2001/12/09

TOMASZ BORYS

PAWEŁ WNUK

PASTOR

Sprawozdanie

Temat : Łączenie metali spawaniem i lutowaniem

1. Spawanie.

Spawanie polega na łączeniu metali przez miejscowe ich stopienie z dodawaniem lub bez dodawania spoiwa. Metodami stosowanymi w spawalnictwie można łączyć, ciąć i regenerować zużyte powierzchnie wyrobów metalowych przez ich napawanie. Po skrzepnięciu metalu w miejscu łączonym tworzy się spoina, a powstałe połączenie nazywa się połączeniem spawanym.

Rozróżnia się następujące połączenia spawane :

• Doczołowe (stykowe)

• Teowe

• Krzyżowe

• Kątowe

• Przykładkowe

• Zakładkowe

Zależnie od ustawienia spawanych części rozróżnia się spoiny:

• Czołowe

• Pachwinowe

• Otworowe

• Grzbietowe

W zależności od sposobu nakładania spoin podczas spawania określa się je jako poziome, tj. takie, które nakłada się w położeniu podolnym, naściennym lub pułapowym oraz pionowe.

2. Przygotowanie materiału do spawania

Jednym z ważniejszych czynników wpływających na jakość złącza spawanego jest przygotowanie materiału do spawania. Przygotowanie to obejmuje zukosowanie i oczyszczenie brzegów łączonych części, wzajemne ich ustawienie i sczepienie. Brzegi łączonych części muszą być tak ułożone, aby między nimi tworzył się rowek, który następnie wypełnia się spoiwem. Brzegi grubszych części powinny być zukosowane. Ukosowanie można wykonać przez struganie, ścinanie lub piłowanie. Następnie dokładnie czyści się materiał z tlenków metali, z farby lub tłuszczów za pomocą szczotki drucianej , Wzajemne ustawienie części do spawania ma bardzo duże znaczenie, bo im dokładniej je się dopasuje, tym przedmiot będzie mniej zniekształcony po zakończeniu spawania. Najczęściej stosuje się w tym celu sczepianie polegające na punktowym spawaniu krawędzi. Odległość pomiędzy punktami sczepnymi zależy od grubości łączonych części i zwykle nie przekracza 30 krotnej ich grubości. Zależnie od grubości materiału miejscom łączonym nadaje się różne kształty. Blachy o grubości mniejszej niż 2 mm wygina się do góry. Blach o grubości ok.2-4 mm nie wygina się, lecz rozsuwa na odległość równą połowie ich grubości, blachy o grubości 4-12 mm ukosuje się jednostronnie, a natomiast blachy p grubości nad 12 mm ukosuje się dwustronnie. Przygotowanie blach do spawania pokazano na rysunku.

3. 
   Spawanie elektryczne, czyli łukowe

Zasady spawania łukowego. Przy spawaniu elektrycznym jako źródło ciepła wykorzystany jest łuk elektryczny. Temperatura łuku elektrycznego jest bardzo wysoka i sięga często kilku tysięcy stopni Celsjusza. Tak wysoką temperaturę osiąga się wskutek skupienia dużej mocy w niewielkiej przestrzeni. W klasyfikacji metod spawania łukowego uwzględnia się:

• rodzaj elektrody,

• rodzaj osłony łuku.

Rozróżnia się spawanie łukowe elektrodami topliwymi oraz elektrodami nietopliwymi. Przy spawaniu łukowym elektrodą topliwą powstaje łuk elektryczny między przedmiotem spawanym a elektrodą zamocowaną w uchwycie. Elektroda jest jednocześnie spoiwem, które w czasie procesu spawania ulega stopieniu w łuku elektrycznym wytwarzanym przez spawalnicę. Przy spawaniu elektrodą nietopliwą między przedmiotem służącym za elektrodę a elektrodą wolframową, zamocowaną w uchwycie powstaje łuk elektryczny. Łuk elektryczny może też powstawać między dwoma elektrodami i wtedy przedmiot nie jest włączony w obwód prądu spawania. Spoiwo podawane w postaci pręta ulega w luku stopieniu i wraz z nadtopionym materiałem przedmiotu tworzy spoinę. Spawanie można przeprowadzać za pomocą łuku nieosłoniętego lub łuku osłoniętego.Za osłonę łuku mogą służyć gazy powstające podczas topienia się topników lub otuliny elektrody. Niekiedy osłonę stanowią wprowadzone w obszar łuku gazy ochronne, jak np. wodór, azot, argon, hel. W spawaniu elektrycznym stosuje się prąd elektryczny stały lub zmienny. Prąd stały stosuje się głównie do elektrod nieotulonych lub elektrod przeznaczonych do specjalnych celów (np. spawanie żeliwa). Spawanie prądem zmiennym jest bardziej ekonomiczne ze względu na mniejszy koszt i lepszą wydajność spawania. Elektrody do spawania łukowego. W spawalnictwie zazwyczaj stosuje się elektrody topliwe; elektrod nietopliwych wolframowych lub węglowych używa się jedynie w specjalnych przypadkach. Elektrody topliwe mogą być nieotulone lub otulone.

Elektrody nieotulone są to pręty długości 350500 mm i średnicy 1 -6 mm wykonane z drutu ciągnionego wyżarzonego. Do wyrobu elektrod stosuje się stal miękką o małej zawartości domieszek szkodliwych. Elektrody nieotulone są rzadko stosowane, ponieważ wytwarzane przez nie spoiny są gorsze oraz trudniejsze jest zajarzanie łuku niż przy stosowaniu elektrod otulonych.

Elektrody otulone są wykonywane w postaci prętów długości 350-500 mm z drutu o średnicy l -6 mm, pokrytych masą tworzącą otulinę, która topi się w łuku jednocześnie z rdzeniem metalowym.

Zadania otuliny są następujące:

• wytwarzanie gazowej osłony , która ułatwia jonizację gazu przez łuk i w ten sposób umożliwia spawanie prądem zmiennym oraz chroni metal topiony przed utlenianiem;

• wytwarzanie płynnego żużla, który rozpuszcza w sobie tlenki i inne zanieczyszczenia; wypływa jako lżejszy na powierzchnię i chroni płynny metal od dostępu powietrza i zbyt szybkiego stygnięcia, co ułatwia odgazowanie metalu;

• 
  redukowanie rozpuszczalnych w metalu tlenków, przetwarzanie ich na nierozpuszczalne i przeprowadzanie ich do żużla.

Zależnie od grubości otuliny rozróżnia się elektrody cienko, średnio i grubo otulone, w których grubość warstwy wynosi 40% grubości rdzenia. Cienko i średnio otulone elektrody stosowane są do mniej ważnych robót spawalniczych. Elektrody grubo otulone stosuje się powszechnie do wykonywania złącz odpowiedzialnych konstrukcji, takich jak kotły, zbiorniki, rurociągi pod ciśnieniem. Na rysunku przedstawione jest spawanie elektrodą otuloną. Według przeznaczenia elektrody topliwe dzielimy na:

• elektrody połączeniowe, służące do łączenia stali konstrukcyjnych ~ symbol EP. ,

• elektrody do napawania powłok twardych (narzędzia) ~ symbol EN;

• elektrody do spawania stali specjalnych (stali żaroodpornych) ~ symbol ES;

• elektrody do żeliwa, symbol EŻ i EŻM;

• elektrody do metali nieżelaznych, symbol E.

Na opakowaniu elektrod podana jest charakterystyka zawartych w pudełku elektrod i sposób ich przyłączenia. W związku z tym pudełko należy zachować dopóty, dopóki nie zużyje się ostatniej elektrody. Elektrody należy przechowywać w suchym pomieszczeniu, aby nie dopuścić do zawilgocenia otuliny.

Urządzenia do spawania łukowego. Prawidłowość przebiegu procesu zajarzania i jarzenia się łuku spawalniczego zależy zarówno od warunków fizykochemicznych wyładowania łukowego, jak również od właściwości i parametrów źródła prądu. Zdolność do wywoływania i utrzymywania procesu jarzenia się łuku w dowolnych pozycjach spawania nazywa się właściwościami spawalniczymi źródła prądu. Do spawania prądem stałym stosuje się spawalnicę wyposażoną w silnik elektryczny i prądnicę napędzaną przez ten silnik. Sieć prądu trójfazowego zasila poprzez wyłącznik spawalnicę. Trójfazowy silnik elektryczny napędza prądnicę prądu stałego, która dostarcza dwoma przewodami prąd do spawania. Jeden z przewodów łączy się z uchwytem elektrody, a drugi za pomocą zacisku - albo z metalowym stołem lub lepiej - bezpośrednio ze spawanym przedmiotem. Podczas pracy spawacz trzyma w lewej ręce tarczę ochronną, a w prawej uchwyt elektrody. Spawalnica prądu stałego daje zazwyczaj prąd o natężeniu od kilkuset do kilku tysięcy amperów przy napięciu 20-70 V. Przy zastosowaniu spawalnicy prądu stałego przedmiot spawany jest połączony zazwyczaj z dodatnim biegunem urządzenia zasilającego, gdyż tam wydziela się więcej ciepła, które jest odprowadzane przez przedmiot spawany, niż na biegunie ujemnym, który łączy się z elektrodą. Do spawania prądem zmiennym stosowane są spawalnice prądu zmiennego, wyposażone w transformator spawalniczy. Transformator spawalniczy przetwarza prąd z sieci na prąd odpowiedni do spawania.

Rys. Stanowisko spawalnicze (spawanie łukowe).

Technika spawania łukowego. Dla prawidłowego wykonania spawania, muszą być we właściwy sposób dobrane zasadnicze parametry spawania, a mianowicie:

• średnica elektrody,

• szybkość posuwu elektrody,

• natężenie prądu.

Im grubszą elektrodą spawamy, tym szybciej rowek spoiny wypełnia się metalem i czas spawania jest krótszy. Spawanie grubą elektrodą wymaga jednak większej wprawy spawacza. Spawacz powinien nadać elektrodzie posuw możliwie szybki, aby elektroda wyprzedzała jeziorko płynnego metalu. Natężenie prądu spawania zależy przede wszystkim od średnicy elektrody, tj. od średnicy rdzenia metalowego, poza tym od grubości i rodzaju otuliny oraz od masy przedmiotu spawanego, gatunku stali spawanej itp. Zwiększone natężenie prądu i szybszy posuw dają głębszy wtop i zwiększają wydajność spawania. Spawacz w czasie spawania łukowego powinien pamiętać o podstawowych regułach, a mianowicie :

• łuk powinien być jak najkrótszy,

• posuw elektrody powinien być możliwie szybki,

• grubość elektrody powinna być możliwie największa,

• natężenie prądu powinno być możliwie duże.

4. Lutowanie.

Zasady łączenia metali przez lutowanie

Lutowaniem nazywamy , łączenie metali przy użyciu łutu (spoiwa) z metalu łatwiej topliwego niż materiał części łączonych. Polega ono na zalaniu roztopionym lutem łączonych powierzchni i całkowitym wypełnieniu przestrzeni między nimi. Połączenie uzyskuje się dzięki przyczepności lutu do metalu rodzimego. Jest to możliwe wówczas, gdy ciekły metal (lut) zwilża powierzchnię lutowanych elementów, znajdujących się w stanie stałym. Stopiony lut znajdujący się między lutowanymi powierzchniami nazywa się lutowiem, zaś miejsce połączenia powstałego w wyniku lutowania lutowiną. Lut powinien dobrze zwilżać metal przedmiotu, a w dobrze wykonanej lutowinie cząstki lutu i metalu łączonego powinny się wzajemnie przenikać. Warstewka lutowia w złączu powinna być bardzo cienka (0,05-0,15 mm), w przeciwnym bowiem razie złącze ma mniejszą wytrzymałość. Lut powinien mieć następujące cechy.

• odpowiednio niski punkt topliwości, niższy niż metalu lutowanego. na luty używane są więc stopy metali, gdyż ich punkt topliwości jest niższy niż metali czystych;

• łatwopłynność - w tym celu do lutów miękkich dodaje się cynę, do twardych srebro;

• odpowiednią barwę.

Przyczepność łutu do metalu zależy od czystości powierzchni łączonych, a zatem niezbędne jest usunięcie z tych powierzchni rdzy, tłuszczu, farby itp. za pomocą pilnika (lub innego ostrego narzędzia) albo chemicznie (kwasem solnym lub wodą lutowniczą).

Podczas samego procesu lutowania należy zabezpieczyć miejsce lutowane od utleniania. W tym celu stosuje się środki chemiczne, które rozpuszczają tlenki i usuwają je z powierzchni, chroniąc jednocześnie lutowinę od dostępu powietrza. Zależnie od temperatury topnienia lutu użytego do lutowania rozróżnia się lutowanie miękkie i twarde.

Lutowanie miękkie

Do lutowania miękkiego używa się lutów, których temperatura topnienia na ogół nie przekracza 300°C.Lutowanie miękkie stosuje się do uszczelniania zbiorników, naprawiania wyrobów blaszanych, łączenia części osprzętu różnych aparatów, przyrządów elektrycznych itp. Przykładem lutowania miękkiego może być lutowanie puszek do konserw. Luty miękkie są wykonane w postaci prętów, drutu, proszków i past, a najczęściej pałeczek. Drobne przedmioty można lutować za pomocą pasty zwanej tinolem. Pastę tę otrzymuje się przez wymieszanie opiłków cynkowych z chlorkiem cynawym (w stosunku 1:1). Miejsce łączone smaruje się pastą i podgrzewa niewielkim płomieniem. Luty miękkie są stopami, w których głównymi składnikami są cyna i ołów (o punkcie topliwości leżącym w granicach 180-210°C). Luty bezcynowe składają się głównie z ołowiu i kadmu z małą domieszką cyny i antymonu. Skład chemiczny krajowych lutów miękkich został ustalony normą PN-64/M-69410. Najczęściej stosowanym przyrządem do lutowania jest głownia (kolba) lutownicza wykonana z miedzi. Miedź silnie się nagrzewa i dobrze przewodzi ciepło do metalu łączonego. Lut łatwo przylega do głowni i daje się w ten sposób przenosić do złącza. Głownię zagrzewa się na ognisku, w piecu lub lampą lutowniczą.

Lutowanie twarde

Do lutowania twardego stosuje się luty, których temperatura topnienia jest znacznie wyższa niż lutów miękkich i wynosi 550- 1450°C.Typowymi lutami twardymi są mosiądze, zawierające 4O-5O% Cu i resztę cynku. Tylko w rzadkich wypadkach stosuje się czystą miedź (np. przy łączeniu noży ze stali szybkotnącej do trzonków ze stali narzędziowej zwykłej), o temperaturze topliwości ok. 1080°C.Luty te mają dużą wytrzymałość, tak że wytrzymałość lutowiny jest niewiele mniejsza niż wytrzymałość lutowanego metalu. Części twardo lutowane dają się przekuwać. Jako źródła ciepła przy lutowaniu twardym stosuje się: płomień gazowy, ognisko kuzienne albo urządzenia do grzania elektrycznego oporowego lub indukcyjnego. W produkcji masowej stosuje się ogrzewanie w piecach. Lutowanie w piecach ma tę zaletę, że można w nich utrzymać atmosferę redukującą. Za pomocą lutowania twardego mogą być wykonane połączenia na zakładkę, doczołowe, ścięte i inne. Gdy lut umieszcza się na przedmiocie w postaci drutu lub blaszki, miejsce połączenia powinno być tak przy gotowane, aby lut nie mógł przesuwać się w czasie zabiegu lutowania. Ponieważ lut dostaje się do złącza dzięki zjawisku włoskowatości, szczelina musi być wąska i łatwo dać się wypełniać. Luty twarde są produkowane w postaci prętów, drutów, taśm, proszku, pierścieni, podkładek itp.

Topniki

Działanie topnika przy lutowaniu polega na usunięciu tlenków z łączonych powierzchni metalu oraz z płynnego lutu. Pokrywając powierzchnię lutowaną cienką warstwą topnika, chroni się ją od dalszego utleniania, a zarazem zwilża ją, co ułatwia spływanie lutu do szczeliny między łączonymi powierzchniami.

Do lutowania miękkiego jako topnika używa się zwykle płynu lutowniczego, który stanowi wodny roztwór chlorku cynku (300 g stopionego technicznego chlorku cynku w 1 litrze wody). W trakcie lutowania stężenie cynku rośnie na skutek odparowania wody, topnik krzepnie, a następnie przechodzi w stan płynny i pokrywa metal ciągłą powłoką. Chlorek cynku jako topnik działa szybko i pewnie. Znacznie mniej skuteczny niż chlorek cynku jest chlorek amonu. Używa się również takich topników, jak: 50-procentowy kwas solny, 40-procentowy kwas fosforowy, pasty lutownicze. Często korzystniejsze i wygodniejsze jest zastosowanie topników w postaci pasty niż w postaci roztworu wodnego. W skład past wchodzą przede wszystkim wazelina, łój i lanolina z dodatkiem gliceryny. Pasty te mogą być zmieszane ze sproszkowanym lutem i nałożone na lutowane miejsce jeszcze przed nagrzewaniem. Jako topnik używana jest również kalafonia sproszkowana lub rozpuszczona w spirytusie skażonym. Kalafonia w temperaturze pokojowej nie wytrawia oczyszczonych powierzchni. W temperaturze podwyższonej jej działanie jest słabsze i powolniejsze niż wody lutowniczej. Stosuje się ją do lutowania miedzi, mosiądzu i wyrobów cynkowych.

Przy lutowaniu twardym jako topnika do lutów o punkcie topliwości ponad 750°C używa się boraksu i kwasu borowego, sody lub kwasu krzemowego. Do lutów o niższym punkcie topliwości stosuje się topliwe fluorki metali alkalicznych, jak fluorek sodu, fluorek wapnia itp.

5. Ćwiczenie.

Ćwiczenie polegało na połączeniu dwóch blach o grubości około 4 mm spoiną czołową przy użyciu spawania łukowego elektrodą topliwą otuloną. Prąd spawania wyniósł około 150 A przy grubości elektrody
4 mm.

6

---