1. Spawanie acetylenowo - tlenowe
Inna nazwa-spawanie gazowe
Sposób pracy-ręczny
Źródło ciepła-płomień gazowy
Osłona jeziorka -produkty spalania; topnik w przypadku innych metali niż stal.
Zasada działania - u wylotu końcówki o specjalnej budowie, zamocowanej do korpusu palnika, spala się mieszanina tlenu z acetylenem. Za pomocą tego płomienia spawacz stapia metal rodzimy uzyskując jeziorko spoiny. W miarę potrzeby doprowadza ręcznie spoiwo w postaci drutu do przedniego brzegu jeziorka. W celu uzyskania jednolitego postępującego stapiania spawacz powinien przesuwać palnik wzdłuż brzegów złącza. Zastosowanie-wyroby lekkie, takie jak przewody wentylacyjne; rurociągi o małych średnicach.
Płomień acetylenowo - tlenowy
Spalając mieszaninę tlenu z gazem palnym u wylotu dyszy palnika można otrzymać dość wysokie temperatury.
Niestety przy spalaniu większości mieszanin gazowych płomień ma zbyt niskie temperatury niewystarczające do spawania wielu metali z wyjątkiem kilku o niskiej temperaturze topnienia. Jedynym wyjątkiem jest acetylen. Zmieszany z tlenem we właściwym stosunku tworzy płomień o temperaturze ok. 3100°C co jest wystarczające w licznych zastosowaniach spawalniczych.
Ciepło w spawaniu acetylenowo - tlenowym
W metodzie spawania acetylenowo-tlenowego analiza jest stosunkowo prosta. Ciepło wykorzystywane do stapiania jest wytworzone przez spalanie acetylenu u wylotu otworu dyszy. Im więcej acetylenu dostarczamy, tym więcej będzie ciepła, czyli należy sterować dopływem acetylenu. Jeżeli płomień acetylenowo-tlenowy jest używany do spawania, to dopływ ciepła do złącza zależy też od sprawności spalania. Maksimum ciepła uzyskuje się wtedy, gdy następuje całkowite spalenie acetylenu w utleniającym płomieniu, tj. w płomieniu zawierającym więcej tlenu niż jest to niezbędne do związania z acetylenem. Jednak takie spalanie nie jest zalecane, gdyż nie tworzy płomienia o najwyższej temperaturze a może spowodować utlenianie się spoiny. Zwykle wybiera się taki stosunek acetylenu do tlenu, aby otrzymany płomień był neutralny tj. bez nadmiaru żadnego z gazów. Odpowiednie ilości acetylenu i tlenu nastawia się za pomocą zaworów wbudowanych w palnik. Wskutek tego gaz dochodzący do dyszy jest kontrolowaną mieszaniną tlenu i acetylenu
Metody spawania gazowego
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.
2. Spawanie łukowe ręczne
Inne nazwy: spawanie łukowe elektrodą otuloną, spawanie elektryczne.
Sposób pracy: ręczny
Źródło ciepła: łuk elektryczny
Osłona jeziorka: głównie topnik, częściowo gaz wytwarzany przez topnik.
Zakres prądu: 25¸350A
Moc cieplna: 0,5¸11kJ/s
Spawanie elektrodami otulonymi (MMA - Manual Metal Arc Welding) to najstarsza i najbardziej uniwersalna metoda spawania łukowego.
Łuk elektryczny jarzy się między końcem pokrytej otuliną metalowej elektrody a spawanym materiałem. Krople stopionego metalu elektrody, przenoszone poprzez łuk do płynnego jeziorka spawanego metalu, są chronione przed wpływem atmosfery przez gazy wydzielające się wskutek rozkładu otuliny elektrody. Topiąca się otulina tworzy na powierzchni jeziorka żużel, który chroni krzepnący metal spoiny przed wpływem atmosfery. Po ułożeniu jednego ściegu żużel trzeba usunąć. Wytwarzane są setki różnych odmian elektrod, często zawierających dodatki stopowe przyczyniające się do zwiększenia trwałości, wytrzymałości i plastyczności złączy. Metoda ta jest głównie stosowana do spawania stalowych konstrukcji, w przemyśle stoczniowym i w większości branży produkcyjnych. Mimo że jest stosunkowo powolna - co wynika z konieczności wymieniania elektrod i usuwania żużla - to jednak nadal zalicza się do najbardziej elastycznych, a ponadto doskonale sprawdza się w miejscach, do których dostęp jest utrudniony.
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.
W skład stanowiska do spawania łukowego ręcznego elektrodą otuloną wchodzą:
Źródło prądu stałego lub przemiennego,
Uchwyt elektrody doprowadzający prąd spawania do elektrody,
Przewody spawalnicze doprowadzające prąd spawania ze źródła prądu do uchwytu i do spawanego przedmiotu,
Układ sterowania zdalnego źródłem prądu,
Oprzyrządowanie konstrukcji spawanej,
Odciąg dymów spawalniczych(w energetyce w związku ze specyfiką pracy jest to warunek trudny do spełnienia).
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.
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.
Urządzenia do spawania łukowego elektrodą otuloną
Do spawania łukowego elektrodą otuloną wykorzystuje się:
transformatory spawalnicze,
prostownikowe zasilacze spawalnicze,
przetwornice spawalnicze,
prądnice spawalnicze.
3. Spawanie drutami rdzeniowymi
Metoda spawania drutami rdzeniowymi (FCAW - Flux Cored Arc Welding) jest bardzo podobna do metody MIG/MAG zarówno pod względem samego procesu, jak i stosowanych urządzeń. Elektrodą nie jest jednak pełny drut, lecz rurka otaczająca rdzeń z topnika. W procesie wytwarzania takiej elektrody najpierw nadaje się płaskiej metalowej taśmie kształt „U”. Następnie są do niej wprowadzane dodatki stopowe i topnik, po czym taśma jest zamykana za pomocą rolek formujących, które nadają jej postać rurki.
Podobnie jak w metodzie MIG/MAG, także i tutaj jest stosowana osłona gazowa chroniąca strefę złącza przed wpływem atmosfery. Gaz jest albo doprowadzany osobno (i w takim wypadku elektroda nosi nazwę elektrody rdzeniowej do spawania z gazem osłonowym), albo powstaje wskutek rozkładu składników topnika (elektroda samoosłonowa). Zawarty w elektrodzie topnik wytwarza, oprócz gazu osłonowego, także i warstwę żużla chroniącą stygnący metal spoiny. Żużel ten należy później usunąć.
4. Spawanie elektrogazowe
Spawanie elektrogazowe (EGW - Electrogas Welding) stanowi rozwinięcie metody spawania elektrożużlowego i przypomina ją zarówno pod względem oprzyrządowania, jak i zastosowania. Elektroda jest jednak topiona nie przez ciepło generowane w żużlu, lecz - podobnie jak w metodzie MIG/MAG - przez łuk spawalniczy jarzący się w osłonie gazów ochronnych. Spawanie elektrogazowe jest używane do materiałów o grubości 12-100 mm, a w przypadku materiałów grubszych elektroda jest dodatkowo prowadzona ruchem wahadłowym. Zazwyczaj wykonuje się złącze I (z odstępem), używane są także złącza V. Jeśli są wykonywane spoiny pionowe - na przykład podczas spawania dużych zbiorników - to stosując tę metodę można znacznie ograniczyć koszty w porównaniu z ponoszonymi przy ręcznym spawaniu metodą MIG/MAG.
Podobnie jak w metodzie MIG/MAG, są używane pełne druty elektrodowe i druty rdzeniowe. Również są stosowane te same gazy osłonowe. W porównaniu ze spawaniem elektrożużlowym uzyskuje się mniejszą strefę wpływu ciepła i nieco lepszą udarność. Długi wolny wylot elektrody może być czynnikiem korzystnym, gdyż umożliwia spawanie z większą prędkością, przyczynia się do stopienia mniejszej ilości materiału spawanego i do wprowadzenia mniejszej ilości ciepła.
5. Spawanie elektrożużlowe
W pierwszej fazie procesu spawania elektrożużlowego (ESW - Electroslag Welding) jest zajarzany łuk elektryczny między elektrodą i spawanym materiałem. Topnik przykrywający obszar złącza zaczyna się topić i powstaje jeziorko płynnego żużla, którego głębokość się powiększa. Gdy temperatura żużla wzrośnie i tym samym zwiększy się jego przewodność elektryczna, łuk zgaśnie, a prąd elektryczny będzie przepływał przez płynny żużel. Ponieważ płynny żużel posiada pewną rezystancję, w wyniku przepływu prądu powstaje energia cieplna niezbędna do prowadzenia procesu spawania.
Spoina powstaje w przestrzeni ograniczonej stałymi lub ruchomymi, chłodzonymi wodą, miedzianymi nakładkami oraz powierzchniami złącza spawanych materiałów. W trakcie procesu głowica spawalnicza przemieszcza się pionowo w górę. W zależności od grubości spawanych materiałów może być stosowana jedna lub więcej topliwych elektrod. Jeżeli materiał jest bardzo gruby elektroda może być prowadzona ruchem wahadłowym.
Zalety metody:
* wysoka wydajność,
* niski koszt przygotowania złącza;
* wykonywanie złącza w jednym przejściu, bez względu na grubość spawanych materiałów,
* brak kątowych odkształceń złączy czołowych,
* niewielkie naprężenia poprzeczne,
* zminimalizowane ryzyko powstawania pęknięć wodorowych.
Słabą stroną tej metody jest to, że używane w niej duże ilości energii przyczyniają się do powolnego stygnięcia złącza, w wyniku czego w strefie wpływu ciepła występuje duży rozrost ziarna. Udarność materiału w strefie wpływu ciepła jest niewystarczająca, aby spełnić wymagania stawiane konstrukcjom spawanym z gwarantowaną odpornością na pęknięcia w niskich temperaturach, czyli z odpornością na pęknięcia kruche
6. Spawanie łukiem krytym
Podczas spawania łukiem krytym (SAW - Submerged Arc Welding) łuk elektryczny jarzy się między spawanym materiałem a końcem topliwej elektrody i jest niewidoczny, gdyż jest pokryty warstwą granulowanego topnika (stąd nazwa metody). Część topnika ulega stopieniu tworząc ochronną warstwę żużla pokrywającą spoinę. Pozostały topnik jest zbierany do ponownego użytku.
Proces spawania łukiem krytym jest zasadniczo realizowany za pomocą w pełni zautomatyzowanego sprzętu, aczkolwiek są dostępne ręcznie prowadzone uchwyty. W celu zwiększenia wydajności może zostać zastosowane rozwiązanie z kilkoma elektrodami. Metoda ta, dzięki bardzo dużej szybkości stapiania, szczególnie dobrze nadaje się do wykonywania długich prostoliniowych złączy w pozycji podolnej. Jest szeroko stosowana w produkcji zbiorników ciśnieniowych, w zakładach chemicznych, do wytwarzania dużych konstrukcji, w pracach naprawczych oraz w przemyśle stoczniowym
7. Spawanie plazmowe
eMetoda 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.