1 

 

23.10.2012
30.10.2012

SPAWALNICTWO

Wykład III i IV

1)

Parametry spawania elektrodami otulonymi

 natężenie prądu
 napięcie łuku (długość łuku)
 prędkość spawania, która zależy od :

- rodzaju prądu, jego biegunowości i natężenia
- napięcia łuku
- pozycji spawania
- prędkości stapiania elektrody
- grubości spawanego materiału i kształtu złącza
- dokłądności dopasowywania złącza
- wymaganych ruchów końcówki elektrody

 średnica elektrody i jej położenie względem złącza

2)

Pochylenie elektrody względem złącza pozwala na regulację kształtu spoiny

3)

Podział elektrod otulonych wg zastosowania

 elektrody do spawania połączeniowego stali węglowych i niskostopowych o

podwyższonej wytrzymałośći

 elektrody do spawania stali przeznaczonych do pracy w podwyższonych temp.

 elektrody do spawania stali wysokostopowych
 elektrody do napawania

 elektrody do spawania żeliwa

 elektrody do spawania metali nieżelaznych
 elektrody specjalnego przeznaczenia (do cięcia, żłobienia, spawania pod

wodą)

Rodzaj spoiny

Pozycja

Pochylenie elektrody do

płaszczyzny spawania

Pochylenie elektrody w

stosunku do osi

prostopadłej spoiny

Skierowanie elektrody

w stosunku do

kierunku spawania

CZOŁOWA Podolna

90

5-10 lub 10-30

Przeciwnie

CZOŁOWA Naścienna

80-100 5-10

Przeciwnie

CZOŁOWA

Pionowa

z dołu do

góry

90

5-10

Zgodnie

CZOŁOWA Pułapowa

90 5-10

Przeciwnie

PACHWINOWA Naboczna

45

5-10 lub 10-30

Przeciwnie

PACHWINOWA

Pionowa

z dołu do

góry

35-55

5-10

Zgodnie

PACHWINOWA Pułapowa

30-45 5-10

Przeciwnie

2 

 

4)

Charakterystyczne własności elektrod otulonych

Cechy

A (kwaśne)

R (rutylowe)

B (zasadowe)

C (celulozowe)

Prąd

̴ , =, -

̴ , = , -

= , +

̴ , = , +

Pozycje

wszystkie wszystkie wszystkie

z

góry

Udarność

3,5 4 5 4

Wygląd lica

dobry dobry

przeciętny przeciętny

Usuw. żużla

5 5

3,5 4

Charakterystycz

ne cechy

wypalanie

pierwiastków

stopowych

uniwerslane

zastosowanie

elektrody

niskowodorow

e, konieczność

suszenia

mała ilość żużla,

dużo dymów

5)

Przykładowe oznaczenia

Grupa Przeznaczenie

Znaczenie

ER 146
EB 150

EArmcoR

St3S
18G2A
czyste żelazo

R- otulina rutylowa
B- otulina zasadowa

ESMoR(B)

ES2Cr-MoR

16M
10H2M

ES- elektroda specjalna

ES13CrB

ES18-8R(B)

1H13
1H18N9T

EN45OB

Stel 1P

napawanie utwardzające
napawanie armatury

N- do napawania
450- twardość HB

EŻO

EŻNi

spawanie żeliwa na gorąco
spawanie żeliwa na zimno

O- spoina obrabialna

ECuS

ECusSn7

spawanie miedzi na zimno
spawanie brązów i mosiądz

6)

Technologia spawania elektrodami otulonymi

 Przygotowanie materiałów do spawania

 Dobór warunków spawania (rodzaj elektrod, średnica elektrod, rodzaj prądu i

biegunowość, liczba warstw w spoinie, pozycja spawania)

 Dobór parametrów spawania (napięcie łuku, prędkość spawania= parametry

wynikowe)

I=(30-40)A/1mm d
I= (15+6d)d
d- średnica elektrody

7)

Technika spawania

 Długość łuku (0,5-1,1)d
 Pochylenie elektrody

 Ruchy poprzeczne elektrody (uzyskanie wymaganej szerokości spoiny)

3 

 

8)

Ruchy elektrody w wykonywaniu spoin

9)

Spawanie grawitacyjne (nie jest już stosowane)

10)

Elektrody przy spawaniu grawitacyjnym

 

 

 

 

 

 

4 

 

11)

Usytuowanie elektrod przy spawaniu grawitacyjnym

SPAWANIE ŁUKIEM KRYTYM- oznaczenie 121

SAW- Submerged Arc Welding

Charakterystyka źródła zależy od średniej elektrody

Stanowisko (proces spawania)

5 

 

 Podajnik drutu (8)
 Rolki dociskowe (7)
 Zbiornik (9)
 Jarzący się łuk (11)
 Topnik w stanie ciekłym (5)
 Topnik zastygnięty (3)

Parametry procesu:
 Natężenie prądu J=200-1000 A (2000A)
 Napięcie łuku U=25-45 V
 Prędkość spawania v= do 200 m/h (30-60 m/h)
 Średnica elektrod d=2-6 mm

12)

Podział topników

 TOPIONE
 NIETOPIONE

- ceramiczne aglomerowane
- cermaiczne spiekane
- mieszane

 Podział wg Międzynarodowego Instytutu Spawalnictwa

- F- topione
- B- ceramiczne
- M- mieszane

 Inny podział topników

- kwaśne B<1
- neutralne B=1
- zasadowe B>1

13)

Zadania topnika:

 Zapewnienie ciągłego jarzenia się łuku
 Uzyskanie wymaganego składu chemicznego i własności mechanicznych spoin

 Odpowiednie kształtowanie powierzchni spoiny

 Zapewnienie braku pęknięć i pęchęrzy w spoinie
 Łatwe usuwanie żużla z powierzchni spoiny

 Minimalne wydzielanie gazów przy spawaniu

14)

F1- pole powierzchni stopionych
brzegów topionych blach
F2- pole przekroju poprzecznego
spoiny

6 

 

 

 

15)

Wpływ parametrów spawania na kształt spoiny

 

Ze wzrostem

Głębkość wtopienia

hw

Szerokość lica

b

Wysokość nadlewu

hn

Natężenie

Wzrasta int.

Wzrasta

Wzrasta

Napięcie

Maleje Wzrasta

intensywnie Maleje

Prędkość spawania

Maleje Maleje

intensywnie Wzrasta

Pochylenie elektrody

Maleje intensywnie

Wzrasta

Maleje

Średnica elektrody

Maleje intensywnie

Wzrasta intensywnie

Maleje

Wylot elektrody

Maleje nieznacznie

Wzrasta

Maleje

Kąt rowka

Nie zmienia się Wzrasta

Maleje

intensywnie

Odstęp

Wzrasta intensywnie

wzrasta

Maleje intensywnie

16)

Współczynniki kształtu spoiny

Współczynniki prawidłowej spoiny powinny wynosić od 1,2 do 2,0

17)

Spawanie dwułukowe
a) Spawanie w jednym jeziorku spawalniczym

7 

 

b) Spawanie w oddzielnych jeziorkach spawalniczych

 
 
 
 
 
 

18)

Ustawienie elektrod

Ustawienie drutów elektrodowych przy wykonywaniu spoin czołowych:

a) Przy spawaniu dwułukowym ( I elektroda- prąd stały + II elektroda- prąd przemienny
b) Przy spawaniu trójłukowym ( I elektroda- prąd stały + II i III- prądy przemienny)

 

19)

Podawanie dodatkowego proszku

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 

 

20)

Podkłądki technologiczne stosowane są w celu wyeliminowania wycieków stopiwa z
rowka spoiny i uformowania równomiernej i prawidłej grani. Konieczność ich
stosowanie wynika ze stosowania dużo wyższych energii łuku (większa objętość
ciekłegometalu) niż przy spawaniu elektrodami otulonymi

Najczęściej stosowane są podkładki miedziane, gdyż dobrze odprowadzają ciepło

21)

Zastosowanie łuku krytego

 Łączenie rur o dużych średnicach (inna technologia nie jest tak wydajna)
 Napawanie
 Spawanie blach o dużych grubościach >10 mm; spawanie automatyczne w

liniach spawalniczych

 Montaż dużych konstrukcji stalowych

22)

ZALETY spawania łukiem krytym

 Dobra jakość spoiny
 Dobra wydajność spawania
 Wysoka sprawność energetyczna
 Dobre warunki pracy spawacza

9 

 

23)

WADY spawania łukiem krytym

 Spawanie w pozycji innej niż podolna czy naboczna, wymaga zastosowania

specjalnego oprzyrządowania (w praktyce niestosowane)

 Przed spawaniem topnik musi być odpowiednio przygotowany (konieczne

suszenie), metoda używana jedynie w halach produkcyjnych

SPAWANIE ELEKTROŻUŻLOWE

W tej metodzie łuk jarzy się między elektrodą, a elementem łączonym tylko na

początku spawania. Potem elektroda zanurzona jest w jeziorku stopionego metalu, a przepływ
prądu grzeje ten obszar rezystancyjnie.

24)

Parametry spawanie elektrożużlowego

 Natężenie prądu spawania (300-3000 A)
 Napięcie spawania (30-50 V)
 Prędkość spawania (0,5-2 m/h)
 Średnica elektrody i liczba elektrod (d= przeważnie 3 mm)
 Prędkość podawania elektrody (200-500 m/h)

METODA PRZEZNACZONA DO ŁĄCZENIA W POZYCJI PIONOWEJ GRUBYCH

BLACH.

10 

 

- Spawanie elektrożużlowe przesuwne, gdy nakładki miedziane formujące przesuwają się w
miarę narastania spoiny.

- Spawanie elektrożużlowe PROWADNICOWE występuje, gdy cały styk łączonych
elementów jest zaformowany nakładkami miedzianymi, a druty elektrodowe podawane są do
strefy stapiania poprzez odpowiednią prowadnicę umożliwiającą doprowadzenie drutów do
miejsca topienia poprzez całą długość styku.,

11 

 

25)

Do spawania elektrożużlowego wykorzystywane są specjalne TOPNIKI:

 TU- St – A- do spawania stali niskostopowych i niskowęglowych, szczególnie

przy grubościach do 50 mm

 TU – St – B- do spawania stali niskowęglowych, przy grubości powyżej 50 mm.

Topniki te w porównania z topnikami do spawania łukiem krytym, charalteryzują
się zwiększoną zartością fluorytu CaF

2

(15-30%) w celu zwiększenia

przewodności elektrycznej żużla i jego rzadko płynności.

Najczęściej stosowanymi drutami są druty zawierające mangan (druty SpG2, SpG4, SpG4N)

26)

ZALETY spawania elektrożużlowego

 Duża wydajność spawania w porównaniu o innych metod, na co wpływa

możliwość łączenia w jednym przejściu nie ukosowanych blach o dużej grubości,
duży współczynnik stapiania elektrody (przy spawaniu elektrożużlowym 18-22
gh/A, a przy spawaniu łukiem krytym 14-18 gh/A), oraz mniejsze zużycie
materiałów dodatkowych potrzebnych do zapełnienia rowka spoiny

 Wysoka jakość spoiny z wyjątkiem udarności, wolne stygnięcie spoiny sprzyja

jej odgazowaniu, a symetryczne ukosowanie brzegów blach powoduje, że brak
jest odkształcen kątowych

 Obniżenie kosztów spawania, spowodowane mniejszym zużyciem materiłałów

dodatkowych (zużycie topnika 20 razy mniejsze niż przy spawaniu łukiem
krytym) i energii elektrycznej.

27)

WADY spawania elektrożużlowego

 Obecność gruboziarnistej struktury spoiny i strefy wpływu ciepła
 Brak możliwości przerywania procesu, ponieważ w spoinie pozostałby żużel
 Stosunkowo niska udarność spoin i konieczność normalizowania

odpowiedzialnych złączy (spoiny na ogół posiadają dobre Rm, Re, As,
natomiast udarnośc szybko maleje z utratą temperatury)

12 

 

METODY SPAWANIA W OSŁONIE GAZÓW OCHRONNYCH

 Spawanie GMAW Gas Metal Arc Welding (MIG Metal Inert Gas 131 / MAG Metal

Active Gas 135)

 Inne nazwy: spawanie łukowe w osłonie gazowej, spawanie półautomatyczne,

spawanie w osłownie CO

2

 Sposób pracy: ręczny z możliwością użycia mechanicznego przemieszczania

prowadnika elektrody

 Źródło ciepła- łuk elektryczny
 Osłona jeziorka- gaz nie reagujący z metalem spawanym
 Zakres natężenia prądu- 60-500 A
 Moc cieplna- 1,25 kJ/s

28)

Parametry spawania GMAW (MIG/MAG)

 Rodzaj i natężenie prądu (prędkość podawania drutu)
 Napięcie łuku
 Prędkość spawania
 Rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego
 Średnica drutu elektrodowego
 Długość wolnego wylotu elektrody
 Prędkość podawania grutu elektrodowego
 Pochylenie złącza lub elektrody

13 

 

SCHEMAT SPAWANIA GMAW (MIG/MAG)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a) Spawanie prądem stałym z biegunowością dodatnią jest najpowszechniejszym

stosowanym sposobem spawania MIG/MAG. Przy małych natężeniach prądu,
elektroda stapia się w osłonie gazów obojętnych grubokroplowo bez rozprysku,
natomiast w osłonie CO

2

ze znacznym rozpryskiem, nawet do kilkunastu %.

Odrywanie kropli od końca elektrody jest utrudnione, a przenoszenie przez łuk
nieosiowe.

b) Spawanie prądem stałym z biegunowością ujemną w osłonie gazów obojętnych i

aktywnych umożliwia tylko spawanie z grubokroplowym i nieosiowym
przenoszeniem metalu w łuku, bez względu na wielkość natężenia prądu. Rozprysk
metalu jest znaczny, a głebokość przetopienia znacznie mniejsza niż przy
biegunowości dodatniej; choć wydajność stapiania elektrody jest nawet wyższa o
100%.

c) Spawanie prądem przemiennym wymaga użcyia źródeł prądu o wysokim napięciu

biegu jałowego w celu zapewnienia stabilnego jarzenia się łuku i grubokroplowego
przenoszenia metalu w łuku. Gdy prąd przemienny ma biegunowość ujemną,
przenoszenie metalu jest utrudnione i występuje rozprysj, natomiast przy
biegunowości dodatniej łuk jarzy się stabilnie. Naniesienie powłoki emulsyjnej na
elektrodę topliwą zapewnia, podobnie jak przy spawaniu prądem stałym z
biegunowościa ujemną, stabilne i natryskowe przenoszenie metalu w łuku. Spawanie
prądem przemiennym ma niewielkie zastosowanie w przemyśle.

14 

 

d) Natężenie prądu jest ściśle powiązane ze zmianą szybkości podawania drutu, która

musi być równa prędkości stapiania drutu. Wzrost natężenia prądu powyżej wartości
krytycznej, dla danej średnicy elektrody, zmniejsza wielkość kropli, zwiększa
częstotliwość ich przejścia i poprawia stabilność łuku. Przy dużych gęstościach prądu,
rzędu 600-700 A/mm

2

uzyskuje się najlepsze wyniki spawania, wysoka jest wydajność

spawania dochodząca do ponad 20 kg stopiwa na godzinę. Równocześnie duża jest
głębokość wtopienia, lecz spawanie ograniczone jest tylko do pozycji podolnej i
nabocznej. Przy stałym natężeniu prądu głębokość wtopienia zwiększa się wraz z
obniżeniem średnicy elektrody

e) Napięcie łuku ściśle zależy od składu gazu ochronnego. Wzrost napięcia łuku

sprawia, że wzrasta szerokość ściegu spoiny i obniża się głębokość wtopienia.
Nadmierne napięcie łuku prowadzi do powstania rozprysku, porowatości i podtopień
lica spoiny. Zbyt niskie napięcie łuku powduje, że spoiny są porowate i pojawiają się
nacieki lica.

f) Prędkość spawania jest parametrem wynikowym dla danego natężenia prądu i

napięcia łuku, przy zachowaniu właściwego kształtu spoiny. Gry prędkość spawania
ma być nawet nieznacznie zmieniona, należy zmienić natężenie prądu lub napięcie
łuku w celu utrzymania stałego kształtu spoiny.

29)

Typowe sposoby przenoszenia metalu w łuku GMAW
 Łuk zwarciowygrubokroplowy (krótki) 145 A/ 17.8 V
 Łuk pulsujący (pozcyja naboczna)

 Łuk natryskowy (drobnokroplowy) 315 A/ 33V

 Łuk rotacyjny 515 A/ 46 V 36m/min

30)

Przenoszenie metalu w łuku

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15 

 

31)

Spawanie metodą GMA- przebieg prądu przy spawaniu łukiem pulsującym

 

Wzór na energię liniową:

E= (U*I) / V

32)

Podział gazów i mieszanek osłonowych

Grupa Sposób

reagowania

R

Mieszanki redukujące

I

Gazy obojętne i ich mieszaniny

M

Utleaniające mieszanki na bazie argonu, zawierające tlen lub CO

2

lub oba te gazy

C

Silnie utleniające gazy lub mieszanki

F

Gazy reagujące lub mieszanki redukujące

33)

Gazy ochronne stosowane w spawalnictwie

Lp. Skład chemiczny

Zastosowanie

Metoda Materiał

1

Ar 100%

GMA, GTA, plazma

wszystkie metale

2

He 100%

GMA, GTA

metale nieżelazne

3

Ar+He 30/70 %

GMA (GTA)

metale nieżelazne

4

Ar+H

2

94/6 %

GTA, plazma

stale wysokostopowe

5

Ar+CO

2

82/18%

GMA

stale niestop. i niskostop.

6

Ar+O

2

99/1 %

GMA

stale nisko- i wysokostopowe

7

Ar+CO

2

+O

2

83/13/4 %

GMA

stale niestop. i niskostop.

8

CO

2

100%

GMA

stale niestop. i niskostop.

16 

 

34)

Wpływ biegunowości prądu i osłony gazowej na kształt i głębokość wtopienia napoiny