Zagadnienia egzaminacyjne z przedmiotu Technologie spajania i cięcia

1.Spawalicze źródła ciepła, budowa złącza spawanego, zgrzewanego i lutowanego, klasyfikacja złączy spawanych i spoin, wymagania dla złączy spawanych, lutowanych i zgrzewanych

Spawanie polega na miejscowym stapianiu krawędzi dwóch materiałów za pomocą źródła energii. Źródłem takim może być

1. -łuk elektryczny,

2. - plazma niskotemperaturowa,

3. - tarcie mechaniczne,

4. - płomień gazowy,

5. - rezystancja metali lub żużla,

6. - pole elektromagnetyczne,

7. - wiązka promieniowania lasera,

8. - strumień elektronów,

9. - skoncentrowana wiązka światła czy też

10. - energia redukcji chemicznej (spawanie termitowe).

Rodzaje złącz spawanych:

Doczołowe
Kątowe jednostronne i dwustronne
- teowe
- narożne
- krzyżowe
Przylgowe
- nakładkowe
- zakladkowe

Rodzaje spoin:

spoiny czołowe - są to spoiny powstające pomiędzy ścianką elementu tworzącą jego grubość a drugim z łączonych elemntów. Jeżeli obejmują one całą grubość elemetu to nazywamy je spoinami z pełnym przetopem. Natomiast gdy spoina nie obejmuje całej grubości elementu, wówczas mówimy o spoinach z tzw. niepełnym lub częściowym przetopie. Występują w złączach doczołowych i kątowych.

spoiny pachwinowe - wykonane są w rowku utworzanym przez nieukosowanie ścianki elementów łączonych. Występują w złączach kątowych i przylgowych.

spoiny brzeżne - brzegi blachy przygotowuje się przez podgięcie. Spawanie odbywa się w zasadzie bez dodania spoiwa. Maksymalna grubość blach stosowana przy tego typu złączach to 3mm. Występują w złączach doczołowych i przylgowych (odmiana złącza kątowego).

spoiny otworowe - polegają na wypełnieniu spoiwem otworu okrągłego lub podłużnego, wykonanego w jednej z blach złącza. Występują w złączach zakładkowych.

spoiny punktowe - powstają poprzez prztopienie jednej z blach i wtopieniem się w blachę znajdującą się pod nią. Występują w złączach zakładkowych.

 

2.Spawanie i cięcie gazowe, metody, rodzaje gazów spawalniczych, parametry procesu, zastosowanie

Cięcie gazowe, znane również jako tlenowe jest bardzo popularną metodą rozdzielania metali, zwłaszcza cięcia stali niskowęglowych i niskostopowych.

Proces cięcia gazowego polega doprowadzeniu materiału do tzw. temperatury zapłonu, a następnie spaleniu i wydmuchaniu płynnych tlenków metalu za pomocą strumienia tlenowego pod dużym ciśnieniem. Metoda jest skuteczna dzięki konstrukcji stosowanego tu palnika, który wydmuchuje tlen, wcześniej mieszając go w odpowiedniej proporcji z gazem palnym. Jako gaz palny, służący do podgrzania, stosuje się zwykle acetylen, bądź propan-butan. Cięcie acetylenowo-tlenowe pozwala na szybkie osiągnięcie bardzo wysokiej temperatury, jednak bardzo często ze względu na oszczędność i brak potrzeby bardzo szybkiego nagrzewania (np. przy cięciu zautomatyzowanym), ekonomiczniejsze jestcięcie propanowo-tlenowe.

Cięcie metodą tlenową pozwala na rozdzielenia stali o grubościach dochodzących nawet do 300mm, jednak niestety ze względu na duży obszar strefy wpływu ciepła praktycznie niemożliwe jest rozdzielania cienkiej blachy (poniżej 3mm). Wpływ na grubość cięcia ma dobór palnika, które dzielą się na uniwersalne (do spawania i cięcia) oraz przeznaczone wyłącznie do cięcia, drugie z nich mogą wydmuchiwać tlen pod wyższym ciśnieniem.

Cechy użytkowe metody cięcia gazowego

• Zalety:

• bardzo duży zakres grubości cięcia

• dobra jakość cięcia grubszych materiałów

• prostopadłe krawędzie cięcia

• możliwość zautomatyzowania

• możliwość cięcia pod różnym kątem

• Wady

• duża strefa wpływu ciepła

• brak możliwości cięcia stali wysokostopowych i o wysokiej zawartości węgla

• wydłużony czas przebicia przez materiał

• mała prędkość cięcia

Zastosowanie metody cięcia gazowego

Cięcie gazowe znajduje zastosowanie wszędzie tam gdzie istnieje potrzeba cięcia grubszych materiałów wykonanych ze zwykłej stali. Ze względu na niskie koszty sprzętu oraz eksploatacyjne, a zarazem duże możliwości, zakres stosowania tej metody jest bardzo szeroki i swoim zasięgiem obejmuje zarówno prace przydomowe, warsztaty jak i duże przedsiębiorstwa

3.Spawanie łukowe elektrodą otuloną, metody i techniki, rodzaje otulin, parametry procesu, zastosowanie

4.Spawanie łukowe elektrodą topliwą drutem litym w osłonie gazów, metody i techniki, parametry procesu, zastosowanie

5.Spawanie łukowe drutem proszkowym samoosłonowym oraz drutem elektrodowym proszkowym w osłonie gazów, metody i techniki, parametry procesu, zastosowanie

6. Rodzaje łuku elektrycznego, sposoby przenoszenia metalu w łuku, budowa i parametry łuku elektrycznego

7. Spawanie łukiem krytym i elektrożużlowe, metody i techniki, parametry procesu, zastosowanie

8.Spawanie łukowe elektrodą nietopliwą w osłonie gazów, metody i techniki, parametry procesu, zastosowanie

9 .Spawanie skoncentrowanymi źródłami ciepła, metody i techniki, parametry procesu, zastosowanie

a)plazmowe,

b)elektronowe,

c)laserowe,

d)skoncentrowaną wiązką światła.

Ad. A) Metoda spawania plazmowego (PAW — Plasma Arc Welding) jest bardzo podobna do metody TIG. W zasadzie stanowi jej rozszerzenie, mające na celu zwiększenie wydajności procesu.

W procesie spawania plazmowego są wykorzystywane dwa osobne strumienie gazu: gaz plazmowy, który przepływa otaczając elektrodę wolframową i który tworzy słup łuku plazmowego, oraz gaz osłonowy, który chroni jeziorko ciekłego metalu.

Stosowane są trzy odmiany metody PAW:
1. Spawanie mikroplazmowe (natężenie prądu spawania mieści się w przedziale od 0,1 A do 20 A).
2. Spawanie plazmowe (natężenie prądu spawania mieści się w przedziale od 20 A do 100 A).
3. Spawanie plazmowe z tzw. „oczkiem” (natężenie prądu spawania przekracza 100 A), w którym łuk plazmowy przenika przez całą grubość spawanego materiału.

Metoda ta jest szeroko stosowana, gdy trzeba uzyskać złącza wysokiej jakości, w przemyśle lotniczym (także w konstrukcjach kosmicznych), przetwórczym, chemicznym i petrochemicznym. 

Do podstawowych parametrów spawania plazmowego należą:

- natężenie prądu i napięcie łuku,

- prędkość spawania,

- rodzaj i natężenie przepływu gazu plazmowego,

- rodzaj i średnica elektrody wolframowej,

- kształt i wymiary dyszy plazmowej,

- odległoŚć dyszy od spawanego przedmiotu.

Spawanie plazmowe dzielimy na spawanie plazmowe GMA (elektroda topliwa) i spawanie plazmowe GTA (elektora NIETOPLIWA).

Ad b) Spawanie elektronowe:

Spawaniem elektronowym nazywa się proces łączenia materiałów poprzez bombardowanie styku łączonych przedmiotów wiązką elektronową o dużej gęstości energii. Prawie natychmiastowa zamiana energii kinetycznej elektronów na ciepło w miejscu zderzenia z powierzchnią spawanego przedmiotu powoduje lokalne stopienie materiału i wytworzenie spoiny po jego ponownym zakrzepnięciu.

Spawanie elektronowe, właściwie spawanie wiązką elektronową - rodzaj techniki spawania metali, polegające na nagrzewaniu miejsca łączenia przy pomocy wiązki elektronowej. Do spawania tą techniką służy spawarka elektronowa, w której źródłem elektronów jest działo elektronowe. Elektrony są przyspieszane napięciem rzędu dziesiątków kV. Charakterystycznymi cechami spawania elektronowego jest to, że spawanie odbywa się najczęściej w środowisku próżni rzędu 10^-5 Tr a także to, że spoina tworzy się przez stopienie brzegów łączonych detali.

Spawanie elektronowe odznacza się szeregiem korzystnych właściwości. Technika ta pozwala łączyć metale (np. wolfram-miedź, niob-miedż), których nie daje się łączyc innymi technikami spawalniczymi.

Parametry:

-napięcie przyśpieszające wiązkę elektronów w kV,

-natężenie prądu wiązki elektronów w mA,

-prędkość spawania w m/min,

-średnica wiązki na powierzchni złącza w mm,

-odległość ogniskowa wiązki elektronów w mm,

-natężenie prądu ogniskującego wiązkę elektronów w mA,

-podciśnienie w komorze roboczej w Tor

Ad. C) Spawanie laserowe polega na stapianiu obszaru styku łączonych przedmiotów ciepłem otrzymanym w wyniku doprowadzenia do tego obszaru skoncentrowanej wiązki światła koherentnego, o bardzo dużej gęstości mocy, ok. 10²-10¹¹ W/mm². Spawanie odbywać się może techniką z jeziorkiem spoiny, jak w klasycznym spawaniu łukowym lub techniką z pełnym przetopieniem złącza, w jednym przejściu lub wielowarstwowo, bez lub z materiałem dodatkowym, czyli techniką z oczkiem spoiny.

Bardzo duże gęstości mocy wiązki laserowej zapewniają, że energie liniowe spawania są na poziomie minimalnych energii wymaganych do stopienia złącza, a strefa wpływu ciepła i strefa stopienia są bardzo wąskie. Jednocześnie odkształcenie złączy jest tak małe, że spawane przedmioty mogą być wykonywane na gotowo, a po spawaniu nie jest wymagana dodatkowa obróbka mechaniczna.

Parametry spawania:

-moc wiązki światła laserowego ciągłego w kW,

-energia impulsu światła laserowego w kJ, czas jego trwania w ms i częstotliwość powtarzania impulsu w Hz,

-prędkość spawania w m/min,

-długość ogniska wiązki laserowej w mm,

-średnica wiązki laserowej względem złącz w mm,

-rodzaj i natężenie gazu ochronnego w l/ min.

Kanał parowy:

Podczas spawania laserem CO2 oddziaływanie wiązki laserowej o natężeniu przekraczającym 1 MW/cm2 z powierzchnią metalu prowadzi do powstania cylindrycznej kapilary nazywanej kanałem parowym. Powstanie kanału parowego umożliwia penetrację wiązki laserowej w głąb materiału i jest niezbędne dla procesu głębokiego spawania. Kanał parowy wypełniony jest zjonizowanymi parami metalu (plazmą) i otoczony przez roztopiony materiał tworzący jeziorko spawalnicze. Ten roztopiony materiał opływa kapilarę i zestala się za nią tworząc spoinę. Ciśnienie plazmy w kanale jest odpowiedzialne za uformowanie kanału i zapobiega jego zamknięciu.

Technologia spawania z oczkiem:

Zasada procesu spawania polega na lokalnym podgrzaniu materiału poprzez skupienie promienia. Wskutek parowania otrzymuje się kapilarę względnie oczko, którego średnica odpowiada 1,5 - 2 razy średnicy punktu skupienia. Zamknięciu sie kapilary zapobiega ciśnienie oparów. Do spawania laserami CO₂ najczęściej stosuje się gazy: Ar, N2, CO2 lub He, które wspomagają ten proces, dzięki nim można osiągnąć głębokość spoiny do 25mm, służą one jednocześnie do ochrony wytopu przed skutkami utleniania.

10.Zgrzewanie rezystancyjne, metody i techniki, parametry procesu, zastosowanie .

Zgrzewanie elektryczne oporowe, zwane niekiedy rezystancyjnym , jest procesem , w którym trwałe połączenie uzyskuje się w wyniku nagrzania obszaru styku łączonych przedmiotów przepływającym przez nie prądem elektrycznym i odkształcenie plastyczne tego obszaru odpowiednią siłą docisku.

Metody:

-zgrzewanie zwarciowe i iskrowe,

-zgrzewanie punktowe, garbowe i liniowe,

-zgrzewanie prądami wielkiej częstotliwości.

Zgrzewanie liniowe jest procesem ciągłym, w którym elektrody krążkowe oddziałują na elementy robocze ustawione (zazwyczaj) na zakładkę

-Zgrzewanie punktowe. Jest to metoda, w której łączenie elementów występuje w oddzielonych miejscach zwanych punktami, przy czym może tworzyć się jednocześnie jedna (przeważnie), dwie lub kilka zgrzein.

-Zgrzewanie doczołowe stosowane jest do wykonywania połączeń rur z tworzyw sztucznych o szerokim zakresie średnic. Jest to niezwykle bezpieczna i niezawodna metoda łączenia rur i kształtek tworzywowych. Polega ono na podgrzaniu powierzchni rur do odpowiedniej temperatury i łączenia ich ze sobą za pomocą docisku mechanicznego. Dzięki temu uzyskany jest efekt w postaci jednorodnego złącza

Zgrzewanie garbowe-Zgrzeina powstaje w miejscu punktu kontaktowego, specjalnie ukształtowanego na materiale roboczym. Na przykład, punktem kontaktowym (garbem) może być wybrzuszenie lub pierścieniowe bądź wydłużone występy technologiczne. Łączenie elementów może odbywać się jednocześnie w kilku punktach. Odpowiednio duże elektrody obejmują wszystkie punkty, które maj ą zostać zgrzane w jednej operacji. Tworzone są złącza zakładkowe lub doczołowe.

Parametry zgrzewania:

• natężenie prądu zgrzewania

• czas przepływu prądu

• wymiary punktu styku elektroda materiał

• siła docisku elektrod

11.Zgrzewanie tarciowe, metody i techniki, parametry procesu, zastosowanie

Zgrzewanie tarciowe jest procesem, w którym ciepło niezbędne do wykonania trwałego połączenia pochodzi z bezpośredniej zamiany energii mechanicznej na energię cieplną w wyniku tarcia w obszarze wzajemnego styku zgrzewanych przedmiotów.

OGÓLNY PRZEBIEG PROCESU ZGRZEWANIA TARCIOWEGO:

- napędzanie jednego ze zgrzewanych przedmiotów do prędkości obrotowej n
- wywarcie docisku tarcia Pt przez dosunięcie drugiego zgrzewanego przedmiotu
- nagrzewanie złą cza przez zamian ę energii kinetycznej na ciepło tarcia
- zatrzymanie ruchu obrotowego i wywarcie docisku spęczania Ps

Proces nagrzewania elementów zgrzewanych przebiega w ten sposób, że najpierw nagrzewane są powierzchnie zewnętrzne (co ułatwia wyciśnięcie zanieczyszczeń ), a następnie ciepło przepływa do wewnątrz rozkładaj ą c się równomiernie w obszarze powierzchni czołowych tak, że powstaje zgrzeina.

PARAMETRY ZGRZEWANIA TARCIOWEGO:

- prędkość obrotowa
- docisk tarcia
- czas tarcia
- docisk spęczania
- czas spęczania

METODĄ TĄ MOŻNA ZGRZEWAĆ:

- stale węglowe
- stale narzędziowe
- stale odporne na korozję
- miedź
- aluminium
- stopy niklu,
- stopy miedzi,
- tytan,
- cyrkon
- połączenia różnoimienne

PODSTAWOWE ZALETY ZGRZEWANIA TARCIOWEGO:

- wysoka jakość złączy, dzięki kontrolowanej obróbce cieplno-mechanicznej zachodzącej w czasie procesu zgrzewania,
- możliwość łączenia materiał ów różniących się znacznie własnościami fizycznymi,
- możliwość łączenia przedmiotów o różnych kształtach i wymiarach; przeważnie jest ograniczona długość tylko jednego z przedmiotów zgrzewanych,
- duża wydajność zgrzewania, nawet do 600 złączy/h,
- równomierne obciążenie sieci i małe zużycie energii,
- duża powtarzalność wyników zgrzewania oraz możliwość sterowania i kontroli jakości w czasie cyklu zgrzewania,
- prosta obsługa urządzeń i łatwość automatyzacji.

Friction Stir Welding (FSW) - Technologia zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny

Friction Stir Welding (FSW) to metoda zgrzewania w stanie stałym, aluminium oraz miedzi i ich stopów, możliwa do stosowania na stosunkowo nieskomplikowanych urządzeniach, której główną zaletą jest łatwość uzyskiwania złączy o wysokich, powtarzalnych własnościach.

W metodzie tej do nagrzewania i uplastyczniania materiału zastosowano narzędzie z obrotowym trzpieniem umieszczonym w miejscu łączenia dociśniętych blach. Po wprowadzeniu w ruch obrotowy trzpienia, nagrzaniu ciepłem tarcia i uplastycznieniu materiału blach w bezpośrednim jego sąsiedztwie, następuje wolne przesuwanie się całego układu wzdłuż linii styku. Nagrzany i uplastyczniony materiał blach przeciska się wokół trzpienia ku tyłowi, zostając przed ostygnięciem zagęszczony zgniotowo.

Zalety metody:

• wykonywanie nawet bardzo długich spoin, wolnych od pęknięć i porowatości,

• właściwości wytrzymałościowe spoin są wyższe niż spoin uzyskanych technikami spawania łukowego,

• brak konieczności stosowania kosztownych zabezpieczeń przed szkodliwymi dymami i wypryskami metalu,

• eliminacja konieczności ukosowania blach,

• możliwość łączenia jednym przejściem materiału o grubości do ok. 20 mm (grubość zależy od wielkości zgrzewarki, eliminuje wielowarstwowe spawanie łukowe z wymaganą międzyściegową kontrolą jakości spoiny oraz eliminuje materiał dodatkowy),

12.Lutowanie i klejenie, metody i techniki, właściwości i wymagania stawiane lutom, parametry procesu, zastosowanie

Lutowanie polega na łączeniu jedno lub różnorodnych materiałów metalicznych, a także niektórych niemetalicznych za pomocą roztopionego metalu dodatkowego, zwanego lutem. Wykonanie złącza polega na wprowadzeniu do szczeliny spoiwa,  w postaci lutu o niższej temperaturze topnienia niż temperatura topnienia łączonych metali, nagrzewaniu złącza i wypełnieniu szczeliny roztopionym lutem.
W zależności od temperatury topnienia lutu (spoiwa) rozróżnia się dwa rodzaje lutowania:
- lutowanie miękkie gdy temperatura topnienia lutu mieści się w zakresie od 3 ^oC do 450 ^oC,
- lutowanie twarde gdy temperatura topnienia lutu mieści się w zakresie od 450 ^oC do 2000 ^oC.

Podstawowymi etapami lutowania są:
- ukształtowanie i oczyszczenie powierzchni łączonych,
- nagrzanie powierzchni  łączonych do temperatury bliskiej temperaturze topnienia lutu,
- nałożenie topnika,
- roztopienie lutu i wprowadzenie go pomiędzy łączone powierzchnie,
- wzajemna dyfuzja łączonych metali i ciekłego lutu,
- chłodzenie i skrzepnięcie lutowiny.

W zależności od rodzaju lutowanych metali rozróżnia się trzy rodzaje więzi między lutem i podłożem:
- pierwszy rodzaj więzi występuje wtedy, gdy lut i podłoże nie tworzą związków chemicznych, ani nie rozpuszczają się wzajemnie lub rozpuszczają się bardzo nieznacznie (granica pomiędzy lutem a podłożem jest bardzo wyraźna, np. lutowanie stali srebrem),
- drugi rodzaj więzi powstaje, gdy lut i podłoże nie tworzą związków chemicznych, lecz rozpuszczają się wzajemnie (np. lutowanie stali miedzią),
- trzeci rodzaj więzi ma miejsce, gdy lut i podłoże mogą tworzyć związki chemiczne z jednej i drugiej strony warstewki lutu (np. lutowanie miedzi i żelaza cyną)

Luty miękkie

Zakłada się, że dla uzyskania połączenia lutowanego konieczne jest uzyskanie fazy ciekłej, której temperatura topnienia leży poniżej temperatury topnienia łączonych materiałów. Może być ona składnikiem w ostatecznym składzie chemicznym lutu uzyskiwanym przed lub po nagrzaniu. Temperatura topnienia lutu, lub zakres temperatur, w których ulega on stopieniu określa temperaturę lutowania. Aby stworzyć warunki do zwilżania powierzchni części lutowanych, potrzebny jest topnik lub odpowiednia atmosfera procesu
Rodzaje lutów miękkich:
- stopy cyny z ołowiem, z antymonem i bez antymonu,
- stop cyny ze srebrem, ołowiem i bez ołowiu,
- stopy cyny z miedzią, z ołowiem i bez ołowiu,
- stopy cyny z antymonem,
- stop cyny z ołowiem i bizmutem oraz bizmutu z cyną,
- stopy cyny z ołowiem i kadmem,
- stopy cyny z indem,
- stop ołowiu ze srebrem, z cyną i bez cyny.


Luty twarde

- Klasa AL - spoiwa aluminiowe z krzemem , z krzemem i miedzią oraz z krzemem i magnezem. Lutowanie aluminium, tytanu i ich sto­pów,
- Klasa AG - spoiwa srebrne z miedzią, z miedzią i cynkiem, z miedzią, cynkiem i kadmem, z miedzią, cynkiem i cyną, z manganem, z miedzią i cyną, z miedzią, cynkiem, manganem i niklem. Lutowanie miedzi i jej stopów, stali, spieków narzędziowych,
- Klasa CP - spoiwa miedziowo-fosforowe bez dodatku i z dodatkiem sre­bra lub cyny i antymonu. Lutowanie miedzi (bez topnika na powietrzu) i jej stopów,
- Klasa CU - spoiwa miedziowe, brązowe i mosiężne (mosiądze z dodat­kiem cyny, krzemu lub manganu i niklu). Lutowanie stali nie­stopowych i niskostopowych, spieków narzędziowych,
- Klasa NI - spoiwa niklowe (stopy z chromem, żelazem, krzemem, bo­rem, fosforem, wolframem). Lutowanie stali wysokostopowych i stopów niklu,
- Klasa CO - spoiwo kobaltowe. Lutowanie stopów kobaltu i niklu,
- Klasa PD - spoiwa palladowe (stopy srebra i miedzi z palladem oraz pal­ladu z niklem). Lutowanie żarowytrzymałych, odpornych na korozję stopów niklu, molibdenu, wolframu,
- Klasa AU - spoiwa złote (stopy z miedzią lub niklem). Lutowanie żarowy­trzymałych i odpornych na korozję stopów niklu, molibdenu, wolframu.


Topniki

Głównym zadaniem topników jest rozpuszczenie warstewki tlenków pokrywającej lutowane powierzchni oraz ochrona tych powierzchni przed utlenianiem w czasie lutowania. Topnik ma stosunkowo mały ciężar właściwy dzięki czemu wypływa na powierzchnię lutowania oraz zwiększa płynność lutowania. Temperatura topnienia topnika jest zazwyczaj niższa o 200C do 400C od temperatury topnienia lutu. Nadmiar topnika, pozostałego po lutowaniu, jest łatwo usuwalny.

Wymagane właściwości topników lutowniczych:
- tworzenie trwałej, stałej a następnie płynnej, szczelnie przylegającej warstwy ochronnej na powierzchniach materiałów łączonych w trakcie nagrzewania ich do temperatury lutowania,
- temperatura topnienia oraz temperatura maksymalnej aktywności odpowied­nio niższa od temperatury topnienia lutu,
- zdolność obniżania napięcia powierzchniowego ciekłego lutu,
- odpowiednia gęstość oraz własności powierzchniowe umożliwiające wypły­wanie żużla na powierzchnię stopionego lutu,
- możliwie niska toksyczność,
- tworzenie łatwo usuwalnego żużla.

Ogólnie znane obecnie topniki można podzielić na:
- topniki chemicznie czynne, wywołujące korozję, takie jak chlorek cynku albo mieszanina chlorku cynku z chlorkiem amonu (salmiakiem),
- topniki chemicznie bierne, mało lub wcale nie korozyjne, np. kalafonia, łój, oli­wa.

Wymagania stawiane lutom:

-dobre zwilżanie łączonych metali przez lut,

-powinowactwo chemiczne lutu do metali łączonych,

-jak najmniejszy zakres krystalizacji lutu,

-dostateczna wytrzymałość mechaniczna i plastyczność,

-dobra przewodność elektryczna,

-zbliżone współczynniki rozszerzalności cieplnej lutu

i łączonych metali,

-dobra i w miarę zbliżona odporność lut i metali łączonych na korozję,

-trudne utlenianie lutu w stanie ciekłym,

-brak drogich, deficytowych i szkodliwych dla zdrowia pierwiastków.

Parametry spajania (lutowania)

wielkości nastawialne warunkujące utworzenie złącza, jak: natężenie prądu, prędkość przesuwu źródła ciepła, docisk, czasy procesu itp.

13.Technologie cięcia termicznego, metody i techniki, parametry procesu, zastosowanie

Cięcie termiczne, cięcie materiałów, zazwyczaj metali, polegające na miejscowym utlenianiu bądź wytapianiu szczeliny w wysokiej temperaturze, odpowiedniej dla ciętego materiału.

W zależności od sposobu oraz wykorzystywanego narzędzia wyróżnia się cięcie termiczne: gazowe, tlenowo- proszkowe, laserowe, łukowe i plazmowe.

Cięcie gazowe

Jest to dzielenie metalu przez jego miejscowe w strumieniu czystego tlenu, przy współdziałaniu źródła ciepła, najczęściej płomienia gazowego. Miejsce rozpoczęcia cięcia musi być podgrzane do temp. zapłonu, tj. do temperatury ok. 1300-1350°C dla stali niskowęglowych niskowęglowych niskostopowych.

Warunki konieczne do wykonania cięcia:

1) temperatura zapłonu metalu z tlenem powinna być niższa od temperatury topnienia metalu (w przeciwnym razie występuje wytapianie, a nie spalanie),

2) temperatura topnienia tlenków powinna być niższa od temperatury topnienia przecinanego metalu,

3) powstające tlenki powinny być ciekłe w temperaturze reakcji spalania,

4) reakcja chemiczna łączenia metalu z tlenem musi być egzotermiczna, a przewodnictwo cieplne metalu niezbyt duże, aby wytworzyć na wąskiej przestrzeni wystarczającą ilość ciepła.

Materiałami, które mogą być cięte tlenem są : stale węglowei niskostopowe. Wzrost zawartości węgla i składników stopowych, takich jak chrom i krzem utrudnia proces cięcia. Nie jest możliwe, prócz metod specjalnych cięcie żeliwa, stali wysokostopowych i metali nieżelaznych. Zawartość węgla w stali do 0,7% nie stwarza trudności podczas cięcia. Powyżej 0,7% cięcie jest trudniejsze, dlatego wymagane jest dodatkowo podgrzewanie do temp. ok. 200°C.

Do cięcia używa się zazwyczaj palników uniwersalnych, które również służą do spawania (po nałożeniu nasadki do cięcia). Palniki te umożliwiają cięcie stali w zakresie grubości 3-300mm. Oprócz cięcia ręcznego w zakładach pracy na dużą skalę stosowane jest cięcie maszynowe (automaty przegubowe, wysięgnikowe lub portalowe).

Cięcie łukowe:

Cięcie łukowe jest procesem w którym ciepło łuku swobodnie jarzącego się między elektrodą a ciętym przedmiotem stapia i/lub wypala metal w szczelinie cięcia. Elektroda może być topliwa lub nietopliwa. Stopiony ciepłem łuku metal o temperaturze 5000-6000 stopni K oraz żużel reakcji spalania są wyrzucane ze szczeliny ciśnieniem łuku lub ciśnieniem gazu dodatkowego doprowadzanego do obszaru cięcia. Podstawowymi procesami cięcia łukowego jest cięcie łukowo-powietrzne elektrodą grafitową, cięcie łukowo tlenowe i cięcie elektrodą otuloną.

- łukowo-powietrzne elektrodą grafitową - w którym stopiony metal wydmuchiwany jest ze szczeliny cięcia silnym strumieniem powietrza. Proces realizuje się przy użyciu prądu stałego lub przemiennego, a stosuje się do cięcia stali węglowych, nisko i wysokostopowych, żeliwa, stopów niklu, miedzi, aluminium i magnezu. Wadą metody jest bardzo wysoki poziom hałasu.

Parametry: rodzaj i wymiary elektrody grafitowej w mm, rodzaj i natężenie prądu w A, ciśnienie i natężenie przepływu powietrza w l/min, prędkość cięcia w m/min, kąt pochylenia elektordy.

-łukowo-tlenowe - szczelina uzyskiwana jest poprzez stapianie metalu ciepłem łuku elektrycznego oraz spalanie tlenu. W zależności od rodzaju ciętego materiału zmienia się proporcja tych dwóch procesów w przypadku stali węglowych i niskostopowych zdecydowanie przeważa spalanie egzotermiczne metalu, a przy stalach wysokostopowych (głównie odpornych na korozję)i metalach nieżelaznych występuje prawie wyłącznie proces stapiania. Procesu cięcia dokonuje się za pomocą rurkowej elektrody otulonej. Środkiem elektrody podawany jest pod ciśnieniem tlen, a topniki z otuliny stabilizują jarzenie łuku oraz zwiększają rzadkopłynność tlenków, co ułatwia ich usunięcie ze szczeliny cięcia.

- łukowe elektrodą otuloną - proces polegający na stapianiu metalu w szczelinie cięcia ciepłem łuku niskowęglowej elektrody otulonej. Zalecane użycie prądu stałego, a metoda stosowana jest głównie do cięcia złomowego metali nieżelaznych (niska jakość krawędzi).

-łukowe metodą GTA - stapianie metalu ciepłem łuku elektrycznego pomiędzy elektrodą nietopliwą, a ciętym materiałem oraz wydmuchiwanie ciekłego metalu gazem ochronnym (argon z wodorem lub azotem). Metoda stosowana do cięcia stali nierdzewnych, aluminium, magnezu, miedzi, niklu, i ich stopów.

-łukowe metodą GMA - metoda podobna do GTA lecz zastosowana jest elektroda topliwa w postaci podawanego w sposób ciągły drutu ze stali niskowęglowej, a gazem ochronnym jest mieszanka argonu z wodorem lub CO2. Stosowana do cięcia stali odpornych na korozję do 40 mm grubości oraz aluminium do 75 mm

plazmowe - odmiana cięcia łukowego za pomocą plazmowego łuku elektrycznego czyli silnie termicznie zjonizowanego gazu o dużej koncentracji cząsteczek naładowanych i dużej energii kinetycznej, jarzącym się pomiędzy elektrodą nietopliwą, a ciętym metalem. Gaz wydobywa się ze zwężającej się dyszy plazmowej z prędkością zbliżoną do prędkości dźwięku. Temperatura strumienia plazmy wynosi od 10000 do 30000 K. W zależności od potrzeb stosuje się różny skład gazu plazmowego, różne natężenie jego przepływu, oraz różne natężenie prądu stałego. Stosowane gazy w tej metodzie to: tlen, azot, powietrze, argon, argon+wodór, azot+wodór. Dobór materiału elektrod nietopliwych uzależniony jest od stosowanego gazu i może to być stop wolframu z torem, cyrkon lub hafn. Dysze plazmowe wykonane są z miedzi i chłodzone gazem ochronnym lub wodą. Proces stosowany może być do wszystkich gatunków stali i metali nieżelaznych. Może też być prowadzony pod wodą.
Zalety: elementy cięte wolne od zniekształceń, niewielka strefa wpływu ciepła oraz szczelina cięcia, duża prędkość cięcia.
Wady: duży poziom hałasu, duża ilość gazów i dymu, silne promieniowanie świetlne

Parametry: natężenie w A, napięcie łuku w V, prędkość cięcia w m/min, rodzaj i konstrukcja elektrody, średnicy dyszy zwężającej w mm, położenie palnika względem ciętego przedmiotu, rodzaj i ciśnienie w MPa oraz natężenie gazu plazmowego w l/min, rodzaj i ciśnienie w MPa oraz natężenie gazu ochronnego w l/min

laserowe - proces miejscowego topienia lub topienia i odparowywania cienkiej warstwy metalu przy pomocy energii wiązki promieniowania laserowego. Strumień gazu reaktywnego lub obojętnego wspomagającego proces wyrzuca ciekły metal ze szczeliny cięcia. Aby uzyskać wymaganą do cięcia ilość ciepła w szczelinie, promień lasera musi zostać zogniskowany przez odpowiednie soczewki i system luster. Wiązkę laserową można zogniskować nawet do średnicy 0,0025 mm. W procesie stosuje się lasery stałe neodymowe i gazowe CO2, a dostarczanie energii może odbywać się impulsowo lub w sposób ciągły. Stosowane gazy towarzyszące: powietrze, tlen, azot, argon. Tlen lub powietrze reagując z żelazem dostarczają z reakcji egzotermicznej dodatkową ilość ciepła i tym samym zwiększają szybkość cięcia. Przy odpowiednim doborze gazu laserem można ciąć wszystkie gatunki stali, aluminium i jego stopy, miedź i stopy miedzi, stopy niklu, tytan, cyrkon, metale trudno topliwe (molibden, wolfram, wanad), tworzywa sztuczne, materiały kompozytowe, szkło, gumę, kwarc, drewno. Zalety cięcia laserem: duża prędkość cięcia, duża precyzja, wąska szczelina, minimalne odkształcenie ciętych przedmiotów, brak ograniczenia kształtu ciętych przedmiotów, wysoka jakość ciętych krawędzi, wąska strefa wpływu cieplnego. Tolerancja cięcia promieniem lasera jest porównywalna z tolerancją uzyskiwaną metodą obróbki mechanicznej. Brak ograniczenia kształtu ciętego materiału pozwala na wykonywanie elementów dekoracyjnych czy obróbkę profili o skomplikowanych kształtach. Proces cięcia laserem prowadzi się prawie wyłącznie w układach automatycznych ze sterowaniem numerycznym i możliwością cięcia trójwymiarowego, choć może być prowadzony ręcznie

Paramtery: gęstość mocy wiązki laserowej w W/mm2, rodzaj gazu towarzyszącego procesowi cięcia i jego ciśnienie w bar (kPa), średnica ogniska wiązki w mm, długość ogniska wiązki w mm, prędkość cięcia w m/min.

14.Metody badań połączeń spajanych, metody i techniki, zastosowanie

Rodzaje metod badań niszczących stosowanych w spawalnictwie.

-próba rozciągania,

-próba udarności,

-próby zginania (Rockwell, Vickers, Brinella)

-próba łamania,

-próba skręcanie zgrzein,

Do wykrywania niezgodności występujących w złączach spawanych stosuje się różne metody badań. W zależności od odpowiedzialności i klasy konstrukcji dobiera się poszczególne, pojedyncze metody defektoskopii lub ich zespół (kombinację) składający się z kilku, najczęściej dwóch niezależnych metod badań równolegle stosowanych.

Przy wyborze metod badań nieniszczących oraz poziomów (klasy) badań należy uwzględnić następujące czynniki:

• metody spawania,

• materiał podstawowy, materiał dodatkowy, stan jego obróbki,

• rodzaj złącza i jego wymiary,

• kształt elementu (dostępność, stan powierzchni, itp.),

• poziomy jakości,

• spodziewane rodzaje niezgodności spawalniczych i ich usytuowanie.

3. Badania wizualne VT

Polegają na dokładnych oględzinach powierzchni złączy spawanych. Badania

wizualne są podstawowym badaniem stosowanym do wszelkiego rodzaju konstrukcji spawanych. Badania wizualne”. Warunki przeprowadzania badań wizualnych, wyposażenie:

1. natężenie oświetlenia na powierzchni badanej powinno wynosić co najmniej 350lx. Jednak zalecana wartość natężenia wynosi 500lx,

2. odległość między okiem badającego a powierzchnią badania musi mieścić w granicach do 600mm,

3. kąt widzenia nie mniejszy niż około 30o

Przyrządy wykorzystywane podczas przeprowadzania badań wizualnych:

1. lupy (jednosoczewkowe, wielosoczewkowe, itd.),

2. spoinomierze(uniwersalne, wzornikowe, krzywkowe),

3. endoskopy sztywne (boroskopy),

4. endoskopy giętkie (fibroskopy).

Badania penetracyjne PT

Wykorzystywane do wykrywania nieciągłości spawalniczych (nieciągłości materiału) wychodzących na powierzchnię złącza spawanego. Są przeprowadzane zwykle po wykonaniu badań wizualnych złącza spawanych. Metoda jest stosowana przede wszystkim do materiałów metalowych , lecz może być także stosowana do innych materiałów przy założeniu, że są one obojętne na działanie mediów badawczych i nie są silnie porowate np. odlewy, odkuwki, ceramika.

Personel wykonujący badania wizualne powinien być kwalifikowany wg. PN-EN 473

„Badania nieniszczące - Kwalifikacja i certyfikacja personelu badań nieniszczących - Zasady ogólne” Powinien także wykazywać znajomość odpowiednich norm, przepisów i wymagań technicznych.

Przed rozpoczęciem badania należy badaną powierzchnię oczyścić i wysuszyć.

Następnie na badaną powierzchnię nanosić właściwe penetranty, które wnikają w nieciągłości powierzchniowe. Po upływie odpowiedniego czasu penetracji, z powierzchni usunąć nadmiar penetranta i nanieść wywoływacz. Wchłania on penetrant który wniknął i pozostał w nieciągłościach, dzięki czemu pojawia się łatwo widoczne powiększone wskazanie nieciągłości.

Kolejność badania penetracyjnego przedstawia się następująco:

-przygotowanie i czyszczenie wstępne

- nanoszenie penetranta,

- usuwanie nadmiaru penetranta,

- nanoszenie wywoływacza,

- kontrola,

- rejestracja,

- czyszczenie końcowe.

Badania magnetyczno-proszkowe MT

Metoda do wykrywania powierzchniowych niezgodności spawalniczych w

ferromagnetycznych złączach spawanych. Przed rozpoczęciem badania należy przygotować badaną powierzchnię - która powinna być wolna od zgorzeliny, tłuszczu, oleju, odprysków spawalniczych, oraz innych substancji, które mogą wpływać na czułość badań. Następną czynnością jest magnesowanie którego dokonujemy za pomocą:

• elektromagnesy jarzmowe,

• źródła prądu wzbudzającego z elektrodami stykowymi,

• przewodniki przylegające, przewodniki przechodzące oraz techniki badań za pomocą cewek.

•W większości spawalnych materiałów ferromagnetycznych zaleca się zastosowanie natężenia magnetycznego pola stycznego na poziomie od 2kA/m do 6kA/m.

Kolejną operacją jest nanoszenie środków wykrywających które można nanieść za pomocą natryskiwania, zanurzenia lub napylenia bezpośrednio przed magnesowaniem i podczas magnesowania. Czas utrzymywania elementu w stanie namagnesowanym powinien być wystarczający do utworzenia wskazań. Rejestrację wskazań możemy prowadzić za pomocą różnych metod począwszy od opisania wskazań poprzez szkice, fotografię, rejestrację na taśmie video (CD) skończywszy na elektrooptycznym skanowaniu.

Badania radiologiczne RT

Jedną z najbardziej rozpowszechnionych i stosowanych metod bada

nieniszczących stały się badania radiologiczne spoin. Jest to możliwe dzięki takim zaletom jak:

1. dobra wykrywalność niezgodności wewnętrznych

2. prosta interpretacja wyników badań (przez doświadczony personel),

3. uzyskaniu radiogramu który może być wielokrotnie analizowany.

W badaniach najczęściej wykorzystuje się promieniowanie X(Roentgena) lub promienie g (gamma). Kontrola radiologiczna polega na wykonaniu radiogramów badanych złączy, następnie opisaniu zaobserwowanych na otrzymanych radiogramach niezgodności(miejsc o różnym zaciemnieniu) i ocenie, na ich podstawie, jakości złączy. Różnice w zaciemnieniu są wynikiem zmiany natężenia promieniowania które zostało zaabsorbowane przez materiał w różnym stopniu zależnym od wymiaru „grubości” wady. Metoda powszechnie stosowana dla złączy doczołowych rzadziej dla kątowych ze spoinami czołowymi ze względu na konieczność obustronnego dostępu do złącza(film znajduje się po przeciwnej stronie niż źródło promieniowania. Techniki wykonywania radiogramów są przedstawione w

Badania ultradźwiękowe UT

Zasada defektoskopii ultradźwiękowej polega na impulsowym wysyłaniu do

badanego materiału za pośrednictwem głowicy aparatu ultradźwiękowego faliultradźwiękowej wytworzonej w przetworniku piezoelektrycznym.

W badanym obiekcie rozchodzące się fale dają sygnał przepuszczalny (tzw. technika przepuszczania/cienia) bądź sygnał odbity od powierzchni lub od nieciągłości (technika echa), który wraca do głowicy i po przetworzeniu na drgania elektryczne jest obserwowany jako impulsy na ekranie oscyloskopu bądź rejestrowany w pamięci komputera sprzężonego defektoskopem. W technikach tych stosujemy głowice pojedyncze nadawczo-odbiorcze, głowice podwójne (bliźniacze) lub oddzielne.

Badanie można prowadzić ręcznie lub z zastosowaniem aparatury półautomatycznej bądź całkowicie zautomatyzowanej, można stosować techniki przeszukiwania kontaktowego, bezkontaktowego lub zanurzeniowego bądź dostosowane do określonych celów inne sposoby sprzężania.

Ośrodkami sprzężającymi głowicę z powierzchnią badanego obiektu aby umożliwić transmisję fali ultradźwiękowej może być:

1. woda (z ewentualną domieszką innego środka, np. zwilżającego,

niezamarzającego, inhibitora korozji),

2. pasta kontaktowa,

3. olej,

4. smar,

5. pasta celulozowa z domieszką wody.

Obok najczęściej stosowanej techniki echa rozwijają się zautomatyzowane metody, gdzie wykorzystywane jest m.in. zjawisko dyfrakacji fal (metoda TOFOD) do wykrywania i oceny niezgodności oraz techniki skaningowe pozyskiwania obrazu (metody SAFT). Wykryte metodami zautomatyzowanymi nieciągłości mogą być oceniane w czasie rzeczywistym i/lub zapisywane jako obraz podobny do otrzymywanego w badaniach RT. Obraz ten można analizować w dowolnym czasie i zachować jako dokument.

Metody UT umożliwiają wykrywanie różnych wewnętrznych niedociągłości w złączach spawanych i materiale podstawowym. Jest możliwość lokalizowania i rejestrowania wykrytych niezgodności na głębokości i szerokości złącza. Badania UT dobre są do wykrywania niedociągłości płaskich (pęknięć, braków wtopienia i przetopu, rozwarstwień), które mogą być trudne do wykrycia metodą RT. Można badać bardzo grube materiały. Przy produkcji wielkoseryjnej proces badania można zautomatyzować (przy wytwarzaniu rur spawanych, budowie rurociągów).

Badanie UT jest skuteczniejsze, szybsze i tańsze niż badanie RT.

Badania prądami wirowymi ET

Prądy wirowe (Foucaulta) są wynikiem indukcji magnetycznej, która powstaje w obwodzie elektrycznym wskutek zmian pola magnetycznego . Powstają w obiektach przewodzących prąd elektryczny, wykonanych z metali ferromagnetycznych (stale konstrukcyjne ferrytyczno-perlityczne) i niemagnetycznych (stale austenistyczne, metale niezależne), metale te mogą być poddane badaniom prądami wirowymi. W badaniach ET zmiana strumienia magnetycznego występuje na skutek zasilania cewek indukcyjnych przetwornika prądem przemiennym. Natężenie prądów wirowych jest największe na powierzchni obiektu i maleje do wartości zerowej w jego rdzeniu (naskórkowość). Dzięki temu metoda ta nadaje się do wykrywania niezgodności geometrycznych i strukturalnych istniejących na powierzchni i podpowierzchniowych.

Metoda ta jest wykorzystywana w defektoskopii nieniszczącej najczęściej wyrobów osiowych (pręty, druty, rury o przekroju kołowym i innym, szyny kolejowe, bębny kół, osie zestawów kołowych). Można tu też badać złącza spawane i zgrzewane. Za pomocą badań prądami wirowymi można wykryć rodzaje niezgodności spawalniczych, które zwykle występują na powierzchni, a są to: pęknięcia przyklejenia, braki przetopu, porowatość, pęcherze kanalikowe, wyciek stopiwa itp. wady geometryczne w spoinach czołowych. Wady w spoinach pachwinowych wykrywa się ciężej. Wyrobem spawanym, który jest najczęściej badany prądami wirowymi są rury ze spoinami lub zgrzeinami wzdłużnymi w czasie ich produkcji (on-line) i rury kotłów oraz wymienników ciepła podczas ich eksploatacji i remontów.

Zalety:

1. niski koszt,

2. duża prędkość badań,

3. możliwość ich automatyzacji, rejestracji, obróbki danych komputerowo,

4. możliwość wykrywania niezgodności ukrytych, np. pod warstwą malarską,

5. badania są prowadzone bezkontaktowo, bez stosowania środka

sprzęgającego,

6. wysoka czułość i niezawodność wykrywania (można wykryć wadę o

głębokości ok. 0,1 mm, tu skuteczność badań zależy od stanu powierzchni

wyrobu, a może na nią wpływać: zabrudzenie olejem czy smarem,

złuszczenia, chropowatość, odpryski spawalnicze, przewodzące i nieprzewodzące pokrycia, zwłaszcza o zmiennej grubości),

7. badania są przyjazne dla środowiska,

8. mogą być prowadzone w trudnodostępnych lub niebezpiecznych miejscach.

---