Zakład Obróbki Cieplnej i Spawalnictwa
Imię i nazwisko: Artur Bałabuch	Semestr: III
Temat ćwiczenia: Cięcie termiczne : tlenowe i plazmowe. Spawanie łukowe elektrodami otulonymi.
Data wykonania ćwiczenia: 12.01.2010 r.	Nazwisko prowadzącego: dr inż. W.Gęstwa

1. Cięcie tlenowe.

Cięcie tlenowe polega na miejscowym spalaniu (intensywnym utlenianiu) metalu strumieniem czystego tlenu, przy współdziałaniu lokalnego podgrzania tego metalu ciepłem uzyskiwanym ze spalenia mieszanki tlenu i gazu palnego. Cięcie tlenem jest możliwe wtedy, kiedy są spełnione następujące warunki:

- metal spala się w tlenie, a reakcja spalania jest egzotermiczna;

- temperatura zapłonu metalu w tlenie jest niższa od temperatury jego topnienia;

- temperatura topnienia powstających tlenków (żużla) jest niższa od temperatury topnienia przecinanego metalu; żużel powinien być rzadkopłynny, łatwy do wydmuchnięcia.

Praktycznie tylko żelazo oraz niestopowe i niskostopowe stale i staliwa spełniające warunki, więc tylko one mogą być cięte tlenem z gwarancją uzyskania zadowalającej jakości powierzchni powstałej po cięciu, tj. gładkiej, bez nawisów żużla i nadtopionych krawędzi.

Ciepło generowane w reakcji utleniania żelaza teoretycznie powinno wystarczyć do podgrzania metalu do temperatury zapłonu. Jednak w praktyce zawsze stosuje się płomień podgrzewający, aby zapewniać ciągłość procesu spalania żelaza. Płomień podgrzewający usuwa również powierzchni stali warstwę rdzy, zendry i innych zanieczyszczeń utrudniających cięcie, ale lepiej usunąć je przed cięciem, np. przez piaskowanie. Płomień chroni także strumień tlenu tnącego przed mieszaniem się z powietrzem, oddaje do niego cześć ciepła i osłania gorący metal po obu stronach toru cięcia.

Rysunek obok przedstawia schemat palnika cięcia tlenem. Wyróżniony na nim został tlen tnąc (cutting oxygen), tlen ogrzewający (preheating oxygen), który wraz z acetylenem (acetylene), jako gazem palnym tworzy płomienie ogrzewające (preheating flames).

2. Cięcie plazmowe.

Cięcie plazmowe polega na miejscowym stapianiu materiału i usuwaniu go za pomocą zjonizowanego w łuku plazmowym gazu, który wypływa z dużą prędkością z dyszy plazmowej. Odpowiednio duża moc (natężenie prądu) i koncentracja łuku oraz rodzaj gazu powodują, żę temperatura łuku plazmowego osiąga 20000*C, zatem materiał cięty nie tylko topi się, ale również paruje. Powszechnie stosowanymi palnikami plazmowymi o łuku niezależnym można ciąć wszystkie materiału przewodzące prąd elektryczny. Natomiast palnikami o łuku niezależnym, który jarzy się między elektrodą i dyszą palnika, a nie ciętym metalem, można ciąć również materiały nieprzewodzące prądu, np. ceramikę, tworzywa sztuczne.

Możliwość cięcia wszystkich metali jest zasadniczą zaletą cięcia plazmowego. Charakteryzuje się ono dużą wydajnością (prędkość cięcia może być kilkakrotnie większa niż w procesie cięcia tlenem), dobrą jakością powierzchni cięcia, a w przypadku cięcia metali o grubości do ok. 30 mm również korzystnymi wskaźnikami ekonomicznymi zarówno w stosunku do cięcia laserowego, jak i tlenowego. Pewną niedogodnością cięcia plazmowego jest duży hałas, powstawanie toksycznych gazów( azotki, ozon), pyłów (pary metali i ich tlenki) i promieniowania ultrafioletowego oraz podczerwonego. Zapobiega się temu m.in. zanurzając ciekły materiał i palnik na głębokość kilkudziesięciu milimetrów pod powierzchnią wody oraz stosując wentylację i ekrany.

W zależności od rodzaju ciętego materiału stosuje się różne gazy plazmowe, tj. powietrze, azot, argon, tlen i mieszanki: Ar+H₂, Ar+N₂+H₂, N₂+H₂.

3. Spawanie łukowe elektrodami otulonymi.

Spawanie tą metodą polega na łączeniu elementów przy użyciu metalowej elektrody, która stapiając się w łuku elektrycznym, tworzy razem z nadtopionym metalem spawanym spoinę. Elektrodą jest metalowy pręt o określonej średnicy i długości, pokryte sprasowaną masą o specjalnych właściwościach, zwaną otuliną. Proces spawania jest z zasady ręczny, ponieważ spawacz dosuwa elektrodę miarę jej stapiania do metalu spawanego, utrzymując łuk o stałej długości, i jednocześnie przesuwa jej jarzący się koniec wzdłuż linii spawania. Procesem w pewnym stopniu zmechanizowanym jest spawanie łukowe grawitacyjne, w którym elektroda otulona w postaci pręta, zamocowana w przyrządzie, przesuwa się w miarę jej stapiania pod wpływem siły grawitacji.

Źródłem ciepła niezbędnego do stapiania elektrody i metalu spawanego jest łuk elektryczny o określonym napięciu i natężeniu. Energię do jego jarzenia uzyskuje się ze spawalniczego źródła prądu stałego (prostowniki konwencjonalne, inwertorowi lub przetwornice elektromechaniczne) o charakterystyce stromo opadającej lub prądu przemiennego. Natężenie prądu dobiera spawacz w zależności od średnicy elektrody, jej gatunku i pozycji spawania.

Wartość natężenia w amperach wynosi (30-40)d, gdzie d jest średnicą rdzenia elektrody w mm. Mniejsze wartości przyjmuje się do spawania w pozycjach przymusowych, np. pułapowej, naściennej i wykonywania pierwszego ściegu, tzn. przetokowego. Zbyt niskie natężenie powoduje niestabilne jarzenie łuku, a za wysokie nadmierny rozprysk i niepożądane przegrzewanie otuliny.

Metoda spawania elektrodami otulonymi jest najbardziej uniwersalna, ponieważ znajduje zastosowanie w łączeniu:

- elementów zarówno cienkich (powyżej 1,5mm), jak i grubych. Natomiast elementy o grubości powyżej ok. 4mm wykonuje się wielowarstwowo;

- różnych rodzajów i gatunków metali i stopów (istnieje bardzo duży wybór elektrod). Spawa się głównie stale niestopowe i stopowe, żeliwa oraz nikiel, miedź i ich stopy;

- wszystkich rodzajów złączy, w dowolnych pozycjach, w warunkach polowych, na wysokościach, gdyż urządzenia są proste i łatwo przenośne.

4.Wnioski

Zalety i wady technologii cięcia tlenowego

• duży zakres grubości

• prostopadłość krawędzi

• niskie koszty roboczogodziny cięcia

• niskie koszty urządzenia

Wady:

• szeroka szczelina i strefa wpływu cięcia

• brak możliwości cięcia stali nierdzewnych i kwasoodpornych a także innych materiałów takich jak aluminium, miedź itp.

• długie czasy przebijania

Zalety i wady technologii cięcia plazmą

Zalety:
• znaczne prędkości

• cięcie bez podgrzewania - szybkie przebijanie

• wąska strefa wpływu cięcia - stosunkowo niewielki wpływ temperatury na cały materiał dzięki dużym prędkościom i wąskim działaniem temperatury

• niewielka szczelina cięcia

• możliwość cięcia bez nadpalania materiałów cienkich

Wady:

• duży hałas (bez znaczenia w przypadku procesu cięcia pod wodą)

• silne promieniowanie

• duża ilość gazów i dymów

• zmiany w strefie wpływu cięcia

• trudności w utrzymaniu prostopadłości krawędzi

Zalety i wady spawania elektrodą otuloną:

• Zalety:

  • możliwość spawania różnych rodzajów i gatunków metali i stopów: stale niestopowe i stopowe, żeliwa, nikiel, miedź i jej stopy,

  • możliwość spawania w każdej pozycji, w warunkach polowych (przy niewielkim wietrze), na wysokościach a nawet pod wodą,

  • wysoka jakość spoin, dobre własności mechaniczne,

  • możliwość spawania cienkich elementów (praktycznie od 1,5mm) i grubych (spoiny o grubościach powyżej 4mm zaleca się wykonywać wielowarstwowo),

  • wykorzystywanie prostych w obsłudze, łatwo przenośnych i stosunkowo tanich urządzeń do spawania MMA.

• Wady:

  • niska wydajność spawania (ok. 1-5 kg stopiwa/godz.), szczególnie dokuczliwa przy spawaniu grubych elementów,

  • mała prędkość spawania (ok. 0,1-0,4 m/min.),

  • konieczność usuwania żużla i wymiany elektrod co dodatkowo zmniejsza wydajność procesu,

  • jakość spoin mocno uzależniona od umiejętności spawacza,

  • duża wrażliwość na wilgoć – szczególnie elektrod zasadowych,

  • stosunkowo duży koszt materiałów spawalniczych (elektrod) w porównaniu do innych metod,

  • duża ilość wydzielanych gazów i dymów spawalniczych.