1. Rodzaje i budowa otulin (Używana w ręcznym spawaniu łukowym składa się z metalowego rdzenia pokrytego specjalną otuliną.)

Rodzaje elektrod otulonych

• elektrody o otulinie rutylowej (R) - to najbardziej popularne elektrody ogólnego stosowania. Ich stosowanie jest uniwersalne, łatwe, stosunkowo wydajne i pozwalają na spawanie niemal we wszystkich pozycjach z wyjątkiem pionowej z góry w dół. Elektrodami rutylowymi można spawać elementy cienkie. Uzyskuje się spoiny o gładkiej powierzchni, estetyczne a proces jest stabilny i powstaje mała ilość rozprysków, zaś żużel jest łatwy do usunięcia. Elektrodami rutylowymi można spawać prądem przemiennym lub stałym o biegunowości ujemnej (minus na elektrodzie). Przy prawidłowym przechowywaniu elektrody rutylowe nie wymagają suszenia przed spawaniem.

• elektrody o otulinie zasadowej (B) - pozwalają na uzyskanie bardzo dobrych właściwości mechanicznych spoin dzięki wysokiej plastyczności stopiwa, również w niskiej temperaturze. Można nimi spawać we wszystkich pozycjach z wyjątkiem pionowej z góry w dół. Elektrodami zasadowymi spawa się prądem stałym z biegunowością dodatnią na elektrodzie. Elektrody zasadowe wymagają suszenia przed spawaniem przez około 1-3h w temperaturze około 300÷350°C chyba, że zostały dostarczone w specjalnych opakowaniach próżniowych (vacuum pack) po wysuszeniu u producenta.

• elektrody o otulinie celulozowej (C) - pozwalają na spawanie w trudnych warunkach montażowych w terenie. Można nimi spawać we wszystkich pozycjach w tym szczególnie w pozycji pionowej z góry w dół. Elektrody celulozowe nie są wrażliwe na jakość przygotowania złącza i umożliwiają spawanie z dużą wydajnością. Elektrodami celulozowymi można spawać prądem przemiennym lub stałym o biegunowości dodatniej (plus na elektrodzie). Elektrody te nie wymagają suszenia przed spawaniem.

• elektrody o otulinie kwaśnej (A) - pozwalają na uzyskanie spoin o gładkim, płaskim licu o przeciętnych własnościach mechanicznych. Można nimi spawać w pozycji podolnej, nabocznej i warunkowo w pozycjach przymusowych. Elektrodami kwaśnymi można spawać prądem przemiennym lub stałym o biegunowości ujemnej (minus na elektrodzie). Przy prawidłowym przechowywaniu elektrody kwaśne nie wymagają suszenia przed spawaniem.

• elektrody specjalne - oprócz w/w rodzajów otulin dostępne są również otuliny specjalne: RA – otulina rutylowo-kwaśna, RB – otulina rutylowo-zasadowa, RC – otulina rutylowo-celulozowa, RR – otulina rutylowa o dużej grubości.

Budowa elektrody otulonej

Elektroda otulona używana w ręcznym spawaniu łukowym składa się z metalowego rdzenia pokrytego specjalną otuliną. Norma PN-EN 20544 „Spoiwo do spawania ręcznego. Wymagania dotyczące wymiarów” precyzuje wymiary stosowanych elektrod. Średnica elektrody jest średnicą jej rdzenia i są stosowane następujące rozmiary: 1.6, 2.0, 2.5, 3.25, 4.0, 5.0, 6.0 mm. Długość elektrod zależy od ich średnicy i stosowane są długości: 250, 300, 350, 400 i 450 mm. Grubość otulin może być różna, ale w większości przypadków stanowi 60% rdzenia elektrody.

Zadania otuliny elektrody

Otulina elektrody posiada różnorodny skład chemiczny i różną grubość. Skład chemiczny otuliny w sposób zasadniczy wpływa na skład chemiczny spoiny. Otulina ma duże znaczenie w zapewnieniu powstającemu połączeniu odpowiedniej jakości i wytrzymałości. Otulina zbudowana jest z mieszaniny rozdrobnionych różnorodnych składników mineralnych i organicznych, żelazostopów oraz metali. Dodawanie proszku żelaza pozwala na zwiększenie stopiwa. Ta jednorodna mieszanina powiązana jest ze sobą substancją wiążącą.

Najważniejsze zadania otuliny to:

• wytworzenie gazowej osłony łuku i ochrona przed dostępem powietrza atmosferycznego,

• ułatwienie zainicjowania łuku i stabilizowanie łuku podczas spawania, co zmniejsza rozpryski,

• wprowadzanie pierwiastków odtleniających i wiążących azot,

• tworzenie żużlowej powłoki nad ciekłym jeziorkiem i krzepnącą spoiną co zabezpiecza krzepnącą spoinę przed dostępem powietrza, opóźnia stygnięcie i wzbogaca skład chemiczny spoiny.

1. Rodzaje płomienia acetylenowo- tlenowego

Płomień acetylenowo-tlenowy można podzielić na trzy strefy: jądro, strefa odtleniająca oraz kitę. Poniżej przedstawiono trzy rodzaje płomieni: redukujący, nawęglający i utleniający. Spawacz powinien tak regulować płomień, aby spawanie odbywało się płomieniem redukującym, tj. takim, w którym w najgorętszej strefie środkowej nie ma swobodnego węgla ani tlenu. Regulację płomienia rozpoczyna się od regulacji dopływu acetylenu. Trzeba dodać, że płomień chroni spoinę przed dostępem powietrza. Dokładne wyregulowanie płomienia redukującego (normalnego) jest łatwe i polega na uzyskaniu ostrego zarysu jądra. W czasie spawania przedmiot powinien się znajdować w odległości 2÷5 mm od jądra, co jest uzależnione od wielkości palnika.

1. MIG, MAG, TiG

SPAWANIE MIG/MAG

Spawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonach gazowych.

MIG-spawanie w osłonach gazów obojętnych,

MAG-spawanie w osłonach gazów aktywnych,

jest obecnie jedną z najpowszechniej stosowanych metod spawania konstrukcji. Proces ten polega na stapianiu spawanego metalu i materiału elektrody ciepłem łuku elektrycznego jarzącego się między elektrodą a spawanym przedmiotem w osłonie gazu obojętnego- Ar, He lub mieszanki lub w przypadku Mag gazu aktywnego- CO_2, H_2, 0_2, N_2, NO.

PARAMETRY SPAWANIA

• Średnica drutu elektrodowego.

• Rodzaj i biegunowość prądu.

• Natężenie prądu spawania.

• Prędkość podawania drutu elektrodowego.

• Napięcie łuku.

• Prędkość spawania.

• Rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego.

• Długość wolnego wylotu elektrody.

• Pochylenie złącza lub elektrody.

ZALETY METODY

• Operatywność.

• Możliwość obserwacji jeziorka spawalniczego lub łuku spawalniczego.

• Możliwość spawania szerokiego asortymentu materiałów.

• Możliwość uzyskiwania wysokiej wydajność procesu.

• Możliwość mechanizacji i robotyzacji procesu.

WADY METODY

• Niebezpieczeństwo zakłóceń osłony gazowej przez podmuch powietrza.

• W przypadku spawania półautomatycznego, uzależnienie jakości złączy od zdolności manualnych spawacza.

• Asortyment gatunków drutu elektrodowego mniejszy niż w przypadku ręcznego spawania elektrodami otulonymi.

SPAWANIE TIG

Metoda TIG polega na łączeniu materiałów przez stopienie metalu, spawanych materiałów i spoiwa, ciepłem łuku elektrycznego jarzącego się między nietopliwą elektrodą wolframową a spawanym przedmiotem w osłonie gazów szlachetnych, obojętnych- Ar, He. Spawanie odbywa się bez spoiwa przy cienkich elementach lub z dodatkiem spoiwa topionego w łuku jednocześnie z materiałem rodzimym.

PARAMETRY

• Rodzaj i natężenie prądu.

• Napięcie łuku.

• Prędkość spawania.

• Rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego.

• Średnica i wymiary materiału dodatkowego.

• Rodzaj materiału i średnica elektrody nietopliwej.

• Rodzaj i biegunowość prądu.

ZALETY METODY

• Wysoka jakość złączy spawanych, które na ogół charakteryzują się korzystnym kształtem i są pozbawione niezgodności spawalniczych.

• Możliwość łączenia prawie wszystkich metali i ich stopów, jak również materiałów różnorodnych.

• Doskonałą kontrolę zachowania się jeziorka spawalniczego podczas spawania, szczególnie przydatną przy wykonywaniu ściegu graniowego.

• Łatwość ustawiania i kontroli parametrów spawania.

• Możliwość spawania zarówno z zastosowaniem spoiwa, jak i bez jego udziału.

• Względnie tanie urządzenia spawalnicze, przystosowane zazwyczaj do spawania także innymi metodami, np. elektrodami otulonymi.

Podstawowe parametry procesu spawania metodą MIG/MAG

Rodzaj i biegunowość prądu spawania - w metodzie MIG/MAG stosuje się prąd stały o biegunowości dodatniej, co powoduje intensywne stapianie drutu spawalniczego. 
Półautomaty spawalnicze wyższej klasy umożliwiają spawanie prądem pulsującym. Wszystkie parametry są tak dobrane, aby następowało uformowanie jednej kropli ciekłego metalu na końcu drutu. Pierwotnie spawanie prądem pulsującym było wykorzystywanie do spawania aluminium oraz stali nierdzewnych. Spoina jest wolna od odprysków o prawidłowym przekroju bez porowatości.

Natężenie i napięcie łuku - Natężenie prądu spawania jest uzależnione od wartości nastawionego napięcia, ale także od szybkości podawania drutu i jego średnicy. Wyższa wartość napięcia to dłuższy łuk, co powoduje mniejszą głębokość wtopienia i szersze lico spoiny. Zbyt duże napięcie zwiększa rozprysk, porowatość, ryzyko podtopień i przyklejeń. Zbyt małe napięcie może spowodować niestabilność procesu.

Prędkość podawania drutu - Przy danej wartości napięcia łuku należy tak nastawić prędkość podawania drutu aby jego stapianie miało stabilny przebieg.

Rodzaj i średnica drutu - rodzaj drutu dobiera się w zależności od spawanego materiału. Drut spawalniczy występuje w średnicach: 0,6mm, 0,8mm, 1,0mm, 1,2mm, 1,6mm i dobiera się w zależności od grubości spawanego elementu i pozycji spawania. Istotna jest gęstość prądu płynącego przez drut spawalniczy. Im mniejsza średnica tym większa gęstość i większa głębokość wtopienia. Gęstość prądu ma również wpływ na charakter przenoszenia metalu w łuku spawalniczym.

Rodzaj i natężenie przepływu gazu osłonowego - rodzaj gazu osłonowego ma bardzo duży wpływ na przebieg procesu spawania. Natężenie przepływu gazu osłonowego powinno być tak dobrane, aby zapewnić skuteczną osłonę łuku spawalniczego i jeziorka, nawet w przypadku niewielkich przeciągów powietrza. Orientacyjnie można przyjąć zasadę, aby natężenie przepływu wynosiło 1,0 litr/min. na każdy milimetr średnicy dyszy gazowej.
Stale niestopowe i niskostopowe spawa się głównie w osłonie mieszanek aktywnych na bazie argonu z dodatkiem CO2 lub CO2 i O2 co daje lepszą jakość spoin i wydajność niż przy użyciu samego CO2, który to gaz zaleca się używać tylko do stali niskowęglowych. Stale wysokostopowe również można spawać w samych gazach obojętnych, ale proces przebiega korzystniej w mieszance argonu z dodatkiem 1÷3% O2 lub 2÷4% CO2.

Wolny wylot - czyli długość wysunięcia drutu mierzona jako odległość od topiącego się końca drutu do końcówki prądowej. Wolny wylot drutu spawacz reguluje wysokością trzymania uchwytu nad spawanym przedmiotem. Długość wysunięcia drutu wpływa na intensywność podgrzania drutu na długości między końcówką prądową a stapiającym się końcem drutu, a więc o jego temperaturze i prędkości stapiania. W związku z tym, ze wzrostem długości wolnego wylotu elektrody, przy tym samym natężeniu prądu, znacznie wzrasta wydajność stapiania elektrody, a więc wyższe są prędkości spawania. Zbyt duża wartość wysunięcia drutu zaburza stabilność łuku, aż do powstania tzw. "strzelania" i zwiększonego rozprysku. Za krótki wolny wylot prowadzi do jarzenia łuku zbyt blisko końcówki prądowej i może prowadzić do przyklejenia się drutu i zniszczenia końcówki.
Długość wolnego wylotu jest uzależniona m.in. od rodzaju i średnicy drutu, natężenia prądu i napięcia łuku. Przykładowo podczas spawania metodą MAG łukiem zwarciowym optymalna długość wynosi 6÷15mm, a przy łuku natryskowym 18÷25mm.

Prędkość spawania - to szybkość przemieszczania końca drutu z jarzącym się łukiem. Prędkość jest parametrem wynikowym dla danego natężenia prądu i napięcia łuku, przy zachowaniu właściwego kształtu spoiny. Gdy prędkość spawania ma być nawet nieznacznie zmieniona, należy zmienić prędkość podawania drutu lub napięcie łuku w celu utrzymania stałego kształtu spoiny. Prędkość spawania ręcznego zwykle mieści się w zakresie 0,25÷1,3 m/min.

Pochylenie uchwytu - pochylenie uchwytu zależy m.in. od rodzaju złącza i spoiny oraz pozycji spawania. Pochylenie decyduje o głębokości wtopienia oraz szerokości i kształcie lica spoiny. Pochylenie uchwytu w kierunku zgodnym z kierunkiem spawania daje większą głębokość wtopienia przy mniejszej szerokości spoiny. Pochylenie w kierunku przeciwnym zmniejsza głębokość wtopienia a lico spoiny jest wyższe i szersze, co pozwala na spawanie cieńszych materiałów.

TIG

Zasada działania- łuk jarzy się między końcem elektrody wolframowej a metalem rodzimym złącza. Elektroda się nie stapia, ,a spawacz utrzymuje stałą długość łuku. Wartość natężenia prądu jest nastawiana na źródle prądu. Spoiwo zwykle jest dostępne w postaci drutu o długości 1m. Doprowadza się je w miarę potrzeby do przedniego brzegu jeziorka. Jeziorko jest osłaniane przez gaz obojętny wypierający powietrze z obszaru łuku. Jako gaz ochronny najczęściej stosowany jest argon. Charakterystyka metody

Obecnie spawanie TIG jest jednym z podstawowych procesów wytwarzania konstrukcji, zwłaszcza ze stali wysokostopowych, stali specjalnych, stopów niklu, aluminium, magnezu, tytanu i innych. Spawać można w szerokim zakresie grubości złączy, od dziesiętnych części mm do nawet kilkuset mm. Spawanie TIG prowadzone może być prądem stałym lub przemiennym. Spawanie TIG przeprowadzone może być prądem stałym oraz prądem przemiennym.

a) Spawanie prądem stałym -przebiegać może z biegunowością dodatnią lub ujemną. Aby przenieść natężenie prądu z biegunowością dodatnią, elektroda musi mieć znacznie większą średnicę niż przy podłączeniu do bieguna ujemnego. Stosowane jest przy spawaniu w osłonie argonu lub helu prawie wszystkich metali i stopów z wyjątkiem cienkich blach z aluminium i jego stopów.

b) Spawanie prądem przemiennym -pozwala na wykorzystanie zalety spawania prądem stałym z biegunowością dodatnią (zjawisko rozpylania powierzchniowej warstwy tlenków) bez specjalnych ograniczeń prądowych, wymaganych przy spawaniu prądem stałym z biegunowością dodatnią. Gorsza jest jednak stabilność łuku.

c) Natężenie prądu - decyduje o głębokości wtopienia i szerokości spoiny, ale z drugiej strony oddziałuje na temperaturę końca elektrody nietopliwej. Wzrost natężenia prądu spawania zwiększa głębokość wtopienia i umożliwia zwiększenie prędkości spawania. Nadmierne natężenie prądu powoduje, że koniec elektrody wolframowej ulega nadtopieniu i pojawia się niebezpieczeństwo powstania wtrąceń metalicznych w spoinie.

d) Napięcie łuku - decyduje w zależności od rodzaju gazu ochronnego o długości łuku oraz o kształcie spoiny i ściśle zależy od zastosowanego natężenia prądu oraz rodzaju materiału elektrody. Wzrost napięcia łuku zwiększa szerokość lica spoiny, maleje przy tym głębokość wtopienia i pogarszają się warunki osłony łuku i ciekłego metalu spoiny. Argon ma niski potencjał jonizacyjny -15,7 V, łuk jarzy się więc bardzo stabilnie

e) Prędkość spawania - przy stałym natężeniu prądu i napięciu łuku, decyduje o energii liniowej spawania, a więc ilości wprowadzanego ciepła do obszaru złącza. Przez zmianę prędkości spawania regulować można nie tylko przemiany strukturalne w złączu, ale wielkość i rozkład naprężeń i odkształceń spawalniczych. Prędkość spawania wpływa równocześnie na głębokość przetopienia i szerokość spoiny parametr ten jest również ważny z uwagi na koszt procesu spawania. W przypadku spawania ręcznego TIG prędkość spawania jest parametrem wynikowym, zależnym od umiejętności operatora oraz wymaganego kształtu ściegu spoiny, przy danym natężeniu prądu i napięciu łuku.

1. Spawanie gazowe

Rozróżniamy trzy zasadnicze metody spawania gazowego:

• Spawanie w lewo-do materiałów o grubości poniżej 3mm.

• Spawanie w prawo-do materiałów o grubości powyżej 3mm.

• Spawanie w górę-do materiałów wszystkich grubości.

a) Spawanie metodą w lewo-polega na prowadzeniu palnika od strony prawej do lewej, przy pochyleniu palnika pod kątem od 60°(przy materiałach grubszych), do 10°(przy materiałach cieńszych). Spoiwo podczas spawania prowadzi się pod kątem około 45°. Przy spawaniu metodą w lewo spoiwo jest prowadzone przed palnikiem. Płomień palnika roztapia brzegi metalu, tworząc otworek w dolnej części spawanego materiału. Spawacz prowadzi palnik prawą ręką, postępowym ruchem w lewo nie czyniąc nim żadnych ruchów bocznych. Bardzo ważne jest aby spoiwo cały czas było w obrębie płomienia, gdyż rozgrzany jego koniec w zetknięciu z powietrzem szybko się utlenia i spawacz wprowadza do spoiny tlenki.

b) Spawanie metodą w prawo-stosuje się przeważnie do grubszych materiałów(ponad 3mm) wymagających ukosowania brzegów. Przy spawaniu w prawo palnik prowadzi się pod kątem 55°,a spoiwo pod kątem 45°. Spoiwo posuwa się za palnikiem od strony lewej do prawej. Palnikiem nie wykonuje się żadnych ruchów poprzecznych, lecz prowadzi się go równomiernie ruchem prostoliniowym wzdłuż brzegów spawanych. Spoiwem trzymanym w jeziorku stopionego metalu wykonuje się ruch(w kształcie półksiężyca lub elipsy) w kierunku poprzecznym do spoiny. Metodę spawania w prawo stosuje się do robót odpowiedzialnych, zwłaszcza rurociągów przeznaczonych do pracy na wysokie ciśnienie i trudne warunki eksploatacyjne (częste zmiany temperatury i ciśnienia)

c) Metodę spawania w górę -stosujemy do wszystkich grubości materiału, przy czym materiał o grubości powyżej 4mm powinien być spawany przez dwóch spawaczy jednocześnie. Palnik należy prowadzić pod kątem 30° do osi pionowej, a drut pod kątem około 20°. Palnik prowadzi się równomiernym ruchem prostoliniowym, a spoiwo ruchem skokowym. Metoda ta pozwala na łatwiejsze utrzymanie oczka oraz mniejsze zużycie gazów.