„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Leszek Kucharski
Tomasz Trojanowski
Wykonywanie połączeń blachy techniką spawania
721[03].Z1.04
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom
2006
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
1
Recenzenci:
mgr inż. Grażyna Uhman
mgr Jerzy Mormul
Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Leszek Kucharski
mgr inż. Tomasz Trojanowski
Konsultacja:
mgr inż. Piotr Ziembicki
Korekta:
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 721[03].Z1.04
Wykonywanie połączeń blachy techniką spawania zawartego w modułowym programie
nauczania dla zawodu blacharz samochodowy.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie
3
2. Wymagania wstępne
5
3. Cele kształcenia
6
4. Materiał nauczania
7
4.1. Bezpieczeństwo i higiena pracy podczas spawania
7
4.1.1. Materiał nauczania
7
4.1.2. Pytania sprawdzające 13
4.1.3. Ćwiczenia 14
4.1.4. Sprawdzian postępów 15
4.2. Istota spawania
16
4.2.1. Materiał nauczania
16
4.2.2. Pytania sprawdzające 18
4.2.3. Ćwiczenia 18
4.2.4. Sprawdzian postępów 21
4.3. Spawanie gazowe
22
4.3.1. Materiał nauczania
22
4.3.2. Pytania sprawdzające 29
4.3.3. Ćwiczenia 30
4.3.4. Sprawdzian postępów 31
4.4. Spawanie elektryczne
32
4.4.1. Materiał nauczania
32
4.4.2. Pytania sprawdzające 49
4.4.3. Ćwiczenia 50
4.4.4. Sprawdzian postępów 51
4.5. Nowoczesne metody spawania
52
4.5.1. Materiał nauczania
52
4.5.2. Pytania sprawdzające 56
4.5.3. Ćwiczenia 56
4.5.4. Sprawdzian postępów 57
4.6. Cięcie termiczne
58
4.6.1. Materiał nauczania
58
4.6.2. Pytania sprawdzające 62
4.6.3. Ćwiczenia 62
4.6.4. Sprawdzian postępów 63
5. Sprawdzian osiągnięć
64
6. Literatura
68
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
3
1. WPROWADZENIE
Poradnik
będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy z zakresu spawania i cięcia metali
oraz kształtowaniu umiejętności spawania elementów.
W poradniku zamieszczono:
− wymagania wstępne: to wykaz umiejętności, które powinieneś mieć opanowane zanim
przystąpisz do realizacji programu jednostki modułowej: przeczytaj je uważnie
i odpowiedz sobie na pytanie: czy posiadasz te umiejętności,
− cele kształcenia: to wykaz umiejętności jakie ukształtujesz podczas realizacji programu tej
jednostki modułowej,
− materiał nauczania, który zawiera:
− zestaw informacji, który pozwoli Ci przygotować się do wykonania ćwiczeń; naucz
się ich sumiennie pamiętając o tym, że aby umieć coś zrobić najpierw trzeba wiedzieć,
− pytania sprawdzające: odpowiadając na nie, sam stwierdzisz, czy jesteś dobrze
przygotowany do wykonania ćwiczeń,
− ćwiczenia: to najważniejszy etap twojej nauki, będziesz je wykonywał samodzielnie
lub w grupie kolegów. Staraj się być aktywny, uważnie i starannie przygotuj
ćwiczenie, podczas wykonywania ćwiczeń skorzystaj z instrukcji, materiałów,
narzędzi i maszyn, nie lekceważ rad i uwag nauczyciela, sporządź dokumentację
ćwiczenia oraz co najważniejsze bądź ostrożny, przestrzegaj zasad bhp,
− sprawdzian postępów: odpowiadając na zawarte tam pytania sam odpowiesz sobie,
czy osiągnąłeś cele kształcenia,
− sprawdzian osiągnięć to przykład testu (sprawdzianu, klasówki). Podobny test, który
przygotuje nauczyciel będziesz wykonywał pod koniec realizacji jednostki
modułowej.
Sprawdzian dotyczy całej jednostki modułowej, a więc kompleksowo sprawdza wiedzę
i umiejętności, jakie powinieneś nabyć. Przygotuj się do niego solidnie, bo tylko wtedy
będziesz miał satysfakcję z dobrze wykonanego zadania.
Podczas realizacji zajęć staraj się być aktywnym, korzystaj ze wszystkich materiałów,
narzędzi i maszyn jakie otrzymasz. Jeśli jednak będziesz miał trudności ze zrozumieniem
tematu lub ćwiczenia, to poproś nauczyciela lub pracując w grupie kolegę, by wyjaśnił Ci czy
dobrze wykonujesz daną czynność.
W czasie zajęć edukacyjnych będziesz miał do czynienia z różnymi narzędziami,
maszynami, urządzeniami oraz materiałami. W trosce o własne bezpieczeństwo, jak również
Twoich kolegów musisz przestrzegać regulaminu pracowni oraz zasad bhp; szczegółowe
przepisy bhp znajdziesz w pierwszym rozdziale tego opracowania.
Zagadnieniami szczególnie istotnymi, z którymi podczas pracy w zawodzie blacharza
będziesz spotykał się na co dzień i na które powinieneś zwrócić szczególną uwagę, są
współcześnie stosowane metody spawania, a wśród nich na pewno spawanie metodami: MIG,
MAG i TIG.
Trudność sprawi Ci na pewno spawanie blach o niewielkiej grubości, bardzo często
stosowanych w blacharstwie do napraw poszycia nadwozia.
Mamy
nadzieję, że poradnik ten pomoże Ci przygotować się do wykonywania zawodu
blacharza samochodowego.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
4
Schemat układu jednostek modułowych
721[03].Z1.02
Wykonywanie operacji
cięcia blachy
721[03].Z1.03
Wykonywanie operacji
kształtowania blachy
721[03].Z1.04
Wykonywanie
połączeń blachy
techniką spawania
721[03].Z1.05
Wykonywanie
połączeń blachy
techniką zgrzewania
721[03].Z1.06
Wykonywanie
nietypowych
połączeń blachy
721[03].Z1
Technologia obróbki blachy
721[03].Z1.01
Wykonywanie operacji
obróbki skrawaniem
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
5
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
− korzystać z różnych źródeł informacji,
− charakteryzować technologie produkcji nadwozi samochodowych,
− charakteryzować procesy obróbki wiórowej i obróbki plastycznej,
− wykonywać operacje tłoczenia i cięcia blachy,
− wykonywać operacje kształtowania blachy,
− posługiwać się dokumentacją techniczną,
− wyszukiwać informacje w Internecie,
− stosować ogólne zasady bhp i ppoż. w czasie eksploatacji maszyn i urządzeń.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
6
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
− scharakteryzować metodę łączenia materiałów poprzez spawanie,
− opisać części składowe spoiny,
− rozróżnić rodzaje spoin,
− scharakteryzować metodę spawania gazowego,
− scharakteryzować proces wytwarzania, warunki przechowywania oraz zastosowanie
acetylenu jako gazu spawalniczego,
− zorganizować stanowisko pracy do spawania gazowego,
− przygotować sprzęt do spawania gazowego,
− scharakteryzować techniki spawania gazowego,
− wykonać spawanie metodą w lewo,
− wykonać spawanie metodą w prawo,
− scharakteryzować spawanie elektryczne oraz spawanie w osłonie gazów,
− scharakteryzować technologię spawania elektrodami otulonymi,
− rozróżnić rodzaje elektrod i ich oznaczenia,
− przedstawić na rysunku połączenia spawane elementów nadwozia,
− posłużyć się spawarka elektryczną,
− wykonać ścieg spawalniczy, wypełnić rowek,
− wykonać spoinę czołową, pachwinową, pionową i naścienną metodami TIG, MIG, MAG,
− połączyć blachy aluminiowe i mosiężne za pomocą spawania,
− usunąć skutki skurczu spoin,
− scharakteryzować spawanie wiązanką elektronów, laserowe, tlenowe, plazmowe,
− wyjaśnić zjawisko cięcia termicznego,
− ciąć blachy o zadanej grubości palnikiem acetylenowo-tlenowym,
− wyjaśnić cięcie: tlenowe, tlenowo-łukowe, tzw. lancą, plazmowe i cięcie laserem,
− wykonać podstawowe obliczenia wytrzymałościowe połączeń spawanych,
− skorzystać z aktualnej literatury technicznej, norm i instrukcji,
− zastosować zasady bhp, ochrony przeciwpożarowej i ochrony środowiska.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
7
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Bezpieczeństwo i higiena pracy podczas spawania
4.1.1. Materiał nauczania
Podczas wykonywania prac spawalniczych oraz innych prac w warsztacie, należy
bezwzględnie przestrzegać zasad bezpieczeństwa i higieny pracy oraz przepisów
przeciwpożarowych. Jednym z podstawowych dokumentów, w którym zawarte są zasady bhp
podczas spawania jest rozporządzenie Ministra Gospodarki w sprawie bezpieczeństwa
i higieny pracy przy pracach spawalniczych z dnia 27 kwietnia 2000 r. (Dz. U. Nr 40).
W dokumencie tym zawarte są najważniejsze wymogi, przede wszystkim spawanie może
wykonywać tylko osoba, która została odpowiednio przeszkolona, zdała egzamin oraz została
zapoznana z zasadami bhp.
Spawacz powinien być wyposażony w odpowiedni sprzęt ochrony osobistej:
− ubranie robocze,
− fartuch spawalniczy,
− rękawice ochronne,
− buty robocze,
− nakrycie głowy (czapka, beret lub kask),
− tarcza spawalnicza lub przyłbica (zaopatrzone w odpowiednie szkła barwne i
bezbarwne).
Bardzo ważne jest odpowiednie przygotowanie pomieszczeń, w których będzie odbywało
się spawanie. Należy usunąć z nich wszystkie materiały palne lub też zabezpieczyć je
materiałami niepalnymi (kocami lub matami przeciwpożarowymi, blachami). Samo spawanie
powinno odbywać się w osobnym pomieszczeniu, które powinno spełniać następujące
zasady: powierzchnia stanowiska pracy powinna wynosić co najmniej 4 m
2
, wysokość
pomieszczenia to minimum 3,75 m, powierzchnia podłogi nie zajętej przez żadne urządzenia
powinna wynosić minimum 2 m
2,
konieczna jest też wentylacja ogólna oraz stanowiskowa.
W przypadku, gdy spawanie odbywa się w hali, a nie w osobnym pomieszczeniu, to
stanowisko spawalnicze powinno być przynajmniej osłonięte parawanem stałym lub
przenośnym. Te parawany mają na celu zabezpieczenie innych osób pracujących w danym
miejscu przed szkodliwym działaniem promieni łukowych. Spawanie można wykonywać
również na otwartej przestrzeni, ale stanowisko pracy spawacza powinno być zabezpieczone
przed opadami atmosferycznymi.
Spawanie jest pracą szkodliwą dla zdrowia. Osoby wykonujące ten zawód narażone są na
wiele zagrożeń wynikających z wykonywanych czynności. Dlatego tak istotne jest
przestrzeganie zasad bhp.
Porażenie prądem – w wyniku niefachowej eksploatacji, naprawy lub działania innych
czynników takich jak wilgoć, uszkodzenie mechaniczne czy wysokie temperatury, może
następować uszkodzenie urządzeń elektrycznych. Takie uszkodzenia mogą być przyczyną
porażenia prądem. Porażenie jest bardzo niebezpieczne, gdyż może doprowadzić do zaburzeń
pracy układu krążenia i układu oddechowego, miejscowych poparzeń, uszkodzenia mięśni lub
stawów, oraz nagłego zatrzymania krążenia. Dlatego ważne jest odpowiednie obchodzenie się
z urządzeniami elektrycznymi oraz ich właściwe zabezpieczenie. W przypadku, gdy dojdzie
do porażenia prądem należy przede wszystkim upewnić się czy jest bezpiecznie. W tym celu
należy odciąć źródło prądu i ocenić stan osoby poszkodowanej (zgodnie z przyjętym
algorytmem podstawowych zabiegów resuscytacyjnych BLS).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
8
Gdyby wyłączenie prądu oznaczało upadek porażonego, trzeba go odpowiednio
zabezpieczyć tak, by upadek ten nie spowodował dodatkowych obrażeń. Najważniejszy
podczas udzielania pierwszej pomocy jest czas. Pierwsza minuta po odłączeniu prądu, daje
największe szanse na uratowanie osoby porażonej. Im więcej czasu mija, tym te szanse są
mniejsze.
Jeśli porażony jest nieprzytomny, należy zastosować podstawowe zabiegi resuscytacyjne
zgodnie z przyjętym algorytmem BLS (Basic Life Suport), dotyczącym bezprzyrządowego
utrzymania drożności dróg oddechowych oraz podtrzymania oddychania i krążenia według
przedstawionego poniżej schematu postępowania.
Podstawowe zabiegi resuscytacyjne u dorosłych.
Algorytm BLS zaleca:
1. Upewnij się, czy poszkodowany i wszyscy świadkowie zdarzenia są bezpieczni.
2. Sprawdź reakcję poszkodowanego.
a) delikatnie potrząśnij za ramiona i głośno zapytaj: „Czy wszystko w porządku?”
3 a Jeśli reaguje:
− zostaw poszkodowanego w pozycji, w której go zastałeś, o ile nie zagraża mu żadne
niebezpieczeństwo,
− dowiedz się jak najwięcej o stanie poszkodowanego, wezwij pomoc jeśli będzie
potrzebna,
− regularnie oceniaj jego stan.
3 b Jeśli nie reaguje:
− głośno zawołaj o pomoc,
− odwróć poszkodowanego na plecy, a następnie udrożnij jego drogi oddechowe,
wykonując odgięcie głowy i uniesienie żuchwy:
– umieść jedną rękę na czole poszkodowanego i delikatnie odegnij jego głowę do tyłu,
pozostawiając wolny kciuk i palec wskazujący tak, aby zatkać nimi nos, jeżeli
potrzebne będą oddechy ratunkowe,
Zawołaj o pomoc
Nie reaguje
Udrożnij drogi oddechowe
Brak prawidłowego oddechu
Zadzwoń pod numer 112
30 uciśnięć klatki piersiowej
2 oddechy ratownicze
na 30 uciśnięć klatki piersiowej
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
9
– opuszki palców drugiej ręki umieść na żuchwie poszkodowanego, a następnie unieś ją
w celu udrożnienia dróg oddechowych.
4. Utrzymując drożność dróg oddechowych wzrokiem, słuchem i dotykiem poszukaj
prawidłowego oddechu:
a) oceń wzrokiem ruchy klatki piersiowej,
b) nasłuchuj przy ustach poszkodowanego szmerów oddechowych,
c) staraj się wyczuć ruch powietrza na swoim policzku.
W pierwszych minutach po zatrzymaniu krążenia, poszkodowany może słabo oddychać lub
wykonywać głośne, pojedyncze westchnięcia. Nie należy ich mylić z prawidłowym
oddechem. Na ocenę wzrokiem, słuchem i dotykiem przeznacz nie więcej niż 10 sekund. Jeśli
masz jakiekolwiek wątpliwości czy oddech jest prawidłowy, działaj tak, jakby był
nieprawidłowy.
5. a) Jeśli oddech jest prawidłowy:
− ułóż poszkodowanego w pozycji bezpiecznej,
− wyślij kogoś lub sam udaj się po pomoc (wezwij pogotowie),
− regularnie oceniaj oddech.
5. b) Jeśli oddech nie jest prawidłowy:
– wyślij kogoś po pomoc, jeżeli jesteś sam, zostaw poszkodowanego i wezwij pogotowie,
wróć i rozpocznij uciskanie klatki piersiowej zgodnie z poniższym opisem:
– uklęknij obok poszkodowanego,
– ułóż nadgarstek jednej ręki na środku klatki piersiowej poszkodowanego,
– ułóż nadgarstek drugiej ręki na już położonym,
– spleć palce obu dłoni i upewnij się, że nie będziesz wywierać nacisku na żebra
– poszkodowanego; nie uciskaj nadbrzusza ani dolnego końca mostka,
– pochyl się nad poszkodowanym, wyprostowane ramiona ustaw prostopadle do mostka
i uciskaj na głębokość 4 – 5 cm,
– po każdym uciśnięciu zwolnij nacisk na klatkę piersiową, nie odrywając dłoni od mostka.
Powtarzaj uciśnięcia z częstotliwością 100/min (nieco mniej niż 2 uciśnięcia/s),
– okres uciskania i zwalniania nacisku (relaksacji) mostka powinien być taki sam.
6. a) Połącz uciskanie klatki piersiowej z oddechami ratowniczymi:
− po wykonaniu 30 uciśnięć klatki piersiowej udrożnij drogi oddechowe, odginając głowę
i unosząc żuchwę,
− zaciśnij skrzydełka nosa, używając palca wskazującego i kciuka ręki umieszczonej na
czole poszkodowanego,
− pozostaw usta delikatnie otwarte, jednocześnie utrzymując uniesienie żuchwy,
− weź normalny wdech i obejmij szczelnie usta poszkodowanego swoimi ustami,
upewniając się, że nie ma przecieku powietrza,
− wdmuchuj powoli powietrze do ust poszkodowanego przez około l sekundę (tak jak przy
normalnym oddychaniu), obserwując jednocześnie, czy klatka piersiowa unosi się; taki
oddech ratowniczy jest efektywny,
− utrzymując odgięcie głowy i uniesienie żuchwy, odsuń swoje usta od ust
poszkodowanego i obserwuj, czy podczas wydechu opada jego klatka piersiowa,
− jeszcze raz nabierz powietrza i wdmuchuj do ust poszkodowanego, dążąc do wykonania
dwóch skutecznych oddechów ratowniczych; następnie ponownie ułóż ręce
w prawidłowej pozycji na mostku i wykonaj kolejnych 30 uciśnięć klatki piersiowej,
− kontynuuj uciskanie klatki piersiowej i oddechy ratownicze w stosunku 30:2,
− przerwij swoje działanie w celu sprawdzenia stanu poszkodowanego tylko wtedy, gdy
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
10
− zacznie on prawidłowo oddychać. W innym przypadku nie przerywaj resuscytacji.
Jeżeli wykonany pierwszy oddech ratowniczy nie powoduje uniesienia się klatki piersiowej,
jak przy normalnym oddychaniu, wykonaj następujące czynności:
− sprawdź jamę ustną poszkodowanego i usuń widoczne ciała obce,
− sprawdź, czy odgięcie głowy i uniesienie żuchwy są poprawnie wykonane,
− wykonaj nie więcej niż 2 próby wentylacji za każdym razem, zanim podejmiesz
ponownie uciskanie klatki piersiowej.
Jeżeli na miejscu zdarzenia jest więcej niż jeden ratownik, ratownicy powinni się zmieniać
podczas prowadzenia RKO co l - 2 minuty, aby zapobiec zmęczeniu. Należy zminimalizować
przerwy w resuscytacji podczas zmian.
6. b) RKO ograniczoną wyłącznie do uciśnięć klatki piersiowej możesz prowadzić
w następujących sytuacjach:
− jeżeli nie jesteś w stanie lub nie chcesz wykonywać oddechów ratowniczych, zastosuj
uciśnięcie klatki piersiowej,
− jeżeli stosujesz wyłącznie uciśnięcia klatki piersiowej, wykonuj je bez przerwy
z częstotliwością 100 uciśnięć/min,
− przerwij swoje działanie w celu sprawdzenia stanu poszkodowanego tylko wtedy, jeżeli
zacznie on prawidłowo oddychać. W innym przypadku nie przerywaj resuscytacji.
7. Kontynuuj resuscytację do czasu gdy:
− przybędą wykwalifikowane służby medyczne i podejmą działanie,
− poszkodowany zacznie prawidłowo oddychać,
− ulegniesz wyczerpaniu.
Ochrona oczu – spawacz podczas pracy narażony jest na działanie nie tylko widzialnych
promieni świetlnych, ale również promieni niewidzialnych, czyli nadfioletowych oraz
podczerwonych. Naświetlenie oczu odczuwa się dopiero po kilku godzinach, objawia się ono
szczypaniem, łzawieniem i światłowstrętem. Aby nie dopuścić do takiej sytuacji należy
stosować odpowiednie okulary lub też maski z właściwymi szkłami ochronnymi.
W zależności od rodzaju wykonywanego spawania dobiera się odpowiednie szkła. I tak do
spawania łukowego dobiera się szkła w zależności od natężenia prądu (istnieje 19 różnych
rodzajów szkieł określanych stopniem ochrony N począwszy od wartości 1,2 aż do 16). Do
spawania gazowego dobiera się szkła zależnie od wydajności gazu palnego – acetylenu
dm
3
/h. Do cięcia, żłobienia oraz skórowania tlenem dobiera się szkła w zależności od
wydajności tlenu w dm
3
/h.
Działanie gazów – podczas spawania wydzielają się różne gazy oraz pyły, które mogą
negatywnie wpływać na zdrowie spawacza. Podczas spawania elektrycznego w powietrzu
mogą znajdować się tlen, azot, ozon, dwutlenek węgla i tlenek węgla. Poza gazami,
w powietrzu mogą znajdować się dymy, w których znajdują się tlenki azotu, manganu,
krzemu, azotu i miedzi. Ich duże stężanie może powodować zawroty głowy, bóle głowy,
a także drgawki oraz zapaść. Należy pamiętać, że podczas spawania elektrodami otulonymi
wydzielają się różne gazy takie jak CO, CO
2
, N
2
, H
2
. Duże ilości CO (tlenku węgla)
wydzielają się podczas spawania w osłonie CO
2
. Gaz ten jest wyjątkowo szkodliwy dla
zdrowia i życia pracującego, gdyż reaguje z hemoglobiną krwi. Może powodować śpiączkę,
zmęczenie oraz utratę przytomności. Aby zapobiec powyższym wypadkom należy
przestrzegać norm określających dopuszczalne wartości CO w pomieszczeniach, które
wynoszą:
− 0,1 % objętości przy stałym przebywaniu,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
11
− 0,129 % objętości przy okresowym przebywaniu,
− 0,2 % objętości przy chwilowym przebywaniu.
Ze
względu na szkodliwość gazów, tlenków i pyłów wyjątkowo ważne jest by
w pomieszczeniach gdzie odbywa się spawanie, znajdowała się odpowiednia wentylacja
zarówno ogólna jak i dodatkowa specjalnie dla stanowiska spawacza.
Oparzenia – aby zabezpieczyć się przed oparzeniami, jakie mogą powstać w wyniku
działania łuku elektrycznego lub zetknięcia się z gorącymi elementami, należy zawsze mieć
na sobie ubranie robocze. Jeśli dojdzie do oparzenia, należy miejsce urazu, schłodzić zimną
wodą w celu zmniejszenia bólu i uniknięcia powstania kolejnych pęcherzy lub przykryć
jałową gazą, jeśli pojawił się pęcherz. Następnie trzeba udać się do lekarza.
Zdarza się, iż należy zespawać pojemnik lub naczynie, w którym uprzednio znajdowały
się gazy lub ciecze łatwopalne. Spawanie tego rodzaju przedmiotów jest niebezpieczne, gdyż
pod wpływem ciepła wydzielają się gazy, które mogą doprowadzić do wybuchu. Aby temu
zapobiec, należy przed wykonaniem prac spawalniczych kilkakrotnie wypłukać dany
przedmiot gorącą wodą lub parą, ewentualnie wodą z domieszką środków rozpuszczających.
Bardzo
istotną sprawą w pracach spawalniczych jest wentylacja, ponieważ przy
wszystkich rodzajach spawania wydzielają się szkodliwe dla zdrowia gazy, pyły i pary
metaliczne. Powstaje też duże zanieczyszczenie powietrza tlenkiem węgla. Dlatego poza
ogólną wentylacją, jaka zwykle znajduje się w halach, należy również zastosować dodatkową
specjalnie dla stanowiska pracy spawacza. Dodatkową wentylację dla stanowiska pracy
spawacza mogą zapewnić specjalne stoły z dolnym lub górnym wyciągiem powietrza,
ewentualnie bocznym odciągiem.
Istotne znaczenie mają też tablice ostrzegawcze. Powinny się one znajdować w miejscach
widocznych dla wszystkich pracowników.
Rys. 1. Znaki nakazu przypominające o konieczności stosowania indywidualnych środków ochronnych.[4]
Ochrona przeciwpożarowa – obowiązek ochrony przeciwpożarowej w zakładzie pracy
spoczywa na pracodawcy. Jest on zobowiązany do:
− przestrzegania przeciwpożarowych wymagań budowlanych, instalacyjnych
i technologicznych,
− przeszkolenia pracowników,
− zapewnienia środków koniecznych do gaszenia pożarów,
− opracowania bezpiecznych dróg i sposobów ewakuacji.
Jednakże pracownik ma również pewne obowiązki. Należą do nich:
− udział w szkoleniach przeciwpożarowych,
− przestrzeganie zasad bezpieczeństwa przeciwpożarowego podczas użytkowania
sprzętów,
− czynny udział w akcjach gaśniczych, ratowniczych i ewakuacjach.
Przyczyny pożarów mogą być różnorodne, mogą być spowodowane działaniem ludzi lub
mogą być niezależne od ich działania. Najczęstsze przyczyny pożarów w zakładach pracy to:
− wady urządzeń technicznych,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
12
− niewłaściwe użytkowanie urządzeń mechanicznych i elektrycznych,
− nieodpowiednie przechowywanie i zabezpieczenie materiałów łatwopalnych oraz
wybuchowych,
− wyładowania elektryczne,
− elektryczność statyczna,
− wybuchy gazów skroplonych lub sprężonych, materiałów pirotechnicznych, pyłów oraz
oparów cieczy łatwopalnych,
− samozapalenie przechowywanych nieostrożnie w zakładzie paliw, chemikaliów oraz
odpadów,
−
nieostrożność i zaniedbania za strony pracowników
Pożary można podzielić na cztery typy (A, B, C, D) w zależności od rodzaju palących się
materiałów.
TYPY POŻARÓW W ŻALEŻNOŚCI OD PALĄCYCH SIĘ MATERIAŁÓW
A – spalaniu ulegają ciała stałe pochodzenia organicznego
(paliwo stałe, drewno, papier, tkaniny itp.)
B – ogień obejmuje ciecze palne lub substancje stałe przechodzące w stan płynny pod wpływem
wysokiej temperatury (paliwa ciekłe, alkohol, smary, oleje itp.) .
C – płoną gazy palne (acetylen, metan, propan-butan, wodór, gaz ziemny lub koksowniczy).
D – zapaleniu uległy metale lekkie (magnez, sód, potas).
Rys. 2. Typy pożarów [4]
Ten podział ma bardzo duże znaczenie przy wyborze odpowiedniego rodzaju środków
gaśniczych. Pożary (typu A), w których zapaleniu uległy ciała stałe pochodzenia
organicznego takie jak paliwa stałe, papier czy tkaniny itp. można gasić wodą lub pianą
powstającą przez zmieszanie wody z substancją pianotwórczą. Jednakże w przypadku, gdy
palą się urządzenia elektryczne będące pod napięciem albo materiały wchodzące w reakcję
chemiczne z wodą, należy zastosować inną metodę gaszenia. Stosuje się wówczas taki sam
sposób gaszenia jak w przypadku pożarów (typu B), gdzie ogień obejmuje ciecze palne lub
substancje stałe przechodzące w stan płynny pod wpływem wysokiej temperatury (paliwa
ciekłe, alkohole, oleje, smary, materiały bitumiczne itp.). Do gaszenia takich pożarów stosuje
się dwutlenek węgla. Jest on skuteczniejszy, gdyż nie przewodzi elektryczności oraz izoluje
palące się substancje przed dostępem tlenu. Gaszenie pożarów (typ C), w których zapaleniu
uległy gazy palne takie jak acetylen, metan, propan – butan, wodór, gaz koksowniczy lub
ziemny polega głównie na odcięciu dopływu wyżej wymienionych gazów. Jeśli to nie
wystarczy lub jest niemożliwe do wykonania dalsze czynności gaśnicze powinny zostać
podjęte przez zawodową straż pożarną. Ostatni rodzaj pożarów (typ D) to sytuacje, w których
zapaleniu uległy materiały lekkie takie jak magnez, sód, potas oraz palące się instalacje
i urządzenia elektryczne. Do ich gaszenia stosuje się specjalne proszki gaśnicze.
W każdym warsztacie powinny znajdować się hydranty gaśnicze. Mogą to być hydranty
zewnętrzne jak i wewnętrzne. Powinny się one znajdować w miejscach łatwo dostępnych, tak
by nie było trudności z podłączeniem do nich węży strażackich. Poza hydrantami
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
13
obowiązkowym wyposażeniem w ramach ochrony przeciwpożarowej są gaśnice. Należy je
przechowywać w odpowiednio wydzielonych i oznakowanych miejscach, ale jednocześnie
w pobliżu miejsc potencjalnie zagrożonych pożarem.
Tabela 1. Rodzaje gaśnic ich charakterystyka i zastosowanie.
Typ
gaśnicy
Charakterystyka i
przeznaczenie
Sposób zastosowania
Gaśnica
ręczna
wodna -
hydronetk
a
Składa się z niewielkiego
zbiornika wodnego, ręcznej
pompki oraz krótkiego węża z
końcówką kierującą zwaną
prądownicą. Do wody można
również dodawać
środka
pianotwórczego.
Ustawić hydronetkę w pobliżu ognia,
unieruchomić zbiornik z wodą przy pomocy
nogi, rozwinąć wąż i skierować prądownicę
w kierunku ognia, pompować płyn gaśniczy
miarowymi ruchami. W razie potrzeby
uzupełniać ciecz w zbiorniku.
Gaśnica
pianowa
W zbiorniku znajduje się już
uprzednio wymieszana woda ze
środkiem pianotwórczym.
Uruchamia się ją poprzez
otwarcie zaworu wylotowego.
Gaśnice zdjąć z wieszaka i udać się z nią
w kierunku ognia, następnie odwrócić ją
zaworem w dół i wbić zbijak uderzając nim
o podłoże. Trzymając gaśnice zaworem w
dół kierować strumień piany w ogień.
Gaśnica
śniegowa
W zbiorniku znajduje się zapas
skroplonego dwutlenku węgla.
Uruchamia się ją poprzez
otwarcie zaworu wylotowego.
Gaśnice zdjąć z wieszaka i udać się z nią w
kierunku ognia, następnie skierować na
ogień dyszę wylotową. Odkręcić w lewo
zawór i skierować strumień skośnie w dół na
ogień.
Gaśnica
proszkow
a
W zbiorniku znajduje się
proszek, który jest
wydmuchiwany przez sprężone
w butli niepalne gazy.
Uruchamia się ją poprzez
otwarcie zaworu wylotowego.
Gaśnice zdjąć z wieszaka i trzymając ją za
uchwyt udać się w kierunku ognia. Następnie
usunąć zabezpieczenie zaworu. Zawór
otworzyć po przez przekręcenie w lewo lub
pociągnięcie dźwigni, albo też poprzez
wciśniecie zbijaka. Po 3 sekundach nacisnąć
dźwignię zaworu i skierować strumień
w stronę ognia.
Rygorystyczne stosowanie się do wyżej opisanych zasad i instrukcji ułatwi pracę oraz
spowoduje ograniczenie możliwych wypadków, w wyniku których pracownicy mogą ponieść
uszczerbek na zdrowiu.
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie środki ochrony osobistej powinien posiadać pracownik?
2. Jak powinno być przygotowane pomieszczenie do spawania?
3. Na jakie zagrożenia narażony jest spawacz i czym są one spowodowane?
4. Jakie jest znaczenie wentylacji podczas prac spawalniczych?
5. Jak dzielimy
rodzaje pożarów i metody ich gaszenia?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
14
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Udziel pierwszej pomocy przedlekarskiej osobie porażonej prądem elektrycznym
wykorzystując fantom.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapisać kolejno wykonywane czynności podczas ratowania porażonego prądem
elektrycznym, zgodnie z algorytmem BLS,
2) sprawdzić czy jest ,,bezpiecznie”,
3) sprawdzić reakcję poszkodowanego – dokonać oceny przytomności,
4) głośno zawołać o pomoc,
5) ułożyć poszkodowanego i udrożnić jego drogi oddechowe,
6) ustalić występowanie oddechu,
7) powiadomić służby medyczne,
8) podjąć próbę reanimacji,
9) wykonać uciskanie klatki piersiowej,
10) połączyć uciskanie klatki piersiowej z oddechami ratowniczymi,
11) sprawdzić jamę ustną poszkodowanego i usunąć widoczne ciała obce,
12) okresowo kontrolować stan poszkodowanego,
13) przerwać resuscytację jedynie w ściśle określonych warunkach,
14) zapisać wnioski i spostrzeżenia z wykonanego ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− fantom (manekin),
− przybory do pisania,
− notatnik.
Ćwiczenie 2
Zorganizuj zgodnie z zasadami bhp i przepisami przeciwpożarowymi stanowisko pracy
spawacza, zgromadź niezbędny sprzęt i urządzenia spawalnicze a także wyposaż stanowisko
w niezbędny sprzęt ochrony indywidualnej i sprzęt gaśniczy.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z literaturą wskazaną przez nauczyciela,
2) usunąć z pomieszczenia lub zabezpieczyć wszystkie materiały palne,
3) sprawdzić stan wentylacji ogólnej i stanowiskowej,
4) zgromadzić obok stanowiska niezbędny sprzęt ochrony indywidualnej,
5) zgromadzić i sprawdzić stan określonego sprzętu gaśniczego (gaśnice śniegowe
i proszkowe),
6) zgromadzić sprzęt spawalniczy,
7) sprawdzić przed włączeniem do sieci stan przewodów elektrycznych,
8) zapisać wnioski z wykonanego ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− sprzęt ochrony indywidualnej,
− stanowisko spawalnicze z wentylacją,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
15
− sprzęt gaśniczy,
− sprzęt spawalniczy,
− materiały do pisania.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) odciąć źródło prądu?
2) sprawdzić reakcję poszkodowanego, porażonego prądem?
3) zastosować „oddech ratowniczy”?
4) zastosować zewnętrzny masaż serca?
5) zorganizować zgodnie z zasadami bhp i przepisami przeciwpożarowymi
stanowisko pracy spawacza?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
16
4.2. Istota spawania
4.2.1. Materiał nauczania
Spawanie jest metodą łączenia materiałów poprzez nadtopienie ich krawędzi przy pomocy
skoncentrowanego źródła ciepła. Zwykle dodaje się z zewnątrz materiał łączący (dodatkowy),
natomiast nie wywiera się nacisku. [3, s. 158]
Spawanie jest jedną z najpopularniejszych metod łączenia metali. Rozróżnia się kilka
rodzajów spawania:
− gazowe,
− łukowe elektrodami otulonymi,
− łukiem krytym,
− żużlowe,
− w osłonach gazowych metodami TIG, MIG, MAG,
− plazmowe,
− elektronowe.
Ze
względu na kształt spawanego złącza spoiny dzielimy na: doczołowe, kątowe,
narożne, teowe, krzyżowe, otworowe, zakładkowe, nakładkowe i przylgowe.
Rys. 3. Rodzaje złączy spawanych: a) – e) doczołowe, f) zakładkowe, g) kątowe, h), i) j) teowe,
k), l) krzyżowe, ł), m) narożne, n) nakładkowe, o) przylgowe [2, s. 61]
Spoiny w różnych rodzajach spawanych złączy mają taki sam kształt
Wśród spoin też wyróżnia się kilka rodzajów, ale najczęściej wykonuje się:
Spoiny czołowe – łączą one brzegi blach, które są ułożone względem siebie równolegle bądź
też prostopadle. W zależności od sposobu przygotowania do spawania spoiny czołowe
dzielimy na: I, V, X, U pojedyncze, podwójne, ½ V, K pojedyncze i podwójne.
Spoiny pachwinowe – taką spoinę stanowi trójkąt składający się z jednej lub kilku warstw,
ułożonych między prostopadłymi płaszczyznami łączonych elementów. Same spoiny
pachwinowe dzieli się na ciągłe i przerywane, jednostronne i wielostronne oraz
jednowarstwowe i wielowarstwowe. Mogą one mieć kształt lica: wklęsły, płaski bądź
wypukły. Pod względem statyczności pracy najkorzystniejsze są spoiny wklęsłe i płaskie,
spoin wypukłych powinno się unikać. Istotne znaczenie ma również grubość spoin. I tak
grubość spoiny pachwinowej jednostronnej nie powinna przekraczać 0,7 grubości cieńszego
materiału spawanego, w przypadku spoiny dwustronnej nie powinna ona przekraczać 0,5 tej
grubości, jeśli różnica miedzy grubościami nie przekracza 3 mm.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
17
Rys. 4. Elementy (nazwy) rowka ukosowania i spoiny oraz wycięcie i pospawanie grani spoiny. [2, s. 63]
Rys. 5. Pozycje spawania blach: a) złączy doczołowych, b) złączy kątowych. [1, s. 125]
Spoina jest częścią złącza. Składa się ona całkowicie z metalu, który podczas oddziaływania
wysokiej temperatury uległ stopieniu, a następnie zakrzepnięciu. Każde złącze i każda spoina
posiadają swoją własną terminologię, którą powinno się stosować w spawalnictwie. Na
rysunku poniżej opisano szczegółowo poszczególne nazwy złączy i spoin. Należy pamiętać,
iż w celu uzyskania prawidłowej spoiny często stosuje się ukosowanie brzegów materiału,
który będzie poddany spawaniu. Materiał zostaje poddany ukosowaniu za pomocą nożyc,
frezarek, strugarek, szlifierek, cięty tlenem lub też plazmą.
W zależności od usytuowania spoiny w przestrzeni wyróżnia się cztery pozycje
spawania:
− podolna – jest ona najwygodniejsza. Łatwo i szybko można uzyskać spoiny dobrej
jakości,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
18
− naścienna – jest trudniejsza od pozycji podolnej, wymaga od spawacze więcej
doświadczenia i wprawy a to dlatego, że ciekły metal może spływać z spoiny w dół,
− pionowa – podobnie jak naścienna,
− pułapowa – jest ona wyjątkowo męcząca dla spawacza, co odbija się negatywnie na
jakości spoiny.
Najwygodniejsza jest pozycja podolna, aby ją uzyskać stosuje się różnego rodzaju
przyrządy spawalnicze takie jak obrotniki.
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Na czym polega spawanie?
2. Czym charakteryzują się spoiny czołowe, a czym spoiny pachwinowe?
3. Co to jest spoina?
4. Jakie występują pozycje spawania?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Rozpoznaj i nazwij przedstawione na rysunku (załacznik1) rodzaje spoin.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z informacjami dotyczącymi rodzaju spoin,
2) nazwać przedstawione na rysunkach rodzaje spoin,
3) zapisać w tabeli nazwy spoin przedstawionych na rysunkach
4) dokonać analizy ćwiczenia,
5) zapisać wnioski.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− załącznik 1,
− przybory do pisania.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
19
Załącznik 1
Karta ćwiczenia
Imię i nazwisko...............................................................................................................
Rozpoznaj i nazwij przedstawione na rysunku rodzaje spoin. Przyporządkuj je do
odpowiednich oznaczeń w tabeli.
a
b
c
d
e
f
g
h
i
j
k
l
ł
m
n
o
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
20
Ćwiczenie 2
Nazwij przedstawione na rysunkach pozycje spawania i zapisz je w tabeli (załącznik 2).
Wykonaj symulowanie spawania w każdej z umieszczonych na rysunkach pozycji spawania.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z informacjami dotyczącymi pozycji spawania,
2) nazwać przedstawione na rysunkach pozycje spawania,
3) zapisać nazwy odpowiednich pozycji spawania na przedstawionych rysunkach
(załącznik 2),
4) wykonać symulacje poszczególnych pozycji spawania wykorzystując przygotowane
próbki i urządzenie spawalnicze,
5) dokonać analizy ćwiczenia,
6) zapisać wnioski.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− załącznik 2,
− próbki,
− urządzenie spawalnicze,
− przybory do pisania.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
21
Załącznik 2
Karta ćwiczenia
Imię i Nazwisko.......................................................................................................................
Nazwij przedstawione na rysunkach pozycje spawania i zapisz je w tabeli. Wykonaj
symulowanie spawania w każdej z umieszczonych na rysunkach pozycji.
a
b
c
d
e
f
g
h
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) zdefiniować proces spawania?
2) rozróżnić poszczególne pozycje spawania?
3) dokonać symulacji poszczególnych pozycji spawania?
4) nazwać rodzaje spoin?
d
a
b
c
e
f
g
h
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
22
4.3. Spawanie gazowe
4.3.1. Materiał nauczania
Spawanie gazowe jest jedną z możliwych metod spawania. Podczas spalania gazów
palnych w atmosferze tlenu wytwarzany jest płomień, który jest wykorzystywany do
spawania termicznego, cięcia termicznego i żłobienia. Spawanie gazowe polega na stapianiu
brzegów metali łączonych przez nagrzewanie ich płomieniem powstającym ze spalania gazu
palnego z jednoczesnym dodaniem spoiwa.
Gazy, które są najczęściej używane do spawania to tlen i acetylen, w niektórych
wyjątkowych przypadkach może to być wodór, gaz miejski, gaz ziemny oraz propan – butan
techniczny.
Tlen – jest gazem bezzapachowym i bezbarwnym oraz niepalnym, ale podtrzymuje
palenie. Może on reagować z różnymi pierwiastkami i związkami nawet w temperaturze
niższej od temperatury spalania. Proces ten nazywa się utlenianiem.
Tlen techniczny stosowany jest do różnych celów, w zależności od gatunku. Wyróżnia
się cztery gatunki tlenu w zależności od czystości. Gatunek I (99,5% czystości) może być
stosowany do wszystkich prac spawalniczych, również gatunek II (99,0% czystości) może
być stosowany do wszystkich prac, należy jedynie pamiętać, że obniżenie czystości może
spowolnić prace przy cięciu automatycznym. Gatunek III (98,0% czystości) może być
stosowany do spawania, lutowania, napawania, metalizacji natryskowej i hartowania
powierzchni. Gatunek IV (95,0% czystości) nie powinien być w ogóle używany do prac
spawalniczych.
Podczas pobierania tlenu do spawania można zauważyć, że tlen jest mokry. Dzieje się
tak, ponieważ sprężarki, których używa się do napełniania butli są smarowane wodą.
Niezwykle istotne jest by pamiętać, iż wszelkiego rodzaju smary i oliwy mogą doprowadzić
do samozapłonu.
Acetylen
(C
2
H
2
) jest gazem bezbarwnym i nietrującym, o słabym zapachu. Ma jednak
właściwości usypiające. W połączeniu z powietrzem tworzy mieszankę silnie wybuchową,
jego nieodpowiednie składowanie lub nieprzestrzeganie zasad bezpieczeństwa w obchodzeniu
się z nim powoduje często ciężkie wypadki. Acetylen otrzymuje się poprzez działanie wody
z karbidem. Aby otrzymać przykładowo 300 litrów acetylenu należy poddać reakcji 1 kg
karbidu. Proces przereagowania karbidu z wodą odbywa się w tak zwanych wytwornicach.
Jednak istotne jest, że urządzenia te stwarzają bardzo duże zagrożenie pożarem oraz
eksplozją, stąd zasady ich eksploatacji są bardzo surowe.
Acetylen
(C
2
H
2
) – jest nienasyconym węglowodorem, gdzie węgiel (C) wynosi 92,3%,
a wodór (H
2
) 7,7% (wagowo), natomiast jego gęstości wynosi 1,171 kg/m
3
. Ponieważ
acetylen jest lżejszy od powietrza w pomieszczeniu zamkniętym będzie się on zbierał pod
sufitem. Acetylen charakteryzuje się wieloma zaletami:
− ma wysoką wartość opałową 57 MJ/m
3
,
− dużą prędkość spalania mieszaniny acetylenowo-tlenowej, która wynosi 13,5 m/s,
− wysoką temperaturą spalania sięgającą 3100°C,
− redukującym działaniem płomienia,
− łatwością otrzymywania acetylenu z karbidu.
Acetylen
może ulegać wybuchowemu rozkładowi, sytuacja taka może powstać
w wyniku wstrząsu lub podwyższonej temperatury. Przy ciśnieniu powyżej 0,2 MPa lub
niższym, lecz w podwyższonej temperaturze, acetylen podczas wstrząsu rozpada się
wybuchowo. Rozpad acetylenu, pod wpływem wymienionych czynników, szybko
rozprzestrzenia się na całą masę gazową, temperatura wzrasta do 3000°C, a ciśnienie wzrasta
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
23
jedenastokrotnie. Na skutek rozpadu powstają wodór i węgiel w postaci sadzy. Dlatego
acetylen poza butlą, wolno sprężać tylko do ciśnienia 0,15 MPa
[1, s. 183]
. W acetylenie
w temperaturze od 115°C do 120°C może dochodzić do zjawiska polimeryzacji czyli łączenia
się cząstek w zespoły. W wyniku tego łączenia w zanieczyszczonym acetylenie mogą
powstawać węglowodory takie jak benzen C
6
H
6
czy też naftalin C
10
H
6
. W czasie zjawiska
polimeryzacji wydziela się ciepło, które może być przyczyną wybuchu acetylenu.
Acetylen techniczny wchodzi w reakcję z miedzią, srebrem oraz rtęcią, w jej wyniku
tworzą się wybuchowe acetylenki. Wszelkiego rodzaju drgania, tarcia, iskry lub temperatura
między 100°C a 120°C powoduje rozkład tych acetylenków, który doprowadzi do wybuchu.
Dlatego należy pamiętać, iż do wyrobu urządzeń acetylenowych nie wolno używać stopów
z miedzi, które zawierają jej więcej niż 65% oraz stopów ze srebrem, które zawierają więcej
niż 25% czystego srebra. Do bezpiecznego przewozu acetylenu wykorzystuje się jego
właściwość rozpuszczania. Mianowicie acetylen rozpuszcza się między innymi w wodzie,
benzolu, benzynie i acetonie. I tak w temperaturze 15°C i przy ciśnieniu 0,1 MPa:
− w 1 dm
3
wody rozpuszcza się 1,15 dm
3
acetylenu,
− w 1 dm
3
benzolu rozpuszcza się 4,0 dm
3
acetylenu,
− w 1 dm
3
benzyny rozpuszcza się 5,7 dm
3
acetylenu,
− w 1 dm
3
acetonu rozpuszcza się 23,0 dm
3
acetylenu.
[1, s. 185]
Rys. 6. Butle: a) tlenowa, b) acetylenowa. 1 – butla, 2 – wkręcony zawór,
3 – pierścień zabezpieczający, 4 – kołpak ochronny.[1, s. 192]
Acetylen rozpuszczony w acetonie przechowuje się w butlach wykonanych ze stali
o podwyższonej wytrzymałości jak zbiorniki ciągnione bez szwu. Produkowane są butle
o pojemności od 3 do 40 dm
3
, jednakże w spawalnictwie stosuje się tylko butle o pojemności
40 dm
3
. Po wyprodukowaniu butli, zanim trafią na rynek sprawdzane są przez Inspektora
Dozoru Technicznego oraz poddawane są próbie wodnej pod ciśnieniem 6,0 MPa.
Butla, która jest nowa i pusta wypełniana jest masą porowatą. Taka masa
przygotowywana jest z drobnych kawałków aktywnego węgla drzewnego, włókna
azbestowego, tlenku cynku oraz specjalnego lepiszcza. Butle z oczyszczonym acetylenem
zawierają:
− masa porowata to 20 %,
− aceton to 40%,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
24
− acetylen pochłonięty przez aceton to 28%,
− przestrzeń bezpieczeństwa to 12%.
Na
zewnątrz butli na jej głowicy znajduje się jej charakterystyka oraz tzw. tara butli,
czyli suma masy butli, masy porowatej, acetylenu pochłoniętego przez aceton oraz zaworu.
Masa butli pojemności 40 dm
3
wynosi zwykle ok. 70 kg. Jednak masa samego acetylenu w
takiej butli to 5,5kg. Każda butla jest wyraźnie oznakowana, mianowicie butle z acetylenem
pomalowane są na żółto i mają czarny napis ACETYLEN. Butle powinny być ustawione
pionowo oraz zabezpieczone przed przewróceniem. Nie wolno ich przechowywać
w temperaturze większej niż 35°C czyli powinny znajdować się z dala od źródeł ciepła,
a w lecie z dala od promieni słonecznych.
Rys. 7. Zawór butli do acetylenu.(1 – wkładka filcowa, 2 – korek ebonitowy, 3 – wrzeciono dwudzielne,
4 – pierścienie uszczelek, 5 – dławica, 6 – nakrętka dławicy, 7 – klucz nasadowy. [1, s. 199]
Zawory butli zawierających acetylen wykonane są ze stali. W żadnym wypadku nie wolno
ich wykonywać z mosiądzu gdyż zawiera on miedź, która powoduje wytwarzanie się
związków wybuchowych.
Ważnym urządzeniem stosowanym przy butlach jest tzw. reduktor. Jego zadaniem jest
obniżenie ciśnienia oraz utrzymywanie stałego ciśnienia roboczego. Bez użycia reduktora
spawacz musiałby wciąż regulować płomień, który stale by się zmieniał, ponieważ wraz
z ubytkiem acetylenu zmieniałoby się również ciśnienie w butli. Reduktor zakłada się miedzy
butlę a palnik. Każdy reduktor wyposażony jest też w zawór bezpieczeństwa, który
wypuszcza nadmiar gazu w razie wzrostu ciśnienia
Zanim
podłączymy reduktor należy najpierw powoli odkręcić kołpak, a następnie zawór
butli. Czynność ta ma na celu przedmuchanie zaworu czyli usunięcie ewentualnych
zanieczyszczeń i pary wodnej, które mogą się zbierać w górnej części butli. Po wykonaniu
tych czynność należy zakręcić zawór i dopiero wówczas podłączyć reduktor.
Zasada
działania reduktora na przykładzie reduktora tlenowego (reduktor acetylenowy
różni się jedynie sposobem zamocowania).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
25
Rys. 8. Budowa reduktora. 1 – łącznik, 2 – filtr, 3 – zawór redukcyjny, 4,6 – sprężyna, 5 – śruba nastawcza,
7 – gumowa przepona, 8 – popychacz, 9 – zawór odcinający, 10 – łącznik.[1, s. 202]
Reduktor pracuje w ten sposób, że po otwarciu zaworu butlowego tlen przepływa
łącznikiem do komory wysokiego ciśnienia, na przewodzie którego znajduje się manometr,
wskazujący ciśnienie w butli. Po wkręceniu śruby stawidłowej, sprężyna podnosi w górę
przeponę gumową, która z kolei podnosi zaworek redukcyjny, w którym umieszczony jest
korek ebonitowy. Wówczas tlen zaczyna przepływać z komory wysokiego ciśnienia do
komory niskiego ciśnienia, do której jest włączony manometr roboczy. Po odkręceniu zaworu
odcinającego, tlen przepływa przez łącznik do palnika. Gdy spawanie zostanie przerwane
zwiększa się stopniowo ciśnienie tlenu w komorze niskiego ciśnienia i przepona gumowa
wygina się w dół. Wówczas sprężyna pomocnicza, naciska na zaworek redukcyjny i zamyka
dopływ tlenu do komory niskiego ciśnienia. Po rozpoczęciu dalszego spawania zmniejsza się
ciśnienie w komorze niskiego ciśnienia, sprężyna rozpręża się, podnosi przeponę i zaworek
redukcyjny, a tlen zaczyna ponownie przepływać do stanowiska spawalniczego. Do komory
niskiego ciśnienia podłączony jest zawór bezpieczeństwa, który w przypadku nadmiernego
ciśnienia w komorze niskiego ciśnienia, otwiera się i wypuszcza nadmiar tlenu do atmosfery
[2, s. 152].
Palnik spawalniczy jest urządzeniem, w którym następuje wymieszanie się gazów,
mieszanka ta spala się przy wylocie dyszy palnika i powstaje płomień acetylenowo – tlenowy.
Palniki dzielimy w zależności od ich przeznaczenia (do spawania, do ciecia, uniwersalne),
wydajności (do 160 dm
3
/h, do 630 dm
3
/h, do 2500 dm
3
/h), od rodzaju gazu (acetylenowe,
wodorowe, propanowe), od sposobu wytwarzania mieszanki palnej (smoczkowe
–
inżektorowe, bezsmoczkowe).
W Polsce produkowane są popularniejsze palniki smoczkowe, które mogą pracować jako
palniki niskiego i wysokiego ciśnienia, maja łatwą regulacje płomienia i są proste w obsłudze.
Jednak warto wyjaśnić różnice między palnikami smoczkowymi i bezsmoczkowymi.
W palnikach bezsmoczkowych najpierw należy oprowadzić tlen i acetylen do tak zwanego
reduktora równoprężnego, który utrzymuje jednakowe ciśnienie. Jest dość niebezpieczny
gdyż nad membraną znajduje się acetylen, a pod nią tlen, w sytuacji uszkodzenia membrany
powstaje mieszanka wybuchowa. Z reduktora zarówno tlen jak i acetylen pod jednakowym
ciśnieniem doprowadzane są rurociągami do stanowisk spawalniczych. Natomiast
w palnikach smoczkowych tlen doprowadza się do znacznie zmniejszonego otworu
wylotowego, powoduje to znaczne zwiększenie prędkości. Smoczkiem nazywa się zwężenie
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
26
rurki, tlen wypływający z dużą prędkością zasysa acetylen doprowadzony centrycznie do
wylotu tlenu. Większe ciśnienie tlenu powoduje również większe podciśnienie w przewodzie
acetylenowym.
Rys. 9. Palniki do spawania i ciecia typu PU 214A i typu PU 214A-D. [1, s. 238]
Palniki
powinny
być wykonane precyzyjnie z mosiądzu i miedzi lub też ze stali
żaroodpornych. Części stykające się z tlenem nie mogą w żadnym wypadku być wykonane ze
stali węglowej gdyż mogłoby dojść do spalenia się ich w atmosferze tlenu. Jak już
wspomniano wcześniej jest wiele różnych rodzajów palników, niektóre z dostępnych modeli
zostały opisane w tabeli.
Tabela 2. Palniki do spawania i lutowania. [1, s. 234]
Typ palnika
Rodzaj
gazów
zasilających
Zakres
wydajności gazu
palnego w dm
3
/h
Liczba
wymiennych
nasadek
Przeznaczenie
PAP acetylen
i
powietrze
atmosferyczn
e
10
÷25
4
do spawania blachy
cynkowej i miękkiego
lutowania
PS101A
acetylen i tlen
50
÷30
4
do spawania i do
lutowania twardego
PS102A
acetylen i tlen
25
÷315
7
do spawania, lutowania,
opalania
PU212A
PU 212A-D
PU 214A
PU214A-D
acetylen i tlen
100
÷1600
7
do spawania i cięcia
PS141A
acetylen i tlen
80
÷630
6 do
spawania
PU 241A
acetylen i tlen
100
÷1600
7
do spawania i cięcia
PU 242A
acetylen i tlen
100
÷1000
6
do spawania i cięcia
PG-11A
PG-212A
acetylen i tlen
1000
÷2500
3
PG-22A
acetylen i tlen
4000
÷6400
2
PG-22P-Z Propan-butan
lub gaz
ziemny i tlen
1950
÷3700
propan-butan lub
7500
÷11000
gazu ziemnego
do podgrzewania przy
prostowaniu i wyginaniu
lutowania twardego
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
27
Rys. 10.Przekrój przez palnik smoczkowy do spawania [1, s. 233]
1,2- końcówki doprowadzające gazy, 3,4- rurki rękojeści, 5- korpus, 6- smoczek, 7- kanaliki na obwodzie
smoczka, 8- komora mieszania, 9- dziób, 10- zwężony wylot, 11- nakrętka dociskowa.
Obsługa palników wymaga znajomości pewnych podstawowych zasad, gdyż palniki są
narzędziami precyzyjnymi. Należy je umiejętnie i fachowo obsługiwać. Zatem należy
pamiętać by:
− palniki należy przechowywać w fabrycznych kasetach specjalnie dla nich
przygotowanych,
− węże powinny mieć swój osobny wieszak,
− wszelkie nasadki, dysze należy dobierać w zależności od rodzaju pracy i grubości metalu,
− przed rozpoczęciem pracy należy sprawdzić ssanie palnika. Można to zrobić poprzez
odkręcenie przyłączki węża acetylenowego od palnika, otwarcie zaworu tlenu i zaworu
acetylenu,
− prawidłowa procedura zapalenia płomienia to: otwarcie częściowe zaworu tlenu
(ok. ¼ obrotu) jeśli wszystko jest w porządku następuje otwarcie zaworu acetylenu
(ok. ½ obrotu) i zapalenie płomienia. Dopiero teraz należy odkręcić zawór tlenu do końca
i wyregulować płomień zaworem acetylenu,
− podczas gaszenia płomienia najpierw następuje zakręcenie zaworu z acetylenem
a następnie z tlenem,
− palnik należy chronić przed zatłuszczeniem, w przypadku, gdy do niego dojdzie należy
go odpowiednio wyczyścić,
− węży z gazem nie należy przewieszać przez ramię,
− podczas spawania odpryski metalu osiadają na dziobie palnika, należy je usunąć
pocierając palnik o kawałek drewna, przy włączonym palniku,
− wnętrze dzioba należy utrzymywać w czystości, służą do tego specjalne wałeczki
dostarczone przez producenta,
− jeśli dojdzie do zapalenia się mieszanki wewnątrz smoczka należy niezwłocznie zakręcić
zawór dopuszczający acetylen, a następnie zawór z tlenem. Palnik można schłodzić
w wodzie przy lekko odkręconym zaworze tlenu.
W spawaniu wykorzystuje się również tak zwany sprzęt pomocniczy, czyli inaczej
mówiąc: węże gumowe, przyłączki i złączki, opaski taśmowe, zapalniczki iskrowe
i oszczędzacze gazów.
Węże do tlenu są oznaczone literą T i mają kolor niebieski, te stosowane do acetylenu
maja oznaczenie A i kolor czerwony. Zarówno węże tlenowe jak i acetylenowe mają dwa
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
28
typy w zależności od ciśnienia roboczego. Natomiast ich średnice są takie same niezależnie
od przeznaczenia.
Węże tlenowe
Węże acetylenowe
Typ 1
ciśnienie robocze do 1 MPa
ciśnienie robocze do 0,4 MPa
Typ 2
ciśnienie robocze do 2 MPa
ciśnienie robocze do 0,63 MPa
Przyłączki służą do mocowania węży do palników, a złączki do łączenia ze sobą dwóch
węży, natomiast opaski taśmowe mają na celu niedopuszczenie do ściągnięcia węża
z końcówki palnika.
Technika spawania gazowego wyróżnia trzy metody spawania: spawanie w prawo,
spawanie w lewo a także spawanie w górę. Nazwy te są umowne i określają, w którym
kierunku wykonywane jest spawanie, oraz w którym kierunku skierowany jest płomień
palnika.
Spawanie w lewo – stosowane jest zwykle do spawania cienkich blach (o grubości nie
przekraczającej 3mm). Polega ono na prowadzeniu palnika od prawej do lewej, gdzie palnik
jest nachylony pod kątem 30
÷60° w zależności od materiału. Im cieńszy materiał ty mniejszy
kąt. Natomiast 45° to kąt nachylenia druta podczas tego spawania. Sam palnik powinien być
prowadzony wzdłuż linii spawania wolno, natomiast drut powinien być prowadzony ruchami
w dół i w górę, w ten sposób regulujemy ilość spoiwa używanego do spawania. Metoda ta jest
łatwa do opanowania, umożliwia w sposób prosty i szybki otrzymanie gładkiego lica spoiny.
To zachęca spawaczy do jej stosowania pomimo tego, iż taka spoina ma gorsze własności
wytrzymałościowe niż ta wykonana drugą metodą (metoda w prawo). Inną wadą tej metody
jest trudność w utrzymaniu otworka miedzy brzegami co może powodować brak przetopu.
Mogą też pojawiać się pęcherze oraz pory z racji szybkiego stygnięcia spoiny.
Spawanie w prawo – stosuje się je do blach grubych (powyżej 3mm). Kąt pochylenia
palnika w tej metodzie powinien wynosić 50°, a drutu 45°. Przy tym spawaniu nie wykonuje
się żadnych ruchów bocznych tylko posuwa się go powoli wzdłuż spawanych brzegów.
Drutem natomiast wykonuje się niewielkie ruchy poprzeczne. Aby zapewnić całkowite
przetopienie spawanych brzegów konieczne jest utrzymanie w czasie spawania małego
otworka. Zaletą tego spawania jest, iż spoiny wykonane tą metodą mają lepsze właściwości
wytrzymałościowe. Ponieważ ciepło, jakie się wydziela podgrzewa również spoinę, co
sprawia że spoina potem wolniej stygnie a co za tym idzie jest czas na to by się wyżarzyła
i aby wydzieliły się wszystkie gazy. Jednakże i ta metoda ma swoje wady – mianowicie
stosując ja trudno jest uzyskać ładny wygląd nalewu, co znacznie zniechęca spawaczy do jej
stosowania.
Obie metody spawania zarówno w lewo jak i w prawo mogą być stosowane we
wszystkich pozycjach spawania.
Spawanie
w
górę – stosuje się je do spawania różnego rodzaju zbiorników. Współcześnie
jednak ekonomiczniejsze jest spawanie elektryczne, stąd metoda ta jest wykorzystywana
naprawdę rzadko i w wyjątkowych sytuacjach. Polega on na prowadzeniu palnika z góry na
dół lub odwrotnie. Może być wykonywane przez dwóch spawaczy jednocześnie. Palnik
powinien być pod kątem 30°, a drut pod kątem 20° do poziomej osi spawania.
Spawanie
różnych materiałów. Stale węglowe – spawanie stali, które zawierają do 0,25%
węgla nie nastręcza trudności. Kłopoty mogą być przy stalach, w których zawartość węgla
jest powyżej 0,25%. Stale, w których ta zawartość sięga do poziomu 0,6% są uznawane za
praktycznie niespawalne. Stale, w których zawartość węgla znajduje się między 0,25%
÷0,6%
nazywane stalami średniowęglowymi są poddawane różnym zabiegom mającym na celu
ułatwienie spawania, to jest podgrzewa się je do temperatury 200
÷300°C tak by spowolnić
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
29
szybkość chłodzenia spoiwa a dokładniej ma to zapobiegać powstawaniu kruchych pęknięć.
Po zakończeniu spawania stale średniowęglowe poddawane są zabiegom, których celem ma
być usunięcie naprężeń skurczowych oraz polepszenie struktury spoiny. W tym celu stosuje
się wyważanie normalizujące, po którym zarówno spoina jak i materiał uzyskują
drobnoziarnistą jednolitą strukturę.
Stale niskostopowe są to stale, do których dodane są oprócz stałych składników jeszcze
chrom (Cr), nikiel (Ni), czasem też wanad (V), molibden (Mo) i niob (Nb) w sumie do 2,5%
dodatków stopowych. Zawartość węgla w tego rodzaju stalach nie przekracza 0,22%. Stale,
w których zawartość chromu wynosi 0.3% nie sprawiają większych problemów natomiast
jeśli ta zawartość sięga 1,0% pojawiają się trudności. Ponieważ chrom wpływa na
zwiększenie hartowności spoiny oraz strefy wpływu ciepła a tym samym na skłonność do
pęknięć. Aby sobie z tym poradzić można podgrzewać przed i w trakcie spawania oraz
powoli studzić, dodatkowo płomień powinien być dokładnie wyregulowany bez nadmiaru
acetylenu, można nawet zmniejszyć ilość acetylenu w płomieniu. W stalach, w których
znajduje się miedź (nie więcej niż 0,6%) dla polepszenia właściwości wytrzymałościowych
nie trzeba stosować jakiś dodatkowych zabiegów cieplnych. Jeśli w stali znajdują się
dodatkowo mangan i krzem, również można taką stal spawać bez podgrzewania, ale można
zrobić to tylko w hali by uniknąć zbyt szybkiego stygnięcia.
Stale wysokostopowe, czyli takie, w których zawartość dodatków stopowych wynosi
powyżej 5% nie są spawane gazowo. Spawa się je elektrodami otulonymi lub metodą TIG.
Żeliwo jest materiałem trudnym do spawania, zawiera, bowiem duże ilości węgla oraz
krzemu, a to sprzyja wydzielaniu się grafitu. Aby osiągnąć jak najlepsze rezultaty materiał do
spawania należy podgrzać do temperatury 700
÷800°C i spawać płomieniem acetylenowym,
jednakże należy pamiętać, że powinien być to palnik o większej wydajności niż do spawania
stali o tej samej grubości. Trzeba również wiedzieć, że żeliwo można spawać tylko w pozycji
podolnej ewentualnie nabocznej, ponieważ w stanie stopionym jest ono rzadkopłynne. Do
spawania stosuje się pręty żeliwne, które zawierają około 3
÷3,6% węgla i 3÷3,8% krzemu,
dodatkowo stosuje się również proszek – topik – który ułatwia spawanie. Po zakończeniu
spawania przedmiot należy obsypać piaskiem lub popiołem i zostawiać do całkowitego
wystygnięcia.
Spawanie gazowe metali nieżelaznych (aluminium, stopów aluminiowych, miedzi oraz
ołowiu i cynku) jest zadaniem skomplikowanym i choć jest możliwe to obecnie już się go
praktycznie nie wykonuje. Dzieje się tak dlatego, iż spawanie za pomocą płomienia
acetylenowo-tlenowego daje niezadowalające wyniki, spoiwo ma wiele wad, obniżają się
jego właściwości wytrzymałościowe. Stąd obecnie ten rodzaj metali spawa się w osłonie
argonu metodami TIG i MIG.
4.3.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co nazywamy spawaniem gazowym?
2. Jakie gazy używane są do spawania gazowego?
3. Jak jest zbudowana i oznaczona butla do przechowywania acetylenu?
4. Jakie zadanie spełnia reduktor?
5. W jaki sposób dzielimy palniki do spawania gazowego?
6. Jak dzielimy poszczególne techniki spawania gazowego?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
30
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wykonaj połączenie dwóch elementów nadwozia samochodowego za pomocą palnika
acetylenowo – tlenowego wykorzystując metodę spawania w „lewo”.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przygotować elementy do spawania.
2) dobrać odpowiedni palnik do spawania stali węglowych wykorzystując metodę w lewo,
3) dobrać odpowiedni rodzaj spoiwa,
4) sprawdzić stan techniczny palnika, węży gumowych,
5) zapalić płomień stosując się do instrukcji,
6) wyregulować płomień acetylenowo-tlenowy doprowadzając go do stanu normalnego,
7) połączyć elementy nadwozia samochodowego zgodnie z wytycznymi metody spawania
w lewo,
8) zgasić płomień stosując się do instrukcji,
9) zawiesić palnik z wężem wykorzystując odpowiednio przyjętą procedurę,
10) dokonać analizy ćwiczenia,
11) zapisać wnioski.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− stanowisko spawalnicze,
− elementy nadwozia samochodowego przeznaczone do spawania wykonane ze stali
węglowej o grubości 1 mm,
− odzież ochronna spawacza,
− narzędzia do czyszczenia blach,
− przepisy dotyczące bezpieczeństwa i higieny pracy podczas spawania,
− sprzęt gaśniczy,
− drut spawalniczy używany jako spoiwo.
Ćwiczenie 2
Wykonaj połączenie dwóch elementów nadwozia samochodowego za pomocą palnika
acetylenowo – tlenowego wykorzystując metodę spawania w „prawo”. Ćwiczenie wykonaj
w pozycji naściennej.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przygotować elementy do spawania,
2) dobrać odpowiedni palnik do spawania stali węglowych wykorzystując metodę w prawo,
3) dobrać odpowiedni rodzaj spoiwa,
4) sprawdzić stan techniczny palnika, węży gumowych,
5) przygotować i ustawić łączone elementy biorąc pod uwagę specyfikę pozycji spawania,
6) zapalić płomień stosując się do instrukcji,
7) wyregulować płomień acetylenowo-tlenowy doprowadzając go do stanu normalnego,
8) połączyć elementy nadwozia samochodowego zgodnie z wytycznymi metody spawania
w prawo,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
31
9) zgasić płomień stosując się do instrukcji,
10) zawiesić palnik z wężem wykorzystując odpowiednio przyjętą procedurę,
11) dokonać analizy ćwiczenia,
12) zapisać wnioski.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− stanowisko spawalnicze,
− elementy nadwozia samochodowego przeznaczone do spawania wykonane ze stali
węglowej o grubości 1 mm,
− odzież ochronna spawacza,
− narzędzia do czyszczenia blach,
− przepisy dotyczące bezpieczeństwa i higieny pracy podczas spawania,
− sprzęt gaśniczy,
− drut spawalniczy używany jako spoiwo.
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) przygotować elementy do spawania gazowego?
2) dobrać odpowiedni palnik do spawania stali węglowych wykorzystując
metodę w lewo?
3) dobrać odpowiedni palnik do spawania wykorzystując metodę w prawo?
4) dobrać odpowiedni rodzaj spoiwa?
5) sprawdzić stan techniczny palnika i węży gumowych?
6) zapalić i wyregulować płomień acetylenowo-tlenowy?
7) wykonać spawanie gazowe metodą w lewo?
8) zgasić płomień i odpowiednio zabezpieczyć sprzęt po spawaniu?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
32
4.4. Spawanie elektryczne
4.4.1. Materiał nauczania
4.4.1.1. Spawanie elektryczne
Źródłem ciepła przy spawaniu elektrycznym jest łuk elektryczny, jarzący się miedzy
elektrodą a spawanym przedmiotem. Stopiony metal z elektrody i nadtopione krawędzie
spawanego materiału tworzą jeziorko spawalnicze, które po zakrzepnięciu zamienia się
w spoinę. Podczas spawania łuk elektryczny i jeziorko ciekłego metalu znajdują się pod
osłoną gazów stanowiących ochronę przed dostępem tlenu i azotu z atmosfery. Źródłem
prądu stałego są spawarki prostownikowe, natomiast prądu przemiennego – transformatory
spawalnicze.
[3, s. 162]
Spawanie
łukowe elektrodami otulonymi – polega ono na stapianiu metali przy pomocy
łuku elektrycznego. Łuk powstaje miedzy przedmiotem spawanym a elektrodą. Temperatura
łuku sięga 2400
÷6000°C co powoduje szybkie stapianie się metalu. Do spawania łukowego
używa się zarówno prądu stałego, jak i przemiennego.
Spawanie
łukiem krytym jest jedną z metod spawania elektrycznego. Źródłem ciepła jest
łuk elektryczny powstający między elektrodą w postaci gołego drutu a spawanym materiałem
pod warstwą topnika. Ten sposób spawania stosuje się do spawania grubych blach (4
÷30 mm)
zrobionych ze stali niskostopowych i niestopowych.
Do powstania łuku elektrycznego konieczne jest źródło prądu mające odpowiednie
wartości napięcia (np. 50
÷90 V) i natężenia (np. 50÷300 A). Łuk zajarzy się prawidłowo
poprzez potarcie końcem elektrody o spawany przedmiot. Elektrodę należy unieść lekko
w górę tak, aby miedzy drutem a przedmiotem spawanym powstała niewielka odległość (nie
większa niż średnica drutu elektrodowego). Powstałemu łukowi towarzyszy wydzielanie się
dużej ilości ciepła oraz światła. Aby tak powstały łuk, mógł się prawidłowo jarzyć, powietrze
w przestrzeni łukowej musi ulec zjonizowaniu. Zjonizowanie atomów powietrza w łuku
elektrycznym polega na tym, że w wysokiej temperaturze łuku cząsteczki gazów zawartych
w powietrzu i gazów wydzielonych z otuliny elektrody oraz par metali rozpadają się na
mniejsze, elektrycznie naładowane cząstki – elektrony i jony. Elektrony ujemne są
przyciągane przez anodę (materiał spawany), a jony dodatnie przez katodę (elektrodę).
Strumień wyzwolonych jonów i elektronów przepływa między elektrodą, a materiałem
spawanym, dzięki czemu jarzący się łuk staje się dobrym przewodnikiem prądu i szybko
doprowadza do stopienia metalu spawanego i elektrody.
[2, s. 257-258]
Charakterystyka łuku elektrycznego jest to zależność między napięciem, a natężeniem
prądu, podczas jarzenia się łuku. Proces spawania można podzielić na cztery fazy. Faza I to
bieg jałowy oznacza to, że istnieje napięcie biegu jałowego spawarki, ale natężenie wynosi 0.
Faza II to zajarzenie się łuku, czyli zetkniecie się elektrody z materiałem spawanym,
wówczas napięcie spada do 0, a natężenie rośnie w granicach 10
÷30% w stosunku do
natężenia zaprogramowanego w spawarce. Faza III spawania – wtedy to napięcie wynosi ok.
25 V natężenie osiąga wartości nastawione w spawarce. Faza IV – ostatnia jest to
przechodzenie kropli płynnego metalu z elektrod do jeziorka. W fazie tej wartość prądu
wzrasta o 10
÷30% w stosunku do zaprogramowanej, a napięcie spada do 0.
Temperatura łuku – podczas spawania prądem stałym w środkowej części luku
temperatura sięga 5000°C, na anodzie czyli biegunie dodatnim wynosi ona ok. 2600°C, a na
katodzie, czyli biegunie ujemnym, ok. 2100°C. Natomiast podczas spawania prądem
przemiennym temperatura wynosi ok. 2200
÷2300°C na obu biegunach.
Łuk elektryczny ma dwie cechy. Jedna z nich jest ugięcie łuku. Powstaje ono, ponieważ
wokół łuku występuje nierównomierny rozkład sił pola magnetycznego. Ugięcie łuku
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
33
następuje w kierunku rozrzedzenia sił pola magnetycznego, będzie się ono zwiększało wraz
ze wzrostem natężenia prądu stałego (zjawisko to nie występuje podczas spawania prądem
przemiennym). Aby zmniejszyć ugięcie łuku i tym samym zapobiec wszelkiego rodzaju
zaburzeniom w stabilizacji łuku można pochylić elektrodę w kierunku przeciwnym do
działania pola magnetycznego, korzystne również jest podłączenie bieguna uziemiającego
spawarki jak najbliżej miejsca spawania. Drugą cechą jest elastyczność łuku – jest to
zdolność do wydłużania się łuku bez gaśnięcia. Elastyczność zależy od napięcia i natężenia
prądu, rodzaju otuliny, przewodnictwa cieplnego oraz elektrycznego metalu. Na poprawę
elastyczności łuku maja wpływ miedzy innymi: większe napięcie na biegu jałowym, większe
natężenie prądu, większa ilość składników jonizujących w otulinie.
Rys. 11. Układ linii sił pola magnetycznego i zjawisko ugięcia łuku. [2, s. 262]
Elektrody dzielimy na:
− topliwe (podczas spawania w łuku elektrycznym ulegają stopieniu), które dzielą się na:
− elektrody nieotulone (sam drut),
− elektrody otulone (drut pokryty otuliną),
− elektrody rdzeniowe (inaczej zwane proszkowymi, ponieważ wewnątrz drutu znajduje
się specjalny proszek),
− nietopliwe (nie stapiają się podczas spawania, utrzymują łuk elektryczny).
Elektrody nieotulone – są zalecane do spawania łukiem krytym, spawania żużlowego,
w osłonie argonu, CO
2
i mieszankach gazowych. Nie powinny być stosowane do spawania
łukowego ręcznego. Używane są często do ręcznego spawania przez początkujących
spawaczy, zwykle podczas szkoleń, ponieważ ułatwiają utrzymanie łuku, prowadzenie
elektrody, a także obserwacje procesu jarzenia się łuku.
Elektrody nieotulone – proszkowe – wypełnione są proszkiem, który spełnia rolę otuliny.
Wykonuje się je z cienkiej taśmy. Taśmę wygina się wielokrotnie w kierunku podłużnym tak,
by otrzymać rurkę o niewielkiej średnicy, wewnątrz której znajduje się kilka fałd. Wolna
przestrzeń w rurce jest wypełniana proszkiem w skład, którego wchodzą topniki,
sproszkowane metale oraz żelazostopy. Proszek nie ma stałego składu chemicznego. Bywa,
że gazy chroniące spoiwo i jeziorko ciekłego metalu przed wpływem powietrza są nie
wystarczające, wówczas spawanie takie wykonuje się w osłonie CO
2
ewentualnie łukiem
krytym. Należy również pamiętać, że podczas spawania tego rodzaju elektrodami wydziela
się znacznie więcej pyłu niż podczas spawania elektrodami otulonymi, zatem cały proces
powinien odbywać się w pomieszczeniu z bardzo dobrą wentylacją.
Elektrody otulone – mają różnego rodzaju otuliny, w zależności od grubości otuliny
dzielimy je na:
− elektrody cienko otulone inaczej nazywane zanurzonymi. W tych elektrodach grubość
otuliny stanowi 20% średnicy drutu elektrody,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
34
− elektrody średnio otulone czyli prasowane, w nich grubość otuliny waha się pomiędzy
20% a 40% średnicy drutu elektrody,
− elektrody grubo otulone zwane również prasowanymi, grubość otulin przekracza 40%
średnicy drutu, najczęściej wynosi 60%,
− elektrody bardzo grubo otulone określane też mianem wysokowydajnych, w nich grubość
otuliny wynosi 100% średnicy drutu elektrody, a czasem nawet więcej.
Rodzaj otuliny ma wpływ na własności spawalnicze, oraz mechaniczne spoiwa. W każdej
otulinie powinny się znajdować co najmniej takie składniki jak: składniki żużlotwórcze,
odtleniające, gazotwórcze, jonizujące oraz stopowe. Wyróżniamy elektrody o następujących
rodzajach otulin:
− elektrody o otulinie kwaśniej – oznaczane symbolem A, ta otulina zawiera duże ilości
żelazo-manganu oraz tlenków żelaza, przyczynia się do powstawania płaskiego
i gładkiego lica spoiny, jednak jej wadą jest przyczynianie się do powstawania pęknięć
krystalicznych, stosowane jest do spawania w pozycjach przymusowych,
− elektrody w otulinie celulozowej – oznaczone symbolem C, zawierają duże ilości
celulozy a także innych składników organicznych, stosowane są do spawania we
wszystkich pozycjach,
− elektrody w otulinie rutylowej – oznaczane symbolem R lub RR, występują ich dwa
rodzaje w cieńszej oraz grubszej otulinie. W skład otuliny wchodzi duża ilość butylu,
nadają się do spawania we wszystkich pozycjach, nadają spoinie równomierne lico
o drobnej łuskowatości,
− elektrody w otulinie rutylowo-celulozowej – oznaczane symbolem RC, ma właściwości
podobne do elektrod w otulinie rutylowej, również można je stosować do spawania we
wszystkich pozycjach,
− elektrody w otulinie rutylowo-kwaśnej – oznaczane symbolem RA, otulina jest
mieszanką butylu oraz tlenków żelaza, ich własności są podobne do elektrod o otulinie
kwaśnej, można je stosować do spawania we wszystkich pozycjach (wyjątek pozycja
pionowa z góry na dół),
− elektrody w otulinie rutylowo-zasadowej – oznaczone symbolem RB, w skład tej otuliny
wchodzą duże ilości butylu, a także składników zasadowych, można je stosować do
spawania we wszystkich pozycjach (wyjątek pozycja pionowa z góry na dół),
− elektrody w otulinie zasadowej – oznaczane symbolem B, otulina zawiera zwykle duże
ilości węglanów ziem alkalicznych, czyli np.: węglany wapnia lub fluorytu, elektrody
takie są odporne na pękanie w niskich temperaturach mają również niewielką skłonność
do gorących pęknięć, można je stosować do spawania we wszystkich pozycjach (wyjątek
pozycja pionowa z góry na dół – do spawania w tej pozycji stosuje się elektrody
zasadowe ze specjalnym składem otuliny).
Każda otulina wywiera pewien wpływ na proces spawania oraz spoinę, to jest:
1) Składniki otuliny ułatwiają zajarzenie elektrody poprzez odpowiednią jonizację, mają
również pozytywny wpływ na stabilność oraz elastyczność łuku.
2) Jeśli łuk jest stabilny to metal spokojnie przepływa do spoiny dając maksymalną ilość
spoiwa, bez odprysków.
3) Otulina ma właściwości ochronne względem ciekłego metalu przenoszonego w łuku oraz
w jeziorku. Taką ochronę zapewniają gazy, które powstają w wyniku spalania oraz
rozkładu składników otuliny, tworzą one stożek o pewnym nadciśnieniu, co
uniemożliwia dostanie się powietrza do przestrzeni łuku. Z otuliny powstaje żużel, który
chroni ciekły metal z jeziorka i spoiny przed utlenianiem się i naazotowaniem.
4) Składniki otuliny również wiążą szkodliwe gazy takie jak tlen, azot czy wodór, gazy te
w postaci związków chemicznych wydalane są do żużla w czasie stygnięcia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
35
5) Składniki stopowe metali w procesie metalurgicznym spawania przechodzą do spoiny,
dzięki czemu uzyskuje się spoiny o lepszych właściwościach mechanicznych i zwiększa
się uzysk.
[1, s. 330]
6) Prędkość krzepnięcia i stygnięcia spoiny zmniejszana jest poprzez żużel tworzony
z otuliny, żużel ten rozpuszcza zanieczyszczenia, które wydzielane są z krzepnącej
spoiny, formułuje też kształt lica.
Oznaczenia elektrod – elektrody oznaczane są symbolami literowymi oraz cyframi. I tak
elektrody do spawania połączeniowego stali niestopowych oraz niskostopowych będą miały
oznaczenia typu EA, EB itd., pełne oznaczenie może wyglądać w ten sposób: EA 1,46 – gdzie
E oznacza elektrodę, A – rodzaj otuliny w tym wypadku otulina kwaśna, 1 to numer elektrody
(w tym miejscu mogą się znajdować również inne cyfry nie tylko cyfra 1), 46 to oznaczenie
minimalnej gwarantowanej trwałości spoiwa elektrody na rozerwanie, zatem 46 jest skrótem
od liczby 460 MPa. Tego rodzaju oznaczenia znajdują się zwykle na powierzchni otuliny.
W Polsce elektrody klasyfikuje się według normy PN-EN 499 (dostosowana do wymagań
międzynarodowej organizacji normalizacyjnej ISO 2560), norma to zawiera podział elektrod
nie tylko ze względu na wytrzymałość. Zatem opis elektrod może być obszerniejszy i będzie
zawierał w sobie również informacje o temperaturze, badaniach udarności, pozycji spawania
oraz prądzie spawania. Taki poszerzony opis może wyglądać w sposób następujący: E 350
RA 22 gdzie E oznacza elektrodę, 35 – to wytrzymałość spoiwa na rozciąganie 350 MPa,
0 – temperatura badania udarności spoiwa 0°C, RA – rodzaj otulin w tym przypadku otulina
rutylowo-kwaśna, 2 – pozycja spawania (wszystkie z wyjątkiem pozycji z góry na dół),
2 – prąd spawania (stały -).
Elektrody specjalne służące do spawania połączeniowego stali nisko i wysoko stopowych
oznaczane są symbolem ES. Ponieważ elektrody te zawierają molibden, chrom i nikiel
w
oznaczeniu elektrody znajdują się liczny odzwierciedlające procentowy udział
poszczególnych pierwiastków (liczby 18 lub 24 to udział chromu, 8 i 18 to udział niklu, 2 to
molibden, a 6 to mangan), oczywiście znajdują się też symbole literowe określające rodzaj
otuliny. Elektrody do napawania oznacza się symbolem EN, oprócz liter w ich opisie znajdują
się oczywiście liczby takie jak np.: 200 lub 400, które oznaczają średnia twardość warstwy
napawanej, na końcu znajduje się oczywiście litera określająca rodzaj otuliny.
Elektrody żeby zachowały wszystkie swoje właściwości muszą być odpowiednio
przechowywane. Przede wszystkim powinny być przechowywane w pomieszczeniach
o temperaturze co najmniej 20°C, w miejscach przewiewnych. Powinny być ułożone na
drewnianej powierzchni warstwami z tym, że jeśli jedna warstwa jest wzdłuż to druga
powinna być w poprzek. Otuliny z racji właściwości higroskopijnych pochłaniają wodę
w zetknięciu z powietrzem, jeśli nie wejdzie ona w reakcje ze składnikami otuliny elektrody
można wysuszyć i w ten sposób odzyskać ich właściwości. Zawilgocone elektrody łatwo
poznać po wykwitach białych kryształów, które są wynikiem reakcji chemicznej wilgoci ze
składnikami otuliny. Należy pamiętać, że elektrody w otulinie rutylowej i kwaśnej powinny
być suszone przez godzinę w temperaturze 110-120°C, natomiast elektrody w otulinie
zasadowej przez półtorej do dwóch godzin w temperaturze 200-350°C.
Do spawania elektrodami otulonymi, a także nieotulonymi, stosuje się trzy rodzaje
urządzeń, które wytwarzają prąd o wysokim natężeniu i niskim napięciu, są to:
− przetwornice spawalnicze (prąd stały),
− transformatory spawalnicze (prąd zmienny),
− prostowniki spawalnicze (prąd stały).
Przetwornice spawalnicze składają się z prądnicy spawalniczej oraz silnika napędowego
(elektrycznego asynchronicznego trójfazowego lub spalinowego).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
36
Rys. 12. Przetwornice spawalnicze: a) typu EW23u-300A b) typu EWPa- 315 [2, s. 230]
Każda przetwornica ma regulację natężenia prądu, dobiera się je w zależności od
średnicy elektrody oraz grubości spawanego materiału. Przetwornice uruchamia się za
pomocą przełącznika określanego mianem „gwiazda – trójkąt”. Polega to na tym, że najpierw
ustawiamy przełącznik w pozycji „gwiazdy” i tak pozostawiamy go na 15 do 20 sekund, by
w tym czasie wirnik osiągnął właściwą prędkość obrotową. Następnie przestawiamy do
pozycji „trójkąta”, w tej pozycji przetwornica działa normalnie. Czasem bywa, że do prac
spawalniczych potrzebne jest natężenie prądu większe niż może dać jedna przetwornica,
można wówczas połączyć ze sobą dwie lub więcej przetwornic. Sprawnie działające
urządzenia uzyskujemy poprzez połączenie przewodem miedzianym wszystkich zacisków
w przetwornicach oraz połączenie zacisków + i – równolegle przewodami spawalniczymi.
Ważne jest by wszystkie wspólnie działające przetwornice były ustawione na takie samo
natężenie.
Agregaty spawalnicze składają się z silnika spalinowego oraz prądnicy lub prostownika
spawalniczego. W produkcji jest wiele rodzajów agregatów niektóre są osadzone na
podwoziu co umożliwia ich łatwe przemieszczanie, różnią się też miedzy sobą maksymalnym
prądem spawania, który jest podany w oznaczeniu, np.: AS 240. Agregaty są urządzeniami
dość uniwersalnymi można je stosować nie tylko do spawania, ale także jako generatory
prądu stałego, służą też do zasilania półautomatów spawalniczych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
37
Rys. 13. Agregat spawalniczy na podwoziu jezdnym. [2, s. 234]
Transformatory spawalnicze działają na zasadzie przetwarzania prądu przemiennego
o napięciu sieciowym na prąd przemienny o niższym napięciu, ale za to wyższym natężeniu
(jest ono niezbędne do zajarzenia się łuku elektrycznego). W produkcji znajdują się
transformatory o sposobach regulacji natężenia prądu - z dławikiem we wspólnym rdzeniu,
oraz z bocznikiem magnetycznym.
Obecnie w Polsce produkowane są transformatory spawalnicze przenośne, oraz na
kołach. Transformatory podłącza się do sieci energetycznej prądu przemiennego. Jedna z cech
transformatorów jest ich charakterystyka statyczna stromoopadająca – oznacza to, że przy
zajarzeniu łuku elektrycznego w transformatorze wzrasta natężenie prądu o 20 do 40%
w stosunku do ustawionej. Urządzenia te są wyjątkowo ekonomiczne, gdyż prąd pobierają
tylko podczas pracy zatem będąc na biegu jałowym nie czerpią prądu. Ponieważ
w transformatorach znajdują się tylko części stałe, nie ulegają one szybkiemu zużyciu.
Prostowniki spawalnicze przetwarzają prąd przemienny na prąd stały, który umożliwia
spawanie czyli ma niskie napięcie i wysokie natężenie. Składają się z trójfazowego
transformatora, układu regulacji natężenia i układu prostowniczego prądu przemiennego na
prąd stały. W produkcji krajowej znajdują się prostowniki spawalnicze:
− Z regulacją prądu za pomocą transduktora – taki prostownik składa się z trójfazowego
transformatora, transreduktora i prostownika. Transformator zamienia prąd przemienny
o wysokim napięciu i małym natężeniu na prąd o niskim napięciu i wysokim natężeniu,
transreduktor reguluje prąd spawania za pomocą opornika, a prostownik zmienia prąd
przemienny na prąd stały.
− Z regulacją prądu za pomocą odmagnesowanych boczników – składa się z trójfazowego
transformatora i prostownika. Trójfazowy transformator zamienia prąd przemienny
o wysokim napięciu i małym natężeniu na prąd o niskim napięciu i wysokim natężeniu,
ponieważ transformator ma wbudowane boczniki magnetyczne one dokonują regulacji
prądu spawania, a prostownik zmienia prąd przemienny na prąd stały.
Poza prostownikami jednostanowiskowymi w produkcji krajowej znajdują się również
prostowniki inwentorowe. Zasilane są one napięciem o częstotliwości 50
÷60 Hz, ponieważ
zamontowane są w nich falowniki wysokonapięciowe, transduktory mocy, które umożliwiają
wewnętrzną przemianę częstotliwości powyżej 16 kHz. Cecha ta warunkuje ich zalety
w postaci małych gabarytów, małego ciężaru wysokich wskaźników energetycznych,
dokładnej regulacji natężenia prądu oraz miejscowej i zdalnej regulacji prądu.
Prostowniki wielostanowiskowe stosowane są w dużych zakładach lub ośrodkach
spawalniczych gdyż jak sama nazwa mówi mogą służyć do zasilania nawet kilkunastu
stanowisk spawalniczych. W Polsce produkowane są dwie wersje tego rodzaju prostowników:
typu SBA-50/2500 (zasila do 24 stanowisk spawalniczych) oraz typu SBA-50/1250 (zasila 12
stanowisk spawalniczych). Taki prostownik składa się z szafy transformatorowej
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
38
(transformator trójfazowy suchy), szafy prostownikowej i rezystorów (regulują prąd
spawania).
Prostowniki maja kilka istotnych zalet miedzy innymi wytwarzany przez nie łuk ma dużą
elastyczność. Posiadają czułe regulacje natężenia prądu. Umożliwiają spawanie cienkich
blach we wszystkich pozycjach, dodatkowo zużywają niewiele energii, są tanie
w konserwacji i naprawach oraz nie są tak hałaśliwe jak na przykład przetwornice.
Wykonywanie spoin elektrodą otuloną – wiadomo, iż znając dobrze podstawy
teoretyczne prowadzenia końca elektrody łatwo opanujemy praktykę. Najważniejszą pozycją
spawania jest pozycja podolna, należy pamiętać, że wszystkie inne pozycje są
przymusowymi, czyli pozycjami montażowymi. Podczas spawania w tej pozycji elektrodę
należy prowadzić pod kątem 20
÷50° do kierunku spawania (kąt jest istotny gdyż decyduje o
gładkości powierzchni). Grubość otuliny ma istotny wpływ na technikę prowadzenia
elektrody im grubsza warstwa otuliny tym większy kąt nachylenia elektrody.
Rys. 14. Prowadzenie końca elektrody o różnej grubości otuliny [1, s. 339 b)]
Ścieg graniowy jest ściegiem pierwszym i jednocześnie mającym największy wpływ na
jakość spoiny. Każdy następny ścieg należy wypełniać możliwie płasko – tak by nie tworzyły
się ostre krawędzie na bokach ściegu, które będą się wypełniały żużlem (jest on trudny do
usunięcia). Dodatkowo na jakość spoiny wpływa też prawidłowość dobrania średnicy
elektrody. Spoiny wykonuje się albo ściegiem prostym albo zakosowym.
Rys. 15. Spawanie w pozycji podolnej: ściegi prosty i zakosowy. [1, s. 340]
Spawanie w pozycji nabocznej – podczas spawania tą metodą płynne spoiwo może
rozpływać się po ścianie poziomej. Jeśli dodatkowo elektroda była niewłaściwie ustawiona
powoduje to powstanie spoiny o niesymetrycznym trójkącie. Spoiny pachwinowe
wielościegowe wykonywane w pozycji nabocznej układa się ściegami prostymi.
Spawanie w pozycji pionowej z góry na dół – jak wiadomo spawać w tej pozycji można
wszystkimi elektrodami otulonymi, aczkolwiek przy takiej pozycji ciekły metal i żużel
ściekają na dół. Zatem masa ciekłego metalu i żużla w jeziorku powinna być jak najmniejsza,
aby mogła być utrzymana przez strumień łuku elektrycznego. Elektroda powinna być
prowadzona łukiem krótkim, pod kątem 10
÷20° odchylenia w dół do linii prostopadłej do
spoiny. Żeby zapobiec powstawaniu podtopień, które pojawiają się czasem podczas
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
39
prowadzenia lica w spoinach czołowych, należy przed rozpoczęciem spawania wyszlifować
dwa rowki na krawędziach spoiny a elektrodę prowadzić ósemką.
Spawanie w pozycji naściennej – podstawową zasadą jest ukosowanie złączy do spawania
naściennego, dzięki temu zużywa się mniej spoiwa a płynny metal lepiej się trzyma. Przy tej
pozycji powinny być stosowane elektrody o średnicy 2,5 do 4 mm i ścieg prosty. Elektroda
powinna być ustawiona prostopadle do ściegu, samo lico można wykonać przy pomocy
ściegu zakolowego.
Rys. 16. Spoina czołowa naścienna: a) ściegi proste, b) ścieg lica zakosowy [1, s. 343]
Spawanie w pozycji pułapowej – jest ono stosowane tylko i wyłącznie w montażu, oraz
naprawach. Do spawania stosuje się elektrody o średnicy 4mm, grubo otulone, a natężenie
prądu powinno być o 10% wyższe od tego stosowanego przy pozycji podolnej. Elektroda
powinna być prowadzona łukiem krótkim, prostopadle do spoiny i pochylna pod kątem
15
÷20° w kierunku układanej spoiny.
Rys. 17. Spawanie w pozycji pułapowej:
a) kąty prowadzenia elektrody, b) spoina czołowa, c) spoina pachwinowa, d) napawanie. [1, s. 344]
Spawanie łukowe różnych materiałów. Spawanie stali niestopowych – wśród nich można
wyodrębnić trzy grupy: stale dobrze spawane, które zawierają do 0,25% węgla, stale
o ograniczonej spawalności zawierające 0,25%
÷0,4% węgla, oraz stale trudno spawalne, czyli
takie gdzie zawartość węgla przekracza 0,4%. Stale należące do pierwszej grupy (poniżej
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
40
0,25% węgla) można spawać dużym zakresem natężenia prądu, można stosować dowolne
ściegi i spawać w temperaturze poniżej 0°C. Wszelkiego rodzaju występujące naprężenia, są
łagodzone odkształceniem plastycznym. Aby zapobiec zbyt szybkiemu stygnięciu, które
powoduje powstawanie pęknięć można podgrzać materiał spawany do temperatury
200
÷300°C. Inną metodą zapobiegającą pęknięciom jest stosowanie niskiego natężenia prądu
spawania i wykonywanie pierwszego ściegu krótkim łukiem tak, by był dość gruby. Należy
zapamiętać, iż stale zawierające powyżej 0,25% węgla nie mogą być spawane w temperaturze
0°C oraz nie powodują one odkształceń plastycznych, które mogą złagodzić naprężenia.
Stale niskostopowe – to takie, w których zawartość składników stopowych nie przekracza
2,5%. Pierwiastki takie jak mangan, krzem, chrom, nikiel, wanad, molibden mają pozytywny
wpływ w postaci zwiększenia właściwości mechanicznych, czy też zwiększenia
wytrzymałości materiału, odporności na korozję, żaroodporności, ale tym samym powodują
większą hartowność, która jest przyczyną pękania stali oraz trudności z otrzymaniem spoiny
o takich samych właściwościach jak materiał spawany. Można jednak temu zapobiec kierując
się następującymi wskazówkami:
− należy starannie przygotować brzegi metali przed spawaniem,
− zwiększając średnice elektrody oraz natężenie prądu spawania zapobiega się
podhartowaniu,
− utrzymanie przez odpowiedni czas materiału i strefy wpływu w temperaturze 200÷350°C
zapobiega hartowaniu, dodatkowo należy spawać wielościegowo, sposobem
kaskadowym,
− podgrzewając stale przed, w trakcie i po spawaniu zmniejszamy szanse na powstanie
pęknięć,
− koniecznością jest też stosowanie naprężania odprężającego.
Stale wysoko stopowe tak samo jak niskostopowe zawierają domieszki innych
pierwiastków z tym, że ich zawartość przekracza 2,5%. Takie stale mają duży współczynnik
skurczu i słabo przewodzą ciepło. Choć wszystkie stale wysokostopowe są trudne do
spawania to jednak te zawierające duże ilości chromu nastręczają dużych trudności w postaci
łatwości pękania podczas procesu spawania, wytwarzające się tlenki chromu utrudniają
łączenie spoiwa z metalem, oraz ograniczają jej odporność na korozje. Podczas spawania
grubych stali wysokostopowych należy podgrzewać je do temperatury 150
÷200°C, a po
zakończeniu całego procesu spawania studzić bardzo powoli. Zaleca się również wyżarzanie
w temperaturze 600
÷850°C. Stale wysokostopowe chromowe, kwasoodporne i żaroodporne
nie nastręczają dużych trudności w spawaniu łukowym elektrodami otulonymi, jednakże
podczas tego procesu powstają silne odkształcenia spawalnicze, oraz naprężanie, które są
przyczyną pękania.
Spawanie żeliwa może odbywać się łukiem elektrycznym zarówno na zimno jak i na
gorąco. Spawanie na zimno łukiem elektrycznym musi odbywać na tyle wolno, by spawany
materiał nie podgrzał się do temperatury wyższej niż 60
÷70°C. Aby spawanie przyniosło
oczekiwane rezultaty należy przed jego rozpoczęciem dokładnie określić rodzaj żeliwa, to
znaczy, czy jest ono szare czy białe. Należy również ustalić rozmiar pęknięcia, na jego
końcach trzeba wywiercić otwory (1/3 średnicy grubości metalu), które zapobiegną
powiększeniu się pęknięcia. Brzegi należy oczyścić bardzo dokładnie oraz zukosować.
Spawać należy krótkimi odcinkami, by nie spowodować nagrzania się żeliwa. Po zakończeniu
spawania pęknięcia, trzeba zaspawać wcześniej wywiercone otwory. Żeby zapobiec
powstawaniu pęknięć oraz zmniejszyć naprężenia skurczów należy zaraz po zakończeniu
spawania to znaczy nim metal wystygnie, przemłotkować go. Do tego rodzaju spawania
używa się prądu stałego.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
41
Spawanie żeliwa na gorąco – jest znacznie lepszym sposobem niż spawanie na zimno.
Przed rozpoczęciem spawania przedmiot należy podgrzać do temperatury 700
÷800°C, jednak
trzeba pamiętać, że nie wolno nagrzewać zbyt szybko, najwyżej 100°C na godzinę.
Nagrzewanie może się odbywać w piecu gazowym bądź elektrycznym. Do tego rodzaju
spawania używa się elektrod otulonych lub pałeczek żeliwnych. Zawarty w nich krzem
i węgiel wyrównują straty tych składników powstałe podczas spawania. Spawanie powinno
być wykonywane w pozycji podolnej.
Spawanie miedzi jest procesem bardzo trudnym ze względu na dużą przewodność cieplną
tego materiału, oraz tworzenie się podczas spawania trudno topliwych tlenków miedzi. Do
spawania miedzi stosuje się elektrody miedziane otulone oznaczone zwykle symbolem ECuS
[2, s. 304]
. Spawanie odbywa się w pozycji podolnej. Blachy powinny być podniesione pod
kątem 6° do kierunku spawania. Blachy o grubości powyżej 4 mm ukosuje się na V, a grubsze
na X. Do spawania powinien być stosowany prąd stały, do elektrody podłączony powinien
być biegun dodatni. Natężenie powinno wynosić 80
÷100 A na 1 mm grubości elektrody.
Podczas spawania łuk powinien być krótki, gdyż w przeciwnym wypadku powstaną pory i
pęcherze gazowe. Ponieważ elektrody stosowane do spawania miedzi są wyjątkowo wrażliwe
na wilgoć, należy je przed spawaniem suszyć w temperaturze 350
÷400°C przez dwie lub trzy
godziny. Nie polecane jest wykonywanie spoin wielowarstwowych, gdyż przy spawaniu
miedzi w ten sposób istnieje duża rozszerzalność oraz skurcze, które powodują naprężenia,
a co za tym idzie pękanie spoin. Jeśli już decydujemy się na wykonywanie spoin
wielowarstwowych to trzeba każdą spoinę wymłotkować na gorąco – takie działanie
powoduje rozdrobnienie kryształów, czyli jednocześnie zwiększenie wytrzymałości spoiny.
Spawanie aluminium jest także procesem trudnym ze względu na dużą przewodność
ciepła aluminium oraz tworzenie się tlenków aluminium, które trudno się topią. Spawanie jest
możliwe przy pomocy elektrod aluminiowych otulonych, gdzie w otulinie znajdują się chlorki
oraz fluorki metali alkalicznych i kriolitu (taka otulina jest niehigroskopijna i trwała). Do
spawania stosuje się prąd stały, a elektrodę przyłącza się do bieguna dodatniego. Średnica
elektrody powinna być większa o 1mm od połowy grubości łączonych blach. Spoiny należy
układać ściegami prostymi, a nie zakolowymi w położeniu podolnym lub pochyłym o
45°
[2, s. 306]. Zanim rozpoczniemy spawanie blach aluminiowych, ich brzegi należy starannie
oczyścić za pomocą płomienia z wszelkiego rodzaju zanieczyszczeń, tłuszczy, czy resztek
wilgoci, następnie przetrzeć je szczotką stalową. Niezależnie od tego, czy blacha jest
ukosowana (ukosuje się blachy powyżej 6 mm – na Y lub V, powyżej 15mm na X) czy nie,
najlepiej jest spawać ją w pozycji podolnej. W blachach powyżej 2 mm, należy zostawić
odstęp (2
÷4mm), a blachy powyżej 4 mm powinny być podgrzane (200÷250°C) przed
spawaniem. Tu również należy unikać wykonywania spoin wielowarstwowych. Po
zakończeniu spawania i ostygnięciu spoiny, należy ją dokładnie oczyścić z żużlu przy
pomocy szczotki stalowej i przemyć wodą. Jeśli natomiast chodzi o spawanie stopów
aluminium, to możliwe jest to tylko przy stopach: PA1, PA2, PA4, PA11, PA20 i PA47,
wówczas stosuje się elektrody o rdzeniu ze stopu aluminiowego. Przy czym stop PA4 przy
większej grubości jest niemożliwy do spawania.
4.4.1.2. Spawanie w osłonie gazów
Spawanie w osłonie gazów jest wariantem spawania łukiem elektrycznym, w tych
metodach gaz chroni rozgrzany i płynny metal przed wpływem czynników atmosferycznych.
W zależność od zastosowanej elektrody, łuku elektrycznego i gazu ochronnego mamy do
wyboru kilka metod:
− metoda TIG (WIG – Tungsten Inert Gas) – łuk jarzy się między nietopliwą elektrodą
a materiałem w osłonie argonu lub helu,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
42
− metoda MIG (Metal Inert Gas) – elektroda metalowa topi się w osłonie argonu lub helu,
− metoda MAG (Metal Active Gas) – elektroda metalowa topi się w osłonie CO
2
(gaz
aktywny) lub jego mieszankach z innymi gazami spawalniczymi,
− spawanie plazmowe (zostanie opisane w następnym rozdziale) [3, s. 164].
Rys. 18. Metody spawania w osłonie gazów. [5]
Metody te jak wszystkie inne mają swoje wady jaki i zalety. Wady to:
− duży rozprysk metalu,
− stosowanie drutów o małej średnicy,
− niemożność wprowadzenia składników stopowych.
Pomimo tych wyżej wymienionych wad, zalety mają istotne znaczenie dla stosowania
tych metod. Do zalet należy:
− duża wydajność,
− łatwość obserwacji układania spoiny,
− dobre własności mechaniczne połączeń,
− możliwość spawania w różnych pozycjach,
− możliwość mechanizacji i robotyzacji spawania.
Każdy z zastosowanych gazów spełnia konkretne zadnie, ich użycie nie jest w żadnym
wypadku przypadkowe. I tak argon z racji swojej dużej gęstości utrzymuje atmosferę z dala
od jeziorka spawalniczego. Hel ma dużą wydajność ciepła, a to pomaga w odprowadzaniu
ciepła z łuku spawalniczego od elementu spawanego co znacznie zwiększa wytopienie.
Natomiast CO
2
poprzez chemiczne reakcje z płynnym metalem wpływa na odprowadzanie
ciepła, poprawia wytop, oraz wpływa na łagodny wygląd spoiny zmniejszając napięcie
powierzchniowe.
Metoda TIG – w tej metodzie łuk jarzy się między nietopliwa elektrodą wolframową
a materiałem spawanym znajdującym się w osłonie gazów ochronnych. Urządzenia, które
stosuje się do spawania tą metodą, mogą być zasilane zarówno prądem zmiennym jak
i stałym. Ważne jest, iż do zajarzenia się łuku konieczne będą jonizatory wielkiej
częstotliwości. Z metody tej korzysta się przy spawaniu aluminium i jej stopów (prąd
przemienny), miedzi i jej stopów (prąd stały), oraz stali wysokostopowych. Można również
spawać nią stale niskowęglowe i niskostopowe, ale nie stosuje się jej, gdyż jest ona zbyt
kosztowana w przypadku wyżej wymienionych materiałów.
Urządzenia do spawania metodą TIG budowane są w trzech wersjach, to znaczy może być
urządzenie w jednej obudowie, w którym istnieje możliwość przełączenia z prądu
przemiennego na prąd stały. Dokonuje się tego za pomocą przełącznika, takie urządzenie
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
43
może być również wykorzystywane do spawania elektrodami otulonymi. Może również
występować przystawka do spawania metodą TIG. Taką przystawkę podłącza się
w zależności od tego jaki potrzebujemy prąd albo do spawarki na prąd stały albo do
transformatora (prąd przemienny). Przystawka jest bardzo praktyczna ze względu na swoje
niewielkie rozmiary. Trzeci rodzaj urządzenia to takie, w którym w jednej obudowie istnieje
możliwość spawania metodami TIG, MIG, MAG, oraz elektrodą otuloną.
W Polsce produkowanych jest wiele urządzeń do spawania w osłonie argonu metoda TIG.
Pośród najbardziej rozpowszechnionych znajduje się urządzenie typu MONTIG-201. Służy
ono do spawania wszystkich stali, miedzi i jej stopów, oraz aluminium i jej stopów.
Rys. 19. Urządzenie do spawania metodą TIG typu MONTIG-201. [1, s. 375]
Urządzenie to w zależności od potrzeb może być zasilane prądem stałym lub
przemiennym. W części źródłowej ma ono prostownik spawalniczy oraz transformator
spawalniczy a także baterię kondensatorów, która ma na celu poprawianie stałej składowej
w prądzie przemiennym. Natomiast w części sterowniczej znajdują się oczywiście układy
sterujące, a także jonizator do zajarzenia łuku elektrycznego. Można do niego podłączyć trzy
typy uchwytów spawalniczych. Poza tym urządzenie to posiada przenośną przystawkę, której
zadaniem jest regulacja prądu spawania na stanowisku pracy.
Tabela 3. Dane techniczne urządzenia typu MONTIG-201. [1, s. 374]
Typ MONTIG-201
Przeznaczenie
Spawanie stali z metali nieżelaznych
Napięcie zasilania w V
380;220
Prąd spawania w A
50
÷200
Zużycie argonu w l/m
8
÷18
Rodzaj prądu spawania
Stały i przemienny
Masa szafki w kg
15
Innym urządzeniem służącym do spawania metodą TIG jest urządzenie IMPULS TIG-
315. Wykorzystuje ono prąd pulsujący. Prąd spawania, który zasila łuk elektryczny
przepływa jednokierunkowo, a jego wartość zmienia się skokowo między dwoma poziomami.
Cechy charakterystyczne spawania prądem pulsującym to:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
44
− do jeziorka płynnego metalu dostaje się mniejsza ilość ciepła, a to wpływa na
występowanie mniejszej ilości odkształceń,
− daje możliwość zmiany struktury spoiny przez zmianę parametrów spawania,
− większa stabilność łuku spawalniczego,
− mała strefa spływu ciepła,
− możliwość łączenia elementów różnej grubości.
Urządzenie to poza wykorzystywaniem prądu pulsującego, daje również możliwość
spawania prądem stałym elektrodami otulonymi. Wykorzystuje się je do spawania stali, oraz
tytanu, magnezu i ołowiu, czyli metali nieżelaznych.
Wiadomo, iż do spawania stosuje się również uchwyty spawalnicze. Tak więc istniej też
stanowisko do spawania metodą TIG z zastosowaniem uchwytu spawalniczego. W zależność
od potrzebnego prądu podłącza się uchwyt albo do przetwornika spawalniczego, albo do
prostownicy spawalniczej. Jeżeli stosowany jest prąd o większym natężeniu to uchwyty
chłodzi się wodą, którą pobiera się z wodociągu ewentualnie z układu zamkniętego. Zarówno
wodę jak i argon doprowadza się do uchwytu spawalniczego za pomocą zaworów
umieszczonych na instalacji przepływu. Zwykle elektrodę zajarza się, pocierając ją o materiał
spawany, jednak w ten sposób następuje szybkie zużycie elektrod. Aby ograniczyć zużycie
elektrodę zajarza się na węglu lub miedzi.
Rys. 20. Stanowisko do spawania metodą TIG [1, s. 376]
Jonizator jest to urządzenie, które stosuje się do zajarzenia łuku elektrycznego podczas
spawania w osłonie gazów (zajarzenie łuku po przez pocieranie elektrody o materiał spawany
powoduje bardzo szybkie zużycie tejże elektrody). Jonizator wytwarza wysokie napięcie,
które umożliwia zajarzenie łuku elektrycznego miedzy elektrodą a materiałem spawanym, bez
stykania się obu elementów. Jonizator, który działa prawidłowo, umożliwia przeskok iskry
z odległości 3 – 4 mm. Poza tym jonizator ma też inne zadania podczas spawania metoda
TIG, mianowicie stabilizuje łuk elektryczny przy prądzie przemiennym, oraz przy spawania
aluminium rozbija trudno topliwą warstwę tlenków aluminium powstających w tym procesie.
Należy dodać, iż przy spawaniu prądem stałym jonizator działa tylko do momentu zajarzenia
się łuku, potem następuje automatyczne wyłączenie, natomiast przy spawania prądem
przemiennym jest on uruchomiony cały czas.
Elektrody do spawania metodą TIG wykonane są z wolframu, ponieważ jest to metal
mający najwyższą temperaturę topnienia. Poza tym ma on minimalną zdolność parowania
w wysokiej temperaturze. Dodatkowo dobrze przewodzi ciepło, oraz ma niski współczynnik
rozszerzalności liniowej. Jednakże jego wadą jest, iż silnie podgrzany, rekrystalizuje co
powoduje rozrost ziaren, a te negatywnie wpływają na jakość elektrod. W celu uniknięcia
tego dodaje się do elektrod specjalne dodatki, które hamują rozrost ziaren.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
45
Argon jest gazem, który stosuje się przy spawaniu metodą TIG. Jest to gaz bezbarwny
oraz bezwonny, znajduje się w powietrzu w śladowych ilościach (0,935%). Nie wchodzi
w reakcje z innymi pierwiastkami. Argon, który jest używany do spawania, musi mieć
odpowiednią czystość. Argon z domieszką azotu uniemożliwia spawanie aluminium i jego
stopów (można je spawać argonem o czystości 99,99% Ar), jednakże nie przeszkadza
w spawaniu stali odpornych na korozję.
Techniki spawania przy zastosowaniu metody TIG. Bardzo istotne znaczenie dla
uzyskania prawidłowej spoiny ma ustawienie uchwytu spawalniczego i pałeczki spoiwa
względem materiału spawanego. Inaczej ustawia się uchwyt spawalniczy jeśli materiał jest
gruby, a inaczej jeśli jest cienki.
Rys. 21. Pochylenie uchwytu spawalniczego:
a) przy blachach cienkich, cienkich, b) przy blachach grubych. [1, s. 379]
Spawanie elektrodą nietopliwą (wolframową) w pozycji podolnej – różni się tylko
nieznacznie od spawania palnikiem acetylenowo- tlenowym. Różnica polega na sposobie
prowadzenie uchwytu spawalniczego – prowadzi się go bez ruchów bocznych, oraz na
podawaniu spoiwa – podaje się je ruchem prostym, osiowym lub ruchem bocznym. Przy
zastosowaniu tej metody istnieje pewna trudność, mianowicie zachodzi pewne
prawdopodobieństwo dotknięcia końcem pałeczki spoiwa do elektrody wolframowej, aby
tego uniknąć trzeba w momencie podawania spoiwa lekko unieść uchwyt spawalniczy.
Dodatkowo przy zastosowaniu tej metody można spawać tylko w lewo.
Spawanie w pozycji naściennej – prowadzenie uchwytu spawalniczego oraz podawanie
spoiwa odbywa się w ten sam sposób co w spawaniu w pozycji podolnej. Grubsze blachy
spawa się wieloma ściegami, ściegi układa się prosto lub zakosowo. Istotne jest, żeby przy
układaniu ściegu licowego metodą zakolową układać spoinę pod kątem 45° - dzięki temu
uzyska się płaskie lico.
Spawanie w pozycji pionowej przy układaniu spoin czołowych i pachwinowych z góry
na dół jest takie samo jak spawanie w pozycji podolnej (ten sam sposób trzymania uchwytu
i podawania spoiwa). Również przy grubych blachach układa się spoiny wielościegowe.
Metody MIG i MAG – spawanie przy pomocy elektrody topliwej w osłonie gazów
obojętnych (MIG) lub aktywnych (MAG). Podczas spawania w łuku topi się elektroda
drutowa, przesuwana przy pomocy podajnika przez styk prądowy. Drut przechodzi przez
dyszę, do której doprowadzany jest gaz osłonowy. Topiący się drut, który jest materiałem
dodatkowym, tworzy razem ze stopionymi krawędziami spawanego materiału spoinę.
Ponieważ spawanie tymi metodami przeprowadza się przy dużych gęstościach
prądowych, elektrody topią się bardzo szybko – daje to dużą wydajność. Są trzy metody
przechodzenia metalu z elektrody do spoiny:
− natryskowy,
− kroplowy,
− mieszany.
Metodą MIG spawa się te same materiały, które są spawane metodą TIG z tym, że jest
ona tańsza. Metodę MAG stosuje się do spawania stali niskowęglowych oraz
niskostopowych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
46
Przy spawaniu tymi metodami należy pamiętać, że szybkość podawania drutu (elektrody)
jest stała i nie jest zależna od napięcia w łuku elektrycznym. Długość drutu wychodzącego
z łuski zasilającej podlega samoregulacji. Istotne jest, żeby nie dopuścić do zdmuchiwania
osłony gazowej, w tym celu należy przeprowadzać spawanie w pomieszczeniach, gdzie nie
zachodzi duży ruch powietrza. Jeżeli spawanie odbywa się na zewnątrz należy zastosować
specjalne osłony.
Urządzenia do spawania metodami MIG i MAG – półautomaty typu MIG/MAG
przeznaczone są zarówno do spawania ciągłego jak i punktowego stali niskowęglowych
w osłonie CO
2
lub mieszanki tlenu i argonu, oraz stali stopowych i metali nieżelaznych
w
osłonie argonu. W urządzeniach tych w jednej obudowie znajduje się prostownik oraz
układ sterowniczy. Prostownik składa się z trójfazowego transformatora, zespołu
prostowniczego, dławika, zasilacza układu sterowania, oraz systemu chłodzenia. Uzwojenia
pierwotne i wtórne transformatora mają zaczepy, które są wprowadzone na przełączniki
regulacji dokładnej i zgrabnej prądu spawania. Przełączniki te są umieszczone na przedniej
płycie prostownika. Przy ich pomocy uzyskuje się różne charakterystyki styczne, lekko
opadające
[1, s. 362]
.
Na blok prostowniczy składają się diody krzemowe zamontowane w układzie
mostkowym. Dzięki zastosowanym w dławiku trzem zaczepom, które stabilizują prąd
spawania, uzyskuje się zmniejszenie rozprysków metalu podczas spawania. Zasilacz składa
się z transformatora i zespołu prostowniczego.
W innym urządzeniu jakim jest półautomat typu TYROS, zastosowano oparty na
tyrystorach pełnosterowalny mostek prostowniczy. Ta część umożliwia zdalne sterowanie
parametrami spawania, oraz regulacje ciągłą w całym zakresie. Istotną zaletą jest też wielkość
takiego urządzenia, prostownik, który opiera się na tyrystorach jest o 10% mniejszy i lżejszy
od klasycznego prostownika. Te półautomaty stosowane są do spawania metodami MIG
i MAG stali niskowęglowych w osłonie CO
2
oraz mieszanek gazowych a także stali
stopowych i metali nieżelaznych w osłonie argonu.
W kraju produkuje się wiele urządzeń stosowanych do spawania metodami MIG i MAG,
mogą one mieć ciągłą regulacje prądu (odznaczają się lepszymi własnościami spawalniczymi)
lub stopniową regulację prądu. W produkcji są również urządzenia uniwersalne, które
umożliwiają spawanie zarówno metodą MIG, MAG jaki i TIG – wystarczy tylko przełączyć
przycisk. Istnieją również urządzenie sterowane komputerowo, w których metodę wybiera się
za pomocą dyskietki w zależności od tego, jaki materiał będzie spawany, jaką ma grubość
i jaka zastosowana będzie pozycja spawania.
Ważnym elementem koniecznym przy spawaniu są reduktory. Wszystkie reduktory są
zbudowane na podobnej zasadzie. Reduktory stosowane do dwutlenku węgla oraz argonu są
wyposażone w rotametry (zamiast manometrów), ich zadaniem jest wskazywanie wydatku
gazu w litrach na minutę.
Przy spawaniu z wykorzystaniem CO
2
czasem stosuje się podgrzewacze. Wydostający
się z butli gaz zamarza, co powoduje przerwy w przepływie. Aby temu zapobiec montuje się
taki podgrzewacz na rurce między butlą a reduktorem. Temperaturę można regulować
w zależności od potrzeb.
Druty do spawania metodą MAG czyli w osłonie CO
2
i mieszanek gazowych muszą mieć
odpowiedni skład chemiczny. Podczas spawanie druty powinny dawać spoiwo o podobnym
składzie chemicznym do metalu spawanego, oraz uwzględniać utleniające się działanie
gazów. Tlen wchodzi w reakcje z metalem, przez co tworzona spoina ma nieodpowiednie
właściwości wytrzymałościowe oraz chemiczne. Aby temu zapobiec do drutu dodaje się
związki, które ograniczają szkodliwe działanie tlenu są to miedzy innymi: krzem (Si),
mangan (Mn), aluminium (Al) oraz tytan (Ti).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
47
Stosowane do niedawna druty do spawania stali niestopowych i niskostopowych, były
oznaczone symbolami SG1, SG2, SG3. Do spawania warsztatowego stosuje się głównie druty
o oznaczeniach: G3Si1 i G4Si1, które są odpowiednikami SG1 i SG2. Druty mają zwykle
średnice 0,8; 1,2; 1,6; 2,0; 2,4 mm – średnica drutu decyduje o gęstości prądu, a w efekcie
o głębokości wtopienia.
Technika spawania metodami MIG i MAG – blachy, których grubość nie przekracza
4 mm, można połączyć za pomocą jednego ściegu. Takie spoiny jednościegowe wykonuje się
prowadząc uchwyt ruchem jednostajnym jeśli jest to blacha cienka, na blachach grubszych
uchwyt prowadzi się ruchami bocznymi, by wykonać ten rodzaj spoiny.
Rys. 22 Spawanie jednościegowe w pozycji podolnej [1, s. 371]
Blachy, których grubość przekracza 4 mm należy przed spawaniem zukosować i spawa
się je wielościegowo w pozycji podolnej. Spoiny graniowe, krawędziowe i narożne wykonuje
się łukiem zwarciowym. Ściegi wypełniające na blachach do 8 mm grubości wykonuje się
również łukiem zwarciowym krótkim. Na blachach grubszych tj. powyżej 8 mm w pozycji
podolnej ściegi wypełniające wykonuje się łukiem natryskowym. Przy łuku natryskowym
zwiększa się wydajność spawania [1,
s.
371]. Spoiny pachwinowe wykonuje się
jednościegowo jeśli spoina ma grubość od 4
÷8 mm, powyżej 8mm wykonuje się je
wielościegowo.
Rys. 23 Wykonywanie spoin pachwinowych. [1, s. 372]
Spawanie w pozycji pionowej – można spawać zarówno z góry na dół jak i z dołu do
góry. Ten pierwszy sposób stosuje się do spawania blach cienkich poniżej 4 mm. Dzięki tej
technice można uzyskać płaskie lico, jest również duży przetop, no i oczywiście daje ona
dużą wydajność. Przy blachach grubszych stosuje się ten drugi sposób (z dołu do góry) –
wykonuje się tak ścieg graniowy, ściegi wypełniające oraz lico. Układając ścieg graniowy
uchwyt prowadzi się ruchem jednostajnie postępowym. Układając ścieg wypełniający i lico
uchwyt należy prowadzić ruchami poprzecznymi.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
48
Rys. 24 Technika wykonywania spoin czołowych w pozycji pionowej:
a) z góry na dół, b) z dołu do góry.[1, s. 372]
Usuwanie skutku skurczu spoin – wiadome jest, iż spawanie powoduje skurcze metalu,
a te są powodem naprężeń wewnętrznych oraz odkształceń. Bywa, że pewne odkształcenia są
tolerowane, ale zwykle konieczne jest ich usunięcie lub wygładzenie choćby ze względów
estetycznych. Jednakże są to działania trudne i kosztowne, niewłaściwie wykonywane może
doprowadzić do jeszcze większych odkształceń, a nawet do zniszczenia.
Mniejsze elementy można prostować na prasie poprzez wyginanie. Dokonuje się tego
przy pomocy płomienia gazowego. Podgrzewa się je, a następnie prostuje. Tego rodzaju
operacje stosuje się zwykle w produkcji seryjnej i stosuje się do tego odpowiednie narzędzia.
Rys. 25 Skutki jednostronnego grzania pręta a) prostego, b) krzywego. [1, s. 171]
Inną metoda jest podgrzewanie płomieniem gazowym, dokonuje się wtedy prostowania
i odprężania. Cała operacja polega na przykład na podgrzaniu wybrzuszenia znajdującego się
na blasze, podgrzewa się aż do ciemnoczerwonego żaru, wówczas gorący metal nie będzie
mógł się swobodnie wydłużać. Przez sąsiedztwo z zimnym metalem zacznie stygnąć
i kurczyć się, a tym samym zlikwiduje wybrzuszenie. Aby cały proces przyspieszyć można
chłodzić zimnym strumieniem powietrza lub wodą. Istotne jest, iż przez kilkakrotne
punktowe podgrzewanie blachy wprowadza się tak duże naprężenia, że pofalowana blacha
może stać się idealnie prosta.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
49
Rys. 26. Przykłady prostowania i odprężania przez podgrzewanie płomieniem gazowym. [1, s. 171]
Wykrzywione dźwigary itp. konstrukcje spawane z rur należy podgrzewać w miejscach
wypukłych. Najpierw gorący metal zostaje spęczony, następnie stygnąc wygina się w stronę
nagrzewaną i w ten sposób prostuje się. Naprężenia wewnętrzne usuwa się poprzez
stosowanie palników, które przesuwa się wzdłuż spoiny. Po zakończeniu pracy z palnikiem,
nie chłodzi się podgrzanego miejsca, ale zostawia by samo ostygło – w ten sposób dochodzi
do wyżarzenia odprężającego.
4.4.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co nazywamy spawaniem elektrycznym?
2. Na czym polega spawanie łukiem krytym?
3. Czym jest łuk elektryczny, jak powstaje i czym się charakteryzuje?
4. W jaki sposób dzielimy elektrody?
5. Czym się różnią elektrody otulone od elektrod nieotulonych i do czego służą?
6. Jakie są rodzaje otulin i jakie mają zastosowanie?
7. Jak oznaczane są elektrody?
8. Jakie urządzenia służą do spawania?
9. Czym charakteryzuje się metoda TIG?
10. Jakie urządzenie, elektrody i gazy stosuje się przy spawaniu metodą TIG?
11. Jakie pozycje spawania stosujemy przy zastosowaniu metody TIG?
12. Jakie są różnice przy spawaniu metodami MIG i MAG?
13. Jakie urządzenia, elektrody i gazy są stosowane do spawania metodami MIG i MAG?
14. Jakie pozycje spawania stosujemy przy metodach MIG i MAG?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
50
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Dobierz parametry spawania i wykonaj połączenia blach metodą spawania łukowego
wykorzystując elektrody o średnicach 2,5 i 4 mm.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z przepisami bhp i ochrony środowiska podczas prac spawalniczych,
2) przygotować stanowisko spawalnicze,
3) zgromadzić niezbędne przyrządy, urządzenia i narzędzia,
4) przygotować blachy do łączenia metodą spawania,
5) założyć odzież ochronną wykorzystywaną w pracach spawalniczych,
6) sprawdzić pod nadzorem nauczyciela stan techniczny przewodów elektrycznych, przed
włączeniem do sieci elektrycznej,
7) dobrać odpowiednie natężenie prądu spawania dla elektrody o średnicy 2 mm,
8) zajarzyć łuk elektryczny i wykonać spoinę na całej długości łączonych elementów,
9) oczyścić spoinę,
10) dobrać odpowiednie natężenie prądu spawania dla elektrody o średnicy 4 mm,
11) zajarzyć łuk elektryczny i wykonać spoinę na całej długości łączonych elementów,
12) oczyścić spoinę,
13) dokonać porównania i analizy wykonanych połączeń,
14) zapisać wnioski.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− urządzenie spawalnicze (transformator lub prostownik spawalniczy),
− narzędzia do cięcia blach,
− narzędzia do czyszczenia blach,
− odzież ochronna,
− elektrody o średnicach 2 i 4mm,
− blacha o grubości 3mm.
Ćwiczenie 2
Dobierz parametry spawania (posuw drutu i natężenie prądu) i wykonaj połączenia blach
o grubości 5mm w pozycji podolnej metodą MAG.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z przepisami bhp i ochrony środowiska podczas prac spawalniczych,
2) przygotować stanowisko spawalnicze,
3) zgromadzić niezbędne przyrządy, urządzenia i narzędzia,
4) przygotować blachy do łączenia metodą spawania,
5) założyć odzież ochronną wykorzystywaną w pracach spawalniczych,
6) sprawdzić pod nadzorem nauczyciela stan techniczny przewodów elektrycznych, przed
włączeniem do sieci elektrycznej,
7) dobrać odpowiednie natężenie prądu spawania i posuw drutu,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
51
8) zajarzyć łuk elektryczny i wykonać odpowiednią liczbę ściegów na całej długości
łączonych elementów,
9) dokonać porównania i analizy wykonanych połączeń.
10) zapisać wnioski.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− urządzenie spawalnicze (transformator lub prostownik spawalniczy),
− narzędzia do cięcia blach,
− narzędzia do czyszczenia blach,
− odzież ochronna,
−
blacha o grubości 5mm.
4.4.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) przygotować blachy do spawania łukowego?
2) sprawdzić sprzęt przed rozpoczęciem procesu spawania?
3) zajarzyć łuk elektryczny?
4) dobrać natężenie prądu z zależności od stosowanej elektrody?
5) oczyścić spoinę?
6) przygotować stanowisko i sprzęt to spawania metodą MAG?
7) dobrać odpowiednie natężenie prądu spawania i posuw drutu?
8) wykonać odpowiednią liczbę ściegów na całej długości łączonych
elementów?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
52
4.5. Nowoczesne metody spawania
4.5.1. Materiał nauczania
Spawanie gazowe oraz spawanie elektryczne w tym spawanie w osłonie gazów należą do
tradycyjnych technologii spawania, współcześnie coraz częściej są wypierane przez
nowoczesne metody spawania, do których należą:
− spawanie wiązką elektronów,
− spawanie laserowe,
− spawanie plazmowe.
Spawanie wiązką elektronów – zwane też spawaniem elektronowym polega na stapianiu
brzegów łączonych metali strumieniem lub wiązką elektronów. Elektroda wolframowa pod
wpływem działania energii elektrycznej nagrzewa się do wysokiej temperatury i staje się
źródłem emisji elektronów.
Rys. 27. Schemat spawania elektronowego w próżni: 1 – elektroda wolframowa (katoda),
2 – anoda otworowa, 3 – urządzenie wysokiego napięcia, 4 – soczewki sterujące, 5 – zasilanie soczewek
sterujących, 6 – magnesy ogniskujące, 7 – materiał spawany, 8 – komora próżniowa,
9 – zasilanie żarzenia elektrody. [2, s. 49]
Emitowane z katody elektrony z dużą prędkością przemieszczają się w kierunku anody
(materiał spawany). Strumień elektronów może mieć średnicę od 0,3 mm do 1 mm.
W momencie zderzenia z materiałem spawanym traci część swojej energii, która zmienia się
na ciepło. Ilość wydzielanego ciepła w tym przypadku może być nawet do 1000 razy większa
niż np.: przy spawaniu łukowym elektrodami otulonymi. Taka ilość ciepła umożliwia szybkie
stapianie się materiałów, również tych uważanych za trudno topliwe.
Podczas spawania tą metodą zachodzi zjawisko nazywane ogniskowaniem wiązki,
występuje ono na skutek jonizacji par metali. Ogniskowanie wiązki, wraz z dużą ilością
wydzielanej energii sprawiają, że wiązka przenika w głąb metalu wyjątkowo łatwo co daje
bardzo wąską spoinę. Takiej spoiny nie sposób uzyskać przy zastosowaniu żadnej innej
metody.
Spawanie wiązką elektronów odbywa się zazwyczaj w próżni wynoszącej ok. 0,0133 Pa
– jest to główny powód niestosowanie tej metody na skale przemysłową. Stosuje się ją do
spawania niewielkich elementów wykonanych między innymi z:
− wolframu,
− molibdenu,
− tantalu,
− tytanu,
− wanadu,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
53
− niobu,
− berylu,
− cyrkonu.
Rys. 28. Przykład elementów spawanych wiązką elektronów. [3, s. 167]
Do zalet spawania wiązką elektronów zaliczamy:
− możliwość spawania materiałów różniących się własnościami fizycznymi,
− możliwość spawania materiałów o bardzo małych przekrojach,
− uzyskiwanie spoiny o bardzo dużym stopniu czystości,
− małe odkształcenia spawalnicze w złączu,
− bardzo małą strefę wpływu ciepła,
− możliwość spawania we wszystkich pozycjach.
Do wad zaliczamy:
− wysoki koszt stanowiska,
− ograniczoną wielkość spawanych przedmiotów,
− konieczność zabezpieczenia przed promieniowaniem.
Rys. 29. Schemat urządzenia do spawania wiązką elektronów: 1. katoda, 2. anoda,
3. soczewki elektromagnetyczne, 4. wzierniki, 5. spawany przedmiot, 6. stolik roboczy,
7 pompa dyfuzyjna, 8. próżniomierz, 9. pompa.[3, s. 168]
Spawanie wiązką elektronów stosowane jest zwykle tam, gdzie wymagane jest
stworzenie połączenia o wysokich własnościach, czyli między innymi w przemyśle
elektrotechnicznym, w przemyśle samochodowym, a także w technice jądrowej oraz
energetyce. Grubość spawanych materiałów może się wahać od 0,05mm do 300mm. Metody
tej nie można stosować do spawania cynku, jego stopów, a także żeliwa szarego i
niskowęglowych stali nieuspokojonych.
Spawanie laserowe – jest obecnie najnowocześniejsza metodą spawania. Laser jest to
niezwykle spójna wiązka ciepła o bardzo wysokiej temperaturze. Gęstość mocy promienia
laserowego jest rzędu gigawatów na 1 cm
2
. Wiązka ciepła lasera jest wystarczająca do
stopienia metalu. Efekty można maksymalizować łącząc wiązkę światła ze strumieniem gazu
wydostającego się pod ciśnieniem z dyszy palnika.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
54
Generalnie mówiąc metoda ta polega na topieniu przedmiotów ciepłem otrzymanym
w wyniku doprowadzenia do złącza skoncentrowanej wiązki światła o dużej gęstości energii.
[3, s. 168]
Najpopularniejsze lasery stosowane obecnie w przemyśle są to lasery CO
2
mające moc
maksymalną 10 kW. Wykorzystuje się je do spawania oraz cięcia. W produkcji oraz użytku są
również lasery molekularne CO
2
, których moc maksymalna wynosi 25 kW.
Rys. 30. Schemat działania lasera gazowego. [3, s. 168]
Spawanie laserowe ma kilka istotnych zalet, należą do nich między innymi:
− wiązkę laserową można przesyłać w powietrzu na znaczną odległość,
− wiązka laserowa nie podlega działaniu pola magnetycznego,
− podczas tego spawania nie powstaje promieniowanie X.
Jednakże jak wszystko ma też wady, a są nimi przede wszystkim znaczne koszty
zastosowania tej metody oraz ograniczona grubość spawanych materiałów, nie może ona
przekroczyć 15 mm.
Rys. 31. Połączenia uzyskane przy pomocy spawania laserowego. [3, s. 169]
Spawanie laserowe stosuje się głównie w przemyśle motoryzacyjnym do spawania
karoserii oraz podwozi samochodowych, a także w przemyśle maszynowym do spawania
części maszyn takich jak koła zębate, półosie napędowe, pierścienie synchronizatorów i wielu
innych. Znalazło również zastosowanie w przemyśle kosmicznym, lotniczym, elektronicznym
oraz medycznym. Laserem można spawać te same materiały, które spawa się wiązką
elektronów. Istotne jest, iż przy zastosowaniu tej metody naprężenia i odkształcenia
pojawiające się przy zastosowaniu tradycyjnych metod spawania prawie nie występują.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
55
Rys. 32. Przykład spawania laserem rozdzielacza ze stali nierdzewnej (wg TRUMPF GmbH). [2, s. 50]
Spawanie plazmowe – polega ono na stapianiu brzegów za pomocą łuku plazmowego,
który powstaje pomiędzy elektrodą wolframową, a spawanym materiałem. Plazma to
strumień zjonizowanego gazu którym zwykle jest argon. Plazma dopływa do dyszy palnika,
tam następuje koncentracja wolnych elektronów, jonów oraz pojedynczych atomów – to
wszystko wytwarza bardzo wysoką temperaturę, która sięga nawet do 10000°C.
Rys. 33. Schemat palnika plazmowego: 1. katoda, 2. dysza plazmowa, 3. łuk plazmowy, 4. izolacja,
5. osłona gazowa, 6. źródło zasilania łuku głównego, 7. źródło zasilania łuku pomocniczego,
8. jonizator .[3, s. 170]
Ze względu na budowę urządzeń, spawanie plazmowe można podzielić na dwa rodzaje,
mianowicie jest spawanie mikroplazmowe, które dotyczy łączenia cienkich materiałów
o grubości 0,1
÷1,5 mm przy zastosowanym natężenia prądu rzędu 20 A. Drugi rodzaj to
spawanie plazmowe, które zajmuje się łączeniem materiałów o grubości przekraczającej
1,5 mm z zastosowaniem natężenia prądu powyżej 20 A. Wykorzystuje się je głównie do
spawania stali wysokostopowych oraz wszystkich stopów metali nie żelaznych z wyjątkiem
aluminium i jego stopów.
Spawanie plazmowe można wykonać zarówno z dodatkiem jak i bez dodatku spoiwa.
Elementy, które będą podlegały spawaniu plazmowemu, należy przed całym procesem
starannie przygotować. Do spawania mikroplazmowego w kraju stosuje się miedzy innymi
urządzenie typu FP1-15, które jest dostosowane do spawania prądem stałym o natężeniu
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
56
prądu między 0,5 a 20A. Innym urządzeniem, które jest używane do spawania
mikroplazmowego jest MSP-51. Stosuje się je głownie do ręcznego spawania stali nisko
i wysokostopowych, a także metali nieżelaznych oczywiście z wyjątkiem aluminium oraz
magnezu. Spawane mogą być elementy o grubości pomiędzy 0, 1 a 2 mm, przy
zastosowanym natężeniu prądu do 20A.
Rys. 34. Urządzenie inwertorowe do spawania mikroplazmowego typu MSP-15. [2, s. 48]
4.5.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie są nowoczesne metody spawania?
2. Na czym polega spawanie wiązką elektronów?
3. Jakie materiały można spawać wiązką elektronów?
4. Jakie są wady i zalety spawania wiązką elektronów?
5. Co nazywamy spawaniem laserowym?
6. Co nazywamy spawaniem plazmowym?
4.5.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Opisz schemat palnika plazmowego i opisz proces spawania plazmowego. (załącznik 3)
Sposób
wykonania
ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z literatura wskazaną przez nauczyciela,
2) zapoznać się z budową palnika plazmowego,
3) opisać schemat palnika,
4) opisać proces spawania plazmowego,
5) dokonać analizy ćwiczenia,
6) zapisać wnioski.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− załącznik 3,
− palnik plazmowy,
− instrukcja obsługi palnika plazmowego.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
57
Załącznik 3
Karta ćwiczenia
Imię i nazwisko........................................................................................................................
Opisz schemat palnika plazmowego i scharakteryzuj proces spawania plazmowego.
Wykonaj ćwiczenie korzystając z tabeli.
LP Nazwa
elementu
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Opisz proces
spawania
plazmowego
4.5.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) opisać schemat palnika plazmowego?
2) scharakteryzować proces spawania plazmowego?
3) określić miejsca i materiały, przy których stosujemy spawanie
plazmowe?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
58
4.6. Cięcie termiczne
4.6.1. Materiał nauczania
Ciecie termiczne metali jest to cięcie metali przy pomocy palnika tlenowego (zwanego
też acetylenowo – tlenowym). Cięcie tlenem polega na utlenianiu metalu w atmosferze
czystego tlenu. Powstające podczas cięcia tlenki metali szybko się stapiają i silnym
strumieniem tlenu zostają wydmuchiwane na zewnątrz, w skutek czego powstaje wąska
szczelina dzieląca przedmiot na dwie części. [2, s. 197]
Utlenianie metalu następuje wyjątkowo szybko zwłaszcza, jeśli metal jest nagrzany oraz
znajduje się w atmosferze tlenu. Istnieje oczywista prawidłowość, że im wyższa jest
temperatura metalu, tym szybciej postępuje proces utleniania. Cięcie stali przy pomocy
palnika polega na tym, że podgrzewa się ja do odpowiednio wysokiej temperatury wówczas
tlen spala żelazo na tlenek żelaza. Tlenki żelaza, które powstają podczas cięcia rozpuszczają
w sobie żelazo i tworzą z nim tym samym żużel (80% tlenku żelaza, 20% czystego żelaza).
Pomimo
tego,
że cięcie tlenem daje świetne efekty to jednak nie wszystkie materiały
można ciąć tlenem, muszą one spełniać następujące warunki:
− temperatura zapłonu metalu musi być niższa od temperatury jego topliwości,
− temperatura topnienia tlenków tego metalu powinna być niższa od temperatury
topliwości tego metalu,
− reakcja spalania metalu w tlenie powinna być egzotermiczna, czyli powinno wydzielać
się ciepło, aby mógł nastąpić proces cięcia,
− przewodnictwo cieplne ciętego metalu powinno umożliwiać nagrzanie metalu
płomieniem palnika do temperatury zapłonu.
[1, s. 266]
Podsumowując te wszystkie zasady uzyskujemy odpowiedź – ciąć tlenem można tylko
stale węglowe, czyli niestopowe. Ponieważ temperatura topnienia tej stali jest uzależniona od
zawartości węgla. Im więcej węgla tym temperatura topnienia jest niższa. Temperatura
topnienia tlenków żelaza jest stała i wynosi 1370°C. Wynika z tego, że zwiększona zawartość
węgla utrudnia proces cięcia, bo temperatura topnienia metalu przybliża się do temperatury
topnienia tlenków. Dlatego należy zapamiętać, iż cięciu podlegają tylko i wyłącznie metale
zawierające 1,6% węgla. Metale, które zawierają więcej niż 1,6% nie dają się ciąć, podobnie
jak stale stopowe chromowe, aluminium i miedź.
Tabela 4. Możliwości cięcia tlenem niektórych metali [2, s. 198]
Metal Temperatura
topnienia
metalu w °C
Temperatura topnienia
tlenków w °C
Możliwości cięcia
Stal niskowęglowa 1480
1370
Cięcie łatwe
Żeliwo 1200
1370
Cięcie trudne
zwykłym palnikiem
Miedź 1083
1336
Cięcie niemożliwe
zwykłym palnikiem
Aluminium
660
2050
Cięcie niemożliwe
zwykłym palnikiem
Chrom 1600
1990
Cięcie niemożliwe
zwykłym palnikiem
Podczas cięcia stali, zwłaszcza tej grubszej, istotne znaczenie ma również czystość
samego tlenu. Jeżeli tlen jest zanieczyszczony spada prędkość cięcia oraz zwiększa się
zużycie tlenu. Głównym zanieczyszczeniem tlenu jest azot – którego obecność w tlenie
podczas ciecia powoduje utwardzenie krawędzi ciętego metalu. Zatem do cięcia stosuje się
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
59
tlen techniczny I i II gatunku o czystości 99,5% i 99%. Przy cięciu automatycznym można
stosować tylko I gatunek. Do cięcia stosowane są również inne gazy – propan-butan, gaz
miejski, gaz ziemny oraz wodór (stosowany tylko do cięcia pod wodą ze względu na fakt, iż
jest droższy od acetylenu).
Do cięcia tlenem można stosować takie same palniki jak do spawania. Przy tego typu
palnikach można ciąć metal o grubości do 100 mm, bywa że podczas cięcia zużywają się
dysze tnące a czasem też dysze podgrzewające, które należy wymienić by kontynuować
cięcie. Niektóre palniki posiadają dysze rowkowe – ich charakterystyczną cechą są rowki,
które nagrzewają metal z większą siłą, co znacznie przyspiesza szybkość cięcia. Rowkami
płynie mieszanka tworząca płomień podgrzewający, a środkiem dyszy płynie tlen tnący.
Rys. 35. Schemat główki palnika do cięcia tlenem (dysze pierścieniowe):
1 – dysza podgrzewająca, 2 – dysza tnąca. [2, s. 199]
Istnieją również palniki tylko do cięcia – właśnie tego rodzaju jest palnik typu PC-
216A/X16. Jest to palnik acetylenowo-tlenowy, smoczkowy. Stosowany do cięcia stali
konstrukcyjnych, niskostopowych, których grubość waha się w granicach od 3 do 300 mm.
Każdy tego typy palnik wyposażony jest w sześć dyszy tnących oraz dwie dysze
podgrzewające.
Rys. 36. Palnik acetylenowo-tlenowy do cięcia typu PC-212-A firmy PERUN. [2, s. 200]
Prawidłowa obsługa palnika do cięcia wymaga zaznajomienia się z kilkoma
podstawowymi zasadami. Należy pamiętać zatem, że zbyt silny płomień wcale nie ułatwi
cięcia, powoduje on jedynie nadtopienie górnych krawędzi ciętego materiału oraz częste
nawroty płomienia. Poza tym intensywny płomień podgrzewający absorbuje duże ilości tlenu,
a przez to do dyszy tnącej nie dopływa tyle tlenu ile powinno. Taka sytuacja znacznie
pogarsza warunki cięcia – sam proces przebiega wolno, powstaje szeroka szczelina, pojawia
się nierówna powierzchnia cięcia no i oczywiście następuje większe zużycie gazów. Dlatego
należy pamiętać, że prawidłowy płomień do cięcia tlenem powinien być łagodny i spokojny,
gdyż służy on jedynie do podgrzewania, a to tlen ma właściwości tnące. Innym częstym
błędem jest nieprawidłowa regulacja płomienia – zawiera on za duże ilości tlenu lub
acetylenu. Zatem należy regulować płomień przy otwartym zaworze tlenu tnącego co
zapobiegnie takim sytuacjom. Otwarcie zaworu tlenu zmienia wygląd płomienia, taki płomień
nie nadaje się do cięcia, gdyż zawiera znaczne ilości acetylenu. Żeby wyregulować płomień
należy powoli przykręcić zawór acetylenu na palniki, aż nastąpi wyrównanie się jądra
płomienia, wtedy można zamknąć zawór tlenu. Trzeba również pamiętać, że przed
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
60
rozpoczęciem cięcia należy materiał nagrzać do temperatury zapłonu stali. Dopiero wówczas
można rozpocząć cięcie.
Zanim zabierzemy się do cięcia należy przygotować stanowisko do pracy, czyli:
− przyłączyć reduktory do butli,
− podłączyć węże do reduktorów,
− podłączyć węże do palnika,
− zapalić płomień (najpierw odkręcamy zawór tlenu, na pół obrotu, a następnie zawór
acetylenu i dokonujemy regulacji płomienia).
Podstawową zasadą umożliwiającą łatwe i bezproblemowe cięcie jest ustawienie główki
palnika w odległości 2 do 6 mm od materiału ciętego. Jeżeli główka palnika znajduje się
bliżej może dochodzić do stapiania się krawędzi, a to będzie wymagało dodatkowych
zabiegów, poza tym sam palnik strzela oraz gaśnie płomień. Natomiast zbyt duża odległość
powoduje powstawanie szerokiej szczeliny cięcia. Dzieje się tak, ponieważ strumień tlenu
z palnika dodatkowo pobiera z atmosfery powietrze, a to pogarsza warunki cięcia.
Rys. 37. Położenie główki palnika i jądra względem powierzchni przecinanego materiału:
a) prawidłowe, b) za niskie, c) za wysokie [2, s. 202]
Podczas cięcia istotny jest równomierny posuw palnika – takie zachowanie daje
w rezultacie gładkie i równe lico. Zanim przystąpimy do cięcia należy również odpowiednio
oczyścić metal, który będzie podlegał cięciu. Zanieczyszczenia w postaci farby, smaru czy
lakieru znacznie utrudniają cięcie.
Cięcie plazmowe – jest to jedna z nowych metod cięcia. Różni się znacznie od cięcia
tlenem. W tej metodzie czynnikiem spalającym metal jest plazma. Plazma to strumień silnie
rozgrzanych zmieszanych ze sobą gazów. Gazy składają się z jonów i elektronów
powstających z par metali i gazów. Strumień plazmy tworzący łuk elektryczny ma wysoką
temperaturę, wynoszącą ponad 20000°C, oraz dużą prędkość wypływu z dyszy palnika
(ponad 300m/s). Wysoki potencjał energetyczny łuku plazmy jest uzyskiwany dzięki
stosowaniu do cięcia mieszaniny gazów w stosunku 65% argonu i 35% wodoru, szczególnie
przy cięciu grubszych materiałów (powyżej 40 mm).
[2, s. 209]
Przy cięciu cieńszych materiałów stosuje się głównie powietrze lub tlen. Tlen, który jest
wprowadzany do łuku plazmowego tworzy związki chemiczne ze wszystkimi składnikami
wyładowania łukowego. Podczas cięcia metalu dochodzi do reakcji utleniania anody (metal)
jest to bardzo korzystne, ponieważ wzrasta energia łuku, co daje większą aktywność cięcia.
Dysze w palnikach plazmowych wykonane są z miedzi i posiadają wmontowane odporne na
wysokie temperatury.
Palnik plazmowy taki jak w półautomacie do cięcia plazmowego typu YC11-900 jak
wiadomo może osiągnąć temperaturę powyżej 20000°C. Prędkość wypływu plazmy może
wynosić od 500 do 800 m/s. Dzięki swoim właściwościom palniki plazmowe znalazły
szerokie zastosowanie do cięcia takich metali jak: żeliwo, stale wysokostopowe, miedź,
aluminium i ich stopy.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
61
Rys. 38. Półautomat do cięcia plazmowego typu YC11-900 [1, s. 275]
Cięcie laserowe – cięcie metali za pomocą strumieni lasera stanowi największe
osiągnięcie w dziedzinie technologii obróbki metali w produkcji przemysłowej. Promień
laserowy powstaje wskutek elektrycznego wzburzenia gazu laserowego, którym najczęściej
jest dwutlenek węgla CO
2
. Mogą być stosowane też inne gazy lub mieszanki, np.: argon, azot,
hel lub tlen, dobierane zależnie od rodzaju metalu ciętego i jego grubości.
[2, s. 212]
Podczas
cięcia materiał zostaje podgrzany przy pomocy lasera. Następuje stopienie materiału
w szczelinie, tworzy się tam płynny żużel. Jest on wydmuchiwany ze szczeliny przez energię
kinetyczną strumienia gazu. Cięcie laserem stosuje się do wszystkich gatunków stali oraz
metali nieżelaznych. Do zalet tego cięcia należy tworzenie wąskich szczelin, duża precyzja
cięcia, duża prędkość cięcia oraz małe odkształcenia cieplne.
Rys. 39. Schemat cięcia laserem stali niestopowej [2, s. 212]
Większość wysokostopowych stali i metali nie można ciąć przy pomocy tlenu ze względu
na powstawanie wysokotopliwych tlenków. Podczas cięcia stali wysokotopliwych i metali
nieżelaznych oraz ich stopów stosuje się metody, które pozwalają dostarczyć do miejsca
cięcia jak największą ilość ciepła koniecznego do stopienia metalu, a nie do jego spalenia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
62
Najczęściej stosowane specjalne metody cięcia to:
− tlenowo – proszkowe – w których źródłem ciepła jest proszek żelaza spalający się
w tlenie,
− łukowe i tlenowo – łukowe – w których tnie się elektrodami metalowymi lub
węglowymi, stosując niekiedy dla zintensyfikowania procesu dodatkowy nadmuch tlenu
w miejsce cięcia,
− tzw. lancą – rurą ze stali niskowęglowej, wypełnioną drutami z takiej samej stali, w
której źródłem ciepła jest spalanie się końcówki lancy w strumieniu tlenu (niekiedy druty
zastępuje się proszkiem żelaznym, podawanym strumieniem tlenu). Lance stosuje się
zarówno do przecinania materiałów metalicznych, jak i do niemetalicznych. [3, s. 172]
4.6.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co to jest cięcie termiczne metali?
2. Jakie warunki musi spełniać materiał by mógł być cięty tlenem?
3. Jak należy prawidłowo posługiwać się palnikiem?
4. Jakie są urządzenie do cięcia tlenem-ręcznego i maszynowego?
5. Co to jest cięcie plazmowe i czym się charakteryzuje?
6. Co to jest cięcie laserowe i czym się charakteryzuje?
7. Jakie są specjalne metody cięcia i czym się charakteryzują?
4.6.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wykonaj proces cięcia tlenem stali węglowej niestopowej grubości 5 mm.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby
wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z przepisami bhp i ochrony środowiska podczas prac spawalniczych,
2) przygotować stanowisko spawalnicze,
3) zgromadzić niezbędne przyrządy, urządzenia i narzędzia,
4) zgromadzić niezbędne środki ochrony osobistej,
5) przygotować próbki ze stali węglowej niestopowej do procesu cięcia tlenem,
6) założyć odzież ochronną wykorzystywaną w pracach spawalniczych,
7) sprawdzić pod nadzorem nauczyciela stan techniczny węży i palnika,
8) zapalić płomień stosując się do instrukcji,
9) wyregulować płomień,
10) wykonać proces cięcia tlenem,
11) dokonać analizy przeprowadzonego ćwiczenia,
12) zapisać wnioski.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− urządzenie spawalnicze,
− narzędzia do czyszczenia blach,
− odzież ochronna,
−
blacha o grubości 5mm.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
63
4.6.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) przygotować stanowisko pracy cięcia tlenem?
2) przygotować próbki potrzebne do procesu cięcia tlenem?
3) sprawdzić stan techniczny węży i palnika?
4) zapalić i odpowiednio wyregulować płomień konieczny do cięcia?
5) wykonać proces cięcia tlenem?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
64
5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Test zawiera 20 zadań. Do każdego z nich podane są 4 możliwe odpowiedzi. Tylko jedna
jest poprawna.
5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej
rubryce znak „X”. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem,
a następnie ponownie zakreślić poprawną odpowiedź.
6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie
na później i wróć do niego, gdy zostanie ci wolny czas.
8. Na rozwiązanie testu masz 30 minut.
ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH
1) Powierzchnia stanowiska pracy spawacza powinna wynosić co najmniej:
a) 2 m
2
.
b) 6 m
2
.
c) 4 m
2
.
d) 8 m
2
.
2) Wysokość pomieszczenia spawalni powinna wynosić nie mniej niż:
a) 2 m.
b) 4 m.
c) 3,75 m.
d) 2,75 m.
3) Spawacz podczas pracy nie jest narażony na:
a) promieniowanie świetlne.
b) promieniowanie podczerwone.
c) promieniowanie nadfioletowe.
d) promieniowanie neutronowe.
4) Uwalniając porażonego spod działania prądu nie należy:
a) wyłączać napięcie.
b) odciągać porażonego spod napięcia używając materiałów izolujących prąd.
c) odepchnąć go.
d) w razie potrzeby podjąć reanimację.
5) Obowiązek ochrony przeciwpożarowej w zakładzie pracy spoczywa na:
a) pracodawcy.
b) pracowniku.
c) inspektorze bhp.
d) straży pożarnej.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
65
6) Najkorzystniejsza pozycję do spawania to pozycja:
a) pionowa.
b) pułapowa.
c) naścienna.
d) podolna.
7) Do spawania gazowego nie jest używany:
a) tlen.
b) acetylen.
c) wodór.
d) ksenon.
8) Aby otrzymać 300 l acetylenu należy poddać reakcji z wodą:
a) 100 kg karbidu.
b) 200 kg karbidu.
c) 1 kg karbidu.
d) 10 kg karbidu.
9) Butle z acetylenem pomalowane są na kolor:
a) zielony.
b) niebieski.
c) czarny.
d) żółty.
10) Zawory butli zawierających acetylen powinny być wykonane z:
a) tworzywa sztucznego.
b) stali.
c) mosiądzu.
d) aluminium.
11) Spawanie metodą w lewo powinno się stosować do blach:
a) o grubości nie przekraczającej 3 mm.
b) o grubości od 3 do 5 mm.
c) o grubości powyżej 6 mm.
d) poniżej 6 mm.
12) Stale dobrze spawalne zawierają do:
a) 0,65% węgla.
b) 0,25% węgla.
c) od 0,25% do 0,65%.
d) powyżej 0,65%.
13) Grubość otuliny w elektrodzie cienko otulonej stanowi:
a) 40% średnicy elektrody.
b) 20% średnicy elektrody.
c) 60% średnicy elektrody.
d) 30% średnicy elektrody.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
66
14) Elektrody o otulinie kwaśnej oznaczone są literą:
a) A.
b) R.
c) C.
d) B.
15) Podczas spawania w pozycji pułapowej natężenie prądu powinno być:
a) wyższe o 10%.
b) niższe o 10%.
c) wyższe o 50%.
d) takie samo jak podczas spawania w innych pozycjach.
16) Stale niskostopowe zawierają:
a) do 10% składników stopowych.
b) do 5 % składników stopowych.
c) do 2,5% składników stopowych.
d) od 2,5% do 5% składników stopowych.
17) Elektrody do spawania metodą TIG wykonane są z:
a) molibdenu.
b) miedzi.
c) wolframu.
d) stali.
18) Do nowoczesnych metod spawania nie należy:
a) spawanie wiązką elektronów.
b) spawanie laserowe.
c) spawanie plazmowe.
d) spawanie gazowe.
19) Cięcie tlenem polega na:
a) utlenianiu metalu w atmosferze czystego tlenu.
b) reakcji tlenu z innymi gazami.
c) topieniu tlenków metalu.
d) nagrzewaniu metalu i rozerwaniu go.
20) W procesach cięcia nie jest wykorzystywany:
a) tlen.
b) wodór.
c) propan – butan.
d) argon.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
67
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko................................................................................................
Wykonywanie połączeń blachy techniką spawania
Zakreśl poprawną odpowiedź
Nr zadania
Odpowiedź Punkty
1 a b c d
2 a b c d
3 a b c d
4 a b c d
5 a b c d
6 a b c d
7 a b c d
8 a b c d
9 a b c d
10 a b c d
11 a b c d
12 a b c d
13 a b c d
14 a b c d
15 a b c d
16 a b c d
17 a b c d
18 a b c d
19 a b c d
20 a b c d
Razem:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
68
6. LITERATURA
1. Hillar J., Jarmoszuk S.: Ślusarstwo i spawalnictwo. Technika ogólna. WSiP, Warszawa
1995
2. Mistur L.: Szkolenie spawaczy gazowych i łukowych elektrodami otulonymi. KaBe S.C.,
Krosno 2001
3. Tokarz K. (red.): Mechanik pojazdów samochodowych. Techniczne podstawy zawodu
część I. Technologia Ogólna. Kogel Publishing, Wrocław 2001
Czasopisma
4. Auto expert: 5/2000, 11/2000
5. Auto Moto Serwis 2/2006
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
blacharz samochodowy 721[03] z1 04 n
blacharz samochodowy 721[03] z1 04 u
blacharz samochodowy 721[03] z1 04 n
blacharz samochodowy 721[03] z1 05 u
blacharz samochodowy 721[03] z1 03 u
blacharz samochodowy 721[03] z1 01 u
blacharz samochodowy 721[03] z1 06 u
blacharz samochodowy 721[03] z1 02 n
blacharz samochodowy 721[03] z1 01 n
blacharz samochodowy 721[03] z1 03 n
blacharz samochodowy 721[03] z1 02 u
blacharz samochodowy 721[03] z1 05 n
blacharz samochodowy 721[03] z1 06 n
blacharz samochodowy 721[03] z1 05 n
blacharz samochodowy 721[03] z1 06 u
blacharz samochodowy 721[03] z1 06 n
blacharz samochodowy 721[03] z1 01 n
więcej podobnych podstron