1. Podział procesów spawalniczych.

Spawanie: gazowe, termitowe, laserowe, elektronowe, elektrożużlowe, łukowe (elektrodą otuloną, łukiem krytym, łukiem w osłonie gazów [TIG, MIG, MAG]),

Zgrzewanie: indukcyjne, łukiem wirującym, uderzeniowe, tarciowe, ultradźwiękowe, zgniotowe, dyfuzyjne, oporowe (punktowe, garbowe, liniowe, doczołowe [zwarciowe, iskrowe]),

Lutowanie: miękkie, twarde.

2. Charakterystyka złączy spawanych.

Złącze spawane, jest to część konstrukcji stanowiąca połączenie dwu lub więcej elementów konstrukcyjnych jedną lub kilkoma spoinami.

3. Podział spoin.

A -doczołowe, B - zakładkowe, C - nakładkowe, D - teowe, E - krzyżowe, F - narożne, G - przylgowa.

4. Pozycje spawania.

a) podolna (PA), b) naboczna (PB), c) naścienna (PC), d) okapowa (PD), e) pułapowa (PE),

f) pionowa z góry na dół (PG), z dołu do góry (PF)

5. Budowa złącza spawanego.

6. Spawalność stali.

Spawalność stali jest to zdolność do spajania się metali pod wpływem ciepła spawania, dzięki czemu możliwe jest otrzymanie złącza spawanego o własnościach odpowiadających spawanemu metalowi.

Spawalność metalurgiczna zależy od: składu chemicznego, sposobu prowadzenia wytopu stali, struktury, zawartości oraz rozmieszczenia wtrąceń niemetalicznych i gazów, a także naprężeń własnych

Spawalność technologiczna zależy od: metody spawania, mocy źródła ciepła użytego do spawania, temperatury przedmiotu i otoczenia w czasie spawania, prędkości stygnięcia i grubości spoin, rodzaju połączeń spawanych.

Spawalność konstrukcyjna zależy od: sztywności spawanej konstrukcji, grubości łączonych przekrojów, położenia i grubości spoin, rodzaju połączeń spawanych.

Podział stali węglowych ze względu na spawalność:

Dobrze spawalne - zawierające do 0,25%C,

Średnio spawalne - zawierające od 0,25 - 0,35%C,

O ograniczonej - spawalności od 0,35 - 0,45%C,

Źle spawalne - więcej niż 0,45%C.

7. Budowa płomienia acetylenowo-tlenowego.

1) jądro, 2) stożek (Strefa odtleniająca, 3) kita.

8. Rodzaje płomienia acetylenowo tlenowego.

9. Technika spawania w lewo, prawo i do góry.

Cięcie gazowe, znane również jako tlenowe jest bardzo popularną metodą rozdzielania metali, zwłaszcza cięcia stali niskowęglowych i niskostopowych.

Proces cięcia gazowego polega doprowadzeniu materiału do tzw. temperatury zapłonu, a następnie spaleniu i wydmuchaniu płynnych tlenków metalu za pomocą strumienia tlenowego pod dużym ciśnieniem. Metoda jest skuteczna dzięki konstrukcji stosowanego tu palnika, który wydmuchuje tlen, wcześniej mieszając go w odpowiedniej proporcji z gazem palnym. Jako gaz palny, służący do podgrzania, stosuje się zwykle acetylen, bądź propan-butan. Cięcie acetylenowo-tlenowe pozwala na szybkie osiągnięcie bardzo wysokiej temperatury, jednak bardzo często ze względu na oszczędność i brak potrzeby bardzo szybkiego nagrzewania (np. przy cięciu zautomatyzowanym), ekonomiczniejsze jest cięcie propanowo-tlenowe.

Cięcie metodą tlenową pozwala na rozdzielenia stali o grubościach dochodzących nawet do 300mm, jednak niestety ze względu na duży obszar strefy wpływu ciepła praktycznie niemożliwe jest rozdzielania cienkiej blachy (poniżej 3mm). Wpływ na grubość cięcia ma dobór palnika, które dzielą się na uniwersalne (do spawania i cięcia) oraz przeznaczone wyłącznie do cięcia, drugie z nich mogą wydmuchiwać tlen pod wyższym ciśnieniem.

Cechy użytkowe metody cięcia gazowego

• Zalety:

  • bardzo duży zakres grubości cięcia

  • dobra jakość cięcia grubszych materiałów

  • prostopadłe krawędzie cięcia

  • możliwość zautomatyzowania

  • możliwość cięcia pod różnym kątem

• Wady

  • duża strefa wpływu ciepła

  • brak możliwości cięcia stali wysokostopowych i o wysokiej zawartości węgla

  • wydłużony czas przebicia przez materiał

  • mała prędkość cięcia

Zastosowanie metody cięcia gazowego

Cięcie gazowe znajduje zastosowanie wszędzie tam gdzie istnieje potrzeba cięcia grubszych materiałów wykonanych ze zwykłej stali. Ze względu na niskie koszty sprzętu oraz eksploatacyjne, a zarazem duże możliwości, zakres stosowania tej metody jest bardzo szeroki i swoim zasięgiem obejmuje zarówno prace przydomowe, warsztaty jak i duże przedsiębiorstwa. 

10. Schemat spawania elektrodą otuloną.

11) Bilans cieplny przy spawaniu elektrodą topliwą!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

12) Zajarzenie łuku, ugięcie łuku, elastyczność łuku.

Zajarzenie łuku odbywać się może przez zwarcie końca elektrody z przedmiotem i szybkie cofnięcie na wymaganą długość łuku lub wykonywanie końcem elektrody ruchów wahadłowych z pocieraniem o powierzchnię przedmiotu. Łuk zajarzamy w obrębie spawania, z wyprzedzeniem względem początkowego punktu spawania o około 10mm, a po ustabilizowaniu łuku cofamy go do punktu początkowego w celu rozpoczęcia normalnego spawania.

Ugięcie łuku elektrycznego występuje przy spawaniu prądem stałym. Przyczyną tego zjawiska jest nierównomierny rozkład sił pola magnetycznego wokół łuku, który ugina się w kierunku rozrzedzenia sił pola magnetycznego. Przy prądzie stałym wielkość ugięcia wzrasta ze wzrostem natężenia prądu. Przy spawaniu prądem przemiennym ugięcie łuku jest niewielkie, ponieważ przemienne pole magnetyczne wytwarza przemienne prądy wirowe, które przeciwdziałają ugięcie łuku.

Elastyczność łuku, jest to zdolność wydłużania się łuku bez gaśnięcia. Elastyczność łuku zależy od napięcia biegu jałowego, natężenia prądu spawania, rodzaju otuliny oraz przewodności cieplnej i elektrycznej spawanego materiału.

13. Podział elektrod.

A – otulina kwaśna
B – otulina zasadowa
C – otulina celulozowa
O – otulina utleniająca
R – otulina rutylowa
V – otulina inna

Elektrody kwaśne – zawierają w otulinie znaczną ilość tlenków żelaza i odtleniaczy. Można nimi spawać w pozycji nabocznej, podolnej, i w ograniczonym zakresie w pozycjach przymusowych. Są wrażliwe na powstanie pęknięć krystalizacyjnych. Nie wymagają one suszenia. Jeżeli jednak podczas spawania łuk jarzy się niestabilnie występuje nadmierny rozprysk i porowatość spoin to zaleca się suszenie elektrod w temp. 100°C-150°C przez ok. 1h. Elektrodami tymi spawa się przeważnie prądem przemiennym lub prądem stałym z biegunowością ujemną.

Elektrody zasadowe – zawierają znaczne ilości węglanów wapnia, magnezu oraz fluorytu. Można nimi spawać we wszystkich pozycjach z wyjątkiem pozycji pionowej z góry na dół (PG). Charakteryzują się one wysoką plastycznością stopiwa oraz wysoką odpornością na pękanie zimne (mała zawartość wodoru w stopiwie i duża udarność stopiwa) i gorące (duża czystość metalurgiczna stopiwa). Należy je suszyć w temp. 300°C-350°C przez ok. 1-3h. Elektrodami zasadowymi spawa się prądem stałym z biegunowością dodatnią.

Elektrody celulozowe – zawierają w otulinie do 30% celulozy, mączkę drzewną i odtleniacze. Można nimi spawać we wszystkich pozycjach. Wprowadzają do stopiwa wodór, wobec czego spoina ma gorsze własności mechaniczne. Nie należy poddawać ich suszeniu. Elektrodami celulozowymi spawa się prądem przemiennym lub prądem stałym z biegunowością dodatnią.

Elektrody rutylowe – zawierają w otulinie rutyl (Ti2O2) i odtleniacze. Można nimi spawać we wszystkich pozycjach oprócz pozycji pionowej z góry na dół (PG). Zapewniają bardzo dobrą stabilność łuku. Nie wymagają one suszenia. Jeżeli jednak podczas spawania łuk jarzy się niestabilnie występuje nadmierny rozprysk i porowatość spoin to zaleca się suszenie elektrod w temp. 100°C-150°C przez ok. 1h. Elektrodami rutylowymi spawa się przeważnie prądem przemiennym lub prądem stałym z biegunowością ujemną.

Elektrody utleniające – zawierają w otulinie spore ilości tlenków żelaza i manganu. Wprowadzają do stopiwa dużo azotu i tlenu, dlatego wykonane nimi spoiny mają gorsze własności mechaniczne.

14. Schemat spawania metodą GTAW (gas tungsten arc welding).

W metodzie tej łuk elektryczny wytwarzany jest pomiędzy wolframową elektrodą nietopliwą a materiałem spawanym. Jeziorko spawalnicze osłaniane jest atmosferą ochronną, zazwyczaj jest to czysty argon. Połączenie spawane może być wykonywane bez materiału dodatkowego, poprzez wymieszanie się nadtopionych brzegów elementów łączonych, lub z udziałem materiału dodatkowego w postaci pręta dokładanego do jeziorka spawalniczego. Zapalenie łuku odbywa się dwoma metodami. Metodą dotykową poprzez dotknięcie elektrodą wolframową do materiału spawanego i następnie jej podniesienie na wysokość kilku milimetrów (TIG Lift), lub metodą bezdotykową z wykorzystaniem jonizatora (TIG HF).

Spawanie może odbywać się:
- prądem stałym (DC), stosowanym dla większości metali:  stale niestopowe i stopowe, miedź i stopy miedzi;
- prądem przemiennym (AC), stosowanym przy spawaniu aluminium i jego stopów oraz innych materiałów tworzących na powierzchni trudnotopliwe tlenki.

15. Bilans cieplny w metodzie GTAW. !!!!!!!!!!!!!!!!

16. Schemat spawania metodą GMAW (Gas Metal Arc Welding).

W metodzie MIG (lub GMAW) łuk elektryczny wytworzony jest pomiędzy materiałem spawanym a drutem spawalniczym i jest chroniony przez specjalną osłonę gazową. Może ona być obojętna (np. argon) lub aktywna, (np. CO2 lub mieszanki Ar i CO2). Drut jest stale podawany poprzez zespół podający i uchwyt spawalniczy aż do jeziorka spawalniczego. W metodzie tej mogą być używane druty lite (GMWA) oraz rdzeniowe (FCAW-GS - spawanie drutem rdzeniowym osłonowym).

17. Spawanie drutem proszkowym samo osłonowym.

Spawanie drutem Innershield odbywa się bez użycia gazu osłonowego. Innershield jest drutem rdzeniowym samo osłonowym (metoda FCAW-SS). Topniki znajdujące się w rdzeniu drutu, podczas spawania wytwarzają gazy oraz żużel osłaniające jeziorko i gorący zakrzepnięty metal spoiny. Spawanie drutem Innershield odbywa się bez użycia gazu osłonowego. Innershield jest drutem rdzeniowym samo osłonowym (metoda FCAW-SS). Topniki znajdujące się w rdzeniu drutu, podczas spawania wytwarzają gazy oraz żużel osłaniające jeziorko i gorący zakrzepnięty metal spoiny.

18. Metody przenoszenia metalu w łuku podczas metody GMAW.

Sposób przepływu ciekłego metalu z topiącego się drutu do jeziorka w procesie spawania MIG/MAG ma wpływ na jego stabilność, wielkość rozprysku, możliwość spawania w określonych pozycjach, kształt spoiny, głębokość wtopienia i na wydajność spawania.
W zależności od nastawionych parametrów spawania: natężenia prądu, napięcia łuku oraz od składu gazu osłonowego można w uproszczeniu wyodrębnić przepływ ciekłego metalu, jako zwarciowy, natryskowy i mieszany.
Przy małym natężeniu prądu spawania i niskim napięciu łuk jest krótki, a tworzące się na końcu elektrody krople są duże i co pewien czas powodują zwarcia obwodu spawania. Powstały w ten sposób łuk zwarciowy posiada małą energię i nadaje się do spawania elementów cienkich we wszystkich pozycjach oraz elementów grubszych w pozycjach przymusowych. Łuk zwarciowy zapewnia dobre wtopienie i niewielki rozprysk, ale niezbyt równe lico spoiny.
Zwiększanie tylko napięcia, a więc wydłużanie łuku powoduje tzw. przelot grubo kroplowy, bezzwarciowy, charakteryzujący się mniejszą stabilnością, większym rozpryskiem i nierównym licem. 
Równoczesne zwiększanie natężenia prądu i napięcia łuku wywołuje przepływ mieszany, który jest bardzo niekorzystny - niestabilny, o dużym rozprysku i bardzo nierównomiernym licu.
Dalsze zwiększanie natężenia prądu i napięcia łuku inicjuje strumieniowy przepływ w łuku dużej liczby drobnych kropelek, zwany przepływem natryskowym. Spawanie łukiem natryskowym zapewnia dużą wydajność, wzrasta głębokość wtopienia spoiny, maleje ilość odprysków a lico spoiny staje się gładkie. Z uwagi na dużą energię spawania i objętość jeziorka, łukiem natryskowym można spawać tylko w pozycji podolnej. Warunkiem pojawienia się przypływu natryskowego jest również odpowiedni skład gazu osłonowego. Łuk natryskowy nie występuje, gdy osłoną jest sam CO₂ lub jego udział w mieszance przekracza 20%.

19. Spawanie aluminotermiczne (termitowe).

Spawanie, w którym do stapiania obszarów styku wykorzystuje się ciepło reakcji chemicznej zachodzącej w termicie, stosowane m.in.do spawania szyn.

20. Spawanie łukiem krytym.

Spawanie łukiem krytym jest stosowane przede wszystkim do spawania stali konstrukcyjnych niskowęglowych, niskostopowych i wysokostopowych, bardzo rzadko zaś do spawania niklu, tytanu, miedzi i aluminium oraz ich stopów.

Do zalet spawania łukiem krytym zalicza się:

-  duża wydajność procesu,

-  wysoka i stabilna jakość złączy spawanych,

-  możliwość uzyskiwania dużych prędkości spawania,

-  brak rozprysków i gładkie lico spoin.

Wady spawania łukiem krytym to:

-  brak możliwości obserwacji procesu spawania,

-  ograniczenie zakresu stosowania metody w zasadzie tylko do pozycji podolnej i nabocznej,

-  konieczność suszenia topnika, 

-  konieczność zbierania topnika i usuwania żużla po wykonaniu każdego ściegu,

-  wysoki koszt urządzeń spawalniczych.

21. Spawanie elektrożużlowe.

Spawanie elektr. elektrodą topliwą, w którym ciepło do stapiania obszarów styku wytwarza się wskutek oporu, jaki stawia prądowi roztopiony żużel;

Stosowane do łączenia grubych blach.

Zalety:

- możliwość zespawania grubych blach za jednym przejściem,

- jest to proces bezpieczny i czysty, brak jasnego łuku elektrycznego, niski poziom rozprysku spoiny i zniekształcenia

- dokładne wypełnienie spoiną,

- możliwość automatyzacji procesu.

22. Spawanie plazmą.

1) Gaz plazmowy, 2) Osłona dyszy, 3) Atmosfera ochronna, 4) Elektroda wolframowa, 5) Dysza,

6) Strumień plazmy.

Spawanie plazmowe znalazło zastosowanie m.in. przy spawaniu rur. Większą popularnością cieszy się odmiana niskoprądowa – spawanie mikroplazmowe, szczególnie korzystne przy łączeniu bardzo cienkich blach (o grubościach od 0,1 mm).

Metoda spawania plazmowego GTA wykazuje szereg zalet wynikających głównie z większej energii, jaką posiada łuk spawalniczy. Pozwala na wykonywanie połączeń ze znacznie większymi prędkościami spawania, a wąskie ściegi o dużej głębokości przetopienia zapewniają mniejsze odkształcenia i naprężenia spawalnicze.

Wadą spawania plazmowego jest konieczność dokładnego przygotowania złączy przed spawaniem (bardzo dokładne dopasowanie z minimalnymi szczelinami) i droższe urządzenia. Te problemy sprawiają, że jest ona stosowana w produkcji seryjnej przy półautomatycznym i automatycznym wykonywaniu połączeń.

23. Spawanie laserowe.

Spawanie laserowe stosowane jest do spawania stali stopowych, wysokowytrzymałych stali niskostopowych (HSLA), stali węglowych, metali trudnotopliwych, metali aktywnych chemicznie, aluminium i tytanu.

Zalety:

· wąska strefa wpływu ciepła minimalizuje odkształcenia materiału,
· wysoka precyzja zapewniająca estetykę spoiny (eliminacja obróbki wykańczającej),
· wysoka prędkość i czystość procesu,
· doskonałe wyniki spawania aluminium i stali kwasoodpornej, oraz materiałów trudno spawalnych,
· wysoka gęstość mocy (spawanie typu kapilarnego),
· elastyczność (geometria i materiał),
· spawanie bez materiału dodatkowego,
· możliwość łączenia z innymi metodami spawania,
· automatyzacja – większa efektywność

Wady:

- nieopłacalność przy produkcji jednostkowej,

- Przygotowanie złącza z dokładnością +/- 0,1 mm.

24. Spawanie wiązką elektronów.

Technika ta pozwala łączyć metale (np. wolfram-miedź, niob-miedź), których nie daje się łączyć innymi technikami spawalniczymi.

Zalety:

- możliwość obrabiania powierzchni nieobrabianych w sposób konwencjonalny

-, czystość obróbki (proces odbywa się w komorze próżniowej),

- wyeliminowanie odkształceń i zmian wymiarowych wsadu,

- możliwość precyzyjnego, komputerowego sterowania wiązka, dokładna kontrola parametrów nagrzewania i spawania

- duża wydajność, bardzo mała energochłonność (sprawność energetyczna dochodzi do 80-90%),

- wyeliminowania ośrodków chłodzących

Wady:

- duży koszt spawarek elektronowych,

- zastosowanie ograniczone do wybranych kształtów i niezbyt dużych wsadów (ograniczonych wielkością komory roboczej),

- konieczność stosowania próżni,

- konieczność demagnetyzacji obrabianych części oraz ochrona przed promieniowaniem rentgenowskim (w przypadku wysokich napięć przyśpieszających – około 150 kV).

25. Lutowanie.

Metoda trwałego łączenia elementów metalowych za pomocą metalowego spoiwa zwanego lutem o temperaturze topnienia niższej niż temperatura topnienia łączonych elementów. Proces lutowania należy prowadzić w temperaturze wyższej od temperatury topnienia lutu, lecz nie wyższej od temperatury topnienia łączonych elementów. Dzięki temu lut topi się, a łączone elementy pozostają cały czas w stanie stałym. Istotne jest, aby zarówno lut, jak i elementy lutowane, osiągnęły temperaturę lutowania (wyższą od temperatury topnienia lutu), w przeciwnym przypadku mogą powstać wadliwe złącza zwane zimnymi lutami lub zimnymi stykami, o niezadowalających właściwościach użytkowych. Podstawową różnicą między lutowaniem a spawaniem jest to, że w przypadku spawania temperatura procesu jest tak wysoka, aby stopić i materiał dodatkowy, i brzegi elementów spawanych.

Podczas lutowania powierzchnia łączonych metali nie zostaje stopiona, a trwałe połączenie następuje dzięki wystąpieniu zjawiska adhezji i płytkiej dyfuzji. Spoiwo lutownicze wnika w szczelinę między elementami lutowanymi oraz mikropory materiału lutowanego dzięki zjawisku zwilżania powierzchni elementów lutem. Żeby powstało prawidłowo wykonane złącze lutowane, musi dojść do wytworzenia wiązania metalicznego między elementami lutowanymi a lutem. Aby do tego doszło, ciekły lut musi zwilżyć powierzchnie elementów lutowanych. W tym celu powierzchnie lutowane są czyszczone z warstewki tlenków i aktywowane za pomocą topnika nakładanego razem z lutem lub tuż przed nałożeniem lutu.

Zależnie od temperatury topnienia lutu rozróżnia się:

• lutowanie miękkie (poniżej 450 °C)

• lutowanie twarde (powyżej 450 °C)

• lutowanie wysokotemperaturowe (powyżej 900 °C)

Materiałem łączącym jest lut (lutowie). Narzędzie ręczne służące do lutowania to lutownica lub palnik. Czynność lutowania jest również wykonywana w specjalnych piecach.

Procesem odwrotnym do lutowania jest rozlutowywanie.