowy Rm=200-250MPa, Re=35MPa, tward

45HB, A5=30-35%

z obróbką

plast. na zimno A5=2%, Rm=400-450 MPa, tward

120 HB

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

91

Własności fizyczne

Miedź

Wolfram

Stan skupienia

stały

stały

Temperatura topnienia

(1084,4 °C)

(3422 °C)

Temperatura wrzenia

2840 K

5828 K (5555 °C)

Ciepło parowania

300,3 kJ/mol

824 kJ/mol

Ciepło topnienia

13,05 kJ/mol

35,4 kJ/mol

Prędkość dźwięku

3570 m/s (293,15 K) 5174 m/s (293,15K)

Ciepło właściwe

380 J/(kg*K)

130 J/(kg*K)

Przewodność cieplna

401 W/(m*K)

174 W/(m*K)

I Potencjał jonizacyjny

745,5 kJ/mol

770 kJ/mol

Przewodność elektryczna właściwa

59,6×10^6 S/m

18,9×10^6 S/m

Gęstość

,

twardość

8920 kg/m3, 3,0

19250 kg/m3, 7,5

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

92

Spawalność

miedzi

•

Głównie na ograniczenie spawalności miedzi wpływają:

•

bardzo

duża przewodność

cieplna utrudniająca

miejscowe doprowadzenie metalu do stanu ciekłego,

•

duży współczynnik rozszerzalności

,

•

mała wytrzymałość

w wyższych temperaturach

,

•

łatwe utlenianie się

ciekłej miedzi (

tlenek CuO

i

podtlenek Cu

2

O

•

tworzący z miedzią

eutektykę

Cu-Cu

2

O przenikającą

na granicę

ziaren obniżając własności wytrzymałościowe

i plastyczne

)

•

zdolność

rozpuszczania gazów przez ciekłą

miedź, co

powoduje

•

powstawanie

porów i pęknięć

na granicach ziaren

(choroba wodorowa miedzi),

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

93

Porównanie głębokości wtopienia w miedzi w osłonie
He bez podgrzewania i ze wstępnym podgrzewaniem

w osłonie Ar (prąd DC-, 300A, 0,2m/min )

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

94

Ukosowanie blach Cu i stopów

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

95

Miedź

i jej stopy najlepiej spawa się

•

Prądem stałym z biegunowością

ujemną

(

DC

minus

) z uwagi na korzystny bilans cieplny (70%

MS)

•

Brązy aluminiowe

spawa się

prądem

przemiennym

z uwagi na czyszczenie katodowe

•

Gaz ochronny –

Ar dla małych grubości blach

(do

3mm) lub

Ar+He

lub He dla grubości większych.

•

Jeziorko

spoiny podczas spawania

w helu

jest

bardziej przegrzane i

rzadkopłynne

co umożliwia

lepsze wypłynięcie

zanieczyszczeń

i wtrąceń

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

96

W lewo...

•

Przy spawaniu miedzi stosuje się

spawanie ściegami prostymi,
techniką

w lewo (pozycje

przymusowe) lub w prawo

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

97

Warunki spawania Cu, mosiądzu i brązów

(im więcej miedzi w stopie tym więcej helu w gazie ochronnym)

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

98

Parametry spawania Cu i brązów krzemowych

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

99

•

Spawanie stali 18-8...

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

100

Cu Wolfram

Nikiel, Ni, 28

6 (VIB)

,

4

,

d

10 (VIIIB)

,

4

,

d

7140 kg/m3, 8,5

8908 kg/m3, 4,0

(1857 °C)

(1455 °C)

(2672 °C)

(2913 °C)

5940 m/s (293,15 K)

4970 m/s (293,15 K)

450 J/(kg*K)

440 J/(kg*K)

7,74×106 S/m

14,3×106 S/m

93,7 W/(m*K)

90,7 W/(m*K)

Własności fizyczne

Chrom, Cr, 24

Grupa, okres, blok

Gęstość

,

twardość

Temperatura topnienia
Temperatura wrzenia
Prędkość dźwięku

Pozostałe dane

Ciepło właściwe
Przewodność właściwa
Przewodność cieplna

Pozostałe dane

Ciepło właściwe

380 J/(kg*K)

130 J/(kg*K)

Przewodność cieplna

401 W/(m*K)

174 W/(m*K)

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

101

Stale odporne na korozje...

•

Spawamy prądem stałym, z biegunowością

ujemną

(DC minus -

70% ciepła w MS!), elektrodami z dodatkiem toru, gaz ochronny

Ar lub dla dużych grubości -Ar+He

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

102

Parametry spawania zimnym drutem stali 18-8 w osłonie Ar

(stale Cr-Ni są

słabym przewodnikiem ciepła)

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

103

Parametry spawania gorącym

drutem

stali C-Mn w osłonie Ar

Prąd spawania

podgrzewający

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

104

spawanie TIG -wąskoszczelinowe

Polega na innym przygotowaniu brzegów blach do spawania,

które znacząco zmniejsza przekrój spoiny.

•

Pozwala na znaczne zmniejszenie energii wprowadzonej do

materiału spawanego, zatem i na zmniejszenie odkształceń.

•

Najczęściej stosowane do spawania rur grubościennych (do

100mm)

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

105

Spawanie automatyczne wąskoszczelinowe

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

106

Porównanie ukosowanie

MMA ŁK wąskoszczelinowe

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

107

Porównanie wielkości przekroju rowka spawalniczego

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

108

Przykładowe parametry spawania wąskoszczelinowego

blach ze stali niskostopowej o grubości g=56mm

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

109

Odmiana spawania TIG łukiem ...zanużonym

•

Polega na spawaniu

dużym prądem przy

wielokrotnie szybszym

wypływie gazu

ochronnego.

•

Szybko wypływający gaz

zmniejsza objętość

łuku,

zwiększa koncentrację

energii w łuku (t

worzy się

więcej plazmy)

i na

materiale spawanym

oraz

wypychanie ciekłego

metalu spod łuku.

Qgazu=40-50 L/min

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

110

Podczas spawania TIG łukiem ...zanużonym

•

łuk jarzy się

poniżej powierzchni

blachy spawanej, powodując

bardzo

duże wtopienie

. Głębokość

wtopienia jest zależna jest od

gęstości spawanych materiałów i

siły naporu

na ciekły metal jaką

wywiera gaz ochronny. Gazem

ochronnym jest

ciężki argon

.

•

Krawędzie blach nie wymagają

ukosowania ani odstępu.

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

111

Spawanie A-TIG

(Instytut Patona)

•

Polega na spawaniu z zastosowaniem

topnika aktywującego

,

którym przed spawaniem pokrywa się

powierzchnie spawane.

Topnik ten powoduje znaczący wzrost głębokości wtopienia.

Stwarza możliwość

spawania bez ukosowania i odstępu

stosunkowo grubych blach.

•

Przyczyna wzrostu głębokości nie jest dokładnie poznana.

Wśród przyczyn wymienia się

siłę

Lorentza

, procesy

fizykochemiczne przebiegające w jeziorku i w łuku a także

efekt

Marangoniego

związany z napięciem powierzchniowym

ciekłego metalu i jego ruchów konwekcyjnych.

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

112

Różnica między

TIG i A-TIG

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

113

Złącze wykonane metodą

A-TIG

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

114

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

115

Spawanie orbitalne rur

Spawanie orbitalne rur

Głowica do

spawania

orbitalnego rur

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

116

Parametry głowic

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

117

Głowica zamocowana na rurze

Tadeusz Piątkowski

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

118

Do

Do

zobaczenia

zobaczenia

...

...