PROCESY I TECHNIKI

PRODUKCYJNE

wykład

SPAJANIE 1

wprowadzenie

Dr inż. Tomasz Cisek

Politechnika Śląska

Wydział Organizacji i Zarządzania

Katedra Zarządzania Jakością Procesów i

Produktów

2007/2008

WPROWADZE

NIE

Za pomocą spajania

można łączyć metale i

ich stopy, tworzywa

sztuczne oraz

ceramikę.

Główne znaczenie

posiada jednak

spajanie jako

technologia łączenia

tworzyw metalicznych

w budowie maszyn i

konstrukcjach

budowlanych.

WPROWADZE

NIE

Praktycznie można

łączyć dowolne grubości

uzyskując często

połączenia o

własnościach nie

odbiegających od

własności łączonych

metali. Spajanie

prowadzi się na ziemi i

pod ziemią, pod wodą i

w kosmosie, w

powietrzu, w atmosferze

gazów oraz w próżni.

WPROWADZE

NIE

Głównie spajanie wykorzystywane jest jako

technologia spawania i zgrzewania do

wytwarzania konstrukcji stalowych oraz budowy

maszyn, co prowadzi do przetworzenia 60%

produkcji stali w mosty, budowle i różnego typu

maszyny. W budowie maszyn wykorzystuje się

prawie wszystkie z 70 odmian procesów

spawania, zgrzewania, lutowania i klejenia, które

mogą być realizowane jako procesy ręczne,

zmechanizowane, zautomatyzowane oraz

zrobotyzowane głównie w przemyśle

samochodowym.

Rodzaje spajania i schemat tworzenia trwałego

połączenia

SPAWANIE

LUTOWANI

E

ZGRZEWAN

IE

KLEJENIE

ENERGIA

WIĄZANIA ATOMOWO-

CZĄSTECZ.

DYFUZJA

ADHEZJA

TRWAŁE POŁĄCZENIE

MATERIAŁY

DODATKOW

E:

ELEKTROD

Y

DRUTY

TOPNIKI

LUTY

SPAJANIE

Fizyczne podstawy spawania i

zgrzewania

Spawanie stanowi proces łączenia ciał

stałych siłami międzyatomowymi i

międzycząsteczkowymi. Wewnątrz tych

ciał siły wiązania są w równowadze,

natomiast powierzchnia cechuje się pewną

energią wynikającą z nierównowagi tych

sił na powierzchni.

Fizyczne podstawy spawania i

zgrzewania

Ta energia, nazywana powierzchniową, umożliwia

uzyskiwanie trwałych połączeń. W celu uzyskania takich

połączeń należy zbliżyć atomy lub cząsteczki

powierzchniowe na odległość parametru sieci

krystalicznej, tj. około 4 * 10

-10

m. W przypadku cieczy

zbliżenie takie nie stanowi problemu. Zapewniają je

ruchliwość atomu i cząsteczek cieczy oraz właściwości

zwilżania powierzchni. W przypadku ciał stałych zbliżenie

takie Jest utrudnione ze względu na gładkość

(chropowatość) powierzchni oraz obecność

zanieczyszczeń, np. tlenkowych. Do uzyskania zbliżenia

atomów dwóch ciał na odległość parametrów sieci

krystalicznej należy wykorzystać siłę lub podgrzanie do

określonej temperatury.

Fizyczne podstawy spawania i

zgrzewania

Te parametry, tzn. siła i temperatura, wyznaczają

obszar

technicznych

możliwości

uzyskania

połączenia dwóch ciał stałych. Podgrzewanie
łączonych

powierzchni

osłabia

wiązania

międzyatomowe i międzycząsteczkowe, powoduje
obniżenie twardości oraz zwiększenie plastyczności.
Wzrost siły prowadzi do dużych odkształceń, rozbija
tlenki i usuwa zanieczyszczenia, a tym samym
umożliwia wzajemne zbliżenie atomów i cząstek.

Fizyczne podstawy

spawania i zgrzewania

OBSZAR

ZGRZEWANI

A

OBSZAR

SPAWANIA

BRAK

MOŻLIWOŚCI

SPAJANIA

[

O

C]

P[MPa

]

50

10

20

30

40

200

150

0

t

T

Zjawiska cieplne w procesach

spawalniczych

Ciepło przy łączeniu metali jest wykorzystywane

do nagrzewania i topienia łączonych krawędzi
oraz

materiału

dodatkowego.

Ilość

wprowadzonego

ciepła

decyduje

przede

wszystkim o:
- głębokości wtopienia,
- wielkości jeziorka spawalniczego,
- temperaturze kąpieli metalowej,
- ilości nadtopionego i stopionego metalu,
- czasach reakcji metalurgicznych.

Zjawiska cieplne w

procesach spawalniczych

Jako podstawowe źródło ciepła przy
spawaniu należy wymienić:
-

łuk elektryczny

stanowiący

wyładowania w atmosferze
znacznie z jonizowanych gazów i
par metali,
-

łuk plazmowy

uzyskany

przez zawężenie łuku elektrycznego
i zjonizowanie dodatkowego gazu
plazmowego,
-

prąd elektryczny

przepływający przez
stopione żużle

,

-

wiązkę elektronów

skoncentrowaną w miejscu
spawania,
-

promienie laserowe

,

- reakcje chemiczne spalonych
gazów i metali.

Zjawiska cieplne w

procesach spawalniczych

Przy zgrzewaniu źródłem ciepła
jest przede wszystkim:
- prąd elektryczny normalnej i
wysokiej częstotliwości.
- procesy tarcia,
- ultradźwięki,
- reakcje chemiczne spalanych
gazów i metali.

SPAWALNOŚĆ

METALI

Spawalność metali jest to

właściwość umożliwiająca

uzyskanie połączeń metodami

spawalniczymi o własnościach

fizycznych i chemicznych

spełniających warunki odbioru

towarzystw kwalifikacyjnych.

SPAWALNOŚĆ

METALI

Definicja ta jako jedna z wielu podobnych jest

bardzo ogólna i uzależnia możliwość łączenia metali
metodami spawalniczymi od szeregu czynników,
które można podzielić na:

- czynniki metalurgiczne określające
spawalność metalurgiczną, takie jak:
skład

chemiczny,

struktura,

naprężenie wewnętrzne, zawartość
gazów i stopień zanieczyszczenia
wtrąceniami itp.,

SPAWALNOŚĆ

METALI

- czynniki technologiczne określające
spawalność technologiczną, takie jak:
metoda łączenia, parametry i warunki
spawania, obróbka przed i po spawaniu,
materiały dodatkowe itp.,
-

czynniki

konstrukcyjne

określające

spawalność konstrukcyjną, takie jak:
grubość i kształt łączonych elementów,
rodzaj połączenia, stopień usztywnienia,
rodzaj i warunki obciążenia itp.

SPAWALNOŚĆ

METALI

Wszystkie te czynniki w pewnym

stopniu określają skłonność połączeń

do pękania i ogólnie można przyjąć,

że podstawowym kryterium oceny

spawalności metali jest skłonność do

pękania, przy równoczesnym

zachowaniu wymaganych własności.

SPAWALNICZE ŹRÓDŁA

PRĄDU

Zadaniem spawalniczych źródeł prądu jest wytworzenie i
stabilne utrzymanie łuku elektrycznego w procesie spawania
łukowego. Urządzenia te cechują się m. in.:
- ograniczonym napięciem biegu jałowego, które wynosi: dla
prądu stałego 100 V, natomiast dla prądu zmiennego 80 V. W
przypadku konieczności spawania prądem zmiennym w
warunkach stwarzających podwyższone niebezpieczeństwo
porażenia prądem (np. spawanie w zbiornikach, rurociągach)
napięcie biegu jałowego jest ograniczone do 42 V,
- płaską lub opadającą charakterystyką statyczną: U

S

= f(I

S

),

- możliwością wyboru odpowiedniej charakterystyki statycznej
źródła prądu U

S

= f(I

S

), gdzie U

S

- napięcie spawania, V, I

S

prąd

spawania. A,
- odpornością na występujący przepływ prądu zwarcia.
- możliwością regulacji prądu spawania lub napięcia łuku.

SPAWARKI PRĄDOWE

Zalety i wady spawalniczych

źródeł prądu

Wady

Zalety

Sprawność

[%]

Rodzaj źródła

prądu

- możliwość

uginania łuku

- możliwość

spawania "+" i "-"

na elektrodzie

55

Spawarka

wirująca

- wysokie koszty

urządzenia

- bardzo dobre

zajarzenie łuku i

jego stabi1ność

75

Prostownik

spawalniczy

- niższe napięcie

biegu jałowego,

80/42 V

- zadowalające

zajarzenie łuku i

jego stabi1ność

-

niskie koszty

urządzenia

-

brak ugięcia łuku

> 85

Transformator

spawalniczy