1 Wykres rozciągania stali miękkiej.

1 faza - liniowa zaleznosc

2 faza - plastyczne plyniecie materialu

3 faza - umocnienie plastyczne

Naprężenia, które mogą występować w materiale bez obawy naruszenia warunku wytrzymałości i warunku sztywności, nazywamy naprężeniami dopuszczalnymi.

Prawo Hooke’a

Prawo Hooke'a odnosi się do sytuacji, gdy jakaś siła wywołuje odkształcenie ciała - np. wydłużenie, skrócenie, odchylenie, skręcenie. 

Sformułowanie prawa Hooke’a

Prawo Hooke'a odnosi się do najprostszej (jednak często spotykanej w praktyce) sytuacji. Zakładamy tu, że pewna siła odkształcająca (F) wywołuje odkształcenie Dl . W takim przypadku:

Odkształcenie jest wprost proporcjonalne do wywołującej je siły.

Z określenia tego wynika, że jeżeli siła odkształcająca wzrasta dwukrotnie, to i wydłużenie (skrócenie) też będzie dwukrotnie większe; analogicznie przy trzykrotnie większej sile, uzyskamy trzykrotnie większe wydłużenie (skrócenie)m itd...

2 Skala twardości Brinella - skala oznaczania twardości metali na podstawie testu dokonanego metodą Brinella. Twardość w skali Brinella oznacza się HB i leży w zakresie od 3 do 600.

Zasada pomiaru

W metodzie pomiaru twardości Brinella, w próbkę metalu wciska się kulkę ze stali hartowanej lub z węglików spiekanych. Średnica kulki (1 do 10 mm), czas oraz siła docisku, zależy od rodzaju materiału i grubości próbki. Twardość HB oblicza się z zależności:

HB = siła obciążająca w kG (obecnie używa się jednostek w N) / pow odcisku w mm².Twardość oblicza na podstawie średnic kulki i odcisku:

gdzie: P = siła obciążająca (kgf) D = średnica kulki (mm) d = średnica

odcisku

Przykładowe wartości Przykłady metali i ich twardości w skali Brinella

Materiał

cyna, ołów, stop łożyskowy

aluminium, stop łożyskowy

miedź, magnez, cynk, stop łożyskowy

żeliwo, stopy miedzi, stopy aluminium, nikiel

stal, żeliwo

Twardość Rockwella.

Metoda Rockwella polega na pomiarze głębokości wcisku dokonanego wzorcowym stożkiem diamentowym o kącie wierzchołkowym 120° dla skali C, A i N lub stalowej, hartowanej kulki o średnicy 1,5875 mm (1/16") w metodach B, F i T przy użyciu odpowiedniego nacisku. Metoda ta jest łatwa w użyciu i szybka, gdyż stosuje się przy niej specjalne przyrządy, które same odczytują głębokość wgniecenia i określają twardość, bez konieczności dokonywania dodatkowych pomiarów i obliczeń.

Skala twardości Rockwella – zespół skal dla oznaczania twardości metali na podstawie testu dokonanego metodą Rockwella. Twardość w skali Rockwella oznacza się HR. Stosowanych jest kilka odmiennych skal, z których każda przeznaczona jest dla odmiennych stopów metali:

• Skale C i A stosuje się dla stali hartowanych.

• Skale B i F stosuje się dla stali niehartowanych i metali nieżelaznych

• Skale N i T stosuje się w przypadkach, gdy badana próbka posiada niewielkie rozmiary lub jest bardzo cienka.

Przy podawaniu twardości określanej w skali Rockwella, w symbolu uwzględnia się metodę, np. HRC dla metody C. Zakres skali Rockwella wynosi od 20 dla miękkich stopów do 100 dla stali hartowanej (najtwardsza stal - martenzytyczna - ma twardość nie większą niż 65-70 HRC).

Metoda Brinella (PN-91/H-04350)
Polega na wciskaniu w materiał kulki stalowej o średnicy D=10;5;2,5;2 lub 1mm, przy zastosowaniu siły F, zależnej od średnicy kulki D i twardości materiału zgodnie ze wzorem
F=9,806KD² N
gdzie K- współczynnik zalezny od twardości
Granicą stosowania metody Brinella jest twardość 450 HB, gdyż przy większej twardości następuje już duży błąd związany z odkształceniem kulki.

Zalety metody Brinella:
a / możność uzależnienia twardości Brinella dla materiałów ciągliwych od
wytrzymałości na rozciąganie Rm.
b / możność stosowania tej metody do pomiaru twardości o strukturze
niejednorodnej.

Wady metody Brinella:
a / niemonosc stosowania go do pomiaru twardosci wyrobów twardych, drobnych
oraz cienkich warstw utwardzonych i powierzchni niepłaskich,
b / kłopotliwy pomiar twardości ( mikroskop do pomiaru srednicy odcisku ),
c / zależność wyniku pomiaru twardości od zastosowanego obciążenia na kulkę,
d / znaczne uszkodzenie powierzchni
.HB = F / Scz [MPa]

gdzie:

F - siła obciążająca

Scz - powierzchnia czaszy kulistej w [ mm2]

Scz = Dh Głębokość h pokazana na rys. 1 wynosi

h = ( D - D2 -d2 ) / 2 ( 3 )

stąd:

Scz = D ( D - D2 - d2) / 2 ( 4 )

a ostateczny wzór przedstawia się następująco:

HB = 2 F / D ( D - D2 - d2 ) [MPa]

Matoda Rockwella (PN-91/H-04355)
W metodzie tej jako wgłębnika używa się kulki stalowej o średnicy 1/16 cala (1,588mm) lub stożka diamentowego o kącie rozwarcia 120º i promienia zaokrąglenia r=0,2mm
Do badania stali w stanie zahartowanym używa się stożka, a twardość odczytuje się na skali B. Skale te są przesunięte o 30 podziałek. Obciążenia całkowite przy stożku wynosi 1471 N, a przy kulce 981 , przy czym najpierw daje się obciążenie wstępne Fo równe 98 N, a po ustawieniu czujnika na 0 dla skali czarnej lub 30 dla skali czerwonej obciążenie dodatkowe F1 równe 1373 N lub 883 N. Marą twardości jest głębokość wniknięcia wgłębnika, przy czym jednej podziałce odpowiada zagłębienie wgłębnika o 0,002mm.
Twardość Rockwell zapisuje się następująco np. 80 HRB, 45 HRC

Zalety metody Rockwella:
a / możność stosowania go do badania wyrobów twardych i niektórych warstw
utwardzonych,
b / szybkość i łatwość pomiaru,
c / bardzo prosta obsługa twardościomierza,
d / odczytywanie twardości bezpośrednio na twardościomierzu bez konieczności
stosowania tablic,
e / małe odciski pozostawione przez ten pomiar,
f / możność stosowania go do zautomatyzowania pomiarów.

Wady metody Rockwella:
a / bardzo duy wpływ niepoprawnego ustawienia przedmiotu na wynik pomiarów,
b / bardzo duy wpływ zanieczyszczeń śruby podnośnej i podstawek, stolika
przedmiotowego i kształtu na samego wyrobu na wynik pomiaru,
c / niemożliwość pomiaru twardości bardzo cienkich przedmiotów i cienkich warstw
nawęglonych, azotowanych itp.,
d / niemoność dotrzymania duej dokładności pomiaru wskutek niekorzystnych
warunków metrologicznych
e / znaczna ilość skal twardości i kłopotliwe ich porównanie ze sobą, jak równie z
wynikami innych sposobów,
f / nierównomierność poszczególnych skal, np.: przy porównywaniu twardosci stali
węglowej

HR = K – h

gdzie: h – trwały przyrost głębokości odcisku
K = 130 (0,26 mm) dla kulki;
K = 100 (0,20 mm) dla stożka

Metoda Vickersa (PN-91/H-04360)
W metodzie tej wgłębnikiem jest diamentowy ostrosłup o kącie dwuściennym 136º, który jest wciskany siłą 49,98,196,294,490,981 N. Liczbę twardości obliczamy jako stosunek siły nacisku F do pola powierzchni odcisku A (w mm²)

WZÓR
Pomiaru d dokonuje się za pomocą mikroskopu obudowanego zwykle w aparat. Twardość Vickersa zapisuje się następująco: np. 1100HV
Metoda ta nadaje się szczególnie do pomiaru bardzo twardych powierzchni np. harowanych, nawęglanych, azotowanych lub matalizowanych dyfuzyjnie. Jej zaletą jest możliwość pomiaru twardości przedmiotów cienkich, pod małymi obciążeniami, jednak w tym przypadku błąd jest większy. Powierzchnia do pomiaru powinna być przygotowana bardzo dokładnie, szlifowana na najdrobniejszych papierkach, a nawet polerowania.

Zalety:
a / duża porównywalność tej metody z metoda Brinella ( a do 300 jednostek
twardości HB sa ze soba zgodne; powyżej stosuje się zależność HB = 0,95 HV ),
b / możność uzależnienia twardosci HV od wytrzymałości na rozciąganie Rm,
c / możność stosowania tej metody zarówno do materiałów miękkich, jak i bardzo
twardych,
d / małe głębokości odcisków,
e / zmiana ustawienia nie wpływa na wynik pomiaru,
f / dua dokładność odczytu przekątnych,
g / wynik pomiaru twardości przy zastosowaniu większych obciążeń nie zależy od
zastosowanego obciążenia.

Wady metody Vickersa:
a / skomplikowana konstrukcja twardościomierza wymagającego bardzo fachowej
obsługi,
b / mała wydajność pomiaru,
c / niemożność pomiaru niektórych materiałów niejednorodnych,
d / dość znaczny wpływ chropowatości na wynik pomiaru,
e / większy koszt twardościomierza.

3 Były to maszyny ścinkowo-układające Ł-34 z głowicą ND 600. W pierwszych konstrukcjach głowic ścinkowych elementem tnącym były napędzane hydraulicznie noże, podobnie zresztą jak we wspomnianej wcześniej ND-600.

W specyfice polskich warunków leśnych trwają również poszukiwania najbardziej ekonomicznego i przydatnego do naszych warunków procesu, którego technizacja jednak uwzględniałaby w pełni specyfikę naszego surowca drzewnego i naszych warunków terenowych. Przy takich założeniach powstała polska maszyna ścinkowo-układająca z głowicą ścinkową ND-600 zamontowaną na ładowarce czołowej Ł-34 produkowanej przez Kombinat Huta Stalowa Wola. Maszyna charakteryzuje się dużą zwrotnością, nisko położonym środkiem ciężkości i dużym udźwigiem. Sterowanie maszyną ułatwia zastosowanie w układzie napędowym hydrokinetycznej skrzyni przekładniowej. Głowica ścinkowa wyposażona jest w dwa noże tnące, działające w jednej płaszczyźnie poruszane przez system dźwigni oraz siłownik hydrauliczny. Moc silnika wynosi 220 KM, a maksymalna średnica drzew ścinanych 52 cm. Próby z serią dziesięciu maszyn tego typu wskazują, że po kosmetycznych poprawkach dopracowano się pierwszej maszyny do ciężkich prac pozyskania drewna z szeregu technologicznego, który gwarantuje bardzo znaczny wzrost wydajności pracy. Trzeba sobie jednak zdawać sprawę, że na tym etapie mechanizacji prac pozyskiwania drewna i jego przemieszczania istnieje konieczność równomiernego, kompleksowego traktowania całego procesu. Tak więc, za maszyną ścinającą powinna postępować maszyna okrzesująco-przerzynająca, a z kolei forwarder powinien dostarczać drewno do dróg wywozowych, gdzie powinno ono być załadowywane żurawiami na pojazdy o dużej ładowności.

Pierwsza polska ścinarka

Pierwszą wysokowydajną maszyną do pozyskiwania drewna w lasach polskich, wdrożoną

na skalę gospodarczą, była ścinarka Ł-34/ND-600 (rys. 1). Jej koncepcja i szczegółowe

założenia konstrukcyjne powstały w 1975 roku w Zakładzie Mechanizacji Leśnictwa.

Zrealizowano je w 1976 roku we współpracy z Ośrodkiem Badawczo-Rozwojowym Kombinatu

Huta Stalowa Wola. Nośnikiem głowicy ścinkowej stała się ładowarka czołowa

Ł-34, oryginalna konstrukcja pracowników Kombinatu, za którą wyróżnieni zostali Nagrodą

Państwową. Głowica została wykonana na podstawie patentu pracowników Zakładu

Mechanizacji Leśnictwa. Miała układ tnący nożowy, umożliwiający ścinkę drzew iglastych

o średnicy 52 cm. Umieszczenie jej na układzie nośnym ładowarki pozwalało maszynie na

uniesienie ściętego drzewa i przemieszczanie go w pozycji pionowej do miejsca tworzenia

paczki dla ciągnika zrywkowego lub zespołu dokonującego dalszej obróbki.

Maszyna charakteryzowała się bardzo dużą wydajnością – czas cyklu ścięcia, przemieszczenia

i ułożenia drzewa wynosił przeciętnie 41 s, co dla stworzenia warunków wydajnej

i bezpiecznej pracy pozostałych wykonawców wymagało odpowiedniej organizacji

pracy. Weryfikowano różne warianty, ich szczegółowe opisy przedstawiono w kilku publikacjach

[Więsik 1977a, b, c]. Pierwszym był wariant równoczesnej pracy na zrębie

wszystkich zespołów wykonawczych (rys. 2): ścinarki, pilarzy okrzesujących drzewa

i wyrabiających sortymenty oraz ciągnika zrywkowego typu skider z wciągarką. Stanowił

on podstawę do opracowania teoretycznych podstaw funkcjonowania dynamicznych modeli

procesu pozyskiwania drewna [Więsik 1980]. Efekty pracy zespołów w tym wariancie

okazały się wysoce niezadowalające – poszczególni wykonawcy nie mogli wykorzystać

efektywnie nawet 50% dziennego czasu pracy. Przyczyną niepowodzenia okazała się bardzo

duża zmienność czasów cykli kolejnych operacji. Wystąpiły długie przestoje powodowane

albo brakiem frontu pracy, albo warunków do bezpiecznego jej wykonywania. W takim

przypadku wprowadzenie wysokowydajnej ścinarki nie dawało pożądanych rezultatów.

Wariant wdrożony do praktyki leśnej przewidywał układanie ściętych drzew pasami

(rys. 3). Ścinarka, dzięki odpowiedniemu opóźnieniu wejścia następnych wykonawców,

uzyskała na zrębie dużą swobodę działania, możliwości wykorzystania w pełni swych

walorów wydajnościowych, a następni wykonawcy możliwość pracy bez zakłóceń międzyoperacyjnych.

W ten sposób osiągnięto zwiększenie wydajności pracy w stosunku do

technologii tradycyjnych o ok. 37%, ale koszty pozyskania z udziałem ścinarki, ze względu

na jej wysoką cenę i niskie płace, były jeszcze o ok. 5% większe [Więsik 1977b, c].

W owym czasie barierą wykonawczą prac leśnych był brak siły roboczej, dlatego mimo

nieco wyższych kosztów administracja leśna zabiegała o pozyskanie ścinarek, co w gospodarce

planowej i nakazowo – rozdzielczej, a innych priorytetach, nie było zadaniem łatwym.

W połowie lat 80-tych ub. wieku pracowało ich w lasach polskich ok. 30 sztuk.

. Głowice ścinkowe maszyn ścinkowo układających.

Czym pozyskiwać drewno? Pilarka jest ciężka i głośna, a praca z nią do najprzyjemniejszych nie należy. Harwester zapewnia komfortowe warunki, ale za to jest piekielnie drogi. Fińska firma Arbro proponuje rozwiązanie pośrednie - głowicę ścinkową, która może być montowana na dowolnym żurawiu ładowarki. Można więc ścinać drzewa, siedząc w zaciszu kabiny ciągnika!
Głowica ścinkowa Arbro działa identycznie jak głowice harwesterów. Z jedną różnicą - może być montowana na dowolnym żurawiu ładowarki, spełniającym następujące warunki:

•  udźwig na pełnym wysięgu min. 400 kg,

•  teleskopowe wydłużenie ramienia,

•  rozdzielacz dwudźwigniowy.

   Zasilana jest z dwuobwodowej hydrauliki zewnętrznej ciągnika lub z dodatkowego agregatu hydraulicznego (oferowany jako wyposażenie opcjonalne). Umożliwia nie tylko ścinkę drzewa, ale także jego okrzesywanie, przerzynkę i transport na dowolne miejsce.
   Wyposażona jest ponadto w system pomiarowy, podobny do tego w harwesterach. Pozwala on mierzyć średnicę, długość i masę pozyskiwanych sztuk. Można go także zaprogramować na cięcie sztuk o z góry określonej długości. System może też automatycznie wybierać długość cięcia w zależności od średnicy kłody, a także zapamiętywać, ile metrów sześciennych danego sortymentu zostało już wyrobione. Szybkie cięcie oraz możliwość automatycznego pomiaru sortymentów gwarantują wysoką wydajność.
   Głowicę ścinkową można w każdej chwili szybko i sprawnie wymienić na standardowy chwytak do drewna. Jedna ładowarka może więc częściowo spełniać zarówno rolę harwestera, jak i forwardera. Regulację i wymianę elementów eksploatacyjnych z powodzeniem wykona każdy użytkownik

4 Procesory są maszynami przeznaczonymi do okrzesywania drzew ściętych za pomocą pilarki lub maszyny ścinkowo-układającej. Ze względu na konstrukcję i sposób pracy rozróżnia się dwa rodzaje procesorów: jednochwytakowe i dwuchwytakowe.

Procesory jednochwytakowe. Urządzenie obróbcze (głowica) jest zawieszone na żurawiu hydraulicznym. Pracuje w układzie szeregowym, tzn. dopiero po zakończeniu obróbki jednego drzewa pobierane jest następne. Maszyną bazową dla procesora jednochwytakowego może być podwozie forwardera, skidera lub maszyny budowlanej.

Procesory dwuchwytakowe. Urządzenie obróbcze jest zamontowane na ramie maszyny bazowej, najczęściej podwoziu forwardera, a do podawania drzew służy żuraw hydrauliczny. Tego typu maszyny pracują w układzie równoległym, tzn. podawanie drzewa na urządzenie obróbcze następuje w trakcie obróbki poprzedniego.

Urządzenia obróbcze obydwu typów procesorów mają podobną budowę i składają się nań:

• zespół podający;

• zespół okrzesujący;

• układ kontrolno-pomiarowy;

• element tnący.

Zadaniem zespołu podającego jest przeciąganie ściętego drzewa między elementami okrzesującymi. Zespół tworzą najczęściej specjalne walce - metalowe lub gumowe oplecione łańcuchami. Liczba walców jest różna w zależności od rodzaju urządzenia obróbczego. W przypadku procesorów dwuchwytakowych są dwa, natomiast w jednochwytakowych dwa lub cztery. Taśmy podające są stosowane rzadko. Zapewniają, co prawda, większą powierzchnię styku z pniem okrzesywanego drzewa i umożliwiają uzyskanie większej siły przeciągania ale gorzej pracują w przypadku wystąpienia krzywizn.

Zespół okrzesujący tworzą specjalnie ukształtowane noże, hydraulicznie dociskane do pnia drzewa. W procesorze dwuchwytakowym jest ich zwykle trzy - dwa ruchome, obejmujące pień od góry i jeden stały, odcinający gałęzie od dołu. W urządzeniach obróbczych procesorów jedno-chwytakowych liczba noży może być różna, od trzech do pięciu, z których jeden jest zawsze nożem stałym. Noże często pełnią funkcje ramion utrzymujących drzewo podczas obróbki. W starszych typach głowic stosowano elementy okrzesujące w formie złożonych z wielu elementów taśm, przypominających kształtem bransolety zegarków. Lepiej przylegały do pnia, jednak duże siły oporu występujące podczas okrzesywania powodowały ich częste zrywanie.

Układ kontrolno-pomiarowy procesora odpowiada za całą operację wyróbki sortymentów. Podczas przeciągania pnia przez urządzenie obróbcze jest mierzona jego długość i średnica. Do pomiaru długości służy specjalne kółko pomiarowe, natomiast średnicę najczęściej określa się na podstawie stopnia wychylenia noży okrzesujących. Na podstawie uzyskanych w ten sposób danych komputer oblicza miąższość wyrabianych sortymentów. Pomiar miąższości ma charakter sekcyjny, długość sekcji wynosi od 10 cm we współczesnych systemach, do 30 cm w starszych.

Rejestry komputera pokładowego procesora pozwalają na wpisanie wymiarów wielu różnych sortymentów dla czterech podstawowych gatunków drzew: np. sosny, świerka, brzozy i buka. Specjalny program umożliwia powiązanie tych danych z tabelą cen i parametrami aktualnie obrabianego drzewa. Dokonuje w ten sposób optymalizacji wyróbki drewna pod względem ekonomicznym. Oczywiście ostateczna decyzja zawsze należy do operatora. Komputer nie jest wstanie stwierdzić występowania pewnych cech drewna, które mogą rzutować na jego wartość rynkową, np. obecnościzgnilizny.

Informacje dotyczące efektów pracy, tj. ilości i rodzaju wyrobionego surowca można zestawiać na wiele różnych sposobów i drukować na pokładowej drukarce lub przesyłać przez telefon lub za pomocą nośników magnetycznych. Elementami tnącymi są najczęściej piły łańcuchowe. Piły tarczowe, pomimo zalet eksploatacyjnych stosuje się rzadko, ponieważ znacznie zwiększają rozmiary całego urządzenia.

Cykl pracy procesora jednochwytakowego wygląda następująco. Operator naprowadza głowicę obróbczą nad leżące drzewo i je chwyta. Po zamknięciu noży-ramion następuje dociśnięcie walców podających i uruchomienie posuwu, rozpoczyna się faza okrzesywania. Równocześnie drzewo jest przemieszczane w pożądanym kierunku. Doświadczony operator, odpowiednio przesuwając głowicę, może dokonywać wstępnego sortowania wyrobionego surowca, oddzielając np. drewno stosowe od kłód. Nieco inaczej wygląda cykl pracy procesora dwuchwytakowego. Ścięte drzewo jest podawane na urządzenie obróbcze za pomocą chwytaka żurawia hydraulicznego. Po zamknięciu noży i dociśnięciu walców podających następuje jego okrzesywanie i wyróbka.

W porównaniu z procesorami harwestery są wzbogacone o możliwość wykonywania dodatkowej operacji technologicznej - ścinki. Podobnie jak one dzielą się na jedno- i dwuchwytakowe. Co więcej, różnice w budowie zewnętrznej procesorów i harwesterów, obydwu typów, są niewielkie i łatwo je pomylić.

 5  Spawanie łukowe ręczne elektrodą otuloną jest procesem, w którym trwałe połączenie uzyskuje się przez stopienie ciepłem łuku elektrycznego topliwej elektrody otulonej i materiału spawanego.Łuk elektryczny jarzy się między rdzeniem elektrody pokrytym otuliną i spawanym materiałem. Elektroda otulona przesuwana jest ręcznie przez operatora wzdłuż linii spawania i ustawiona pod pewnym kątem względem złącza. Spoinę złącza tworzą stopione ciepłem łuku rdzeń metaliczny elektrody, składniki metaliczne otuliny elektrody oraz nadtopione brzegi materiału spawanego(rodzimego). Udział materiału rodzimego w spoinie, w zależności od rodzaju spawanego metalu i techniki spawania, wynosić może 10-40%.

 

Łuk spawalniczy może być zasilany prądem przemiennym lub prądem stałym z biegunowością ujemną lub dodatnią. Osłonę łuku stanowią gazy i ciekły żużel powstałe w wyniku rozpadu otuliny elektrody pod wpływem ciepła łuku. Skład osłony gazowej w zależności od składu chemicznego otuliny, stanowią CO2, CO, H2O oraz produkty ich rozpadu. Spawanie rozpoczyna się po zajarzeniu łuku między elektrodą otuloną a spawanym przedmiotem; intensywne ciepło łuku, o temperaturze w środku łuku dochodzącej do 6000 K, stapia elektrodę, której metal przenoszony jest do jeziorka spoiny. Przenoszenie metalu rdzenia elektrody otulonej w łuku spawalniczym może odbywać się w zależności od rodzaju otuliny , grubokroplowo,drobnokroplowo lub nawet natryskowo

 

Ilość tworzącego się gazu i żużla osłaniających łuk oraz ich skład chemiczny zależą od rodzaju otuliny elektrody i jej grubości. Stosuje się otuliny o różnej grubości w stosunku do średnicy rdzenia, a ich nazwy: rutylowe, kwaśne, zasadowe, fluorkowe, cyrkonowe, rutylowo-zasadowe, celulozowe itd., zależne są od właściwości chemicznych składników otuliny. Elektrody produkowane są zwykle o średnicy rdzenia w zakresie 1,6 do 6,0 mm i długości od 250 do 450 mm.

 

Zasadnicze funkcje otuliny to:

-Osłona łuku przed dostępem atmosfery,

-Wprowadzenie do obszaru spawania pierwiastków odtleniających, wiążących azot i rafinujących ciekły metal spoiny,

-Wytworzenie powłoki żużlowej nad ciekłym jeziorkiem i krzepnącym metalem spoiny,

-Regulacja składu chemicznego spoiny.

 

Wszystkie te funkcje służą do zapewnienia wymaganej jakości i własności eksploatacyjnych złącza spawanego.

 

Parametry spawania

 

Przebieg procesu spawania w znacznym stopniu uzależniony jest od umiejętności operatora (spawacza). Ustalone w warunkach technologicznych spawania konkretnej konstrukcji parametry spawania stanowią dla operatora dane wyjściowe, do których dostosowuje swe doświadczenie spawalnicze i zdolności manualne.

 

Do podstawowych parametrów spawania elektrodą otuloną należą:

-Rodzaj natężenia prądu spawania,

-Napięcie łuku,

-Prędkość spawania,

-Średnica elektrody i jej położenie względem złącza.

 

      a) Natężenie prądu spawania dobiera się zazwyczaj na podstawie danych katalogowych producenta. Parametr ten w największym stopniu decyduje o energii cieplnej łuku, a więc głębokości wtopienia i prędkości stapiania. Przy stałej średnicy elektrody, ze wzrostem natężenia prądu, wzrasta temperatura plazmy łuku, wzrasta wydajność stapiania i ilość stapianego metalu spawanego oraz głębokość, szerokość i długość jeziorka spoiny. Dobór natężenia prądu spawania zależy od rodzaju spawanego materiału, rodzaju elektrody, jej średnicy, rodzaju prądu, pozycji spawania oraz techniki układania poszczególnych ściegów spoiny.

 

      b) Napięcie łuku proporcjonalne jest do długości łuku i wywiera wyraźny wpływ na charakter przenoszenia metalu w łuku, prędkość spawania i efektywność układania stopiwa. Ze wzrostem napięcia łuku wzrasta jego energia i w efekcie objętość jeziorka spoiny. Szczególnie wyraźnie zwiększa się szerokość i długość jeziorka. Przy stałym natężeniu prądu podwyższenie napięcia łuku nieznacznie wpływa na głębokość wtopienia. Długość łuku regulowana jest przez operatora i zależy od jego umiejętności manualnych i percepcji wizualnej. Dobór napięcia łuku zależy od rodzaju elektrody, pozycji spawania, rodzaju i natężenia prądu oraz techniki układania ściegów spoiny.

 

      c) Prędkość spawania jest prędkością, z jaką elektroda przesuwana jest wzdłuż złącza spawanego. Prędkość spawania rozpatrywana może być jako prędkość przemieszczania się końca elektrody, ale również jako prędkość wykonania jednego metra złącza i wtedy uwzględnione są wszystkie czasy pomocnicze, np. czas wymiany elektrody, oczyszczania poprzedniego ściegu itd.

 

Prędkość przesuwania łuku wzdłuż złącza zależy od:

-Rodzaju prądu, jego biegunowości i natężenia,

-Napięcia łuku,

-Pozycji spawania,

-Prędkości stapiania elektrody,

-Grubość spawanego materiału i kształtu złącza,

-Dokładności dopasowania złącza,

-Wymaganych ruchów końcówki elektrody.

 

      d) Średnica elektrody otulonej decyduje o gęstości prądu spawania, a przez to o kształcie ściegu spoiny, głębokości wtopienia i możliwości spawania w pozycjach przymusowych. Zwiększenie średnicy elektrody, przy stałym natężeniu prądu, prowadzi do obniżenia głębokości wtopienia i zwiększenia szerokości spoiny. Prawidłowo dobrana średnica elektrody to ta, przy której dla prawidłowego natężenia prądu i prędkości spawania uzyskuje się spoinę o wymaganym kształcie i wymiarach, w możliwie najkrótszym czasie.

 

      e) Pochylenie elektrody względem złącza pozwala na regulację kształtu spoiny, głębokości wtopienia, szerokości lica i wysokości nadlewu tablica 1. Pochylenie elektrody w kierunku przeciwnym do kierunku spawania powoduje, że siła dynamiczna łuku wciska ciekły metal jeziorka do przodu i maleje głębokość wtopienia, a wzrasta wysokość i szerokość lica. Pochylenie elektrody w kierunku spawania powoduje, że ciekły metal wciskany jest do tylnej części jeziorka, wzrasta głębokość wtopienia, a maleje szerokość i wysokość lica.

 

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

1. 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

1. 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 GAZOWE

Parametry spawania

Podstawowymi parametrami spawania MIG/MAG są:

• Rodzaj i natężenie prądu(prędkość podawania drutu),

• Napięcie łuku,

• Prędkość spawania,

• Rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego,

• Średnica drutu elektrodowego,

• Długość wolnego wylotu elektrody,

• Prędkość podawania drutu elektrodowego,

• Pochylenie złącza lub elektrody.

      a) Spawanie prądem stałym z biegunowością dodatnią jest najpowszechniej stosowanym sposobem spawania MIG/MAG. Przy małych natężeniach prądu, elektroda stapia się w osłonie gazów obojętnych grubokroplowo bez rozprysku, natomiast w osłonie CO2 ze znacznym rozpryskiem, nawet do kilkunastu procent. Odrywanie kropli od końca elektrody jest utrudnione, a przenoszenie przez łuk nieosiowe.

      b) Spawanie prądem stałym z biegunowością ujemną w osłonie gazów obojętnych i aktywnych umożliwia tylko spawanie z grubokroplowym i nieosiowym przenoszeniem metalu w łuku, bez względu na wielkość natężenia prądu. Rozprysk metalu jest znaczny, a głębokość przetopienia znacznie mniejsza niż przy biegunowości dodatniej; choć wydajność stapiania elektrody jest nawet o 100% wyższa

      c) Spawanie prądem przemiennym wymaga użycia źródeł prądu o wysokim napięciu biegu jałowego w celu zapewnienia stabilnego jarzenia się łuku i grubokroplowego przenoszenia metalu w łuku. Gdy prąd przemienny ma biegunowość ujemną, przenoszenie metalu jest utrudnione i występuje rozprysk, natomiast przy biegunowości dodatniej łuk jarzy się stabilnie. Naniesienie powłoki emulsyjnej na elektrodę topliwą zapewnia, podobnie jak przy spawaniu prądem stałym z biegunowością ujemną, stabilne i natryskowe przenoszenie metalu w łuku. Spawanie prądem przemiennym ma niewielkie zastosowanie w przemyśle.

      d) Natężenie prądu - jest ściśle powiązane ze zmianą szybkości podawania drutu, która musi być równa prędkości stapiania drutu. Wzrost natężenia prądu powyżej wartości krytycznej, dla danej średnicy elektrody, zmniejsza wielkość kropli, zwiększa częstotliwość ich przejścia i poprawia stabilność łuku.

Przy dużych gęstościach prądu, rzędu 600-700 A/mm2, uzyskuje się najlepsze wyniki spawania, wysoka jest wydajność spawania dochodząca do ponad 20 kg stopiwa na godzinę. Równocześnie duża jest głębokość wtopienia, lecz spawanie ograniczone jest tylko do pozycji podolnej i nabocznej. Przy stałym natężeniu prądu głębokość wtopienia zwiększa się wraz z obniżeniem średnicy elektrody.

      e) Napięcie łuku - ściśle zależy od składu gazu ochronnego. Wzrost napięcia łuku sprawia, że wzrasta szerokość ściegu spoiny i obniża się głębokość wtopienia. Nadmierne napięcie łuku prowadzi do powstania rozprysku, porowatości i podtopień lica spoiny. Zbyt niskie napięcie łuku powoduje, że spoiny są porowate i pojawiają się nacieki lica.

      f) Prędkość spawania - 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 natężenie prądu lub napięcie łuku w celu utrzymania stałego kształtu spoiny.

Charakterystyka metody

      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. Dokładna osłona łuku jarzącego się między elektrodą topliwą a spawanym materiałem zapewnia, że spoina formowana jest w bardzo korzystnych warunkach. Spawanie MIG/MAG zastosowane więc może być do wykonania wysokiej jakości połączeń wszystkich metali, które mogą być łączone za pomocą spawania łukowego. Należą do nich stale węglowe i niskostopowe, stale odporne na korozję, aluminium, miedź, nikiel i ich stopy. Spawanie MIG/MAG polega na stapianiu materiału spawanego i materiału elektrody topliwej ciepłem łuku elektrycznego jarzącego się pomiędzy elektrodą topliwą i spawanym przedmiotem, w osłonie gazu obojętnego lub aktywnego. Metal spoiny formowany jest z metalu stapiającego się drutu elektrodowego i nadtopionych brzegów materiału spawanego. Podstawowe gazy ochronne stosowane do spawania MIG/MAG to gazy obojętne argon, hel oraz gazy aktywne; CO2, H2, O2, N2, i NO, stosowane oddzielnie lub tylko jako dodatki do argonu czy helu. Elektroda topliwa w postaci drutu pełnego, zwykle o średnicy od 0,5¸4,0 mm, podawana jest w sposób ciągły przez specjalny system podający, z prędkością w zakresie od 2,5¸50 m/min. Palnik chłodzony może być wodą lub powietrzem.

6 Ferryt (żelazo α, α-Fe) – jedna z alotropowych odmian żelaza o zawartości węgla mniejszej niż 0,0218%. Może zawierać inne dodatki stopowe. Tworzy międzywęzłowy roztwór stały węgla w żelazie, jego sieć krystaliczna jest typu sieci wewnętrznie centrowanej A₂[1].

Wypolerowany przekrój ferrytu oglądany pod mikroskopem w powiększeniu 250x wykazuje strukturę ziarnistą o jasnoszarym kolorze. Węgiel w całości rozpuszczony jest w sieci krystalicznej żelaza i nie jest widoczny jako oddzielna faza. Jest materiałem miękkim i ciągliwym, mniej wytrzymałym i mniej twardym, ale bardziej plastycznym niż austenit.

Ferryt wykazuje właściwości ferromagnetyczne do temperatury Curie wynoszącej 768°C, w której przechodzi w drugą odmianę alotropową, paramagnetyczne żelazo β. W obecności węgla tworzy węglik żelaza Fe₃C - cementyt. Stop ferrytu i cementytu nosi nazwę perlitu[1].

1. Właściwości mechaniczne

• Twardość: 90 HB - Skala twardości Brinella

• Wytrzymałość materiałów: R_m = 300 MPa;

• Granica sprężystości: R_e(R_0,2) = 150 MPa;

• Wydłużenie (wytężenie) - A₁₀ = ok. 40%

Austenit, roztwór stały węgla w γ-żelazie, zawierający nie więcej niż 1,7% węgla. Występuje w zakresie temperatur 710-1535^οC. Składnik stopowy stali i stopowych żeliw. Jest paramagnetyczny, plastyczny, ma twardość ok. 200 HB.

Ledeburyt, stop eutektyczny, składnik strukturalny żeliw i surówek białych (surówka) o eutektyce złożonej z cementytu i austenitu.

Ledeburyt wydziela się z ciekłego roztworu żelazo-węgiel (przy zawartości węgla powyżej 2,06%).

Przemiana eutektoidalna – odwracalna przemiana fazowa w wyniku, której przy chłodzeniu z fazy stałej o składzie eutektoidalnym wydziela się mieszanina dwóch faz stałych (eutektoid). Dla określonych układów o danym składzie chemicznym zachodzi w konkretnej temperaturze, zwanej eutektoidalną

Przemiana eutektyczna – odwracalna przemiana fazowa, w wyniku której przy chłodzeniu z cieczy o składzie eutektycznym wydziela się mieszanina dwóch faz stałych (eutektyka). Dla określonych układów o danym składzie chemicznym zachodzi w konkretnej temperaturze, zwanej eutektyczną^[1].

Mechanizm przemiany eutektoidalnej jest bardzo zbliżony do przemiany eutektycznej (eutektyka); gł. różnica polega na tym, że eutektyka powstaje z fazy ciekłej, e. zaś przez wydzielenie z fazy stałej. Np. w układzie żelazo-węgiel powstaje w temp. 727^oC e. zwany perlitem o zawartości 0,77% węgla. 

8

Metoda sortymentowa, (metoda drewna krótkiego, system drewna krótkiego, metoda sortymentowa, system sortymentowy), po okrzesaniu, manipulacji i przerzynce drewna na powierzchni cięć na kłody i wyrzynki są one następnie transportowane, na składnicę, bądź do odbiorcy. Metoda znana jest pod nazwą SWS (short wood system).

metoda drewna krótkiego

(użytkowanie lasu), to metodą zrywania i wywożenia z lasu drewna krótkiego. Jest to metoda przeznaczona do realizacji zmechanizowanych procesów technologicznych pozyskiwania drewna. Drzewa ścina się, okrzesuje i przerzyna za pomocą harwesterów, zrywa forwarderami, wywozi samochodami z przyczepami o dużej ładowności, dochodzącej do 70 m3. Metoda drewna krótkiego zwana jest też SWS - short wood system.

Metoda całego drzewa, (system całego drzewa) polega na transporcie ściętych drzew z koroną oraz okrzesywaniu i przerzynce drewna na składnicy (bez względu na jej lokalizację, wielkość, czy własność). Główną cechą tej metody jest powstanie surowca drzewnego (właściwego towaru rynkowego) na składnicy. W literaturze przedmiotu metoda znana jest pod nazwą FTS - od pierwszych liter nazwy angielskiej (full tree system).

metoda całego drzewa

(użytkowanie drewna), metoda polegająca na pozyskiwaniu i transporcie do zakładów przerabiających drewno całych drzew. Maszynami skonstruowanymi do realizacji pozyskiwania drewna tą metodą są: maszyna ścinkowa lub pilarka, klembank zrywający całe drzewa, ewentualnie samochód przystosowany do transportu całych drzew; jest ona z powodzeniem stosowana w niezagospodarowanych lasach Kanady i w Rosji. W Europie przepisy drogowe ograniczają długość transportowanego ładunku, co uniemożliwia praktyczne stosowanie tej metody. W Polsce często (niepoprawnie) metodą tą określa się technologie ze zrywką całych drzew i manipulacją drewna na składnicach przyzrębowych. Metoda całego drzewa zwana jest też FTS - full tree system.