Spawanie stali nierdzewnych
Seria: materiały i zastosowania, księga 3
S P A WA NI E S T A L I NI E R DZ E WNY C H
Euro Inox Nota redakcyjna
Euro Inox jest stowarzyszeniem zajmujÄ…cym siÄ™ Spawanie stali nierdzewnych
rozwojem europejskiego rynku stali nierdzewnych. Wydanie drugie, kwiecień 2002
CzÅ‚onkami Euro Inox sÄ… nastÄ™pujÄ…ce organizacje i © Euro Inox, Bruksela
instytucje: Materiały i zastosowania, księga 3
" europejscy producenci stali nierdzewnych ISBN 2-87997-009-1
" krajowe organizacje zajmujÄ…ce siÄ™ rozwojem stali
nierdzewnych Wydawca
" stowarzyszenia zajmujące się wprowadzaniem Główne biuro:
dodatków stopowych Euro Inox 241 Route d'Arlon
Głównym celem działania Euro Inox jest rozwijanie 1150 Luksemburg, Wielkie Księstwo Luksemburga
świadomości na temat wyjątkowych własności Telefon [phone]
stali specjalnych i propagowanie ich szerszego Telefaks [phone]
zastosowania oraz zdobywanie nowych rynków. Aby Biuro wykonawcze:
osiągnąć ten cel, Euro Inox organizuje konferencje i Euro Inox
seminaria oraz wydaje przewodniki w formie Diamant Building, Bd. A.Reyers 80,
drukowanej i elektronicznej, co umożliwi architektom, 1030 Bruksela, Belgia
projektantom, zaopatrzeniowcom, producentom oraz Telefon [phone]
użytkownikom lepsze zaznajomienie się z tym Telefaks [phone]
materiałem. Euro Inox wspiera również techniczne i E-mail: [e-mail]
rynkowe prace badawcze. Internet: www.euro-inox.org
Autor
Pierre-Jean Cunat, Euro-Inox, Bruksela
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
Spis treści
Euro Inox dołożył wszelkich starań, aby informacje 1. Ogólna informacja o stalach nierdzewnych 2
przedstawione w niniejszym opracowaniu były 2. Metody spawania stali nierdzewnych 3
technicznie poprawne. Jednakże, zwraca się uwagę 3. Spawalność stali nierdzewnych 23
czytelnika, że materiał zawarty w opracowaniu stanowi 4. Dobór gazów ochronnych do spawania
tylko informację ogólną. Euro Inox i jego członkowie, stali nierdzewnych 24
personel i konsultanci nie przyjmują żadnej 5. Dobór materiałów dodatkowych do
odpowiedzialności za jakiekolwiek straty, uszkodzenia spawania stali nierdzewnych 25
lub szkody wynikajÄ…ce z wykorzystania informacji 6. Przygotowanie do spawania Å‚ukowego 26
zawartych w niniejszym opracowaniu. 7. Obróbka wykończeniowa złączy spawanych 28
8. Bezpieczeństwo pracy 30
9. Glosariusz : terminy i definicje 32
Rozdziały zaznaczone (*) w tekście są wzięte z
opracowania "Praca ze stalÄ… nierdzewnÄ…",
Paryż (SIRPE), 1998.
1
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
1. Ogólna informacja o stalach nierdzewnych
1.1 Austenityczne stale 1.3 Austenityczno-ferrytyczne
nierdzewne : Fe-Cr-Ni (Mo) stale nierdzewne typu Duplex :
Fe-Cr-Ni (Mo)-N
Stopy te sÄ… najbardziej popularnymi
gatunkami stali nierdzewnych, ze względu Mikrostruktura stali nierdzewnych typu
na ich doskonałą zdolność do odkształceń Duplex składa się z mieszaniny austenitu i
plastycznych, odporność na korozję ferrytu. Stale te charakteryzują się cechami
oraz spawalność. Wszystkie one są tych obu faz - podwyższoną wytrzymałością
niemagnetyczne w stanie wyżarzonym. i plastycznością. Dodatek azotu podnosi
wytrzymałość i poprawia spawalność. Są to
Skład chemiczny : C d" 0,10% - stale magnetyczne; nie utwardzają się w
16% d" Cr d" 28% - 3,5% d" Ni d" 32% - wyniku obróbki cieplnej.
(Mo d" 7%)
Skład chemiczny : C d" 0,03% -
21% d" Cr d" 26% - 3,5% d" Ni d" 8% -
1.2 Ferrytyczne stale nierdzewne : (Mo d" 4,5%) - N d" 0,35%
Fe-Cr-(Mo)
Ferrytyczne stale nierdzewne charakteryzujÄ… 1.4 Martenzytyczne stale
się niską zawartością węgla, z chromem (i nierdzewne : Fe-Cr-(Mo-Ni-V)
molibdenem) jako głównymi dodatkami
stopowymi. Aby uzyskać szeroką gamę twardości stopy
te mogą podlegać obróbce cieplnej.
Utwardzają się w wyniku obróbki cieplnej i
zawsze sÄ… magnetyczne. Uzyskana struktura martenzytyczna jest
magnetyczna.
Skład chemiczny : C d" 0,08% -
10,5% d" Cr d" 30% - (Mo d" 4,5%) Skład chemiczny : C d" 1,2% -
11,5% d" Cr d" 17% -
(Mo d" 1,8% - Ni d" 6% - V d" 0,2%)
2
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
2. Metody spawania stali nierdzewnych
2.1 Metody elektrycznego
spawania Å‚ukowego
2.1.1 Metody z zastosowaniem
elektrody z metalu trudno
topliwego
2.1.1.1 Spawanie Å‚ukowe elektrodÄ…
wolframową w osłonie gazu
obojętnego : GTAW (*)
Kierunek przesuwu
Uchwyt
70  90°
Elektroda z materiału trudno topliwego
Dysza ceramiczna
20°
Wlot gazu
Spoiwo
ochronnego
Å‚uk
y
ródło
Gaz ochronny
energii
spawania
Zasada ręcznego
Podkładka miedziana
spawania Å‚ukowego
+ gaz osłaniający
elektrodÄ… wolframowÄ… w
grań spoiny
osłonie gazu obojętnego
Na powyższym rysunku przedstawiona jest biegunowości ujemnej (DCEN  Direct
metoda spawania GTAW (Gas Tungsten Arc Current Electrode Negative lub DCSP - Direct
Welding), znana również jako metoda TIG Current Straight Polarity).W tych warunkach,
(Tungsten Inert Gas) lub WIG (Wolfram Inert strumień elektronów uderza w spawany
Gas). Energia niezbędna do stopienia element, co zwiększa wtopienie, podczas
metalu jest dostarczana przez Å‚uk gdy elektroda, wykonana zazwyczaj z
elektryczny zajarzony i utrzymywany wolframu torowanego (2% ThO2) ulega
pomiędzy elektrodą wolframową lub bardzo małemu zużyciu. Jeżeli stosuje się
ze stopu wolframowego i elementem spoiwo, to jest ono albo w postaci gołych
spawanym, w atmosferze gazu obojętnego prętów albo w postaci drutu w kręgach
lub lekko redukującej. Stale nierdzewne do spawania automatycznego. Przepływ
spawa się zawsze prądem stałym przy gazu obojętnego, który chroni strefę łuku
3
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
od otaczającego powietrza, umożliwia rozprysków i ponieważ nie ma potrzeby
utrzymanie bardzo stabilnego Å‚uku. W stosowania topnika w tej metodzie,
zależności od materiału podstawowego, gaz wyeliminowane są pozostałości
ochronny składa się głównie z mieszaniny utleniania, co upraszcza znacznie
argonu (Ar), helu (He) oraz wodoru (H2) problem końcowego czyszczenia,
(patrz część 4 - "Dobór gazów ochronnych " doskonała jakość metalurgiczna z
do spawania stali nierdzewnych"). dokładną kontrolą wtopienia i kształtu
spoiny we wszystkich pozycjach
Główne zalety tej metody zastosowanej do spawania,
stali nierdzewnych można podsumować w " dobre spoiny wolne od porów,
sposób następujący : " bardzo małe zużycie elektrod,
" łatwość opanowania techniki spawania.
" skoncentrowane z
ródło ciepła powodujące
powstanie wąskiej strefy stopienia, Grubość spawanych elementów wynosi
" bardzo stabilny Å‚uk i spokojne, niewielkie zazwyczaj od 0,5 mm do 3,5/4,0 mm.
jeziorko spawalnicze; nie ma
2.1.1.2 Spawanie Å‚ukiem plazmowym
(PAW) (*)
--
--
H. F.
Katoda
(torowany
wolfram)
y
ródło
energii
spawania
+
Kierunek przesuwu
Strumień plazmy
Zasada spawania
Jeziorko spawalnicze
plazmowego z oczkiem
Zakrzepła spoina Element spawany
+
Spawanie plazmowe jest podobne do plazma łuku jest zawężona dyszą w celu
spawania metodą GTAW. Istotna różnica wytworzenia strumienia plazmy o
między tymi metodami polega na tym, że wysokiej energii, w której uzyskuje się
4
Woda
Woda
Gaz ochronny
Gaz ochronny
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
temperatury pomiÄ™dzy 10.000°C a Przy spawaniu automatycznym, gdy uchwyt
20.000°C. jest zamontowany na wózku, stosowana
jest tak zwana metoda 'oczka'. Poprzez
W procesie spawania powszechnie zwiększenie prądu spawania (powyżej
wykorzystuje się zwężony łuk  bezpośredni 100 amperów) oraz przepływu gazu
utworzony pomiędzy elektrodą a elementem plazmowego, tworzy się wiązka plazmy o
spawanym, podczas gdy w innych dużej mocy, która może wniknąć na pełną
zastosowaniach stosuje się częściej głębokość elementu spawanego. W trakcie
zwężony łuk  niezależny . spawania, oczko stopniowo przecina metal,
a za nim spływa jeziorko spawalnicze,
Ponieważ strumień plazmy jest wyjątkowo tworząc spoinę.
wąski, nie może on zapewnić wystarczającej
ochrony dla jeziorka spawalniczego, Główną zaletą metody PAW w stosunku do
dlatego więc konieczne jest dodanie GTAW jest szczególna stabilność łuku, która
pierścieniowego strumienia gazu ochronnego powoduje :
o większej średnicy.
" powstawanie 'sztywnego' łuku, który
Gazy stosowane zarówno w tym celu, jak i umożliwia lepszą kontrolę wprowadzanej
dla tworzenia plazmy są podobne do gazów energii,
stosowanych w metodzie GTAW, mianowicie " większą tolerancję na zmiany odległości
czysty argon (Ar), mieszanki Ar - wodór (H2) pomiędzy dyszą a spawanym elementem,
do 20% H2 i Ar- hel (He) - H2. Mieszanki bez istotnej zmiany budowy spoiny,
zawierające wodór są zalecane do spawania " wąską strefę wpływu ciepła i ogólnie
austenitycznych stali nierdzewnych, lecz większą prędkość spawania,
podobnie jak w przypadku spawania " większą tolerancję na wadliwe przygo-
metodą GTAW są również stosowane do towanie, szczególnie w przypadku
stali martenzytycznych, ferrytycznych oraz spawania z oczkiem.
stali typu Duplex. Jeżeli chodzi o te ostatnie
materiały, aby zachować właściwą proporcję Normalne grubości elementów spawanych
austenitu i ferrytu w spoinie zaleca siÄ™ wynoszÄ… :
dodatek azotu (patrz część 4 - "Dobór
gazów ochronnych do spawania stali " od 0,1 mm do 1,0 mm w przypadku
nierdzewnych"). metod mikroplazmowych i miniplaz-
mowych,
Przy ręcznym spawaniu plazmowym, gdy " od 1,0 mm do 3,5 mm w przypadku
uchwyt jest trzymany w ręce, stosowane są stosowania techniki  z jeziorkiem ,
procesy 'mikroplazmowe' i 'miniplazmowe' " od 3,5 mm do 10 mm w przypadku
dla prądów pomiędzy 0,1 i 15 amperów oraz spawania z oczkiem (dla jednej warstwy
technika  z jeziorkiem dla prądów od około spoiny).
15 do 100 amperów.
5
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
2.1.2 Metody spawania elektrodÄ…
topliwÄ…
2.1.2.1 Spawanie Å‚ukowe elektrodÄ…
metalową w osłonie gazu (GMAW) (*)
Zespół podawania drutu
elektrodowego obejmujÄ…cy:
Szpula drutu do spawania
Rolki
podajÄ…ce
+
Z' Podajnik drutu: silnik napędu
+
drutu i rolki podajÄ…ce
y
ródło Pulpit
Z' Pulpit sterowniczy: elektromagnetyczny
}
sterowniczy
zawór gazowy, przekaz
niki sterowania
energii
i elektroniczne sterowniki
spawania +
--
Wlot gazu ochronnego
Drut spawalniczy
Przewód sterujący
220/380V
Przewód prądowy
Metalowa koszulka
Reduktor gazu ochronnego
Dysza
Kierunek
Podawanie gazu
Końcówka stykowa
przesuwu
ochronnego
Zasada spawania Å‚ukowego
elektrodÄ… metalowÄ… w
Element Spawany
osłonie gazu
W metodzie GMAW, znanej również jako metodzie spawania elektrodą otuloną
metoda MIG (Metal Inert Gas - spawanie (SMAW),
elektrodą topliwą w osłonie gazowej), " szybkie topienie się drutu elektrodowego
ciepło spawania jest wytwarzane przez łuk (prędkość topienia wynosi około
zajarzony pomiędzy podawanym w sposób 8 m/min) z racji wysokiej temperatury
ciągły metalowym drutem elektrodowym a łuku wymaga stosowania automa-
elementem spawanym. tycznego podawania drutu ze szpuli o
ciężarze 12 kg,
W przeciwieństwie do metod spawania " stale nierdzewne spawa się zawsze
GTAW i PAW, elektroda tutaj zużywa się, a prądem stałym przy biegunowości
łuk jarzy się w osłonie gazu ochronnego dodatniej (DCEP lub DCRP); biegun
pomiędzy topliwym drutem spawalniczym a dodatni generatora podłączony jest do
elementem spawanym. elektrody,
" uchwyt spawalniczy jest zazwyczaj
Podstawowe cechy tej metody to : trzymany w ręku (tak zwana metoda
 półautomatyczna ), lecz dla wysokiej
" zastosowanie bardzo dużej gęstości mocy spawania jest on zamocowany do
prądu w drucie elektrodowym (> 90 wózka (metoda  automatyczna ).
A/mm2), około 10 razy większej niż w
6
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
Mechanizm przenoszenia metalu w Å‚uku ochronnych do spawania stali nierdzewnych").
jest istotnym parametrem procesu i Argon z dodatkiem 2% tlenu (O2) daje
rozróżnia się tutaj jego trzy zasadnicze stabilny łuk i nadaje się do większości
rodzaje : zastosowań. Argon z dodatkiem 3%
dwutlenku węgla (CO2) przynosi podobny
" Sposób spawania łukiem krótkim lub ze wynik. Prędkość spawania i głębokość
zwarciowym przenoszeniem metalu, w wtopienia można czasami zwiększyć przez
którym metal topi się tworząc duże dodanie helu (He) i wodoru (H2) do
krople o średnicy często większej niż mieszanki argon + O2 lub argon + CO2,
średnica drutu elektrodowego. Gdy na jako gazu ochronnego. Gazy o większej
końcu elektrody tworzy się kropla, styka zawartości CO2 (metoda MAG) mają
się ona z jeziorkiem spawalniczym i tendencję do znacznego nawęglania
tworzy zwarcie z nagłym wzrostem prądu. jeziorka spawalniczego łącznie z utlenianiem
Napięcie powierzchniowe powoduje chromu. Z tego więc powodu nie są one
efekt ściśnięcia, który oddziela kroplę od zalecane.
elektrody. Częstotliwość tego zjawiska
jest rzędu od 20 Hz do 100 Hz, co Rozmiar kropli i wielkość wtopienia
odpowiada czasowi cyklu od 0,01 s do zmieniają się w zależności od gatunku
0,05 s. stali elementu spawanego (ferrytyczna,
" Sposób przenoszenia kroplowego lub austenityczna itp.), rodzaju złącza, sposobu
grawitacyjnego. Podobnie jak w przenoszenia metalu oraz kwalifikacji
poprzednim przypadku, topienie odbywa spawacza. Dla złączy czołowych ze spoinami
się w postaci dużych kropli, które V i I spawanych jednym przejściem, normalny
odrywają się, gdy ich ciężar jest zakres grubości elementów wynosi od 1,0
wystarczający dla pokonania sił napięcia mm do 5,0 mm.
powierzchniowego i z racji większej
Uwaga : Metoda GMAW jest często określana jako
długości łuku spadają swobodnie zanim
spawanie MIG. Metody spawania MIG i MAG są często
zetknÄ… siÄ™ z jeziorkiem spawalniczym.
niewłaściwie rozumiane. W rzeczywistości, w metodzie
" Sposób przenoszenia natryskowego
MIG, utleniajÄ…cy charakter gazu ochronnego (patrz
rozdział "Dobór gazów ochronnych do spawania stali
obejmuje gęstości prądu powyżej
nierdzewnych") jest nieznaczny, natomiast jest on
pewnego poziomu przejścia, rzędu 200
wyraz
nie zwiększony w metodzie MAG. Jednakże, w
A/mm2. Elektroda topi się dając strumień
metodzie GMAW/MIG często potrzebny jest w gazie
ochronnym (argon) niski procent tlenu lub dwutlenku
małych kropelek. Gdy gęstość prądu
węgla, aby poprawić zarówno stabilność łuku, jak i
dalej się zwiększa, koniec elektrody staje
zwilżanie stopionym metalem. Normalne zawartości
się stożkowy i strumień jeszcze
to : 2% O2 lub 3% CO2. Wyższe ilości O2 i CO2
mniejszych kropelek uwalnia siÄ™ osiowo.
powodujÄ… nadmierne utlenianie chromu (Cr), manganu
(Mn) i krzemu Si) oraz nadmierne nawęglanie jeziorka
spawalniczego. Na przykład, zawartość węgla w
Metoda spawania GMAW wymaga gazu
metalu spoiny, która wynosi 0,025% dla gazu
ochronnego aby zapobiec utlenianiu w Å‚uku
ochronnego zawierającego 2% CO2, mogłaby osiągnąć
0,04% przy zawartości 4% CO2.
spawalniczym (patrz część 4 "Dobór gazów
7
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
2.1.2.2 Spawanie Å‚ukowe drutem
proszkowym z rdzeniem
topnikowym : FCAW (*)
Rdzeń
Rdzeń = proszek metalowy, topnik
Metalowa powłoka
i materiały żużlotwórcze
Rdzeń
Przykład drutu
proszkowego z rdzeniem
topnikowym
Metoda spawania łukowego drutem Tak więc, w wypadku prądu powyżej 200 A,
proszkowym z rdzeniem topnikowym (Flux współczynnik stapiania wynosi około
Cored Arc Welding - FCAW) stanowi odmianę 100 g/min dla drutu litego o średnicy 1,6
metody spawania GMAW. Jest to metoda, w mm zawierajÄ…cego 20% Cr i 10% Ni, w
której drut spawalniczy składa się z porównaniu do około 170 g/min w wypadku
metalowej powłoki ze stali nierdzewnej drutu proszkowego o tej samej średnicy.
wypełnionej stałym topnikiem, którego rola Tak duża różnica wynika z faktu, że w drucie
jest podobna do roli otuliny elektrody w proszkowym elektryczność przewodzi tylko
metodzie spawania ręcznego SMAW. Rdzeń metalowa powłoka, ponieważ rdzeń,
zapewnia środki odtleniające oraz złożony z mieszaniny proszków metalowych
materiały żużlotwórcze jak również może i mineralnych, prawdopodobnie związanych
zapewnić gazy ochronne w wypadku w alkaliczny krzemian, ma wysoką oporność
samoosłonowych drutów proszkowych FCAW. elektryczną.
Z uwagi na możliwość ciągłego podawania Zarówno metoda FCAW, jak i GMAW mają
drutu spawalniczego metoda FCAW podobną wielkość ściegu. W wypadku
łączy zalety metody SMAW z wysoką złączy czołowych ze spoinami V i I
wydajnością procesu automatycznego lub spawanych jednym przejściem, normalny
półautomatycznego. W porównaniu z zakres grubości elementów spawanych
konwencjonalnÄ… litÄ… elektrodÄ…, topnik wynosi od 1,0 mm do 5,0 mm.
zapewnia pokrycie żużlowe i podnosi
wydajność.
8
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
2.1.2.3 Spawanie łukiem osłoniętym
elektrodÄ… metalowÄ… (elektroda
otulona) : SMAW (*)
Kierunek przesuwu
Zastygły żużel
Krople stopionego metalu
Spoina skrzepnięta
Strefa mieszania
Płynny żużel
Element spawany
Jeziorko spawalnicze
Zasada metody
spawania Å‚ukiem
osłoniętym
Chociaż metoda SMAW (Shielded Metal Arc podczas gdy funkcja fizyczna dotyczy
Welding), znana również jako MMA (Manual lepkości i napięcia powierzchniowego
Metal Arc - ręczne spawanie łukowe), jest żużla, które regulują przenoszenie kropli
metodą bardzo starą, gdyż jej pierwsze metalu, efektywnej ochrony jeziorka
zastosowanie zostało opisane przez spawalniczego oraz jego zwilżalności. Rola
Kjelberga w roku 1907, jest ona w dalszym metalurgiczna obejmuje wymianÄ™ chemicznÄ…
ciągu powszechnie stosowana ze względu pomiędzy jeziorkiem spawalniczym a
na jej wielką elastyczność i prostotę. żużlem, to znaczy rafinację metalu spoiny.
Elektroda składa się z rdzenia metalowego Otulina zawiera pewną ilość węglanu
otulonego warstwą topnika. Rdzeń stanowi wapnia (CaCO3), który dysocjuje w łuku w
zazwyczaj drut spawalniczy ze stali temperaturze okoÅ‚o 900°C, tworzÄ…c CaO i
nierdzewnej. Otulina, która odgrywa w tym CO2, z których ten ostatni zapewnia osłonę
procesie istotną rolę, jest prasowana na strefy łuku. Poniżej podano typy najczęściej
rdzeń i nadaje każdej elektrodzie jej stosowanych elektrod otulonych :
specyficzne indywidualne cechy. Spełnia
ona trzy podstawowe funkcje : elektrycznÄ…, " Elektrody rutylowe (dwutlenek tytanu):
fizyczną i metalurgiczną. Funkcja elektryczna Tworzenie się żużla stanowi główny
jest zwiÄ…zana z inicjacjÄ… i stabilizacjÄ… Å‚uku, mechanizm ochronny w elektrodach
9
Elektroda ot
ulon
a
}
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
rutylowych. Elektrody rutylowe są łatwe wchłania wilgoć przy składowaniu
w posługiwaniu się nimi, zapewniają elektrod na powietrzu i należy zadbać,
małą ilość rozprysków i dają spoiny o aby elektroda pozostała sucha. Normalny
gładkiej powierzchni. Żużel powstający w czas suszenia wynosi jedną godzinę
trakcie spawania jest Å‚atwy do usuniÄ™cia. przy temperaturze rzÄ™du 150-250°C.
" Elektrody zasadowe (wapienne): Wapień " Elektrody z otuliną rutylową można
stanowi podstawowy składnik elektrod stosować zarówno przy prądzie stałym,
z otulinÄ… zasadowÄ… z racji jego jak i przemiennym, podczasgdy elektro-
korzystnego wpływu na stabilność łuku i dami z otuliną zasadową (wapienną)
procesy metalurgiczne. Powoduje on zasadniczo spawa się prądem stałym z
również powstawanie dwutlenku węgla, biegunowością dodatnią na elektrodzie
który stanowi gaz ochronny. Dużą (DCEP).
jednakże wadą wapienia jest jego
wysoka temperatura topnienia. Można Normalne grubości elementów spawanych
temu przeciwdziałać przez dodanie są rzędu 1,0 mm - 2,5 mm dla spawania
fluorytu (CaF2), który obniża temperaturę jednym przejściem i 3,0 mm - 10,0 mm dla
topnienia żużla. Otulina zasadowa spawania wielościegowego.
2.1.2.4 Spawanie Å‚ukiem krytym : SAW (*)
KrÄ…g drutu
spawalniczego
Drut spawalniczy
Rolki podajÄ…ce
Kierunek
+ +
przesuwu
+
Końcówka stykowa
y
ródło
energii
Zestalony żużel
spawania
Topnik granulowany
--
Skrzepnięta spoina
Spawany element
Zasada metody
spawania Å‚ukiem krytym
Jeziorko
spawalnicze
10
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
W metodzie SAW (Submerged Arc Welding), 25% d" CaO + Mg O d" 40%, SiO2 d" 15%, 20%
ciepło spawania jest wytwarzane w wyniku d" CaF2 d" 35%.
przechodzenia prądu o dużym natężeniu
pomiędzy jednym lub kilkoma drutami Istnieją dwie postacie topnika uzyskiwane
ciągłymi a elementem spawanym pod albo przez topienie albo przez spiekanie.
sproszkowanym topnikiem, tworzÄ…cym Topione topniki powstajÄ… w wyniku
ochronną powłokę stopionego żużla. nagrzania do temperatury rzędu 1600 
1700°C i sÄ… przetwarzane na postać
Metoda ta może być w pełni automatyczna proszkową albo przez rozpylanie przy
lub półautomatyczna, jednakże w wypadku wyjściu z pieca do topienia lub przez
stali nierdzewnych większość prac jest w kruszenie i przesiewanie zestalonego
pełni zautomatyzowana. materiału. Spiekane topniki są
produkowane z surowców o odpowiednim
W metodzie automatycznej, można spawać uziarnieniu, spiekanych razem z
bardzo dużym prądem, aż do 2000 amperów alkalicznokrzemianowym spoiwem.
na jeden drut, co daje dużą wartość Otrzymana mieszanina podlega suszeniu
wprowadzonej mocy i w konsekwencji a następnie obróbce mechanicznej w celu
prowadzi do silnego wymieszania materiału uzyskania pożądanego uziarnienia.
rodzimego z materiałem dodatkowym.
W trakcie spawania tylko część topnika ulega
Metoda ta nadaje się do wykonywania stopieniu i niezużyty materiał jest odciągany
spoin czołowych i pachwinowych w pozycji - zazwyczaj za pomocą węża ssawnego - i
podolnej oraz spoin pachwinowych w odprowadzany do zbiornika do dalszego
pozycji nabocznej. y
ródłem energii jest wykorzystania. Stopiony topnik krzepnie za
zazwyczaj prąd stały przy dodatniej strefą spawania, podczas stygnięcia kurczy
biegunowości na elektrodzie (DCEP), a się i może być łatwo usunięty.
rzadziej prÄ…d przemienny (AC), gdy stosuje
się jednocześnie kilka drutów, aby uniknąć W przypadku grubszych elementów, spoiny
zjawiska ugięcia łuku. Dla z
ródeł prądu są zazwyczaj wykonywane za pomocą
zarówno stałego, jak i przemiennego, jednego lub dwóch ściegów, to znaczy
prędkość podawania drutu spawalniczego jeden ścieg na ręcznie wykonanej spoinie
musi być równa prędkości topienia się, aby graniowej lub jako pojedynczy ścieg z
uzyskać łuk w pełni stabilny. Uzyskuje się to każdej strony płyty, ale można również
poprzez zastosowanie rolek podających zastosować technologię wielowarstwową.
napędzanych przez system przekładniowy Przy cieńszym materiale, spoiny mogą być
z serwokontrolowaną prędkością. Do wykonywane jednym ściegiem przy
spawania stali nierdzewnych, najczęściej zastosowaniu rowkowanej podkładki.
stosuje siÄ™ topnik typu 'wapienno-
fluorkowego', a jego typowy skład jest Ponieważ metoda SAW jest stosowana
następujący : głównie do spawania grubej blachy z
11
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
nierdzewnej stali austenitycznej, należy stalowego, zazwyczaj w postaci cienkiej lub
dołożyć szczególnych starań, aby uniknąć grubej blachy.
tworzenia siÄ™ fazy sigma z racji stosowania
wysokiej energii spawania. Jest to Stosowane są dwie odrębne metody
szczególnie istotne w przypadku stopów o przypawania kołków : przypawanie łukowe
zawartości 25% Cr - 20% Ni ale również w (ARC) i przypawanie kondensatorowe (CD).
przypadku gatunków 18% Cr - 9% Ni o
wysokiej zawartości ferrytu. Przy spawaniu 1. Przypawanie łukowe kołków (ARC)
wielowarstwowym, tam gdzie temperatura obejmuje te same podstawowe zasady i
w zakresie 650  900°C jest przekraczana aspekty metalurgiczne jak każda inna
kilkakrotnie, występuje zwiększone ryzyko metoda spawania łukowego. Kołek jest
tworzenia siÄ™ fazy sigma. Wtedy bardzo ustawiany na elemencie metalowym za
zalecane jest wyżarzanie w temperaturze pomocą ręcznego narzędzia zwanego
1050°C (przesycanie). pistoletem do przypawania koÅ‚ków i po
zajarzeniu łuku następuje stopienie
Dostarczane topniki są całkowicie suche. Aby podstawy kołka i przyległego obszaru
zabezpieczyć topniki przed wchłanianiem podłoża. Przed spawaniem nasuwa się na
wilgoci, zaleca się przechowywać je w koniec kołka pierścień ceramiczny, w celu
temperaturze wyższej o 10°C od temperatury ochrony Å‚uku i ograniczenia metalu spoiny.
warsztatu, a wilgotność względna nie może
przekraczać 50%. Następnie, kołek jest wciskany do
jeziorka spawalniczego i utrzymywany na
Jeżeli istnieje niebezpieczeństwo lub obawa miejscu do czasu skrzepnięcia stopionego
zawilgocenia, wskazane jest wysuszenie metalu i stworzenia jednorodnego
proszku w temperaturze 300°C przez okres poÅ‚Ä…czenia. Cykl koÅ„czy siÄ™ w ciÄ…gu
co najmniej 2 godzin. niecałej sekundy prowadząc do powstania
połączenia o pełnej wytrzymałości.
Metoda spawania łukiem krytym jest Po zdjęciu rozepchniętego pierścienia
powszechnie stosowana do łączenia ciężkich ceramicznego widoczna jest gładka i
elementów o grubości w zakresie 10 mm - kompletna powierzchnia spoiny u
80 mm, po wykonaniu ściegu graniowego podstawy kołka.
inną metodą spawania. Dolny ścieg
można również wykonać przy zastosowaniu 2. Przypawanie kondensatorowe (CD)
rowkowanej podkładki spoiny. obejmuje te same podstawowe zasady
i aspekty metalurgiczne jak każda
inna metoda spawania Å‚ukowego. Po
2.1.2.5 Przypawanie kołków : SW uruchomieniu pistoletu do przypawania
kondensatorowego, specjalna precyzyjna
Przypawanie kołków polega na przymo- końcówka spawalnicza inicjuje kontrolo-
cowaniu metalowych sworzni do elementu wany Å‚uk elektryczny zasilany z baterii
12
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
kondensatorów spawarki, który topi przy przypawaniu do grubszych elementów
koniec kołka i część podłoża. Kołek jest lub do zastosowań konstrukcyjnych.
utrzymywany w miejscu do czasu Metoda CD jest powszechnie stosowana do
skrzepnięcia stopionego metalu, tworząc przypawania kołków o średnicy do 9 mm i
natychmiast złącze spawane o wysokiej głównie do przypawania do cienkich blach
jakości. Ponieważ cały cykl spawania jest metalowych.
zakończony w ciągu kilku milisekund,
połączenia te mogą być wykonywane Kołki ze stali nierdzewnej
nawet w wypadku cienkich blach
bez powodowania ich odkształcenia, Kołki z większości stali nierdzewnych
przepalenia lub zmiany koloru i przy nadajÄ… siÄ™ do przypawania. Do tego celu
małych średnicach łączników (9 mm i wykorzystywane są najczęściej kołki z
poniżej). Przypawanie kondensatorowe nierdzewnej stali austenitycznej, z
pozwala również na łączenie różnych wyjątkiem stali automatowych.
stopów metali. Kołki ze stali nierdzewnej są zazwyczaj
przypawane do stali nierdzewnych, ale
Czy metoda ARC czy CD? mogą być również przypawane do stali
miękkiej. W tym przypadku, ważne jest, aby
Metoda łukowa jest zazwyczaj stosowana do zawartość węgla w metalu podstawowym
kołków o średnicy od 6 mm i powyżej oraz nie przekraczała 0,20%.
Kołek i ceramiczny
1
pierścień oparte o Kołek opiera się o
podstawÄ™ podstawÄ™
Kołek się podnosi
Wyładowanie
2
i Å‚uk zostaje
nagromadzonej energii
zajarzony
i ruch kołka w dół
Po upływie
Kołek zostaje
założonego czasu
3
wciśnięty do
kołek zanurza się
płynnego metalu
w stopionej stali
Metal krzepnie i Metal krzepnie i spoina
4
spoina jest gotowa jest gotowa w
w ułamku sekundy ułamku sekundy
Przypawanie łukowe kołków Przypawanie kondensatorowe kołków
13
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
2.2 Metody rezystancyjne i
indukcyjne
2.2.1 Zgrzewanie rezystancyjne
punktowe : RSW (*)
Transformator zgrzewalniczy
Wyłącznik
automa-
tyczny A
Ä…czone blachy
Uzwojenie pierwotne Uzwojenie wtórne
W (dżule) = R (omy) x
R4 i R5: rezystancja spawanych blach
2
I (ampery) x
(zależna od ich rezystancji
t (sekundy)
właściwej)
R1
F
R2: rezystancja styku pomiędzy
R4
Rezystancja
R = R1 + R2 + R3 + R4 + R5
dwoma blachami (zależna od stanu
R2
powierzchni oraz siły docisku F) R5
} styku
R1 i R3: rezystancje styku pomiędzy
F R3
elektrodami i blachami
F F I F'
Zasada rezystancyjnego Ustawianie Dociskanie Zgrzewanie Wytrzymanie Przekuwanie
F'= F F'> F
zgrzewania punktowego
Metoda ta jest w dalszym ciÄ…gu szeroko (ampery);
stosowana i nadaje się szczególnie " Utrzymanie siły docisku lub zastosowanie
do zgrzewania blach cienkich ze stali dodatkowej siły przekuwającej;
nierdzewnej. Proces topienia jest " Podniesienie górnej elektrody przed
zapoczątkowany przez nagrzewanie przejściem do następnego cyklu.
rezystancyjne wywołane przepływem prądu
przez zgrzewane materiały w miejscu Jeżeli chodzi o materiały elektrod w
łączenia. Rozróżnia się ogólnie pięć wypadku stali nierdzewnych, najlepsze
odrębnych etapów w procesie zgrzewania połączenie niskiej rezystancji i wysokiej
punktowego, a mianowicie : wytrzymałości mechanicznej uzyskuje się
przy zastosowaniu stopów miedz
- kobalt -
" Ustawianie łączonych blach; beryl. Końcówki elektrod mają zazwyczaj
" Obniżenie górnej elektrody i wywarcie kształt ściętego stożka o kącie rozwartym
siły docisku; 1200. Tworzenie się jądra zgrzeiny zależy
" Zgrzewanie prÄ…dem przemiennym o od prÄ…du zgrzewania i jego trwania
niskim napięciu poprzez wytworzenie oraz od siły docisku wywieranej przez
energii cieplnej W (dżule) = R (omy) x I2 elektrody.
14
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
Poniższa tabela pokazuje parametry
zgrzewania zalecane dla stali
austenitycznych 18% Cr - 9% Ni oraz
stabilizowanych gatunków ferrytycznych
17% Cr.
Grubość blachy Średnica Siła docisku Prąd Czas
(mm) końcówki elektrody zgrzewania zgrzewania
elektrody (mm) (daN) (A) (ilość okresów)
Gatunki austenityczne 18% Cr - 9% Ni
0,5 3,0 170 3.500 3
0,8 4,5 300 6.000 4
2,0 6,0 650 11.000 8
Stabilizowane gatunki ferrytyczne 17 % Cr
0,5 3,0 150 4.000 3
0,8 4,5 250 7.550 4
Parametry podane w powyższej tabeli kontrolowane wizualnie. Jedyne wady
muszą być zoptymalizowane uwzględniając postrzegalne wzrokowo to nadmierny
stan powierzchni (wytrawiona, szklista, wgniot elektrody i rozprysk na powierzchni.
wyżarzona na jasno, polerowana), która ma Prostą, aczkolwiek niszczącą metodą
duży wpływ na rezystancje styku, która z badania jest tak zwana próba odrywania,
kolei odgrywa decydującą rolę w tworzeniu która umożliwia szybkie sprawdzenie
się jądra zgrzeiny. jakości zgrzeiny punktowej. W próbie tej,
jedna ze zgrzanych blach jest odrywana od
W przeciwieństwie do procesów spawania, drugiej, tak że metal zgrzeiny wykazuje
przy punktowym zgrzewaniu rezystancyjnym tendencję do wyłuskiwania się z jednej lub
jeziorko ciekłego metalu nie może być drugiej blachy.
15
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
2.2.2 Rezystancyjne zgrzewanie
liniowe : RSEW (*)
Górna elektroda krążkowa
Nieciągłe zgrzewanie
Transformator
zgrzewalniczy liniowe
Uzwojenie
Elementy zgrzewane
pierwotne
Kierunek przesuwu
Uzwojenie
wtórne
Dolna elektroda krążkowa
Ciągłe zgrzewanie
Górna elektroda krążkowa liniowe (nakładające
siÄ™ jÄ…dra zgrzeiny)
Elementy
zgrzewane
Kierunek przesuwu
Zasada
rezystancyjnego Dolna elektroda
krążkowa
zgrzewania liniowego
Zasada zgrzewania liniowego jest podobna prÄ…d zgrzewania, czas nagrzewania oraz
do zgrzewania punktowego, z tym czaswytrzymania, dodatkowymi czynnikami,
wyjątkiem, że jest to proces ciągły. Główna które należy wziąć pod uwagę przy
różnica polega na rodzaju elektrod, którymi zgrzewaniu liniowym są : stosowanie prądu
są dwa krążki ze stopu miedzi wyposażone modulowanego lub pulsacyjnego oraz
w odpowiedni system napędu. Brzegi prędkość zgrzewania.
krążków albo są dwustronnie sfazowane
albo mają profil wypukły. W porównaniu Poniższa tabela podaje parametry
do zgrzewania punktowego, gdzie zgrzewania zalecane dla austenitycznych
podstawowymi parametrami procesu są gatunków stali Fe - Cr - Ni.
Grubość Grubość Siła Czas Czas Prąd Prędkość
blachy krążka docisku zgrzewania przerwy zgrzewania zgrzewania
(mm) (mm) (daN) (okresy) (okresy) (A) (cm / min)
0,5 3,0 320 3 2 7900 140
0,8 4,5 460 3 3 10600 120
1,5 6,5 80 3 4 15000 100
2,0 8,0 1200 4 5 16700 95
3,0 9,5 1500 5 7 17000 95
16
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
Zarówno w zgrzewaniu punktowym, jak i
liniowym, głównymi zaletami elektrycznego
nagrzewania rezystancyjnego jest
ograniczona zmiana mikrostruktury w
strefie oddziaływania ciepła, nie
występujące praktycznie utlenianie
powierzchni, gdy blachy są właściwie
chłodzone (przez strumień zimnej wody)
oraz bardzo małe odkształcenie blach po
zgrzewaniu.
2.2.3 Zgrzewanie garbowe : PW (*)
e
e
H
H
DD
e e
e : grubość łączonych elementów: 0,3 mm - 3,0 mm
Zasady kształtowania garbu
H : wysokość garbu: 0,4 mm - 1,5 mm
D : średnica garbu: 1,4 mm - 7,0 mm
W procesie tym, małe przygotowane garby zgrzewania punktowego, aby uniknąć
na jednej lub dwóch powierzchniach zapadnięcia się garbów przed stopieniem
zgrzewanych elementów topią się i powierzchni drugiego elementu. Czas
zapadają przy doprowadzeniu prądu przez zgrzewania jest mniej więcej taki sam dla
płaskie elektrody ze stopu miedzi. Garby są jednego lub wielu garbów o takim samym
tworzone przez wygniatanie (części z kształcie.
blachy) lub obróbkę mechaniczną (grube
części metalowe), zazwyczaj na części Zgrzewanie garbowe jest szczególnie
grubszej lub o wyższej przewodności użyteczne w celu uzyskania jednocześnie
elektrycznej złącza. Garby te są tak kilku zgrzein punktowych.
zaprojektowane i umiejscowione, aby
skoncentrować prąd i móc wykonywać Do pierścieniowego zgrzewania garbowego
jednocześnie dużą ilość zgrzein dostępne są różne rodzaje elementów
punktowych. Stosuje się tu prądy o niższym mocujących, na przykład kołki, śruby,
natężeniu i niższe naciski niż w wypadku sworznie, nakrętki i podkładki.
17
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
2.2.4 Spawanie elektrożużlowe : ESW
Oscylacja Element spawany
Elektroda
+
Prowadnik elektrody
i prądowa końcówka stykowa
Kierunek przesuwu
Stopiony żużel
Przykładka miedziana
Jeziorko spawalnicze
chłodzona wodą
Przykładka miedziana
Skrzepnięty metal spoiny
chłodzona wodą
Powierzchnia skrzepniętej spoiny
Element spawany
Podkładka
Zasada procesu
spawania

elektrożużlowego
Metoda spawania elektrożużlowego została brzegi spawanej płyty i chroni stopiony
opracowana w Instytucie Spawania metal przed wpływem atmosfery.
Elektrycznego im. E.O.Patona na Ukrainie, Temperatura kÄ…pieli wynosi okoÅ‚o 1.900°C.
na poczÄ…tku lat 50.
Aby rozpocząć proces elektrożużlowy, na
Spawanie elektrożużlowe jest procesem dnie złącza umieszczany jest topnik i
jednościegowym stosowanym do zajarza się łuk pomiędzy elektrodami
wykonywania spoin czołowych w pozycji a blokiem lub podkładką, w celu
pionowej. Złącza o grubości powyżej 15 przygotowania kąpieli żużlowej.
mm (bez górnego ograniczenia) mogą być
wykonywane jednym przejściem, przy czym W miarę postępu procesu spawania,
wymagane jest przygotowanie prostego przykładki miedziane oraz zespół podawania
brzegu złącza. Metoda ta jest podobna do drutu przesuwają się w górę złącza z
pionowego odlewania, ponieważ stopiony prędkością około 30 mm/min. Współczynnik
metal spoiny jest zawarty pomiędzy dwoma stapiania metalu wynosi około 350 g/min.
spawanymi płytami i parą chłodzonych Skład drutu spawalniczego zazwyczaj
przykładek miedzianych. odpowiada składowi metalu podstawowego.
Najczęściej spotykane wielkości średnic
Oprócz samego momentu rozpoczęcia elektrod to : 1,6 mm, 2,4 mm i 3,2 mm.
spawania elektrożużlowego, nie ma tutaj
zjawiska łuku. Elektrody podawane w Struktura metalograficzna połączeń
sposób ciągły topią się w procesie elektrożużlowych jest odmienna niż w
nagrzewania rezystancyjnego przy innych połączeniach spawanych. Powolne
przechodzeniu przez przewodzącą warstwę chłodzenie i krzepnięcie może prowadzić do
stopionego żużla (kąpiel żużlowa). powstawania struktury gruboziarnistej. Z
tego właśnie powodu, technologia ta jest
Kąpiel żużlowa topi również przylegające zalecana tylko do stali austenitycznych.
18
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
2.2.5 Zgrzewanie iskrowe : FW (*)
Zasada zgrzewania iskrowego Wpływ parametrów zgrzewania na końcowy profil zgrzeiny
Dobra:
> H" 45°,
obecność 3 rąbków zgrzeiny
ZÅ‚a:
< H" 30°, niedostateczna
FF
ilość wprowadzonej energii
lub za mała siła spęczania
ZÅ‚a:
Zacisk Zacisk
Pęknięcia bardzo duże strefy plastyczne
nieruchomej ruchomej
i obecność pęknięć z powodu
elektrody elektrody
niewystarczajÄ…cego nagrzania
Technika ta jest stosowana przede metalu i skompensowana przez przesuw
wszystkim do długich elementów, na ruchomych zacisków, czas trwania wyiskrza-
przykład prętów, rur i kształtowników. nia oraz etap końcowego spęczania.
Chociaż zgrzewanie iskrowe jest podobne Szorstkość początkowych powierzchni
do doczołowego zgrzewania rezystancyjnego, stykowych złącza musi być tego rzędu, aby
jest ono w rzeczywistości całkowicie różne. zapewnić wystarczającą ilość dobrze
W trakcie doczołowego zgrzewania rozłożonych punktów styku w celu
rezystancyjnego zaobserwowano, że ilekroć wytworzenia równomiernego iskrzenia na
brzegi czołowe nie są w doskonałym całej powierzchni złącza.
kontakcie, prÄ…d przechodzi tylko przez kilka
małych obszarów, co prowadzi do Po spęczeniu, profil złącza winien wykazywać
intensywnego lokalnego nagrzewania i charakterystyczny profil trójżebrowy
szybkiego topienia, tworząc łuki, które wskazujący na przeprowadzenie właściwej
gwałtownie wyrzucają stopiony metal ze operacji zgrzewania. Zalecane parametry
złącza, z powodu związanych z tym pól zgrzewania stali austenitycznych w funkcji
magnetycznych (zjawisko wyiskrzania). powierzchni przekroju podano w poniższej
tabeli.
Do istotnych parametrów tej metody należą:
prąd zgrzewania oraz napięcie, które musi Niektóre typowe zastosowania to : obręcze
być wystarczające dla spowodowania kół (rowerów) wytwarzane z pierścieni
wyiskrzania, chwilowa prędkość wyiskrzenia, zgrzewanych iskrowo, prostokątne ramy
która musi być proporcjonalna do zużycia (okien i drzwi) itp.
19
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
Grubość Powierzchnia Początkowy Końcowy Ubytek materiału Czas
(mm) przekroju odstęp szczęk odstęp szczęk (wyiskrzanie i iskrzenia
2
(mm ) zgrzewarki (mm) zgrzewarki (mm) spęczanie) (mm) (s)
2.0 40 13 5 8 2.2
5.0 570 25 7 18 6.0
10.0 1700 40 15 25 17.0
2.2.6 Zgrzewanie indukcyjne
prÄ…dami wysokiej
częstotliwości : HFIW (*)
Zasilanie
wysokiej
częstotliwości
Zgrzeina
Induktor
a
UrzÄ…dzenie
impedancyjne
Linie przepływu prądu
a
Rurka
UrzÄ…dzenie
Zasada zgrzewania
impedancyjne
Wierzchołek
indukcyjnego prÄ…dami
(rdzeń magnetyczny)
Rolki zgrzewajÄ…ce lub dociskajÄ…ce
Przekrój a-a
wysokiej częstotliwości
Zgrzewanie indukcyjne prądami wysokiej wany prąd wysokiej częstotliwości (140 Hz
częstotliwości jest zasadniczo stosowane do 500 Hz) podąża drogą minimalnej
do wytwarzania rur z taśm. Proces ten jest impedancji, koncentrując ciepło na brzegach.
realizowany przez system profilowania
wielorolkowego. Po wyjściu z ostatniego W przypadku ferrytycznych stali
zestawu rolek rura zawiera podłużną nierdzewnych, ta bardzo wydajna metoda
szczelinę, która jest zamykana przez pozwala uniknąć zjawiska rozrostu ziarn, na
zgrzewanie. Złącze jest formowane przez które gatunki te są podatne.
utworzenie styku w stanie stałym z
pośrednim topieniem, gdy brzegi taśmy W tym przypadku, stosuje się moc
zostają zbliżone do siebie przez parę zgrzewania od 150 kW do 300 kW w
poziomych rolek (rolki dociskające). zależności od średnicy rur, a prędkość
zgrzewania waha siÄ™ od 50 m/min do
Z powodu zjawiska naskórkowości, induko- 90 m/min.
20
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
2.3 Metody wykorzystujÄ…ce
energiÄ™ promieniowania (*)
2.3.1 Spawanie laserowe : LBW
Rura chłodząca
Perforowane lustro płaskie
Wlot gazu Wylot pompy próżniowej Wlot gazu:
CO2, N2, He CO2, N2, He
Okno NaCl
Rezonator rurowy
Åšrednica
20-100 mm
Elektroda
Lustro płaskie
wzbudzajÄ…ca
lub wklęsłe
Elektroda
Zasilanie prÄ…dem
Elektroda
wzbudzajÄ…ca wysokiego
napięcia wzbudzająca
Ar
H" 10 to 20kV
Gaz ochronny
(Argon)
Zasada lasera CO2 (CO2,
N2, He) stosowanego do
spawania
Argon
Efekt laserowy w zakresie długości fali (< 1,5 mm) w pulsacyjnym trybie pracy.
optycznej został odkryty przez Maimana w Lasery CO2 są bardziej przydatne do
1958 r. Natychmiast pojawiła się możliwość spawania blach lub taśm ze stali
wykorzystania wiązki laserowej w nierdzewnej o większej grubości (1,5 -
spawalnictwie jako bezstykowego z
ródła 6,0 mm).
energii o dużym natężeniu i stopniu
skupienia. Dostępne poziomy ciągłej mocy Podobnie jak w przypadku zgrzewania
są szczególnie wysokie dla laserów CO2, indukcyjnego prądami wysokiej
chociaż należy pamiętać, że efektywna częstotliwości (HFIW), metoda ta jest
moc wykorzystana do spawania zależy szeroko stosowana w produkcji rur
od współczynnika odbicia spawanego wzdłużnie spawanych. Przy mocy około
materiału, dla danej padającej długości fali. 6 kW, taśma o grubości 2 mm ze
stabilizowanej stali ferrytycznej o
y
ródłami najczęściej stosowanymi do zawartości 17% chromu może być spawana
spawania są lasery gazowe CO2 oraz lasery z prędkością około 7 m/min, a ponieważ
typu YAG (laser itrowo-aluminiowy). Lasery cykl cieplny jest bardzo krótki, zjawisko
typu YAG nadają się szczególnie do rozrostu ziarn w strefie wpływu ciepła jest
spawania cienkich blach ze stali nierdzewnej wyjÄ…tkowo ograniczone.
21
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
2.3.2 Spawanie wiązką elektronów :
EBW
Zasilanie prądem stałym włókna
żarzenia (katoda)
Zasilanie prądem stałym
+
cylindra Wehnelta
Cylinder Wehnelta

(1 - 3 kV)
 Zasilanie elektryczne
prądem stałym o
+
wysokim napięciu
Anoda
15 - 150 kV
WiÄ…zka
elektronów
Elekromagnetyczna
soczewka skupiajÄ…ca
Cewka odchylajÄ…ca
Układ próżniowy
Spawany
element
Wózek
Przekrój poprzeczny spoiny
wykonanej wiązką elektronów
Zasada spawania wiÄ…zkÄ…
Uproszczone przedstawienie urzÄ…dzenia
elektronów
do spawania wiązką elektronów
Do spawania wiązką elektronów wykorzystuje Spoiny powstają w próżni, która eliminuje
siÄ™ energiÄ™ ze skoncentrowanej wiÄ…zki zanieczyszczenie jeziorka spawalniczego
elektronowej o wysokiej prędkości, która przez gazy. Próżnia nie tylko zapobiega
zderza się z materiałem podstawowym. zanieczyszczeniu spoiny, ale również
Przy wysokiej energii wiązki, można pozwala na powstanie stabilnej wiązki.
wytopić otwór na wskroś materiału i Skoncentrowany charakter z
ródła ciepła
wykonywać spoiny z pełnym przetopem z powoduje, że metoda ta szczególnie nadaje
prędkością rzędu 20 m/min. się do spawania stali nierdzewnych.
Dostępna moc może tu być łatwo
Za pomocą spawania wiązką elektronów kontrolowana, a ta sama spawarka
można wykonywać głębokie i cienkie może być wykorzystana do spawania
spoiny z wąskimi strefami wpływu ciepła. jednowarstwowego stali nierdzewnych o
Stosunek głębokości do szerokości jest grubości od 0,5 mm do 40 mm.
rzędu 20 :1.
22
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
3. Spawalność stali nierdzewnych
3.1 Austenityczne stale Å„' Gatunki ferrytyczne: 0,02% C  17-30% Cr
nierdzewne : Fe-Cr-Ni (Mo)-(N)  (stabilizowane Ti, Nb)
" Podatne na kruchość poprzez rozrost
Å„' Struktury zawierajÄ…ce kilka procent ziarn powyżej 1150°C
ferrytu (często spotykane) " Zadowalająca ciągliwość oraz lepsza
" Niepodatne na gorące pękanie udarność w porównaniu z gatunkami
" Dobra odporność na korozję między- półferrytycznymi
krystaliczną w przypadku gatunków " Zazwyczaj niewrażliwe na rozrost ziarna.
niskowęglowych i stabilizowanych.
" Doskonała udarność i ciągliwość
" Kruchość może pojawić się po dłuższej 3.3 Stale nierdzewne
ekspozycji na działanie temperatury austenityczno-ferrytyczne
miÄ™dzy 550°C a 900°C z powodu typu Duplex : Fe-Cr-Ni (Mo)-N
rozkładu ferrytu tworzącego fazę sigma.
" Niepodatne na gorące pękanie
ń' Struktury w pełni austenityczne " Doskonała udarność i dobra ciągliwość
(wyjÄ…tkowe) w zakresie od  40°C do 275°C
" Podatne na gorące pękanie w trakcie " Podatne na wzrost kruchości w wyniku
krzepnięcia obecności fazy sigma, gdy zostaną
" Dobra odporność na korozję między- poddane działaniu temperatury między
krystalicznÄ… w przypadku gatunków 500°C a 900°C.
niskowęglowych i stabilizowanych
" Doskonała udarność i ciągliwość.
3.4 Stale nierdzewne
martenzytyczne :
3.2 Ferrytyczne stale nierdzewne : Fe-Cr-(Mo-Ni-V)
Fe-Cr-(Mo-Ni-V)
" Podatne na pękanie na zimno, w
ń' Gatunki półferrytyczne: 0,04% C - 17% Cr zależności od zawartości węgla i wodoru
" Skłonne do wzrostu kruchości w wyniku oraz poziomu naprężenia pozostającego,
rozrostu ziarn w temperaturze powyżej w temperaturze poniżej okoÅ‚o 400°C
1150°C (zaleca siÄ™ zazwyczaj wstÄ™pne
" Niska udarność i ciągliwość podgrzewanie i wygrzewanie po
" Skłonne do korozji międzykrystalicznej spawaniu)
" Obróbka cieplna w temperaturze około " Wysoka wytrzymałość na rozciąganie i
800°C przywraca wÅ‚asnoÅ›ci mechaniczne twardość. Dobra udarność, szczególnie
i odporność na korozję międzykrystaliczną. w przypadku gatunków niskowęglowych.
23
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
4. Dobór gazów ochronnych do spawania
stali nierdzewnych (1)
4.1 Wpływ gazu ochronnego na " geometrię spoiny ( kształt ściegu i
spawanie metodami : GTAW, wtopienia)
PAW, GMAW, FCAW i LBW
" wyglÄ…d powierzchni (utlenianie,
Dobór gazów ochronnych ma istotny wpływ rozpryski)
na następujące czynniki :
" stabilizacjÄ™ Å‚uku i jego zajarzanie
" skuteczność ochrony (kontrolowana
atmosfera gazu ochronnego) " przenoszenie metalu (jeżeli występuje)
" metalurgię, własności mechaniczne " środowisko naturalne (emisja dymów i
(utrata pierwiastków stopowych, gazów)
przechwytywanie gazów atmosferycznych)
Interakcja pomiędzy procesem spawania
" odporność na korozję (utrata pierwiastków oraz gazem ochronnym została opisana w
stopowych, przechwytywanie gazów sposób bardziej szczegółowy w ż 2.
atmosferycznych, utlenianie powierzchni)
4.2 Dobór gazów ochronnych
Metoda spawania Metoda spawania Gaz chroniący grań spoiny
Gaz plazmowy
Ar
Ar + H2 (do 20%) (1) Ar
GTAW Ar + He (do 70%) N2 (2)
Ar + He + H2 (1) N2 + 10% H2 (1)
Ar + N2 (2)
PAW Jak dla GTAW Jak dla GTAW
98% Ar + 2% O2
97% Ar + 3% CO2
GMAW 95% Ar + 3% CO2 + 2% H2 (1) Jak dla GTAW
83% Ar + 15% He + 2% CO2
69% Ar + 30% He + 1% O2
90% He + 7,5% Ar + 2,5% CO2
FCAW Bez osłony Bez osłony
97% Ar + 3% CO2 Jak dla GTAW
80% Ar + 20% CO2
LBW He Jak dla GTAW
Ar
Ar : argon; H2: wodór; He : hel; N2: azot; CO2: dwutlenek węgla
(1) Mieszanek zawierających wodór nie można stosować do spawania stali nierdzewnych
ferrytycznych, martenzytycznych i typu duplex.
24
(2) Do spawania nierdzewnych stali austenitycznych i typu duplex zawierajÄ…cych azot, do gazu
ochronnego można dodać azot.
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
5. Proponowane materiały dodatkowe do spawania
stali nierdzewnych
Materiał podstawowy Materiały dodatkowe
EN 10088 AISI (1) EN 1600 EN 12072 EN 12073
Nazwa Numer Elektrody Druty i pręty Drut proszkowy z
(3)
otulone (2) rdzeniem topnikowym(4)
X5CrNi18-10 1.4301 304 E 19 9 G 19 9 L T 19 9 L
X2CrNi18-9 1.4307
304 L E 19 9 L G 19 9 L T 19 9 L
X2CrNi19-11 1.4306
X5CrNiTi18-10 1.4541 321 E 19 9 Nb G 19 9 Nb T 19 9 Nb
X5CrNiMo17-12-2 1.4401 316 E 19 12 2 G 19 12 3 L T 19 12 3 L
X2CrNiMo17-12-2 1.4404 316 L E 19 12 3 L G 19 12 3 L T 19 12 3 L
X6CrNiMoTi17-12-2 1.4571 316 Ti E 19 12 3 Nb G 19 12 3 Nb T 19 12 3 Nb
X2CrNiMo18-15-4 1.4438 317 L E 19 13 4 N L G 19 13 4 L T 13 13 4 N L
X10CrNi18-8 1.4310 301 E 19 9 G 19 9 L T 19 9 L
X2CrNiN18-7 1.4318 301 L E 19 9 L G 19 9 L T 19 9 L
X12CrNi23-13 1.4833 309 S E 22 12 G 22 12 H T 22 12 H
X8CrNi25-21 1.4845 310 S E 25 20 G 25 20 T 25 20
X25CrNiMo18-15-4 1.4438 317 L E 19 13 4 N L G 19 13 4 L T 13 13 4 N L
X2CrTi12 1.4512 409 E 19 9 L G 19 9 L T 13 Ti
X6Cr17 1.4016 430 E 17 or 19 9 L G 17 or 19 9 L T 17 or 19 9 L
X3CrTi17 1.4510 430 Ti / 439 E 23 12 L G 23 12 L T 23 12 L
X2CrMoTi18-2 1.4521 444 E 19 12 3 L G 19 12 3 L T 19 12 3 L
X2CrTiNb18 1.4509 441 E 23 12 L G 23 12 L T 23 12 L
X6CrMo17-1 1.4113 434 E 19 12 3 L G 19 12 3 L T 19 12 3 Nb
X2CrNiN23-4 1.4362  E 25 7 2 N L G 25 7 2 L T 22 9 3 N L
X2CrNiMoN22-5-3 1.4462  E 25 7 2 N L G 25 7 2 L T 22 9 3 N L
X12Cr13 1.4006 410 E 13 or 19 9 L G 13 or 19 9 L T 13 or 19 9 L
X20Cr13 1.4021  E 13 or 19 9 L G 13 or 19 9 L T 13 or 19 9 L
X30Cr13 1.4028 420 E 13 or 19 9 L G 13 or 19 9 L T 13 or 19 9 L
(1) AISI : American Iron and Steel Institute (Amerykański Instytut Żelaza i Stali)
(2) Elektrody otulone do ręcznego spawania łukowego stali nierdzewnych i żaroodopornych. Są
dwa podstawowe rodzaje otuliny : zasadowa (B) lub wapniowa (prąd stały) oraz rutylowa (R)
lub zawierająca dwutlenek tytanu (prąd stały lub przemienny)
(3) Druty elektrodowe, druty i pręty do spawania łukowego stali nierdzewnych i żaroodpornych :
G dla GMAW, W dla GTAW, P dla PAW, S dla SAW.
25
(4) Druty proszkowe z rdzeniem topnikowym do spawania łukowego z osłoną lub bez osłony
gazowej stali nierdzewnych i żaroodpornych.
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
6. Przygotowanie do spawania Å‚ukowego
Typowe rodzaje złączy występujących przy zależności od grubości spawanych
spawaniu łukowym to : złącze doczołowe, elementów. Ustawienie elementów do
złącze zakładkowe, złącze narożne, złącze spawania czołowego powinno zawsze być
grzbietowe i złącze teowe. Dobór właściwego takie, aby zapewnić pełne (100%) wtopienie.
złącza do określonego zastosowania będzie Przy spawaniu materiału cienkiego bez
zależał przede wszystkim od następujących dodatku spoiwa należy zwrócić szczególną
czynników : uwagę, aby nie wystąpił brak wtopienia i
" wymaganych własności mechanicznych aby nie dopuścić do przepalenia.
złącza,
" gatunku spawanej stali, Tam, gdzie wymagane jest pewne
" wielkości, kształtu i wyglądu spawanego wzmocnienie winno być stosowane złącze
zespołu, grzbietowe z czołową spoiną brzeżną
" kosztu przygotowania i wykonania zamiast złącza doczołowego ze spoiną I.
złącza. Spawanie to stosuje się praktycznie tylko
do stosunkowo cienkiego materiału (1,5 mm
Bez względu na rodzaj złącza, zasadniczą do 2,0 mm).
sprawą jest właściwe oczyszczenie
łączonego materiału przed jego spawaniem, Złącze zakładkowe ma tę zaletę, że
co pozwoli uzyskać spoiny o estetycznym całkowicie eliminuje potrzebę przygotowania
wyglądzie i dobrych własnościach brzegów. Jedynym warunkiem wykonania
mechanicznych. W przypadku małych dobrego złącza zakładkowego jest ścisłe
elementów, wystarczające jest zazwyczaj przyleganie do siebie blach na całej
oczyszczenie za pomocą szczotki drucianej długości wykonywanego złącza.
lub wełny ze stali nierdzewnej albo
rozpuszczalnika chemicznego. W przypadku Złącza narożne są często stosowane w
większych zespołów lub w produkcji produkcji mis, skrzyń i wszelkiego rodzaju
fabrycznej bardziej ekonomiczne może być kontenerów. Konieczność stosowania spoiwa
odtłuszczanie parowe lub czyszczenie w dla zapewnienia odpowiedniego nadlewu
zbiorniku. W każdym przypadku, niezbędne spoin na wszystkich narożnych złączach
jest całkowite usunięcie z łączonych zależy od grubości materiału podstawowego.
powierzchni wszelkich tlenków, olejów, Należy zapewnić dobry styk łączonych
smarów, brudu oraz innych obcych ciał. elementów wzdłuż całej długości spoiny.
Wszystkie złącza teowe wymagają
6.1 GTAW i PAW zastosowania spoiwa w celu uzyskania
potrzebnego metalu spoiny. Gdy wymagane
Złącze doczołowe o prostopadłych jest pełne (100%) wtopienie, należy
brzegach (spoina I) jest najłatwiejsze do zapewnić natężenie prądu spawania
przygotowania i może być wykonane z odpowiednie dla grubości materiału
zastosowaniem spoiwa lub bez niego, w podstawowego.
26
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
Złącza grzbietowe są stosowane tylko w Głębokie wtopienie, jakie uzyskuje się przy
przypadku blach cienkich i nie wymagajÄ… spawaniu drutem proszkowym daje takÄ…
użycia spoiwa. Przygotowanie tych złączy samą wytrzymałość jak spoina pachwinowa
jest proste, lecz nie powinny być stosowane o większej grubości wykonana metodą
tam, gdzie będą poddane bezpośrednim SMAW elektrodą o niewielkiej zdolności
obciążeniom rozciągającym, ponieważ ten wtopienia.
rodzaj połączeń może ulec pęknięciu
w grani, przy stosunkowo niewielkich Druty proszkowe (FCAW) w porównaniu z
naprężeniach. elektrodami do spawania metodą SMAW
często dają znaczne oszczędności kosztowe
wynikające z : wyższego współczynnika
6.2 GMAW stapiania, węższych rowków i czasami z
wykonania dwóch ściegów przed przerwą
W złączach spawanych metodą GMAW na usunięcie żużla.
odstęp progowy jak również kąty rowka V
mogą być często zmniejszone w stosunku
do tych, które są stosowane przy spawaniu 6.4 SAW
metoda SMAW. Umożliwia to zredukowanie
ilości metalu spoiny na jednostkę długości do Otwarcia rowka są mniejsze w porównaniu
30% poprzez odpowiednie zaprojektowanie, do tych, jakie sÄ… wymagane dla innych
które wymaga mniej spoiwa. Przy metod spawania łukowego. Ściegi spoin są
projektowaniu złączy spawanych metodą grubsze niż przy spawaniu elektrodami
GMAW o wąskich rowkach, często należy metodą SMAW. Dla układu bez uprzedniego
zastosować wysoką gęstość prądu wykonania ściegu w grani, często pożądane
(przenoszenie natryskowe). jest zastosowanie poduszki topnikowej
utrzymywanej w miejscu przez miedzianÄ…
podkładkę chłodzącą lub przez podkładkę
6.3 FCAW ceramicznÄ….
W złączach ze spoinami czołowymi można We wszystkich metodach nie jest
zmniejszyć odstęp progowy i kąty rowka V, wymagane ukosowanie brzegów przy
co często umożliwia zaoszczędzenie około grubości elementów spawanych do 3 mm,
40% spoiwa użytego do wykonania złącza. ale grubszy materiał podstawowy winien
Optymalny wybór złącza będzie często być zukosowany dla utworzenia rowka w
zależał od łatwości usuwania żużla przy kształcie "V", "U" lub "J".
spoinach wielowarstwowych.
Przy wykonywaniu spoin pachwinowych
można stosować mniejsze ich wymiary dla
zapewnienia tej samej wytrzymałości.
27
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
7. Obróbka wykończeniowa złączy
Potrzeba obróbki wykończeniowej " trawienie kwasem, po którym następuje
powierzchni odnosi siÄ™ przede wszystkim do pasywacja oraz mycie.
złączy spawanych łukowo. Złącza wykonane
metodami zgrzewania rezystancyjnego, z
wyjątkiem doczołowego zgrzewania 7.1 Usuwanie żużla, rozprysków i
iskrowego, zazwyczaj są użytkowane w stanie tlenków
jak po zgrzewaniu lub po lekkim oczyszczeniu.
Żużel pozostały po spawaniu musi być
Po zakończeniu operacji spawania łukowego, usunięty przez staranne młotkowanie ze
obszar spoiny i otaczający go materiał zwróceniem uwagi, aby nie powstawały
podstawowy mogą być zanieczyszczone wgniecenia lub szczerby na sąsiadującej
przez odpryski spawalnicze i powłokę powierzchni metalu. Rozpryski spawalnicze
tlenkową, w zależności od rodzaju złącza, stanowią prawdopodobnie jedno z
grubości materiału i zastosowanej techniki najtrudniejszych do usunięcia zanieczy-
spawania. czeń, szczególnie w wypadku bardzo
wypolerowanych blach. Z tego powodu
W celu uzyskania najwyższej odporności na zaleca się zazwyczaj, aby chronić
korozję należy zwrócić baczną uwagę na powłokami z tworzyw sztucznych
operację wykończenia, aby usunąć wszelkie powierzchnie blachy przylegające do
zanieczyszczenia powierzchni oraz spoiny. Metoda ta ogranicza do minimum
nieregularności, które mogłyby stanowić powierzchnię wymagającą obróbki
miejsca działań korodujących przy ich wykończeniowej.
użytkowaniu.
Warstewki tlenków oraz rozpryski
W pewnych zastosowaniach, tam gdzie spawalnicze można usunąć za pomocą
kwestie odporności na korozję, higieny i szczotki drucianej ze stali nierdzewnej.
estetyki są najważniejsze, może być Jeżeli stosuje się szczotkę drucianą ze stali
konieczne usunięcie nadmiaru metalu innej niż nierdzewna, zanieczyszczenie
spoiny i wypolerowanie strefy spoiny, aby cząstkami żelaza może prowadzić do
nie odróżniała się od otaczającego metalu powstania rdzy i zmiany koloru w czasie
podstawowego. użytkowania.
Normalna obróbka wykończeniowa może Inną metodą usuwania żużla spawalniczego
stanowić jedną z poniższych operacji, i rozprysków z ciężkich elementów jest
zastosowanych pojedynczo lub w połączeniu, piaskowanie. W procesie tym, cząstki
w zależności od techniki spawania i ścierne (krzemionka, korund itp.) uderzają
wymagań co do stopnia wykończenia : o elementy zespawane pod wysokim
" wykończenie mechaniczne przez ciśnieniem powietrza lub wody.
młotkowanie, szczotkowanie, szlifowanie
oraz polerowanie,
28
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
7.2 Szlifowanie W porównaniu do innych materiałów,
usuwanie materii wymaga w wypadku stali
Własności fizyczne stali nierdzewnych nierdzewnych dużej energii. Należy więc
wymagają staranności w trakcie szlifowania, dołożyć starań aby uniknąć nadmiernego
co zapobiegnie przegrzaniu i zwiÄ…zanemu z nagrzewania siÄ™ (maksymalna temperatura
tym przebarwieniu cieplnemu. Zjawisko to rzÄ™du 200°C), które może spowodować
powstaje, gdy temperatura powierzchni lekkie utlenianie powierzchni, co
przekracza 200°C. W procesie tym, uniemożliwi utworzenie warstwy pasywnej.
powierzchnia elementu spawanego jest Nacisk wywierany przez krążek lub taśmę
ścierana za pomocą tarczy szlifierskiej należy wyregulować na najniższym
obracającej się z wysoką prędkością poziomie, tak aby uzyskać zadowalające
obwodowÄ… od 20 m/sdo 80 m/s. CzÄ…stkami polerowanie bez lokalnego przegrzewania.
ściernymi są zazwyczaj tlenek glinu
(korund) lub węglik krzemu (karborund). Do
operacji zgrubnego szlifowania, takich jak 7.4 Obróbka chemiczna
usuwanie nadmiaru grubości spoiny,
stosuje się krążki cylindryczne o średnicy 7.4.1 Wytrawianie
100 mm - 200 mm o wielkości ziarna według
numeru sita rzędu 40. W zależności od Przy niektórych metodach spawania, złącze
rodzaju spoiwa, prędkość obwodowa waha zostaje pokryte warstwą kolorowego tlenku,
się od 25 m/s do 60 m/s. Dla operacji który musi zostać usunięty, aby przywrócić
szlifowania wykończającego (na przykład zdolność do pasywacji. Można tu
dokładne wyrównywanie spoiny) stosuje zastosować różne metody.
się półsztywne lub elastyczne tarcze
szlifierskie o średnicy od 150 mm do 250 mm ń' Kąpiel trawiąca dla gatunków austeni-
i wielkości ziarna o numerze sita 80 - 120 i tycznych :
prÄ™dkoÅ›ci obwodowej od 12 m/sdo 15 m/s. " kwasazotowy 52% (36° Baumégo) : 100 l
" kwasfluorowodorowy 65% : 20 l
" lub fluorek sodu : 30 kg
7.3 Polerowanie " woda : 900 l
Polerowanie jest często spotykaną operacją ń' Kąpiel trawiąca dla gatunków ferry-
wykończenia powierzchni. Normalna tycznych :
procedura polega na usuwaniu Å›ladów " kwasazotowy 52% (36° Baumégo): 100 l
szlifowania przy zastosowaniu materiału " kwasfluorowodorowy 65% : 10 l
ściernego o numerze 180 - 320. Stosowane " lub fluorek sodu : 15 kg
narzędzia (tarcze polerskie i krążki " woda : 900 l
szmaciane) muszą być wykorzystywane
tylko do stali nierdzewnych, aby uniknąć Czas zanurzenia w temperaturze 20°C
ryzyka zanieczyszczenia drobinami żelaza. zazwyczaj wynosi od 15 minut do 3 godzin.
29
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
Aby zapobiec korozji metalu należy powierzchnię a następnie całkowicie
starannie kontrolować temperaturę kąpieli usuwany przy pomocy szczotki ze stali
oraz czas zanurzenia. Po wytrawieniu, nierdzewnej lub nylonowej, po czym
części muszą być obficie spłukane wodą następuje spłukanie wodą.
wolnÄ… od chloru.
Å„' Dekontaminacja
ń' Pasty i żele wytrawiające : Różne operacje w stosunku do blachy mogą
Stosowanie past lub żeli umożliwia pozostawić na jej powierzchni drobiny
ograniczenie obróbki do strefy spoiny. Ich bogate w żelazo, które muszą być usunięte.
skład może się różnić, ale często zawierają Chociaż cel jest inny, metody dekontaminacji
one kwas azotowy. Pasta lub żel jest są takie same jak przy pasywacji.
nakładana pędzlem, a następnie strefa ta
jest czyszczona szczotkÄ… drucianÄ… ze stali
nierdzewnej. Po wytrawieniu, strefa ta jest
spłukiwana wodą.
8. Bezpieczeństwo
7.4.2 Pasywacja
pracy
Po wytrawieniu, metal nie jest chroniony i
musi być utworzona nowa warstwa 8.1 Porażenie elektryczne
pasywna dla przywrócenia odporności na
korozję. Przy wszystkich operacjach ręcznego spawania
łukowego, głównym niebezpieczeństwem
ń' Kąpiele pasywacyjne jest porażenie elektryczne wynikające z
Części są zanurzane w kwaśnej kąpieli o kontaktu z nieosłoniętymi elementami
następującym przybliżonym składzie : obwodu spawania będącymi pod napięciem.
Napięcie łuku wynosi od 10 do 40 woltów,
" kwasazotowy 52% (36° Baumégo): 250 l ale ponieważ napiÄ™cie konieczne dla
" woda : 750 l zajarzenia łuku może być wyższe, z
ródła
mocy mają napięcie obwodu otwartego
Czas zanurzenia w temperaturze 20°C rzÄ™du 80 V.
zazwyczaj wynosi od 15 minut do 1 godziny.
Po pasywacji części muszą być starannie Chociaż napięcie to wydaje się niskie
spłukane wodą. w stosunku do napięcia 220 V w
gospodarstwach domowych, okazało się, że
ń' Pasywacyjne pasty i żele tylko napięcie poniżej 50 V prądu
Pasty i żele są stosowane do lokalnej przemiennego oraz 120 V prądu stałego nie
pasywacji strefy spawania. Środek oparty o jest niebezpieczne dla zdrowych osób w
kwas azotowy jest nakładany na obrabianą suchym środowisku.
30
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
Poniższe wytyczne podają podstawowe spawalniczy. Na przykład, pomimo, że
zasady bezpieczeństwa i higieny pracy przewód powrotny jest odłączony,
wymagane dla zapewnienia bezpiecznej spawanie jest możliwe, gdy prąd powrotny
pracy i zapobieżenia wypadkom. płynie przez zabezpieczający przewód
uziemiajÄ…cy z
ródło zasilania. Prądy
" Obwody elektrody i części spawanej są błądzące mogą być, jeżeli chodzi o ich
pod napięciem, gdy urządzenie natężenie, porównywalne z prądem
spawalnicze jest włączone. Nigdy nie spawania, gdy izolacja przewodu
należy dopuszczać do zetknięcia części powrotnego, który może mieć zwarcie przez
obwodu będących pod napięciem z inne przewody jest słaba lub wadliwa. Przy
gołą skórą lub mokrym ubraniem. spawaniu konstrukcji budowlanych lub
Spawacz może być zabezpieczony rurociągów, przewód powrotny prądu
przed porażeniem elektrycznym przez spawania winien być umieszczony jak
odpowiednie ubranie, takie jak : najbliżej strefy spawania.
rękawice, buty i kombinezon.
" Należy zawsze być odizolowanym od 8.2 Dymy i gazy
części spawanej i od ziemi, stosując
suchą izolację przy spawaniu w wilgotnym Podczas spawania mogą wydzielać się
pomieszczeniu lub na posadzce dymy i gazy niebezpieczne dla zdrowia,
metalowej, szczególnie podczas spawania które zanieczyszczają powietrze w pobliżu
w pozycji siedzącej lub leżącej, gdy duży stanowiska pracy. Dla wyeliminowania
obszar ciała może być w kontakcie z spowodowanego tym ryzyka należy
przewodzącą powierzchnią. przedsięwziąć odpowiednie środki
ostrożności. Jeżeli się nie da, to dymy i gazy
" W celu ochłodzenia uchwytu elektrody muszą być odprowadzane u z
ródła
nigdy nie należy zanurzać go w wodzie. ich powstawania stosując wentylację
miejscowÄ… i/lub system odciÄ…gowy przy
" Gdy spawarka jest wykorzystywana łuku, aby utrzymać je z daleka od strefy
jako z
ródło energii do spawania oddychania. Nie należy stosować aparatów
zmechanizowanego, powyższe zasady do oddychania, dopóki nie zostaną
odnoszą się również do elektrody, wykorzystane wszystkie inne możliwości.
szpuli drutu elektrodowego, głowicy Ogólnie można stwierdzić, że aparatura
spawalniczej, dyszy i uchwytu do do ochrony dróg oddechowych jest
spawania półautomatycznego. wykorzystywana tylko jako wyposażenie
tymczasowe, ale bywają takie okoliczności,
Inny rodzaj niebezpieczeństwa elektrycznego w których oprócz wentylacji może być
może powstać w przypadku błądzących konieczne użycie środków ochrony
prądów spawalniczych, które wracają do osobistej.
z
ródła innymi drogami niż przewód
31
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
9. Glosariusz:
terminy i definicje
Nie należy spawać w sąsiedztwie oparów Prąd przemienny : Rodzaj prądu elek-
chlorowanych węglowodorów pochodzących trycznego, który odwraca okresowo swój
z operacji odtłuszczania, czyszczenia lub kierunek. W przypadku prądu o
natryskiwania. Ciepło i promieniowanie częstotliwości 50 Hz, prąd płynie najpierw w
pochodzące z łuku może reagować z jednym kierunku a następnie w odwrotnym,
oparami rozpuszczalnika i razem z innymi zmieniajÄ…c kierunek 50 razy na sekundÄ™.
związkami drażniącymi tworzyć fosgen, gaz
silnie toksyczny. Ugięcie łuku : Odchylenie łuku od jego
normalnej drogi w wyniku sił magnetycznych.
8.3 Promieniowanie łuku Długość łuku: Odległość od końca elektrody
do punktu, w którym łuk styka się z
Promieniowanie łuku może spowodować powierzchnią spawanego elementu.
uszkodzenie oczu i oparzenia skóry.
Spoina Å‚ukowa liniowa : Spoina liniowa
" Podczas spawania lub obserwacji wykonana metodÄ… spawania Å‚ukowego (np.
spawania łukiem otwartym należy GTAW, PAW, GMAW, SMAW, SAW).
stosować tarczę z odpowiednim filtrem i
okienkiem szklanym w celu ochrony Spoina Å‚ukowa punktowa : Spoina punktowa
oczu przed promieniowaniem i iskrami. wykonana metoda spawania Å‚ukowego (np.
Soczewki filtru winny odpowiadać GTAW, GMAW).
normom europejskim.
Spawanie Å‚ukowe : Grupa metod spawania,
" Dla ochrony skóry przed promieniowaniem w których ciepło do spawania uzyskuje się z
łuku należy stosować odpowiednie łuku elektrycznego, z zastosowaniem lub
ubranie. bez zastosowania spoiwa.
" Personel znajdujący się w pobliżu należy Współczynnik czasu jarzenia łuku: Stosunek
chronić, stosując odpowiednie ekrany czasu jarzenia łuku do łącznego czasu, w
oraz należy ostrzec pracowników przed którym moc jest dostępna.
obserwowaniem łuku i narażaniem się
na jego promieniowanie i rozpryski Spawanie automatyczne : Processpawania,
gorącego metalu. w którym operacja ta jest głównie
sterowana maszynowo.
Biegunowość ujemna elektrody prądu
stałego (DCEN) : Podłączenie przewodów w
procesie spawania Å‚ukowego prÄ…dem
stałym w taki sposób, że element spawany
stanowi biegun dodatni a elektroda 
32
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
biegun ujemny łuku spawalniczego (np. do momentu, w którym następuje wyrzut
GTAW, PAW). stopionego metalu, to znaczy wyiskrzanie.
Końcowym etapem jest wywarcie docisku i
Biegunowość dodatnia elektrody prądu spęczenie złącza.
stałego (DCEP) : Podłączenie przewodów w
procesie spawania Å‚ukowego prÄ…dem Spawanie Å‚ukowe drutem proszkowym z
stałym w taki sposób, że element spawany rdzeniem topnikowym (FCAW) : Spawanie
stanowi biegun ujemny a elektroda  łukowe, w którym wykorzystywana jest
biegun dodatni łuku spawalniczego. ciągła elektroda (drut proszkowy). Ochrona
Å‚uku jest zapewniona przez topnik zawarty
Biegunowość odwrotna prądu stałego w drucie proszkowym. Dodatkową osłonę
(DCRP) = DCEP może stanowić mieszanka gazów
dostarczana z zewnÄ…trz.
Biegunowość dodatnia prądu stałego
(DCSP) = DCEN Spawanie Å‚ukowe elektrodÄ… metalowÄ… w
osłonie gazu (GMAW) : Spawanie łukowe, w
Spawanie wiązką elektronów (EBW) : którym wykorzystywana jest ciągła
Metoda spawania, w której ciepło powstaje elektroda metalowa. Osłona łuku i jeziorka
w wyniku zderzenia się skoncentrowanej spawalniczego jest zapewniona całkowicie
wiązki elektronów o wysokiej prędkości z przez gaz dostarczany z zewnątrz.
elementem spawanym. Spawanie to
odbywa siÄ™ zazwyczaj w komorze Spawanie Å‚ukowe elektrodÄ… wolframowÄ… w
próżniowej. osłonie gazu obojętnego : GTAW lub
spawanie metodÄ… TIG : Metoda spawania
Spawanie elektrożużlowe (ESW) : Metoda łukowego w osłonie gazu obojętnego
spawania oparta na nagrzewaniu oporowym przy zastosowaniu nietopliwej elektrody
(RI2) stopionego żużla przewodzącego wolframowej. W metodzie tej można
elektryczność. Złącza (w układzie stosować spoiwo lub nie.
pionowym) o grubości powyżej 15 mm (bez
górnej granicy ich grubości) mogą być Zgrzewanie indukcyjne (IW) : Metoda
spawane jednym przejściem stosując zgrzewania, w której ciepło niezbędne
prostopadłe przygotowanie brzegów. jest uzyskiwane w wyniku rezystancji
elementów łączonych wobec przepływu
Zgrzewanie iskrowe (FW) : Metoda indukowanego prÄ…du zgrzewania wysokiej
zgrzewania, w której elementy zgrzewane częstotliwości (IHFW) lub indukowanego
(pręty, rury) są mocowane w specjalnym prądu zgrzewania niskiej częstotliwości
uchwycie i lekko ze sobą zetknięte. Prąd o (ILFW), przy zastosowaniu docisku. Efektem
wysokim natężeniu przechodzi przez prądu zgrzewania wysokiej lub niskiej
zaciski i małe powierzchnie styku pomiędzy częstotliwości jest koncentracja ciepła w
elementami zgrzewanymi są przegrzewane żądanym miejscu.
33
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
Spawanie w osłonie gazów obojętnych : Zgrzewanie rezystancyjne : Metoda
Spawanie łukowe, w którym zarówno łuk, zgrzewania, w której ciepło jest uzyskiwane
jak i jeziorko spawalnicze są osłonięte przez elektryczne nagrzewanie rezystancyjne
przed atmosferą przez medium, którym jest powierzchni styku łączonych elementów
całkowicie (metody spawania GTAW, PAW) dociskanych do siebie i przez które
lub głównie (metody spawania GMAW, przepływa prąd elektryczny.
FCAW) gaz obojętny.
Ścieg graniowy : Pierwszy ścieg wykonany
Spawanie laserowe (LBW) : Metoda w grani spoiny wielowarstwowej.
spawania, w której ciepło do spawania
uzyskuje się ze skoncentrowanej i spójnej Spawanie półautomatyczne : Proces
wiązki światła zogniskowanej na złączu. spawania, który jest częściowo sterowany
maszynowo, ale wymaga ręcznego
Spawanie Å‚ukiem plazmowym (PAW) : prowadzenia.
Metoda spawania łukowego w osłonie gazów
obojętnych przy zastosowaniu nietopliwej Spawanie łukiem osłoniętym elektrodą
elektrody wolframowej, w której plazma łuku metalową (SMAW) lub ręczne spawanie
jest zawężona dyszą dla wytworzenia łukowe elektrodą metalową : Spawanie
strumienia plazmy o wysokiej energii. Å‚ukowe otulonÄ… elektrodÄ… metalowÄ… o
długości nie przekraczającej 450 mm i
Zgrzewanie garbowe (PW) : Metoda wykonywane przez operatora. Osłonę łuku
zgrzewania, w której małe przygotowane uzyskuje się w wyniku rozkładu otuliny
garby na powierzchni elementów elektrody.
zgrzewanych sÄ… stapiane i zapadajÄ… siÄ™
przy doprowadzeniu prądu z dwóch Przypawanie kołków (SW) : Metoda
przeciwstawnych elektrod. spawania, w której ciepło pochodzi z łuku
zajarzonego pomiędzy końcem kołka a
Rezystancyjne zgrzewanie liniowe (RSEW) : elementem łączonym. Po osiągnięciu
Metoda zgrzewania, w której blachy są właściwej temperatury, dwa elementy są
ściskane między dwoma elektrodami dociskane do siebie.
krążkowymi przesuwającymi się wzdłuż
złącza, tworząc ciąg zgrzein punktowych. Spawanie łukiem krytym (SAW) : Spawanie
łukowe elektrodą metalową, w którym
Rezystancyjne zgrzewanie punktowe (RSW): stosuje siÄ™ drut elektrodowy. A
uk jest
Metoda zgrzewania, w której łączone osłonięty topnikiem, którego część topi się
blachy są zaciskane pomiędzy dwoma tworząc usuwalny żużel pokrywający
przeciwległymi elektrodami, pomiędzy spoinę.
którymi przez bardzo krótki czas następuje
przepływ prądu o wysokim natężeniu.
34
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
Prędkość posuwu : Względna prędkość Złącze bez odstępu : Złącze, w którym
przemieszczania elektrody w stosunku do powierzchnie łączone (brzegi dwóch części)
powierzchni Å‚Ä…czonego elementu. stykajÄ… siÄ™ ze sobÄ… podczas spawania.
Napięcie : Napięcie mierzone na zaciskach Wklęsła spoina pachwinowa : Spoina
z
ródła prądu, które określa długość łuku. pachwinowa, której lico jest wklęsłe.
Rzeczywiste napięcie łuku będzie zawsze
miało wartość niższą od zmierzonej na Złącze narożne : Złącze pomiędzy końcami
zaciskach. lub brzegami dwóch części tworzącymi kąt
zawarty miÄ™dzy 30° a 135°.
Ruch wahadłowy : Technika układania
stopiwa, w której elektroda przemieszcza Złącze krzyżowe : Złącze, w którym dwie
się ruchem wahadłowym. płaskie płyty są spawane do innej płaskiej
płyty pod kątem prostym i w tej samej osi.
PrÄ…d spawania (ampery)
Spoina 2V (X) : Spoina czołowa, w której
przygotowane brzegi obydwu elementów są
9.2 Rodzaje połączeń spawanych podwójnie zukosowane, tak że strefa
stopienia tworzy w przekroju kształt X.
Kąt ukosowania : Kąt, pod którym brzeg
elementu przygotowano do spawania. Złącze grzbietowe : Złącze pomiędzy
brzegami dwóch elementów ustawionych
Ukosowanie : Przygotowanie brzegu pod wzglÄ™dem siebie pod kÄ…tem bliskim 0°.
kÄ…tem.
Przygotowanie brzegów : Nadawanie
Podkładka płaska spoiny : Materiał ułożony kształtu prostokątnego, rowkowanie lub
przy grani i wykorzystywany do kontroli ukosowanie brzegu w celu przygotowania
wtopienia spoiny. do spawania.
Złącze doczołowe : Złącze pomiędzy Spoina pachwinowa : Spoina o przekroju
końcami lub brzegami dwóch czołowo poprzecznym zbliżonym do trójkąta,
usytuowanych elementów leżących w tej łącząca dwie powierzchnie usytuowane pod
samej płaszczyz
nie, (tzn. tworzących kąt kątem zbliżonym do prostego w złączu
pomiędzy jednym i drugim elementem zakładkowym, teowym lub narożnym.
zbliżony do 180°).
PÅ‚aska spoina pachwinowa : Spoina
Spoina czołowa : Spoina, w której metal jest pachwinowa, której lico jest wklęsłe.
układany między brzegami złącza
doczołowego. Linia wtopienia : Połączenie metalu spoiny
z niestopionym materiałem podstawowym.
35
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
Odstęp lub odstęp rowka: Odległość w Spoina I : Spoina czołowa, w której
dowolnym przekroju poprzecznym między powierzchnie czołowe łączonych elementów
brzegami, końcami lub powierzchniami są mniej więcej prostopadłe do powierzchni
przeznaczonymi do połączenia. łączonych elementów i są do siebie
równoległe.
Strefa wpływu ciepła (HAZ) : Część
materiału podstawowego bezpośrednio Złącze teowe : Złącze pomiędzy końcem lub
przylegająca do linii wtopienia, która nie brzegiem jednego elementu a płaszczyzną
została stopiona, lecz w której ciepło drugiego elementu, usytuowanych pod
spawania miaÅ‚o wpÅ‚yw na mikrostrukturÄ™. kÄ…tem zbliżonym do 90°.
Złącze : Połączenie, które ma być spawane Spoina sczepna: Mała spoina stosowana do
między dwoma lub większą ilością wspomagania montażu lub do utrzymania
elementów albo pomiędzy dwoma lub zestawienia brzegów elementów w trakcie
większą ilością części jednego elementu. spawania.
Złącze zakładkowe : Złącze pomiędzy Grubość spoiny : Minimalna grubość spoiny
dwoma nakładającymi się elementami pod mierzona na linii biegnącej od grani i
wzajemnym kÄ…tem zbliżonym do 0°. przechodzÄ…ca przez punkt w Å›rodku
pomiędzy jej brzegami.
Złącze z odstępem : Złącze, w którym
Å‚Ä…czone elementy sÄ… oddzielone od siebie w Podtopienie : Rowek wytopiony w metalu
trakcie spawania za pomocą określonej podstawowym przyległy do brzegu spoiny i
szczeliny. niewypełniony metalem spoiny.
Nawis : Wystawanie metalu spoiny poza Złącze na Y : Złącze między końcem lub
brzeg spoiny lub powierzchniÄ™ grani spoiny. brzegiem jednego elementu a powierzchniÄ…
Wtopienie : Głębokość, do której sięga czołową drugiego elementu, usytuowanych
strefa stopienia poniżej powierzchni pod kÄ…tem miÄ™dzy 10° a 70°.
spawanych elementów.
Lico spoiny : Powierzchnia spoiny od tej
Gardziel rowka : Strefa, w której elementy strony, od której spoina została wykonana.
łączone były najbliżej siebie przed
spawaniem. Wtopienie spoiny : Głębokość wtopienia lub
stopienia zmierzona od wyjściowej
Spoina V : Spoina czołowa, w której powierzchni metalu podstawowego.
przygotowane brzegi obydwu części są
zukosowane w taki sposób, że przekrój Nadlew spoiny : Metal spoiny natopiony na
strefy stopienia tworzy kształt V. licu ponad wymaganą grubość spoiny.
36
S P A WA N I E S T A L I N I E R D Z E WN Y C H
9.3 Materiały dodatkowe do
spawania
Elektroda otulona : Pręt do spawania
otulony topnikiem (dla metody SMAW)
stosowany do spawania Å‚ukowego i
składający się z metalowego rdzenia, ze
stosunkowo grubą otuliną, która osłania
stopiony metal i stabilizuje Å‚uk.
Spoiwo : Metal dodawany w trakcie
spawania (lutowania twardego lub
napawania).
Pręt do spawania : Spoiwo w postaci pręta
(np. dla metody GTAW).
Drut do spawania : Spoiwo w postaci kręgu
drutu (np. dla metody GMAW i SAW).
Topnik : A
atwotopliwy materiał stosowany
do ochrony spoiny przed zanieczyszczeniem
z powietrza, do stabilizacji Å‚uku oraz
do spełniania funkcji metalurgicznych
(zapobieganie powstawaniu tlenków i
innych niepożądanych substancji, ich
rozpuszczanie i ułatwianie usuwania).
Drut proszkowy z rdzeniem topnikowym :
Spoiwo w formie małej rurki z topnikiem
zawartym w rdzeniu. Rdzeń dostarcza
odtleniacze oraz materiały tworzące żużel,
jak również może dostarczać gazy ochronne
(niektóre druty proszkowe są drutami
samoosłonowymi).
ISBN 2-87997-009-1
Diamant Building · Bd A. Reyers 80 · 1030 Bruksela · Belgia · Telefon [phone] · Fax -69 · e-mail [e-mail] · www.euro-inox.org