SPAWALNICTWO

SPAWANIE - proces wykonania połączenia nierozłącznego z nagrzaniem materiału rodzimego do temperatury topnienia i dodaniem spoiwa lub bez.

ZGRZEWANIE - wykonanie połączenia nierozłącznego z nagrzaniem materiału rodzimego do temperatury plastyczności i z użyciem siły docisku (nie dodajemy spoiwa)

UTWARDZANIE - wykonanie połączenia nierozłącznego z nagrzaniem materiału rodzimego do temperatury zwilżania z wykorzystaniem zjawiska dyfuzji i zastosowaniem spoiwa (lutu)

CIĘCIE TERMICZNE - jest to proces rozdzielenia materiału z nagrzaniem do temperatury zapłonu i wypaleniem metalu strumieniem tlenu

METALIZACJA NATRYSKOWA - polega na naniesieniu na powierzchnie innego roztopionego materiału za pomocą palnika acetylenowo tlenowego.

HARTOWANIE POWIERZCHNIOWE - nagrzanie powierzchni acetylenowo tlenowej (50-30 powyżej Ac1) do temperatury przemiany austenitycznej i następnie szybkim chłodzeniu w celu uzyskania struktury martenzytycznej.

BUDOWA SPOINY

a). Spoina czołowa

• Jednowarstwowa

• Wielowarstwowa

b). Spoina pachwinowa

• Jednowarstwowa

• Wielowarstwowa

1. Materiał rodzimy.

2. Sfera wpływu ciepła (SWC) - materiał przegrzany - dążymy zawsze do zminimalizowania SWC.

3. Stopiwo - stop metalu rodzimego i spoiwa.

4. Lico spoiny

5. Grań

Lico oraz grań spoiny powinny być ukształtowane prawidłowo bez nadmiernych wypukłości i wklęsłości, co gwarantuje prawidłową wytrzymałość spoiny. Spoina rozciągana siłą P może być zerwana tylko przez SWC.

WADY SPOINY DOTYCZĄCE LICA I GRANI:

• Wyciek grani;

• Niedostateczna grubość spoiny (wklęsłe lico);

• Wypukłe lico;

• Brak przetopu;

RODZAJE ZŁĄCZ SPAWANYCH:

-złącze doczołowe

• Złącze zakładkowe

• Złącze nakładkowe

• Złącze kątowe

• Złącze teowe

• Złącze krzyżowe

• Złącze przyległe

• Złącze otworów

POZYCJE SPAWALNICZE - położenie elektrody względem spoiny w przestrzeni

1. Podolna - jedyna pozycja swobodna

2. Naboczna (styk podłogi ze ścianą)

3. Naścienna

4. Pionowa

5. Okopowa

6. Pułapowa

PRZYGOTOWANIE BRZEGÓW DO SPAWANIA - ROWKI SPAWALNICZE

Przed przystąpieniem do spawania materiał musi być przygotowany tzn. odpuszczony, oczyszczony i zukosowany. Muszą być usunięte zabrudzenia mechaniczne: farba, korozja, smary, brudy tłuste i wykonany rowek spawalniczy (gwarantuje to wytrzymałość spoiny).

ROWKI (nazwa z kształtu)

• Spoina czołowa (złącze doczołowe) - blachy przycięte na równo

1. Rowek J - przetopiony przez całą grań, do cienkich blach.

2. Rowek V - przetopiony przez całą grań, grubsza blacha

3. Rowek Y - kąt, próg

4. Rowek U - blachy grube

5. Rowek X - spawanie dwustronne

6. Rowek 2U

• Spoina pachwinowa

1. Rowek 1/2U

2. Rowek 1/2Y

3. Rowek K - rowek dwustronny

4. Rowek J

5. Rowek B

SPAWALNOŚĆ STALI -im mniejsza zawartość węgla tym się lepiej spawa:

• STALE WĘGLOWE

• C<0,2% - stale spawalne

• 0,2<C<0,4% - trudno spawalne

• C>0,4% - stale niespawalne, (ale dobrze się hartują)

• STALE STOPOWE - w celu określenia spawalności stali stopowych należy wykorzystać wzór TREMMLETT'A (wpływ składników stopowych na spawalność stali)

Ce=C+Mn/6+(Cr+U)/5+Mo/4+Ni/15+Cu/13+P/2

Ce -równoważnik węgla w stali

ZALEŻNOŚCI TREMMETT'A: HV=1200Ce-260;

HV=1200Ce-200;

C+Mn+Ni+u+.......<0,6

Stale wysokostopowe są trudno spawalne.

ZE WZGLĘDU NA ŻRÓDŁO CIEPŁA SPAWANIE DZIELIMY NA:

1. GAZOWE - wykorzystywane ciepło spawania mieszanki acetylenowo tlenowej, odbywa się przez spalanie mieszanki acetylenowo tlenowej (karbid wytapiany jest z węglanu wapnia, zalewamy go wodą)Acetylen jest silnie wybuchowy (w butlach acetylen jest rozpuszczony w acetonie i zalany pumeksem)

SFERY PŁOMIENIA 1 - jądro płomienia - kolor niebieski

2 - redukcyjna, bezbarwna - służy do spawania

3 - kita płomienia - pomarańczowo czerwona, składa się z dwutlenku węgla, osłania jeziorko ciekłego metalu i spoinę przed wpływem powietrza atmosferycznego.

PALNIKI

• Bezsmoczkowe - z komorą mieszaną

• Smoczkowe

2. ELEKTRYCZNE- wykorzystywane ciepło przetworzonego prądu elektrycznego (łuk elektryczny, laser, wodór, elektrony,...)

• ŁUKOWE RĘCZNE

• POD TOPIKIEM

• OSŁONIE GAZÓW

• ATOMOWE

• PLAZMOWE

• ELEKTRONOWE

• ELEKTROŻUŻLOWE

• LASEROWE

3. TERMITOWE- wykorzystywane ciepło reakcji chemicznej spalania tlenków żelaza zamieszczonych z korumbem. Służy do spawania grubych bloków (np. szyny kolejowe). Jest formą odlewania i zalewania rowka ciekłym metalem.

ŻRÓDŁA CIEPŁA - w spawaniu powinny mieć temperaturę nie mniejszą niż 3000°C, czyli 3273°C

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

SPAWANIE ŁUKOWE RĘCZNE - odbywa się za pomocą elektrody otulonej zgodnie ze schematem

1. - źródło prądu

2. - uchwyt elektrody

3. - elektroda

4. - materiał spawany (spawacz trzyma uchwyt w ręku)

ELEKTRODY:

1. TOPLIWE

• Wolframowe, węglowe

• Otulone, nieotulone(gołe)

• Cienko otulone, średniootulone, grubo otulone

• Kwaśne, zasadowe, rutulowe[TiO2]

• Ciągliwe (drut obwijany z bębna, nieskończona długość), krótkie

• Specjalne - utleniające, do napawania, do żłobienia itd.

• NIETOPLIWE

FUNKCJE OTULINY:

1. Umożliwić zajarzenie łuku przez zjonizowanie przestrzeni łukowej

2. Prawidłowe i spokojne przenoszenie kropli z elektrody do jeziorka ciekłego metalu

3. Ochrona kropli oraz jeziorka ciekłego metalu przed wpływami atmosferycznymi(N2, H2, O2)

4. Gwarantować prawidłowy skład chemiczny spoiny (dostarczać wypalone podczas spawania dodatki stopowe)

5. Wytworzyć żużel, którego zadaniem jest kształtowanie lica spoiny oraz spowolnienie stygnięcia spoiny i ochrona

SPAWANIE POD TOPIKIEM - jest spawaniem automatycznym elektrodą topliwą ciągłą daje spoinę wysokiej jakości i jest wykorzystywane w produkcji wielkoseryjnej.

ZALETY METODY:

1. Wysoka jakość spoiny

2. Bardzo duża wydajność

3. Oszczędność topnika (otuliny)

4. Brak naświetleń hali

WADY METODY - możliwość spawania tylko w pozycji podolnej

SCHEMAT SPAWANIA POD TOPIKIEM




1. Bęben z elektrodą ciągliwą topliwą (szpula)

2. Trój rolkowy układ podająco - prostujący

3. Tuleja prądowa (podająca prąd np. przez rtęć)

4. Zasobnik z topnikiem

5. Układ jezdny

6. Topnik

7. Żużel

8. Materiał rodzimy

9. Źródło prądu

SPAWANIE W GAZACH OCHRONNYCH:

1. TIG - wolfram obojętny gaz

1. Spoiwo

2. Elektroda wolframowa nietopliwa pokryta torem (jonizacja przestrzeni łukowej)

3. Poduszka gazu szlachetnego (argon, hel)osłaniająca elektrodę i spoiwo oraz jeziorko ciekłego metalu

4. Uchwyt pistoletowy doprowadzający gaz i prąd




ZALATY - Wysoka jakość spoiny

WADY - brak możliwości automatyzowania procesu

2. MIG - metal obojętny gaz

1. Szpula z elektrodą ciągłą

2. Układ prostująco podający elektrodę

3. Tuleja doprowadzająca prąd

4. Uchwyt pistoletowy

5. Poduszka gazów ochronnych (ochraniających spoinę elektrodę i kroplę)




ZALETY - wysoka wydajność, możliwość automatyzacji, wysoka jakość spoiny.

WADY - wiatr może zdmuchnąć poduszkę gazów

3. MAG - metoda ciągła topliwa gaz aktywny (nieszlachetny)




Spawanie metodą ą jest uproszczoną wersją metody MIG daje gorszą jakość spoiny, bo spawa się CO2. Jest tania, stosuje się do materiałów niezbyt wyrafinowanych.

SPAWANIE ATOMOWE (WODOROWE)

H2=H+H+Q

H+H-Q=H2

Spawanie atomowe jest zwane wodorowym, gdyż odbywa się w atmosferze wodoru. Nośnikiem ciepła jest wodór atomowy (H). Łuk jarzy się między dwiema elektrodami wolframowymi.




1. Elektrody wolframowe

2. Uchwyt pistoletowy

3. Spoiwo

4. Poduszka wodorowa

5. Materiał rodzimy

Tą metodą nie spawamy miedzi nawet odtlenionej. Nie spawamy metali z tlenem

SPAWANIE PLAZMOWE

Plazma - silnie zjonizowany gaz

Gaz zjonizowany - gaz, z którego zdmuchnięto część powłoki elektronowej

Temperatura plazmy jest od kilku do kilkudziesięciu stopni Celsjusza. Do cięcia używa się plazmy 20000°C, do mikro używa się plazmy 5-10000°C. Plazmę uzyskuje się z argonu lub azotu.

1. Elektroda wolframowa nietopliwa

2. Korpus uchwytu pistoletowego

3. Przekładka termo izolująca

4. Elektroda miedziana chłodzona

5. Generator wysokiej częstotliwości

6. Źródło prądu




• Zajarzamy łuk kołowy między elektrodą wolframową i miedzianą

• Uruchamiamy strumień azotu, który przemienia się w plazmę

• Po ustabilizowaniu się procesu wyłączamy źródło prądu a wstawiamy generator (cały czas jonizowany gaz)

SPAWANIE ELEKTRONOWE - wykorzystywane jest w przemyśle lotniczym ze względu na wysoką jakość spoin odbywa się w próżni bez dodawania spoiwa nośnikiem energii jest wiązka elektronów. Spoina ma charakter nożowy z minimalną strefą wpływu ciepła.

W materiałach uderzają elektrony wpływają do środka i są hamowane topi się oddają energię i rozrywają powierzchnię (proces cykliczny).

• Urządzenia specjalistyczne bądź specjalne służące np. do wymiany łopatek turbin

• Metoda zautomatyzowana




1. Komora próżniowa chłodzona wodą

2. Układ katodowy - wyemitowanie elektronów

3. Chmura elektronów przyspieszana i kształtowana przez cewki elektryczno magnetyczne

4. Stolik manewrowy tam trafiają elektrony, gdzie jest element spawany.

ZGRZEWANIE

• OPOROWE - blachy

• DYFUZYJNE - dyfuzja elektronów

• TARCZOWE - elementy trzemy o siebie

• WYBUCHOWE

• ULTRADZWIĘKOWE - głowica ultradźwiękowa

ZGRZEWANIE OPOROWE

• PUNKTOWE

ZGRZEWANIE PUNKTOWE - elektrody zwalcowanie




PROGRAM ZGRZEWANIA - jak zachowuje się docisk i prąd




Dwie elektrody ściskają blachy płynie prąd, powoduje rozpuszczenie i sklejenie (powstaje szef).

• LINIOWE

ZGRZEWANIE LINIOWE CIĄGŁE - elektrody krążkowe, zgrzewanie szczelinowe






ZGRZEWANIE LINOWO PUNKTOWE - nacisk stały, prąd impuls, zgrzeina nieciągła, bardzo wydajne.






ZGRZEWANIE DOCZOŁOWE





ZGRZEWANIE Z ROZWALCOWANIYM BRZEGIEM - zgrzeina szczelna, prąd stały





• GARBOWE

ZGRZEWANIE OPOROWE GARBOWE - wykonywanie - blachy przygotowane są przez wytłoczenie wgłębień zwanych garbami. Wgłębienia jednej blachy muszą pasować do drugiej. W czasie zgrzewania są niwelowane. Metoda pozwala wykonać kilka zgrzelin jednocześnie. Prąd jest modulowany (kształtowany).








-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ZGRZEWANIE STALI STOPOWYCH - źle się ogrzewają i spawają. Przy docisku mamy dwa impulsy:

• Zgrzewania

• Wyżarzania





ZGRZEWANIE METALI KOLOWROWYCH - prąd płynie wolno, narasta i wolno schodzi.





ZGRZEWANIE ZWARCIOWE - prąd nagrzewa elementy na zwarciu dociskamy i powstaje zgrzelina.






ZGRZEWANIE OPOROWE ELEKTROISKROWE - stosuje się, gdy brzegi nie są przygotowane

Zgrzewanie elektroiskrowe składa się z dwóch etapów:

• Etap 1 - wyiskrzanie, następuje przeskok iskier (łuków elektrycznych) między nierównościami, nadtapiając i wygładzając je (występuje prąd i siła wyiskrzania).

• Etap 2 - zwarcia - wzrasta siła docisku a prąd staje się prądem zwarcia (wzrasta).





ZGRZEWANIE TARCIOWE






ZGRZEWANIE DYFUZYJNE - W przypadku, gdy nie ma możliwości zgrzania materiałów metodami klasycznymi stosuje się zgrzewanie dyfuzyjne. Pozwala ona zgrzewać materiały:

• Węgiel i stal

• Ceramika i węgiel

• Półprzewodniki z podłożem (Si, german)

Polega na wnikaniu wzajemnym atomów elementów zgrzewczych, odbywa się w próżni w podwyższonej temperaturze i trwa kilka godzin. Powierzchnie zgrzewane muszą być dokładnie przygotowane.




1. Komora próżniowa

2. Układ grzewczy

3. Układ dociskowy

4. Powierzchnia dyfundująca

TECHNIKI LASEROWE

• CIAŁA STAŁEGO - źródło światła - pręt (rubinowy, lub szklany), pierwotne

• GAZOWE - gazowe źródło światła rura wypełniona gazem, lasery o dużej mocy, wykorzystywane w wojsku.

• PÓŁPRZEWODNIKI - źródło światła poukładane warstwy półprzewodników.

CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO:

• Spójność - zgodność częstotliwości, fazy, kierunku i jedność warstwy

• Monochromatyczność

• Kierunkowość

• Intensywność

ŚWIATŁOWODY - nie zaglądamy do urządzeń, bo duża intensywność




1. Pręt np. rubinowy

2. Źródło światła widzialnego (świetlówka)

3. Zwierciadło nieprzepuszczalne

4. Zwierciadło półprzepuszczalne (progowe)

5. Strumień światła laserowego

ETAPY:

1. Pompowanie lasera polega na naświetleniu pręta światłem widzialnym, dostarczana energia do poszczególnych atomów (elektrony przeskakują na wyższe orbity).

2. Po przeskoczeniu wartości energetycznej krytycznej elektrony wracają na swoje orbity oddając kwanty światła w osi pręta laserowego (odbija się od zwierciadła i pobudza następne atomy, aż przekroczy wartość zwierciadła półprzewodnikowego)

LUTOWANIE - proces technologiczny łączenia części metalowych za pomocą stopionego stopu niskotopliwego zwanego lutem, który wprowadzony w szczelinę łączy je po krzepnięciu. Łączenie części następuje na skutek:

• Adhezji - przylegania jednego metalu do drugiego

• Dyfuzji - przenikania atomów jednego metalu do drugiego

• L. MIĘKKIE - temperatura topnienia mniejsza niż 823 K, Są to stopy: cyny, ołowiu i antymonu.

• L. TWARDE - do nich wymaga się używania topików, Ich zadaniem jest rozpuszczanie tlenków pokrywających metal oraz ochrona przed utlenianiem zarówno metalu łączonego jak i lutu, ułatwienie przyczepności lutu

• L. LUTOSPAWANIE - stosowane do naprawy pęknięć części.(temperatura 1023-1123 K) Należy nagrzewać tylko w miejscu naprawianym. Nie ma obawy by w metalu tworzyły się twarde ziarna żeliwa białego, przyczepność lutu do żeliwa jest duża.

SPAWALNICTWO

15

---