Spawanie elektrodami otulonymi:

Jest to metoda spawania w której wykorzystujemy metalowy pręt otulony odpowiednio dobranymi składnikami. Stapiająca się wraz z prętem otulina wytwarza osłonę gazową oraz żużel pokrywający spoinę. Natężenie prądu wynosi 30-40 A / 1 mm średnicy elektrody. Napięcie łuku jest parametrem wynikowym zależnym od rodzaju otuliny i długości łuku (ok. 20-25 V)

Średnica elektrody może wynosić: 2 , 2.5 , 3.25 , 4 , 5 i 6 mm.

Długość elektrody wynosi: 450 mm

Zależnie od grubości otuliny elektrody dzieli się na :

a)cienko otulone D/d <= 1.20

b)średnio otulone 1.20 < D/d <= 1.45

c)grubo otulone 1.45 < D/d <= 1.80

d)bardzo grubo otulone D/d > 1.80

Rodzaje otulin:

1) kwaśne A ~ , = -

2) kwaśno-rutylowe AR

3) zasadowe B = +

4) celulozowe C ~ , = +

5) utleniające O

6) rutylowe R ~ , = -

7) rutylowo-celulozowe RC

8) inne V

Zadania otuliny:

a) zwiększenie przewodnictwa elektrycznego przestrzeni łuku,

b) ochronę ciekłego metalu przed dostępem tlenu i azotu z powietrza,

c) utworzenie żużla zmniejszającego szybkość chłodzenia spoiny i kształtującego lico spoiny,

d) odgazowanie ciekłego metalu,

e) regulację składu chemicznego stopiwa,

f) zapewnienie szybkiego wypływania ze stopiwa żużla i produktów odgazowania,

g) kierowanie położeniem ciekłego metalu przy spawaniu,

Zastosowanie elektrod otulonych:

1) stale węglowe i niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości,

2) stale przeznaczone do pracy w podwyższonych temperaturach,

3) stale wysokostopowe,

4) żeliwa,

5) metale nieżelazne,

Technologia spawania elektrodami otulonymi obejmuje:

- przygotowanie materiału do spawania zgodnie z normą

- dobór warunków spawania

- dobór parametrów spawania

Spawanie łukiem krytym:

Charakteryzuje się tym że łuk elektryczny jarzy się pomiędzy elektrodą a spawanym przedmiotem w przestrzeni odizolowanej od powietrza warstwa topnika. Spoina powstaje ze stopionego druta elektrodowego i głęboko przetopionego materiału rodzimego. W czasie spawania łuk spawalniczy nie jest widoczny ponieważ jarzy się w komorze wypełnionej gazami i parami metalu pod warstwą topnika. Topnik w odróżnieniu od otuliny elektrod nie może jednak wydzielać zbyt dużej ilości gazów ponieważ następowałoby przebicie warstwy topnika i dostęp powietrza do ciekłego metalu. Doprowadzenie prądu do druta odbywa się na małej odległości (l = 30-60 mm) przez co możliwe jest stosowanie dużych natężeń prądu spawania.

Metoda ta charakteryzuje się:

- wysoką spawalnością procesu

- duża wydajnością spawania wynikającą z możliwości stosowania wysokich energii łuku (3-6 x wyższa wydajność niż przy spawaniu elektrodami otulonymi)

- dobra jakość wykonanej spoiny ze względu na skuteczną ochronę ciekłego metalu przed dostępem tlenu i azotu z powietrza i dużą jednorodnością składu chemicznego materiału spoiny

- mniejsze zużycie materiału elektrodowego i energii elektrycznej

- poprawą warunków pracy

Zastosowanie metody:

- wykonywanie spoin czołowych i pachwinowych w pozycji podolnej, nabocznej, a niekiedy naściennej

- grubość łączonych materiałów 3 - 100 (i więcej) mm

- spawane materiały to przeważnie stale niskowęglowe , niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości, niskostopowe dla energetyki i stale wysokostopowe

- często używana do napawania , a niekiedy także do przypawania kołków

- można także spawać metale nieżelazne (miedź, aluminium, tytan i stopy tych metali) przy użyciu specjalnych topników

Topnik to proszek przeważnie o ziarnistości 0,3 - 2,5 mm który powinien zapewnić:

- nieprzerwane jarzenie się łuku

- uzyskanie wymaganego składu chemicznego i własności mechanicznych

- należyte ukształtowanie powierzchni spoiny

- ułożenie spoiny bez pęknięć i pęcherzy

- łatwe usuwanie żużla z powierzchni spoiny

- minimalne wydzielanie gazów przy spawaniu

Ze względu na sposób produkcji topniki dzieli się na:

- topne (wytapia się w piecach łukowych surowce mineralne które po wytopieniu wylewa się do wody , rozdrabnia , przesiewa i suszy)

- nietopne (uzyskuje się je poprzez spiekanie w wysokich temperaturach (1100 C) uprzednio zmielone i sproszkowane surowce, po spiekaniu sprasowane brykiety rozdrabnia się i przesiewa)

Pod względem metalurgicznym topnik dzieli się na:

- kwaśne B<1 (stosowane do spawania stali niskowęglowych, topniki te wytrzymują prądy o wyższych parametrach i są mniej skłonne do tworzenia pęcherzy)

- neutralne B~1 (topniki zawierające tlenki - stosowane do spawania stali niskostopowych, topniki zawierające chlorki i fluorki - stosowane do spawania metali nieżelaznych)

- zasadowe B>1 (stosowane do spawania stali nisko- i wysokostopowych, mniej odporne na stosowanie podwyższonych parametrów spawania i bardziej skłonne do tworzenia pęcherzy w spoinach , lecz pozwalają na uzyskanie spoiny o lepszych własnościach plastycznych)

Techniki wykonywania złącz spawanych:

Wymiary spoiny zależą nie tylko od podstawowych parametrów (U, J, v) lecz także od czynników technologicznych takich jak : średnica elektrody , rodzaj prądu , biegunowość, pochylenie elektrody względem spoiny, pochylenie spoiny względem poziomu, kształt ukosowanych brzegów itp.

Przy spawaniu prądem stałym , dodatnią biegunowością uzyskuje się głębsze wtopienie w materiał rodzimy co często wykorzystywane jest przy układaniu warstwy przetopowej. Przy spawaniu prądem stałym, ujemna biegunowością zapewnia się uzyskanie większej wydajności stapiania elektrody. Wykorzystuje się to przy napawaniu i przy układaniu warstw wypełniających w rowku spoiny. Przy spawaniu prądem przemiennym uzyskuje się wartości pośrednie.

Zwiększenie wydajności spawania uzyskiwane jest coraz częściej poprzez zastosowanie spawania wielołukowego. Najczęściej stosowane jest spawanie dwoma lub trzema łukami. Spawanie dwułukowe może być realizowane z oddzielnymi jeziorkami ciekłego metalu (układ tandemowy) lub przy stapianiu dwóch elektrod w jednym jeziorku. W przypadku spawania tandemowego pierwszy łuk tworzy warstwę przetopową spoiny, drugi natomiast roztapia zakrzepły ścieg i tworzy warstwę licową. Uzyskuje się dzięki temu lepsze własności plastyczne złączy spawanych poprzez obniżenie szybkości stygnięcia spoiny i strefy wpływu ciepła. Przy spawaniu dwoma elektrodami stapianymi w jednym wspólnym jeziorku możliwe jest uzyskanie wyższych wydajności spawania.

Parametry:

- natężenie prądu J=200 - 1000 A

- napięcie łuku U=25 - 45 V

- prędkość spawania v - do 200 m/h

- średnica elektrod d - 2 - 6 mm

W skład stanowiskach wchodzą:

- automat

- źródło prądu

- szafka sterownicza

- oprzyrządowanie stanowiska

- zbierak topnika

Spawanie metoda TIG:

Zajarzenie łuku odbywa się bez zwarciowo, przez co urządzenia do spawania wyposażone są w jonizatory. Działanie jonizatora polega na tym że zbliżenie elektrody do materiału powoduje przeskok iskry która jonizując przestrzeń łuku ułatwia zajarzenie łuku. Prąd może być stały bądź przemienny. Przy spawaniu z gazem ochronnym helem prąd jest stały a biegunowość ujemna.

Gaz ochronny :

1) Ar

2) He

3) Ar + He

Rodzaje elektrod :

1) Wolframowe

2) wolframowe torowane

3) wolframowe cyrkonowane

4) wolframowe lantanowane

5) wolframowe itriowane

Dodatki tlenków pozwalają używać wyższych prądów spawania, ułatwiają emisje elektronów oraz polepszają stabilność jarzenia łuku.

Argon:

- prąd stały - biegun ujemny na elektrodzie (70% ciepła na materiale , 30% ciepła na elektrodzie)

- prąd przemienny - biegun dodatni na elektrodzie (30% ciepła na materiale , 70% ciepła na elektrodzie)

Kształt końca elektrody :

a) biegun ujemny (ostra/grot)

b) biegun dodatni (kropla roztopionego wolframu)

c) prąd przemienny (nadtopiona elektroda)

Zastosowanie metody TIG:

1) aluminium i jego stopy

2) miedz

3) stale wysokostopowe

4) stale niskostopowe

5) inne metale : ołów , nikiel , tytan

Metoda spawania prądem impulsowym - pozwala na rozszerzenie możliwości zastosowania tej metody poprzez racjonalne kierowanie topieniem i krzepnięciem spoiny. Ma to zastosowanie przy spawaniu cienkich blach i przy wykonywaniu warstw przetopowych.

Spawanie metodami MIG i MAG:

Spawanie przy użyciu topliwej elektrody metalowej może być realizowanie w osłonie gazów obojętnych (MIG) lub aktywnych (MAG). Łuk jarzy się pomiędzy drutem elektrodowym podawanym przez rolki napędowe do strefy stapiania, a spawanym przedmiotem.

W skład stanowiskach wchodzą:

- źródło prądu stałego (charakterystyka płaska)

- podajnik elektrody

- układ sterowniczo-pomiarowy

- palnik

- butla z gazem ochronnym

W zależności od rodzaju łuku elektrycznego sposób spawania w osłonie gazów ochronnych może dzielić się na:

- spawanie łukiem krótkim, gdy metal przenoszony jest w postaci drobnych kropli podczas krótkich zwarć (metody : MIG , MAG - CO2 , mieszanki)

- spawanie łukiem natryskowym, gdy przenoszenie metalu występuje w postaci grubych kropli, przy czym możliwe są krótkie zwarcia (metoda: MAG - Co2)

- spawanie łukiem pulsującym, w którym przenoszenie metalu zachodzi bez zwarć, a jest możliwa regulacja przenoszenia kropli i ich obojętności (metoda: MIG,MAG - mieszanki)

Łuk długi - spawanie blach o średniej i dużej grubości, szczególnie tam gdzie istnieje wystarczające zabezpieczenie dużego jeziorka ciekłego metalu. Wykonuje się w ten sposób spoiny pachwinowe oraz układ warstwy wypełniające w spoinach czołowych w pozycji podolnej.

Łuk krótki - znajduje zastosowanie przy spawaniu cienkich blach we wszystkich pozycjach oraz do podpawania grani w spoinach czołowych.

Łuk natryskowy - wykorzystuje się przy spawaniu blach o średniej grubości w pozycjach przymusowych.

Zwarciowe przenoszenie metalu:

Kropla wisząca na końcu druta elektrodowego po zetknięciu z powierzchnia jeziorka spawalniczego powoduje krótkie zwarcie w obwodzie spawania i łuk elektryczny gaśnie. Podczas zwarcia natężenie prądu wzrasta co zwiększa siły elektrodynamiczne ściskające mostek pomiędzy kropla i końcem drutu. W końcowej fazie prowadzi to do jego przerwania. Kropla ciekłego metalu odrywa się od druta i rozpływa w jeziorku spawalniczym po czym łuk elektryczny swobodnie się jarzy.

Kroplowe przenoszenie metalu:

Występuje przy spawaniu stali niskowęglowych w osłonie Co2, przy spawaniu łukiem długim , przy dużych natężeniach prądu. Materiał przenoszony jest w postaci grubych kropli ale nie zawsze bez krótkich zwarć.

Natryskowe przenoszenie metalu:

Zachodzi przy stosowaniu bardzo dużych gęstości prądu spawanego powyżej tzw. "krytycznego natężenia prądu". Przenoszenie materiału odbywa się w postaci małych, pojedynczych kropel, z których większość odrywa się w kierunku osi łuku. Występuje przy tym zaostrzony, roztopiony koniec druta elektrodowego, który kończy się strugą ciekłego metalu. Struga ta rozrywa się na poszczególne krople. Natryskowe przenoszenie metalu występuje praktycznie tylko przy zastosowaniu do osłony łuku Ar lub mieszanek.

Spawanie łukiem pulsującym:

W celu ujednolicenia wielkości kropli i uzyskania wysokiej regularności impulsu prądu sterują przechodzeniem kropli ciekłego metalu z elektrody do spoiny w sposób bez zwarciowy. Urządzenie do spawania łukiem pulsującym wyposażone są w dwa źródła , z których jedno dostarcza prąd o stosunkowo niewielkim natężeniu, drugie zaś jest źródłem periodycznym impulsów prądowych o określonej częstotliwości. Zadaniem prądu podstawowego jest utrzymanie łuku, zadaniem impulsów prądowych natomiast jest tworzenie i odcinanie kropli metalu z ustaloną częstotliwością.

Metoda MIG:

Metodą tą spawa się w zasadzie te same metale co metodą TIG. Jest to jednak kwestia dostępności odpowiednich drutów z tych materiałów. Najczęściej stosuje się druty o średnicy 1,2 i 1,6 mm. Najczęściej stosowanym gazem ochronnym jest argon, są jednak przypadki gdzie korzystniejsze jest stosowanie do osłony łuku helu lub mieszanek Ar + He (np. przy spawaniu Al i jego stopów).

Parametry:

- natężenie prądu

- napięcie łuku

- prędkość spawania

- rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego

Metoda MAG:

Najczęściej stosowanym gazem ochronnym jest CO2, często też mówi się o metodzie spawania w osłonie CO2. Jest to metoda spawania stali o małej i średniej grubości a wydajność spawania tą metodą jest 4 x większa niż przy spawaniu elektrodami otulonymi. Proces spawania zachodzi właściwie w atmosferze CO i O2 (co wynika z reakcji 2CO2 <> 2CO + O2). Jest to więc atmosfera utleniająca. Aby zapobiec utleniającemu charakterowi osłony łuku druty używane do spawania stali muszą zawierać zwiększone ilości odtleniaczy w postaci Mn i Si. Średnice stosowanych drutów wahają się w granicach 0,6 - 2,4 mm, przy czym najczęściej stosowane są druty o średnicy 1,2 i 1,6 mm. Do osłony łuku stosowany jest CO2 o czystości 98 lub 99%, a natężenie przepływu CO2 wynoszą 10 - 25 l/min. Parametry spawania są te same jak w metodzie MIG.

W ostatnim czasie zastosowanie znalazła metoda TIME w której poprzez użycie do spawania mieszanki He-CO2-O2-Ar oraz wysokich gęstości prądu uzyskuje się duże wydajności spawania. Złącza uzyskane tą metodą uzyskują wysokie własności wytrzymałościowe, spoiny charakteryzują się dużą czystością metalurgiczna przy niskiej zawartości tlenu w stopiwie.

Zakres zastosowania spawania w CO2 ogranicza się do:

- spawania stali niskowęglowych

- spawania stali niskostopowych

Spawanie i napawnie plazmowe:

Plazma – zjonizowany gaz (mieszanina dodatnich jonów, elektronów i atomów) jest dobrym przewodnikiem elektrycznym. Plazmę uzyskuje się przez przewężenie łuku metody TIG( z 45 do 6 stopni) i doprowadzanego strumienia gazu plazmowego przez dyszę zwężającą. Łuk może być zależny lub niezależny(elektroda i dysza).

Łuk plazmowy charakteryzuje się:

-wysoką temperaturą równomiernie rozłożoną na całym przekroju

-silnie skoncentrowanym nagrzewaniem spawanego materiału

-duża stabilnością, umożliwiającą jarzenie się łuku przy natężeniu prądu nawet poniżej 1A

Plazmę można wykorzystać do spawania, cięcia a także do metalizacji i żłobienia.

Spawanie: zajarza się łuk pomocniczy(katoda a dysza zwężająca) aby częściowo zjonizować gaz i ułatwić zajarzenie łuku głównego, po zajarzeniu łuku głównego pomocniczy zostaje wygaszony. Konieczna jest dodatkowa dysza gazu ochronnego.

Spawanie mikroplazmowe J<20A (gaz plazmowy Ar, ochronny Ar, Ar+H2, N2+H2) blachy 0,1-1,5 mm

plazmowe J=80-200A( plazmowy Ar, Ar+H2, ochronny Ar, Ar+H2, He, N2 , CO2) metale do 8mm bez dodatku spoiwa, do układania warstw przetopowych i układania grubych warstw z dodatkiem spoiwa.

Napawanie np. przy użyciu proszków metalicznych. Dodajemy przez dyszę materiał dodatkowy

(dysza ma większą średnicę od dyszy w palniku aby obniżyć gęstość ciepła i zmniejszyć przetopienie)

Proszki o ziarnistości do 0,3 mm. Proszki mogą być: stellitowe na osnowie kobaltu, metaliczne na osnowie niklu lub żelaza.

Można napawać zawory, części pomp, narzędzia wiertnicze, powierzchnie ślizgowe i dociskowe.

Metoda spawania ( połączenie MIG i TIG)

Drut spawalniczy podawany jest ciągle do jeziorka a łuk jarzy się pomiędzy drutem a przedmiotem i otoczony jest plazmą (2 łuki- plazmowy i metody MIG) . palniki posiadają dyszę gazu ochronnego ( Ar i He). Metoda ta służy do łączenia kabli niskostopowych, wysokostopowych, aluminium, miedzi i ich stopów.

Cięcie termiczne:::::

Cięcie tlenem :

Miejscowe spalenie w strumieniu czystego tlenu, przy współdziałaniu źródła ciepła, najczęściej płomienia gazowego. Miejsce rozpoczęcia ciepła musi być podgrzane do temperatury zapłonu tj. do temperatury ok. 1300-1350 stopni dla stali niskowęglowych i niskostopowych.

Warunki cięcia tlenem:

• Temperatura zapłonu metalu z tlenem powinna być niższa od temperatury topnienia metalu

• Temperatura topnienia tlenków powinna być niższa od temperatury topnienia przecinanego materiału

• Powstające tlenki powinny być ciekłe w temperaturze reakcji spalania

• Reakcja chemiczna łączenia metalu z tlenem musi być egzotermiczna a przewodnictwo cieplne metalu niezbyt duże aby wytworzyć na wąskiej przestrzeni wystarczającą ilość ciepła

Jedynie stale węglowe i niskostopowe spełniają powyższe warunki i mogą być cięte tlenem. Wzrost zawartości węgla oraz składników stopowych takich jak Cr, Si, W utrudnia proces cięcia. Dlatego nie jest możliwe poza specjalnymi metodami cięcie żeliwa, stali wysokostopowych i metali nieżelaznych.

Zawartość węgla w stali do 0,7% nie stwarza trudności podczas cięcia. Powyżej tej granicy cięcie jest trudniejsze i dlatego wymagane jest dodatkowe podgrzewanie do temperatury ok.200 stopni. Przy cięciu stali niskostopowych podgrzewanie jest konieczne przy zawartości węgla 0,3%. Palniki (służą do spawania , trzeba nałożyć nasadkę do cięcia) umożliwiają cięcie stali o grubości 3-300mm.

Cięcie plazmą:
Polega na wytapianiu szczeliny w przedmiotach metalowych strumieniem plazmy. Cięcie plazmowe wykorzystuje bardzo wysokie temperatury plazmy oraz bardzo duże prędkości wylotowe gazów wychodzących z dyszy palnika plazmowego do wytapiania i wydmuchiwania metalu ze szczeliny cięcia.

Rodzaje palników:
- palnik z łukiem wewnętrznym (niezależnym)
- palnik z łukiem zewnętrznym (zależnym)

Stosowane do cięcia :
- Aluminium
- Miedzi
- Stali stopowych
- Stali węglowych

Proces cięcia wykorzystuje takie gazy plazmowe jak :
- Ar + H2
- N2 + H2　
- N2

Palniki z łukiem wewnętrznym:
Są mniej wydajne ze względu na duże odprowadzanie ciepła przez dyszę chłodzoną wodą. Palniki takie stosowane są do cięcia materiałów nieprzewodzących prąd elektryczny i do cięcia cienkich blach , poza tym do metalizacji.

Palniki z łukiem zewnętrznym:
Są powszechnie stosowane do cięcia. Podobnie jak przy palnikach do spawania łuk pomocniczy umożliwia zajarzenie się łuku głównego. Zajarzenie łuku pomocniczego odbywa się w osłonie gazu Ar.

Nowym rozwiązaniem problemu cięcia plazmowego jest wykorzystanie powietrza jako gazu plazmowego. Palnik posiada inna katodę (zamieniamy wolframową na miedzianą z wprasowaną wkładka cyrkonową). Trwałość katody zależy od intensywności chłodzenia jej wodą. Powietrze do palnika dostarczane jest pod ciśnieniem 0,3 - 0,35 MPa a zużycie wynosi 50 - 80 l/min.

W porównaniu z cięciem tlenowym prędkość cięcia plazmowego powietrzem jest większa dla grubości poniżej 25 mm. Palnik do cięcia powietrzem umożliwia cięcie blach do grubości 50 mm (150 mm).

Grubość cięcia przedmiotów przy użyciu palnika plazmowego zależy od :
- mocy urządzenia
- prędkości cięcia
- rodzaju gazu plazmowego

Cięcie laserem:

Laser-urządzenie wytwarzające spójną wiązkę promieniowania elektromagnetycznego (zakres podczerwonego wykorzystuje się głównie przy spawaniu) .

Laser - light amplified by stimulated emission of radiation - wiązka światła wzmocniona przez wymuszona emisje promieniowania

Wyróżnia się dwa typy laserów:

-impulsowe, stałe lasery Nd YAG

-impulsowe i ciągłe lasery CO2 ( CO2+N2+He)

Wiązka może być zastosowana do cięcia, spawania, dziurkowania i grawerowania. Najczęściej tnie się materiały poniżej 4mm laserem CO2. Laser CO2 stosuje się do wszystkich stali nisko i wysokostopowych, niektórych metali nieżelaznych takich jak tytan nikiel, tworzyw niemetalicznych.

Aby ciąć muszą być spełnione 2 warunki:

-strumień światła musi wnikać do strefy materiału

-energia dostarczona musi przewyższać rozpraszanie ciepła wynikające z przewodności cieplnej materiału

Cięcie laserem następuje poprzez stapianie i parowanie materiału lub poprzez spalanie. Przy cięciu laserem CO2 doprowadza się współosiowo pewną ilość gazu ze strumieniem laserowym. Dodatkowy strumień gazu usuwa stopiony materiał oraz wszelkie pary o ile proces cięcia zachodzi w wyniku stapiania. Jeżeli odbywa się przez spalanie wywołuje dodatkowe nagrzewanie.

Metale gaz dodatkowy tlen ( zwiększa wydzielanie ciepła), materiały niemetalowe azot (nie nadpala ciętych brzegów).