28.05.21
1
Projektowanie konstrukcji
spawanych
_____
28.05.21
1
Projektowanie konstrukcji
spawanych
_____
28.05.21
2
Wstęp
Przez procesy spajania rozumie się
bardzo szeroką grupę procesów ,
których wspólną cechę stanowi
miejscowe wprowadzenie energii
cieplnej , cieplno- mechanicznej
czy też mechanicznej w celu
uzyskania nierozłącznego
połączenia metali bądź ich stopów
28.05.21
3
Typy wiązań
elementarnych
Połączenia spajane należą do grupy
nierozłącznych połączeń
monolitycznych.Monolityczność połączeń
uzyskuje się w wyniku powstania wiązań
atomowo molekularnych między łączonymi
elementami.Wyróżnia się 4 typy wiązań
elementarnych:
Wiązania kowalencyjne,
Wiązania jonowe,
Siły van der Waalsa,
Wiązania metaliczne
28.05.21
4
Klasyfikacja procesów
spajania
Z punktu widzenia teoretycznych
podstaw powstawania połączeń należy
uwzględnić trzy podstawowe cechy
fizyczne danej metody spajania;
Istnienie nacisku ,
Postać dostarczonej energii ,
Rodzaj urządzenia dostarczającego
energię
28.05.21
5
Charakterystyka
spawalniczych źródeł energii
Podstawowymi cechami źródeł energii są:
Stopień koncentracji energii,
Rodzaj emitowanej energii,
Sprawność źródła energii .
Koncentracja energii jest określona przez moc
właściwą w miejscu nagrzewania / zaleca się nie
przekraczanie 10
8÷
10
10
W/m
2
/
Źródła energii można usystematyzować następująco:
Płomień gazowy 50x10
7
W/m
2
Łuk elektryczny 10
6
÷10
9
W/ m
2
Strumień plazmy 10
12
W/m
2
8
28.05.21
6
Spawanie gazowe metali
Gazy spawalnicze
Acetylen, wodór, propan i butan (mieszanina) oraz
gaz ziemny. Do gazów niepalnych używanych
przy spawaniu gazowym należy tlen.
Acetylen C
2
H
2
otrzymuje się z karbidu (węglika
wapnia) w wyniku rozkładu go w wodzie według
reakcji:
CaC
2
+ 2H
2
O
C
2
H
2
+ Ca(OH)
2
+ Q
1
Karbid CaC
2
otrzymuje się przez stopienie koksu
(antracytu) z wapnem niegaszonym w specjalnych
piecach, według reakcji:
CaO + 3C
CaC
2
+ CO
28.05.21
7
Przygotowanie elementów
do spawania
Czynności przygotowawcze obejmują:
· ukosowanie;
· czyszczenie brzegów;
· składanie złączy;
· szczepianie brzegów blach.
28.05.21
8
Przykłady ukosowania
krawędzi
28.05.21
9
Zasady szczepiania blach
28.05.21
10
Rodzaje płomieni
acetylenowo-tlenowych
a) a) normalny, b) nawęglający, c) utleniający; 1
- kita, 2 - jądro, 3 - strefa redukcyjna,
4 ‑ stożek nawęglający
28.05.21
11
SPALANIE ACETYLENU W PŁOMIENIU
NORMALNYM
C
2
H
2
® 2C +H
2
2C + O
2
® 2CO + Q
Wydzielone ciepło podnosi temperaturę gazów do około
3 100
o
C (3 373 K). Powoduje to rozpad wodoru
cząstkowego na wodór atomowy według reakcji:
H
2
® 2H
Produkty pierwszej fazy spalania tworzą strefę o
wybitnych właściwościach redukcyjnych.
28.05.21
12
Reakcja spalania w kicie
2
3
2
2
2
2
2
2
CO H
O
CO
H O Q
Produktami tej reakcji są dwutlenek węgla i para
wodna – związki o właściwościach utleniających,
dlatego też należy unikać przetrzymywania
jeziorka ciekłego metalu w kicie płomienia
28.05.21
13
Rozkład temperatury w płomieniu
acetylenowo- tlenowym normalnym
28.05.21
14
Metody spawania:
a/ w lewo , b/w prawo , c/w górę
28.05.21
15
Spawanie elektryczne łukowe
Charakterystyka spawania
łukowego
28.05.21
16
Źródłem ciepła przy spawaniu łukowym
jest łuk elektryczny, jarzący się pomiędzy
końcem
elektrody
a
przedmiotem
spawanym. Ciepło jarzącego się łuku
powoduje topienie się elektrody i brzegów
przedmiotu spawanego. Stopiony metal
elektrody oraz stopiony metal przedmiotu
spawanego tworzą jeziorko ciekłego
metalu, które po zakrzepnięciu stanowi
spoinę, łączącą oba brzegi przedmiotu.
Charakterystyka
28.05.21
17
Charakterystyka statyczna
źródła prądu
Zależność spadków napięć w łuku od natężenia prądu: 1 - napięcie
katodowe, 2 - napięcie anodowe, 3 - napięcie w słupie łuku, 4 -
charakterystyka statyczna (wypadkowe napięcie jarzenia w funkcji
natężenia prądu)
28.05.21
18
Schemat stanowiska do
spawania ręcznego
elektrodą otuloną
1 - źródło
1-
źródło prądu, 2 - przewody obwodu spawania, 3 ‑ zacisk
prądowy, 4 - uchwyt elektrody, 5 - elektroda otulona, 6 - łuk
elektryczny, 7 - ułożona spoina, 8 - elementy spawane
28.05.21
19
Parametry procesu spawania
W przypadku spawania ręcznego elektrodami otulonymi
parametry procesu są następujące:
· gatunek i średnica elektrody;
· rodzaj i biegunowość prądu;
· natężenie prądu;
· liczba warstw w spoinie;
· pozycja spawania.
Dobór elektrod polega na wyborze gatunku elektrody i jej
średnicy. Gatunek elektrody dobiera się odpowiednio do
gatunku spawanego materiału, tj. jego składu chemicznego i
własności mechanicznych. Obowiązuje zasada, że wytrzymałość
stopiwa nie może być mniejsza od wytrzymałości materiału
rodzimego. Średnicę elektrody uzależnia się od grubości
materiału spawanego. Grubszy materiał pozwala na stosowanie
elektrod o większych średnicach.
28.05.21
20
Dobór prądu spawania
Natężenie prądu można orientacyjnie dobrać z
zależności:
J
sp
= k
d
el
gdzie:
J
sp
- natężenie prądu spawania [A];
d
el
-średnica elektrody [mm];
k - współczynnik zależny od średnicy elektrody;
k = 25 30 [A /mm] dla d
el
= 2 mm;
k = 30 40 [A /mm] dla d
el
= 2 4 mm;
k = 40 60 [A /mm] dla d
el
= 4 6 mm.
28.05.21
21
Urządzenia spawalnicze
Schemat transformatora
:
U
1
- napięcie na zaciskach strony
pierwotnej, U
2
- napięcie na zaciskach strony wtórnej, I
1
- prąd
strony pierwotnej, I
2
- prąd strony wtórnej,
- strumień
magnetyczny w magnetowodzie transformatora
28.05.21
22
Prostowniki spawalnicze przekształcają prąd
przemienny na wyprostowany o odpowiednio
ukształtowanej charakterystyce zewnętrznej i o wy-
maganym zakresie prądu spawania. Składają się one
z: transformatora, zespołu prostowniczego, układu
sterująco - nastawczego i innych elementów.
Przetwornice spawalnicze są to zespoły
dwumaszynowe, składające się z silnika napędowego i
prądnicy spawalniczej. Silnikiem napędowym jest
najczęściej asynchroniczny trójfazowy silnik
elektryczny. Może nim być także silnik prądu stałego
lub silnik spalinowy. Prądnice spawalnicze są
maszynami prądu stałego lub przemiennego o
zwiększonej częstotliwości.
d.c.