SPAWANIE ALUMINIUM, MIEDZI I ŻELIWA |
||
29.01.2001 |
Jarosław Długosz WBMiZ |
Dr inż. B. Majchrzak |
Zagadnienia do przygotowania:
spawanie gazowe Al,
spawanie gazowe Cu,
spawanie gazowe żeliwa.
Przebieg ćwiczenia:
Pierwszym etapem ćwiczenia było spawanie gazowe żeliwa. Zobaczyliśmy spawanie dwóch żeliwnych płytek z ukosowaniem na V metodą w lewo. Następnie zapoznaliśmy się z procesem spawania gazowego płytek miedzianych. Przed przystąpieniem do samego zabiegu spawania płytki zostały nagrzane palnikiem. Spawanie miedzi odbyło się również metodą w lewo. W oby przypadkach zastosowano topnik.
Opracowanie wyznaczonego zagadnienia:
Spawanie żeliwa:
Wobec wielu odmian żeliwa konieczne jest aby spawacz zdawał sobie sprawę z jaką odmianą żeliwa ma do czynienia (np. żeliwo sferoidalne ma o wiele lepszą spawalność niż szare). Na spawalność żeliwa szarego istotny wpływ ma jego struktura. Najlepiej spawają się żeliwa wykazujące w przełomie strukturę drobnoziarnistą, jasnego koloru i stosunkowo drobne wtrącenia grafitu.
Technologia spawania żeliwa musi uwzględniać następujące okoliczności:
jako materiał nieciągliwy żeliwo łatwo pęka zarówno w warunkach skurczu spoiny jak i nierównomiernego rozszerzania się pod wpływem lokalnego nagrzania do wysokiej temperatury,
nadmierny ubytek Si wskutek wypalenia się tego składnika z jeziorka spawalniczego powoduje zakrzepnięcie w tym miejscu metalu w postaci żeliwa białego, co utrudnia późniejszą obróbkę mechaniczną spoiny,
temperatura topnienia żeliwa niższa od temperatury topnienia tlenków żelaza powoduje trudności w łączeniu spoiny z odlewem i zanieczyszczenie jej, co niesie konieczność stosowania topników,
w stanie ciekłym żeliwo jest rzadkopłynne, co uniemożliwia układanie spoin w trudnych pozycjach np. pionowej, naściennej bez specjalnego zaformowania.
Metody spawania żeliwa szarego:
Spawanie na gorąco - wstępne, powolne nagrzanie (w skroś) odlewu do ~700ºC i utrzymanie w tej temperaturze przez cały czas spawania. Powinno się zapewnić równomierne stygnięcie z szybkością do 50ºC/h. Ponieważ w tej temperaturze żeliwo ma niskie własności wytrzymałościowe nie powinno się manipulować odlewem. Nagrzewanie i spawanie przeprowadza się więc w specjalnych piecach. Spawanie przeprowadza się metodą w lewo, pęknięcia na ściankach o grubości do 6mm bez ukosowania, a powyżej 6mm z ukosowaniem na V. Spawanie raczej w pozycji podolnej lub z formowaniem powstającej spoiny płytkami grafitowymi. Sposób ten jest kosztowny, zwłaszcza w przypadku dużych przedmiotów, gdyż wymaga specjalnego obudowania lub pieców grzewczych. Małe pojedyncze przedmioty nagrzewa się zwykle płomieniem palnika spawalniczego.
Spawanie na półgorąco, czyli z miejscowym podgrzewaniem. Metoda ta jest stosowana w przypadkach gdy usytuowanie usterki oraz kształt odlewu zezwalają na miejscowe podgrzanie niektórych jego części celem uniknięcia naprężeń mogących prowadzić do pęknięcia po zaspawaniu usterki. Po wykonaniu rowka spawalniczego w miejscu pęknięcia, podgrzewa się wyznaczoną część odlewu z takim wyrachowaniem, aby wywołać odstęp między brzegami rowka. Z chwilą wypełnienia rowka spoiwem następuje jednoczesne kurczenie się spoiwa oraz miejscowo podgrzanego odlewu, dzięki czemu unika się powstania niebezpiecznych naprężeń.
Spawanie na zimno, czyli bez podgrzewania wstępnego. Stosuje się wtedy gdy zaspawanie uszkodzonego miejsca nie pociąga za sobą powstania liczących się naprężeń lub gdy odlew ma małą masę i nie uniknie się nagrzania go w całości podczas spawania. Wytrzymałość połączenia metalu rodzimego z metalem natopionym zwiększa się niekiedy za pomocą wkrętów, kotew. Zaspawanej części należy zapewnić powolne stygnięcie.
Spawanie gazowe miedzi:
Podstawowymi utrudnieniami przy spawaniu Cu są:
wysoka przewodność cieplna, która utrudnia miejscowe upłynnienie materiału,
wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej, z którym wiąże się skurcz materiału, a co za tym idzie naprężenia, pęknięcia i odkształcenia łączonych części,
niskie własności wytrzymałościowe w wysokiej temperaturze oraz kruchość w stanie lanym, które sprzyjają rozprzestrzenianiu się pęknięć.
Nawet niewielkie ilości tlenu wpływają bardzo ujemnie na spawalność Cu, dlatego na przedmioty spawane powinno używać się miedzi odtlenionej (max. zawartość 0.04% tlenu). Drut do spawania powinien być wykonany również z Cu odtlenionej. Specjalnie wyrabiane druty do spawania Cu zawierają ~0.2% P oraz 0.15% - 0.30% Si. Pierwiastki te redukują tlenek miedzi, który łatwo tworzy się wskutek utleniania Cu na powietrzu w temperaturze topnienia. Tlenki miedzi zmniejszają właściwości wytrzymałościowe spoiny, powodują kruchość metalu spoiny i jego pękaniu podczas stygnięcia. Brzegi łączone i drut pokrywa się topnikiem w postaci pasty, której głównymi składnikami są boraks, kwas borowy i kwaśny fosforan sodu.
Blach o grubości > 10mm zaleca się spawać w górę, tzn. w pionowym położeniu blach, z obu stron jednocześnie. Płomień powinien być normalny, szczególnie krótkie odcinki spoiny (~5cm) przekuwa się na gorąco, co powoduje zgrzanie części powstałych porów i pęcherzy oraz rozbicie i rozproszenie Cu2O co daje wzrost gęstości spoiny i podwyższenie jej wytrzymałości. Ze względu na wysoki współczynnik przewodności cieplnej i związane z tym problemy w spawaniu - szczególnie gazowym, konieczne jest wstępne i międzyoperacyjne podgrzewanie elementów.