Technologia spajania

file:///C:/Users/win7/AppData/Local/Temp/zim-win7/print-to-browser...

Technologia spajania

Created Saturday 06 October 2012

Andrzj Klimpel "Spajanie, zgrzewanie i cięcie metali - technologie"

najprostszy sposób spawania to ręczne spawanie elektrodą otuloną.

Elektroda wykonana jest z miękkiej stali,łatwo topliwej, która w łatwy posób łączy się z materiałem rodzimym tworząc spoinę.

Otulina stosowana jest w celu:

Zapobiegnięciu reakcji pomiędzy pierwiastkami w powietrzu a rozgrzanym materiałem. Tworzą one azotki i tlenki, które są nieporządane.

Wprowadzeniu do spoiny składników stopowych tak, aby miała własności wytrzymałościowe zbliżone do spawanego materiału.

Jonizacji strefy pomiędzy elektrodą a materiałem aby ułatwić rozpoczęcie procesu spawania.

Otuliny mają różne grubości, oraz skład tak, aby ułatwić proces, oraz zwiększyć jego wydajność.

Spoina po zakrzepnięciu i po przesunięciu się elektrody jest ochraniana przez żużel, gdyż jako lżejszy od metalu wypływa na wierzch chroniąc spoinę przed zbyt szybkim ostygnięciem. Duża prędkość chłodenia wpływa niekorzystnie na własności mechaniczne spoiny, gdyż wprowadza naprężenia spawalnicze.

Żużel ma jednak wady, gdyż trzeba go oczyścić przed położeniu kolejnego ściegu, lub warstwy.

Źródło prądu stałego (spawarka).

Nie może być to zwykłe gniazdko, tylko specjalny rodzaj prądu o dużym I i małym U. Potrzebny jest prąd, gdyż wymagane jest ciepło.

Żródło musi mieć również regulowane natęzenie aby sterować procesem.

Drugim rodzajem źródeł są transformatory spawalnicze, które zmieniają prad sieciowy na taki, który jest niezbędny.

Wyróżniemy dwa rodzaje, gdyż prąd stały o stałej biegunowości jest lepszy niż zmienny, gdyż łuk ma stałe właściwości.

Kompromisem pomiędzy tymi rodzajami jest prostownik spawalniczy, czyli transformator z prostownikiem.

Stale są to materiały powszechnie stosowane do celów spawalniczych. Stale wysoko i bardzowysokostopowe nie są spawalne i trzeba stosować inne metody spajania. Spawane sa również stopy aluminium i miedzi, metale szlachetne, oraz materiały specjalne.

Kierunek spawania - od lewej do prawej, tak jak spoina narasta. Wyróżniamy różne pozycjie i rodzaje spawania. Na rysunku znajduje się pozycja podolna przy spawaniu czołowym.

Długość łuku jest sterowane tak, aby minimalizować zakłócenia.

Spawanie może być:

ręczne

Półautomatyczne

automatyczne

Półautomatyczne polega na tym, że spawacz ma pistolet z automatycznym podajnikiem drutu, a sam 1 z 8

2012-12-16 12:30

Technologia spajania

file:///C:/Users/win7/AppData/Local/Temp/zim-win7/print-to-browser...

proces kładzenia ściegu jest ręczny.

Wyróżnia się również spawanie elektrodą nietopliwą (elektr. wolframową). Materiał spoiny pochodzi z osobnego drutu podawanego z zewnątrz. Najczęściej odbywa się ono w osłonie gazów szlachetnych aby chronić końcówkę drogiej elektrody. Tę metodę stosuję się przy spawaniu stali wysokostopowych i stopów aluminium.

Spawanie automatyczne również może się odbywać w osłonie gazowej i może przechodzić bez obecności człowieka. Wykonywane są przez roboty spawalnicze. Mechanizm wprowadza drut w miejsce spawania poprzez robota i spawanie odbywa się przy kontrolowaniu parametrów spawania.

Spawanie dużych elementów (np. zbiorników) odbywa się za pomocą topnika (proszek), który całkowicie przyktwa łuk elektryczny, spoinę i zużel. Umożliwia spawanie z bardzo wysokim prądem, łukiem elektrycznym i grubą elektrodą. pawanie pod topnikiem przechodzi przy natężeniu 600-3000 A. Zapewnia to dużą wydajność, małe odkształcenia i naprężenia. Jest to spawanie łuiem krytym.

W podanej literaturze nie ma kontroli połączeń

spawanych!!!

(a są potrzebne)

Rozróżniamy 2 rodzaje połączeń

Doczołowe

Pchwinowe

Za spoinę pachwinową uważano dawniej wszystko to, co znajduje się w pachwinie. Teraz, jeżeli otrymujemy pełny przetop, jst to pachwina doczołowa, reszta to pachwinowa.

Najprostsze są połączenia takie, kiedy możemy uzyskać efekt spajania za pomocą jednego ściegu. Tak długo jak możemy uzyskać pełny przetop, to metoda jest skuteczna. Przy spawaniu doczołowym blach maks, grubość blachy bez ukosowania to 4mm. Jeżeli mamy do czynienia z grubością większą, to stosuje się spawanie dwustronne.

Jeżeli nie ma dostępu do drugiej strony złącza, stosujemy ukosowanie. Jest wiel sposobów, a najprostsze jest na "V". Ukosować można obróbką skrawaniem, lub metodami spawlniczymi (cięcie tlenem, itp.).

W spawaniu ukosowania "v" musi pozostać próg (niezukosowana część blachy), by nie przegrzać i stopić materiału. Umożliwia to wykonanie poprawnego spawu. W pierwszym ściegu spaja się próg, a następne to ściegi wypełniające spoinę. Ważne jest usuwanie żużla pomiędzy kolejnymi ściegami.

Niekiedy spawacz, przy konstrukcjach o szczególnym znaczeniu, potrzebuje większej swobody w operowaniu elektrodą i łukiem, a wtedy stosuje się ukosowanie na "U". Wykonuje się je najczęściej fazując na "V", a następnie frezując promień przy progu. Jezeli grubości spawania wykraczają powyżej pewnej grubości, to stosuje się podwójne (obustronne) ukosowania. Podwójne ukosowanie na "V" nazywa się "X", a podwójne ukosowanie "U" to "2U".

Dla połączeń krzyżowyh mamy ukosowanie na "K", oraz dla bardziej odpowiedzialnych konstrukcji stosuje się ukosowanie na "B" (K z promieniami, odpowiednik "U" dla "V").

Pozycje spawania

Zalecana jest pozycja podolna, czyli przypadek, kiedy elektroda znajduje się nad elementem spawanym.

Pozycja naścienna to taka pozycja, gdy materiał ustawiony jest w pozycji pionowej, a spoina przebiega od lewej do prawej.

Pozycja pionowa to taka, gdy mteriał ustawiony jest w pozycji pionowej, a spoina przebiega pionowo.

2 z 8

2012-12-16 12:30

Technologia spajania

file:///C:/Users/win7/AppData/Local/Temp/zim-win7/print-to-browser...

Najtrudniejsza jest pozycja pułapowa, czyli taka, gdy materiał ustawiony jest poziomo, a elektroda znajduje się pod materiałem (nad głową spawacza).

Proces spawnia obejmuje jeszcze jedną czynnoć, czyli proces sczepiania. Jest to zabieg umożliwający ustawienie łączonych eleme, w sposób najkożystniejszy dla procesu spawania. Umożliwia on zachowanie odpowiedniego odstępu pomiędzy spajanymi elementami. Wykonuje się je za pomocą tw. punktów sczepu. Punkt sczepny ma wymiary 5 do 15 mm w zalezności od kolejnych operacji (obracania, przestawiania itp.). Punktów sczepnych wykonujemy kilka, w odstpach od 20-30g (g-grubość ł.

materiałów). Kolejność wyk. pkt. sczepnych jest ściśle okreslona i istotna z punktu widzenia technologii.

Kolejnosć ta zapobiega odkształceniom płyty i zmianie odstępu elementów. Punkty poinny być rozmieszczone jak najrzadziej i być jak najmniejsze.

W trakcie sczepiania w szczelinę wprowadza się specjalne rozpórki aby zachować odpowiedni wymiar.

Po odpowiednim ustawieniu, oraz przygotowaniu następuje spawanie. Spawacz musi być wprawny i świadomy, gdyż jest pierwszym kontrolerem.

Ruchy wykonywane końcem elektrody mogą być różne.:

Najprostszy (a zarazem najgorszy) jest prosty ciągly ruch wzdłuż spoiny bez ruchów poprzecznych.

Jest to pierwszy ruch przetapiający próg

Kolejny ruch posiada lekkie ruchy poprzeczne

Kolejny ścieg kładzie się szerszym zygzakiem

Tam, gdzye łuk dotyka zimnego materiału wykonuje zygzak z krótkimi postojami na zmianie kierunków aby materiał nagrzać.

W procesie spawania każde lekkie nagranie powoduje deformacje i naprężenia w matriale. Np.

wykonanie prostego krzyżowego spawania pachwinowego z jednej strony spowoduje odchylenie płyty poprzecznej w stronę spawu. Większe odchylenia są przy większej szerokości blachy. Niepoprawny proces może nawet doprowadzić do zniszczenia konstrukcji po pewnym czasie.

Najprostszym sposobem do zminimalizowania odkształceń jest odpowiednio dobrana kolejność kładzenia spoin. Na przykład kładzenie długich spon doczołowych powinno przebiegać fragmentami względem środka symetrii tak, aby podczas spawania jednego odcinka, przeciwlegle położony w tym czasie stygł.

Przy spawaniu wielowarstwowym spawa się tak, aby poszczególne warstwy nachodziły na siebie i jednocześnie wydłużały spoinę.

Wydajność

Elektrody mogą być różnej drubości, z różyn składem otuliny i wpływa to na wydajność procesu. Aby ją zmaksymalizować można wprowadzić opiłki żelaza w otulinie, aby ta wnikała do spoiny. Większe spoiny wykonujemy grubszymi elektrodami.

Zwiększenie wydajności może polegać również na wprowadzenie automatyzacji (sp. automat. i półautomatyczne). Zwiększenie wydajności wynika z miejsca doprowadzenia prądu. W tych metodach można stosować większe prądy, a więc i uzyskać większe tempratury.

W spawaniu elektrodą, prąd płynie przez całą jej długość i jeżeli jest ona za długa, to ciepło wydzielane poza jej końce powoduje odpadanie otuliny. W zautomatyzowanych procesach doprowadzenie prądu pomyślane jest tak, aby obciążona końcówka elektrody była krótsza niż 40mm.

Najstarszą metodą spawnia, która daje dobre efekty to spawanie pod topnikiem. Druty elektrodowe to druty ze stali niskowęglowej, a składniki stopowe wymagane poprzez jednorodność materiału poprzez topnik. Druty są grube, a wydajnosc bardzo wysoka. Drut odwijany jest z bębna i przepychany jest do dyszy prądowej, gdzie styka się z jego źródła.

Dla zwiększenia wydajności można spawać jednocześnie 2 elektrodami. Są automaty, które podają druty równolegle, lub szeregowo, które kładą jednoczesni 2 ściegi, lub 2 warstwy.

Mozna spawać taśmą o szer. 20-30 mm, a grubości 2-3mm. Najszerzej stosowane przy napawaniu.

Spawanie automatyczne pod topnikiem w praktycznym znaczeniu ogranicza się do: 3 z 8

2012-12-16 12:30

Technologia spajania

file:///C:/Users/win7/AppData/Local/Temp/zim-win7/print-to-browser...

Zwiększenia wydajności

Uzyskaniu szczególnych właściwości (napawanie tasmą)

Wykonywanie specjalnych elementów

Spaw. automatyczne charakteryzuje się nastawienim parametrów spawania przed obróbką, a spawanie przebiega automatycznie, na szynach, czy kółkach, wedug okreslonego planu technologicznego z dużą możliwością ruchu. Spawarkę można podwiesić, czy umieścić na wysięgniku aby spawać rury. Można go również ustawić na zbiorniku itd. Stopień mechanizacji tego urządzenia jest bardzo wysoki.

052 3408748

16.12 - ZALICZENIE

13.01 - spotkanie poprawkowe

27.01 - wpis do indeksu

Spawanie lukiem krytym

Podstawowe parametry to natężenie prądu i napięcie łuku.

Szerokość spoiny rośnie wraz ze wzrostem napięcia, a wraz z wzrostem natężenia rośnie głębokość przetopu.

Średnica drutu również jest parametrem. Wpływa ona na wydajność.

Dla jakości spawania istotna jest szybkość przesuwu automatu i wpływa prost na szerokość spoiny.

Parametry:

I[A]

U[V]

D[mm] drutu

V[mm/min] posuwu

Można spawać szeregowo i równolegle. Takie metody stosowane są podczas spawania łukiem krytym aby zwiększyć wydajność spawania.

Prowdzi się również spawanie z dodaniem sproszkowanego metalu aby zwiększyć wydajność spawania.

Przy napawaniu stosuje się taśmy o grubości np. g=2mm, a szrokość s=20-50mm Przy spawaniu pod topnikiem są pewne niedogodności:

Problemy z wilgocią

topnik jest sypki, wobec tego spawanie jest możliwe jedynie w pozycjach podolnej i pobocznej Pierwsz spoina najczęściej spawana jest ręcznie (jest to tzw. podpawanie).

Aby uniknąć podpawania, a jednocześnie zapewnić właściwy przeop stosuje się podkładki. Zostaje ona przyspawana i jeżeli może ona zostać, to stosuje się podkładki stalowe, jeżeli musi zostać usunięta,to używa się podkładek miedzianych.

Przyżądy spawalnicze

Spawanie elektrożużlowe- w tej metodzie wykorzystuje się spawanie pod topnikiem w sposób stacjonarny. Polega to na wykorzystaniu wysokiej rezystancji żużla do wytworzenia ciepła potrzebnego do procesu spawania. lektrody s stacjonarne, a żużel umożliwia tworzenie dużej spoiny. stosowane głównie do spawania elementów o dużej grubości.

4 z 8

2012-12-16 12:30

Technologia spajania

file:///C:/Users/win7/AppData/Local/Temp/zim-win7/print-to-browser...

Spawanie w osłonach gazowych

Są urządzenia na okazje, gdy porzebne jest spawanie w osłonie gazowej, gdy elektroda nie ma otuliny.

Kiedys stosowano CO2 jako osłonę. W tej chwili używa się argonu, oraz helu (w USA hel, gdyż jest odpadem hutniczym). Używa się również wodoru, azotu CO2. Pojawiło się onopo to, aby zwiększyć wydajność spawania (CO2), w argonie, lub helu pojawiło się aby spawać stopy niklu, oraz stale wysokostopowe.

Proces może być realizowany metodą:

GTA - realizowane poprzez spawanie elektrodą wolframową. Zajarzanie łuku elektrycznego odbywa się tak, jak elektrodą. Dostarcza się gaz, który ulega jonizacji i przewodzi prąd. Po zajarzeniu łuku i zjonizowaniu gazu topi się krawędzie łączonych elementów.

GMA - "wyższa szkoła jazdy" - spawanie elektrodą ciągłą. Elektroda podawana jest w formie ciąłej, odwijana z bębna. Przy ujściu z pistoletu spawalniczego mają kontakt z okładzinami źródła prądu stałego, które umożliwiają przepływ prądu do materiału i topienie się drutu. Gaz podawany jest poptzez pistolet spawalniczy i uchodzi w kierunku strefy spawania.

Połączenia spawane

Jeżeli w procesie spawalniczym materiały zbliżą się na odległość międzykrystaliczną (parametru siatki krystalograficznej), to uzyskamy połączanie spawane. Najłatwiejsze jest to w stanie ciekłym, lecz jeżeli istnieje warstwa oddzielająca (np. tlenki, które mają wyższą temperaturę topnienia inż metale), nie będzie to możliwe. Przy metodach GMA i GTA, podłączenie bieguna "-" powoduje tzw. efekt rozbicia katodowego. Powoduje ono zniszczenie warstwy tlenków, które w normalnych war. są nie do zdarcia.

Możliwe jest to ze względu na deszcz elektronów z katody.

W szczególnych przypadkach możliwe jest spawanie bez przejścia w fazę ciekłą, np. ściskanie drutu aluminiowego.

Zgrzewanie

Zgrzewanie jest to proces, w którym materiał zostaje uplastyczniony temperaturą, a następnie poddawany jest siłą zapewniającą zbilżenie na odległość parametru siatki krystalograficznej.

Istnieją różne rodzaje zgrzewania:

Zgrzewanie elektryczne

Majprostsze jest zgrzwanie doczołowe. Polega ono na zetknięciu dwóch łączonych elementów doczołowo, oraz puszczenie prądu poprzez szczęki elektryczne zaciśnięte na zgrzewanych elementach.

Podłączone są one do wtórnej strony transformatora.

Procedura:

1. Zmocowane elementy zbliżamy powierzchniami doczołowymi do styku (bez luzów) 2. Włączamy prąd na okresloną ilość czasu

3. Czoło stanowi największy opór R i wydziela się tam największa ilość ciepła w obwodzie (choć nie jedyna).

4. Po pewnym czasie przepływ prądu zostaje zatrzymany i działa siła osiowa ściskająca która łączy elementy.

5. W obszarze styku powstaje zgrzelina.

Zgrzewanie punktowe:

Służy ono do łączenia blach na zakładkę. Punktowe szczęki stykane są współosiowo z łączonymi blachami po dwóch stronach. Podłącza się je do wt. uzwojeń transformatora i procedura jest analogiczna do 5 z 8

2012-12-16 12:30

Technologia spajania

file:///C:/Users/win7/AppData/Local/Temp/zim-win7/print-to-browser...

łączenia doczołowego. Zakres grubości jest ograniczony, maks. 3mm+3mm. Poniżej tych grubości ma bardzo duże zastosowanie.

Zgrzwanie ciągłe:

Przy pomocy elektrod tarczowych, zane również zgrzewaniem liniowym. Obracające się tarcze pod napięciem dociskają łączone blachy jednocześnie puszczając prd wydzielający ciepło. zasada działania jest niezmienna. Zgrzelina jest ciągł i szczelna.

Podstawowy rodzaj zgrzwania w technice to zgrzewanie elektryczno-oporowe.

Bocznikowanie

Bocznikowanie polega na tym, że jeżeli w procesie jest zaplanowane kilka zgrzewów, to prąd w późniejszych punktach jest pomniejszony o prąd płynący przez wykonane już zgrzewy. Jeżeli zgrzewanie odbywa się przy stałym prądzie, to kolejne spoiny będą mniejszych rozmiarów, gdyż mniej prądu będzie płynęło przez aktualnie zgrzwaną spoinę.

Można temu przeciwdziałać poprzez:

Używanie znormalizowanych odległości pomiędzy spoinami. Sposób ten jedynie zmniejsza wpływ bocznikowania, lecz nie zapobiega mu całkowicie.

Jedynym skutecznym sposobem jest zwiększenie prądu w kolejnych zgrzewach.

Przy spoinch liniowych również występuje zjawisko bocznikowania.

Bocznikownie bierze się ze wzoru na ciepło; (?)

Najwieksze ciepło wytwarza się w miejscu występowania największego opru, czyli na stuyku łączonych elementów.

Czy zgrzewa się tylko jedną elektrodą?

W najprostszych urządzeniach, tak, lecz w bardziej skomplikowanych elementach, gdzie wymagana jest duża wydajność, możliwe jest występowanie kilku elektrod. Podobnie w zgrzewaniu liniowych.

Zgrzewanie elektryczno oporowe jst technologią bardzo praktyczną., nie tylko w produkcji masowej.

Stosowane jest w przemyśle samochodowym, w zbrojeniach (betonu) i wielu innych dziedzinach przemysłu.

Zgrzewanie garbowe

Wykonywane jest na specjalnie przystosowanej prasie.

Szczęki prasy podłączone są do uzw. wtórnego transformatora, przy czym działa na nie siła ściskająca.

Pomiędzy szczękami znajdują się łączone matriały, przy czym jeden z nich posiada wytłoczone garby, które definiują punkty styku, a zarazem zgrzewu. Po krótkim czasie element z garbami, które są w styku z 2 materiałem ulegają uplastycznieniu i umożliwia to zgrzanie dwóch elementów. Garby wykonywane są w celu zdefiniowania punktów zgrzewu, a ulegają później zaprasowaniu pod wpływem siły nacisku prasy. Te same prasy, które służą do zgrzewania mogą być również stosowane do wytłaczania garbów w innym cyklu.

Zgrzewanie tarciowe

Jeden z nielicznych przykładów wykorzystania tarcia i ciepła, jakie podczas tego procesu zachodzi.

6 z 8

2012-12-16 12:30

Technologia spajania

file:///C:/Users/win7/AppData/Local/Temp/zim-win7/print-to-browser...

Zada działania:

poprzez mechanizmy obrabiarki wprowadza się łączone elementy w ruch względny dociśnięcie aby wywołać tarcie,

zatrzymanie tak, aby nie stracić ciepła,

wywarcie nacisku, aby pokonać odległość siatki międzykrystalicznej.

Wytrzymałość jest wękza w spoinie niż w elementach łączonych, gdyż struktura jest drobnoziarnista.

Najprościej wykonać zgrzewanie tarciowe w taki sposób że w szczękach obrotowych umieszczamy element A i nadajemy mu ruch obrotowy. Element B może ruszać się osiowo względem elementu A i wywiera on nacisk łączący je.

Budowa zgrzwarki jest bardzo podobna do tokarki.

Na skutek takiej technologii musi wystąpić deformacja i dlatego elementy po zgrzaniu posiadają charakterystyczną wypływkę w miejscu,gdzie występowało tarcie i gdzie elementy zostały połączone.

Często wypływka jest wypchnięta bardzo mocno, szczególnie, gdy parametry nie były dobrze dobrane (siła docisku, lub czas tarcia zbyt duże)

Zgrzewane tarciowo są najczęściej elementy osiowosymetryczne.

Wypywka jest czasem używana do połączenia. Na przykład wprowadzić rurę do odpowiednio ukształtowanej, nieprzelotowej tulei i wytworzenie wypływki tak, aby zablokowała ona pręt w tuei.

Hamulec jest elementem wrażliwym w zgrzewarce. Ważne jest, aby zatrzymanie odbywało się w jak najkrótszym czasie, gdyż w trakcie zatrzymywania działa siła osiowa wywołująca tarcie. Jeżeli element nie zostanie zatrzymany natychmiastowo, to formujące połączenia zostaną zerwane i proces uznaje się za nieudany.

Wypływkę można usunąć poprzez:

Obróbkę skrawaniem na osobnej maszynie

Obróbkę skrawaniem w trakcie zgrzewania elementu poprzez zewnętrzny mechanizm zgrzewarki.

Zblizenie na odległość siatki krystalograficznej

Zbliżenie jest możliwe również za pomocą siły (inne to upłynnienie i uplastycznienie termiczne). Łączy się metale w sposób trwały poprzez zgrzewanie wybuchowe. Łączyć można różne matriały (np. auminium i stal).Zgrzewanie to odbywa się w taki sposób, że elementy łączone umieszcza się na sobie, a na jednym z nich znajduje się materiał wybuchowy. Między nimi znajduje się podpora stanowiąca dystans pomiędzy nimi i ustalająca elementy pod pewnym kątem pomiędzy nimi. Jest ona istotna ze wzgędu na teorię łączenia i jest nizbędna aby połączyć materiały.

Cięcie

Cięcie chemiczne - cięcie tlenem (palnik acetyenowo-tlenowy)

Ponieważ jest to proces chemiczny, to muszą zostać spwłnione warnuki aby reakcja mogła zajść. Cięcie tlenem to tak na prawdę spalanie metalu, a więc warunkiem są:

temperatura zapłonu niższa od temperatury topnienia.

tlenki metalu [?...]

Palnik jest dwuczęściowy:

7 z 8

2012-12-16 12:30

Technologia spajania

file:///C:/Users/win7/AppData/Local/Temp/zim-win7/print-to-browser...

część acetylenowo-tlenowa (zewnętrzna część dyszy)

część dmuchająca czystym tlenem (wewnętrzna część dyszy)

8 z 8

2012-12-16 12:30