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.