Temat: Spawanie metali nieżelaznych.
Spawanie metali nieżelaznych
Metale nieżelazne i ich stopy maja szerokie zastosowanie w przemyśle. Na przykład miedź stosuje się do wyrobu rurek cienkościennych, brąz, mosiądz i aluminium do wyrobu armatury, stopy aluminiowo-magnezowe do wyrobu rur, np. na lekkie konstrukcje, gięte meble itd.
Ręczne spawanie łukowe tych metali, jak z resztą wszystkie inne rodzaje spawania (gazowe, w osłonie gazowej, automatyczne łukiem krytym), komplikuje się wskutek pewnych własności tych metali utrudniających spawanie.
Są nimi:
- duże powinowactwo z tlenem, będące przyczyną szybkiego utleniania metalu; powstające tlenki są trudno topliwe i zanieczyszczają metal spoiny;
- duże przewodnictwo cieplne i pojemność cieplna utrudniające topnienie metalu, powodują one konieczność stosowania silniejszych źródeł ciepła, a w wielu przypadkach podgrzewania wstępnego;
- niska temperatura topnienia i wrzenia poszczególnych składników stopów
(cynk, ołów i inne), w wyniku, czego składniki te utleniają się szybko;
-szkodliwość par poszczególnych składników i ich tlenków dla zdrowia pracowników, w związku, z czym zachodzi konieczność stosowania specjalnych środków ochrony i bezwzględnego przestrzegania przepisów BHP.
Spawanie miedzi i jej stopów
Trudność w spawaniu miedzi wynika z jej dużego przewodnictwa cieplnego (prawie sześciokrotnie większego niż stali), silnego utleniania się dużej rzadkopłynności. Niska temperatura topnienia 1083 stopnie Ci duża rzadkopłynność wymagają specjalnych środków zapobiegających wyciekaniu metalu z jeziorka. Podczas nagrzewania i topienia miedź utlenia się, tworząc tlenek miedziawy, który utrudnia proces spawania, a także sprzyja powstawaniu pęknięć w spoinie i w strefie przejściowej.
Tlen jest najbardziej szkodliwa domieszka miedzi: jego zawartość nie powinna przekraczać 0,03 procent. W celu usunięcia szkodliwego wpływu tlenu w procesie spawania trzeba miedz należycie odtlenić. Domieszki miedzi to bizmut, ołów i siarka powodują kruchość spoin i sprzyjają powstawaniu pęknięć, czyli są szkodliwymi domieszkami.
Spawanie miedzi elektrodą otuloną. Do spawania miedzi stosuje się elektrodę otulona typy ECuGT. Spawanie prowadzi się tylko w pozycji podolnej. Aby otrzymać prawidłowy przetop spawane blach można podnieść o 6 stopni w pozycji spawani tak, aby spawać pod gore. Przy takim ustawieniu blach płynny metal spływa do tylu a luk elektryczny dobrze przetapia krawędzie. Do jednostronnego spawania blach o grubości do 4 mm nie ukosuje się a tylko składa na styk. Przy spawaniu dwustronnym można składać blachę na styk bez ukosowania do 20 mm. Do spawania jednostronnego blachy grubości powyżej 4 mm ukosuje się na duże V (kat rowka 60-70 stopni). Grubsze blachy można ukosować na X. Spawa się prądem stałym stosując biegun dodatni do elektrody. Do spawania blach nieukosowanych stosuje się natężenie prądu od 130 do 500 amperów. Przy spawaniu wielosciegowym blach ukosowanych stosuje się natężenie 30 procent nisz niż podane wyżej. Elektrodę prowadzi się prostopadle do materiału spawanego ściegami prostymi. Ścieg zaczyna się i kończy na płytkach wybiegowych. Spawanie blach długich i grubych muszą prowadzić dwaj spawacze tak, aby łuk nie gasł. Gdy jednemu z nich kończy się elektroda drugi elektrodę zajarz i spawa dalej. Spoiny pachwinowe w pozycji podolnej wykonuje się elektrodami otulonymi. Spoiny wykonane elektrodami typu ECuGT nie wymagają przekuwania i obróbki cieplnej. Elektroda ECuGT jest bardzo wrażliwa na wilgoć. Przed spawaniem należy ja osuszyć w temperaturze 350-400 stopni C w czasie od 2-3 godzin. Na stanowisku pracy elektroda powinna być trzymana w temperaturze około 100 stopni C.
Spawanie Brązów. Brązy przygotowuje się do spawania podobnie jak stal, wykonuje się tylko większy kat ukosowania ( 5-10 procent). Elementy o grubości 4 mm podgrzewa się przed spawaniem do temperatury 50-300 stopni C. Zbyt niska temperatura powoduje, ze stopiwo w czasie spawania nie łączy się z materiałem spawanym. Zbyt wysoka temperatura powoduje pękanie złącza. Średnice elektrody o natężeniu prądu dobiera się w zależności od grubości materiałowa spawanych oraz temperatury wstępnego podgrzania. Spoiny należy układać odcinkami o długości nie większe niż 100 mm. Każdy ułożony odcinek należy przekuwać w kierunku przeciwnym do spawania - najpierw krater, a następnie cały odcinek. Początkowo przekuwa się lekko, potem coraz silniej. Spawanie brązów elektroda otulona przebiega identycznie jak spawanie miedzi.
Spawanie aluminium i jego stopów
Skład chemiczny i własności. Aluminium i jego stopy maja wiele cennych własności jako materiał budowlany i konstrukcyjny:
Mała gęstość właściwa (prawie 3-krotnie mniejsza od stali), dużą wytrzymałość i dobrą odporność na korozję. Na konstrukcje budowlane stosuje się np. stopy aluminiowe utwardzone i nieutwardzone, w postaci kształtowników i blach tłoczonych lub walcowanych (blachy, kątowniki, teowniki, dwuteowniki itd.) Spawanie aluminium i jego stopów nastręcza wiele trudności, które zależą od składu chemicznego stopu.
-aluminium bardzo szybko się utlenia tworząc tlenki, które mają temperaturę topnienia 2060 stopni C, a czyste aluminium ma temperaturę topnienia 660 stopni C.
-aluminium i jego stopy mają duże skłonności do porowatości w spoinie. Przyczyną porów są przeważnie zanieczyszczenia na powierzchni spawanego metalu i spoiwa oraz wilgotna otulina przy spawaniu elektrodą otuloną.
-spawanie aluminium wykazuje dużą skłonność do pękania na gorąco, spowodowaną naprężeniami spawalniczymi i grubym ziarnem w spoinie.
-brak zmiany koloru przy przejściu ze stanu stałego w stan płynny powoduje trudności w śledzeniu procesów cieplnych
-duża rozszerzalność i skurcz cieplny powodują odkształcenia i pękanie złącza.
Przed spawaniem aluminium należy czyścić z tlenków. Robi się to mechanicznie lub chemicznie. Chemicznie czyści się aluminium 20 procentowym wodnym roztworem ługu sodowego, a następnie 10 procentowym roztworem kwasu azotowego.
Aluminium spawa się elektrodą otuloną, elektrodą węglową oraz w osłonie argonu.
Przy spawaniu aluminium i jego stopów w osłonie argonu otrzymuje się złącze o najlepszych własnościach mechanicznych i chemicznych.
Blachy o grubości powyżej 5 mm należy przed spawaniem podgrzać do temperatury 200-250 stopni C. Zaleca się spawać na podkładach grafitowych, węglowych lub stalowych.
Podkładki węglowe i grafitowe należy przed spawaniem dokładnie wysuszyć, ponieważ zawarta w nich wilgoć może spowodować porowatość spoiny. Spawa się w pozycji podolnej lub lekko pochylonej, krótkim łukiem. Przy użyciu elektrod otulonych spawa się tylko jednym ściegiem. Przy układaniu kolejnego ściegu dolny ścieg pęka. Elektrodę należy prowadzić ruchem prostym pod kątem 60-70 stopni w kierunku spawania. Przy zmianie elektrody należy odbijać żużel z końca ułożonej spoiny na odcinku około 20-30 mm, a następnie zajarzyć łuk. Przy wykonywaniu długich spoin na grubych blachach wskazane jest spawanie w sposób ciągły przez dwóch spawaczy. Gdy jeden spawacz kończy topić elektrodę, drugi rozpoczyna spawanie tak, aby nie gasł łuk elektryczny, a płynne jeziorko nie skrzepło.
Elektrody zawilgocone przed spawaniem dokładnie wysuszyć przez około 2 godziny w temperaturze 350-400 stopni C. Spawanie elektrodami grafitowymi stosuje się do usuwania wad w surowych odlewach. Do spawania stosuje się topik gaz-aluminium. Spoiwo powleka się papką z topika, a następnie suszy. Spoiny układane na krawędzi odlewu formuje się za pomocą płytek grafitowych. Spawanie wykonuje się tylko w pozycji podolnej a spoinę można układać kilkoma ściegami. Pierwszy ścieg układa się bardzo gruby, gdyż w ten sposób zapobiega się pęknięciom. Przy spawaniu elementów o grubości powyżej 10 mm pierwszy ścieg wykonuje się bez dodatku spoiwa - stapia się same krawędzie. Natężenie prądu powinno wynosić 20-30 amperów w przeliczeniu na 1 mm średnicy elektrody grafitowej.
Przy spawaniu aluminium i jego stopów istotne jest otrzymanie spoiny o tych samych właściwościach mechanicznych i chemicznych co materiał spawany. Często spoiny są umacniane przez mechaniczny zgniot dzięki temu materiał odlewany ma mniejsze właściwości mechaniczne.
Spawanie tytanu i jego stopów
Tytan jest materiałem konstrukcyjnym o cennych własnościach, dzięki którym zakres jego zastosowania ciągle się powiększa. Technicznie czysty tytan zawiera domieszki azotu, tlenu, wodoru i węgla zwiększające jego wytrzymałość ale zmniejszające plastyczność i ciągliwość oraz powodujące powstawanie pęknięć na zimno w spoinach.
Cechą charakterystyczną spawania tytanu i jego stopów jest jego duża aktywność chemiczna w stosunku do gazów (azotu, tlenu, wodoru) w wysokich temperaturach. Niezbędnym warunkiem uzyskania dobrych złącz spawanych jest całkowita ochrona przed wpływem powietrz nie tylko jeziorka metalu, lecz również stygnących odcinków spoiny i strefy przejściowej (aż do temperatury 400 stopni C. W związku z tym zachodzi konieczność osłaniania strony granitowej nawet wtedy, gdy brzegi łączonych części nie zostają przetopione na całej grubości. Dodatkową trudność stanowi duża skłonność do rozrostu ziarn podczas nagrzewania, dlatego spawa się go z możliwie małym natężeniem prądu. Najlepszym sposobem spawania tytanu i jego stopów jest spawanie łukowe w osłonie gazów obojętnych.
Do spawania używa się elektrod wolframowych (zazwyczaj zawierających niewielki ilości toru) i prądu stałego o biegunowości ujemnej. Spoiwem jest drut lub materiał rodzimy pocięty na paski. Źródła zasilania łuku i aparatura są takie same jak przy spawaniu stali. Do spawania tytanu stosuje się specjalne przyrządy w postaci wydłużonych nasadek, daszków itd. osłaniających metal podczas spawania. O jakości osłony gazowej podczas spawania świadczy wygląd zewnętrzny spoiny.
Literatura:
Stanisław Piwowar - „Spawanie i zgrzewanie elektryczne”
Stanisław Jarmoszuk - „Spawanie elektryczne”
1