Nazwisko i imię Fajdek Sebastian		LABORATORIUM ZE SPAWALNICTWA
Kierunek Wydz. Mechaniczny	Grupa 23		Ocena	Podpis
Temat ćwiczenia Spawanie łukowe ręczne elektrodami otulonymi

Urządzenia do spawania

Spawarki jako źródła zasilania łuku można sklasyfikować stosując kryteria: 1) rodzaj prądu spawania, 2) sposób instalowania, 3) ilość zasilanych stanowisk spawalniczych.

Spawarki prądu stałego są to przetwornice spawalnicze lub prostowniki spawalnicze.

Przetwornicą nazywamy maszynę, która przetwarza energię elektryczną jednego rodzaju (prąd zmienny) na energię elektryczną drugiego rodzaju (prąd stały) przez zastosowanie ruchu mechanicznego.

Przetwornica spawalnicza prądu stałego, zwana też spawarką wirującą składa się z prądnicy prądu stałego, zasilającej obwód spawania oraz silnika elektrycznego napędzającego tę prądnicę. Niekiedy prądnica prądu stałego jest napędzana silnikiem spalinowym; ma to zastosowanie w spawarkach pozbawionych źródła energii elektrycznej, przeznaczonych do prac polowych.

Prostowniki spawalnicze albo inaczej spawarki prostownikowe są urządzeniami przetwarzającymi prąd zmienny pobierany z sieci, na prąd stały pulsujący, który zasila obwód spawania. Składają się najczęściej z transformatora trójfazowego, właściwego prostownika oraz wentylatora chłodzącego spawarkę, napędzanego silnikiem elektrycznym. Transformator przekształca prąd zmienny o wysokim napięciu na prąd zmienny o niskim napięciu, ulegający następnie prostowaniu w tzw. elementach prostowniczych prostownika.

Spawarki prądu zmiennego są transformatorami spawalniczymi, najczęściej jednofazowymi. Przekształcają prąd zmienny o wysokim napięciu i niskim natężeniu, pobierany z sieci, na prąd zmienny o niskim napięciu i wysokim natężeniu, który zasila obwód spawania. Odbywa się to za pośrednictwem obwodu pierwotnego o dużej liczbie uzwojeń i obwodu wtórnego o małej liczbie uzwojeń.

Ze względu na sposób instalowania spawarki mogą być ruchome, tzn. przenośne lub przewoźne oraz stałe, umocowane na fundamentach.

Elektrody do ręcznego spawania

Elektrody stosowane do ręcznego spawania łukowego i napawania można sklasyfikować w oparciu o następujące kryteria: 1) topliwość elektrody, 2) grubość otuliny, 3) charakter otuliny, 4) przeznaczenie.

Elektrody nietopliwe ulegają minimalnemu zużyciu w czasie spawania z powodu dużej odporności na wysokie temperatury łuku. Nie stanowią tym samym źródła stopiwa potrzebnego do powstania spoiny. Są to elektrody węglowe, grafitowe i wolframowe. Elektrody wolframowe służą do spawania elektrycznego w osłonie gazów szlachetnych lub wodoru. Mają postać prętów okrągłych o długości 175 mm i średnicach od 1 do 6 mm. Elektrody nietopliwe nie posiadają otuliny, z wyjątkiem elektrod grafitowych powlekanych cienką warstwą miedzi.

Elektrody topliwe ulegają stapianiu w łuku elektrycznym dostarczają stopiwa do wykonania spoiny. Wytwarzane są z materiałów o podobnych własnościach jak materiał spawany. Są to więc elektrody stalowe, żeliwne, miedziane, aluminiowe itp. Elektrody topliwe wykonane są przeważnie jako otulone. Składają się z metalowego rdzenia i naprasowanej na nim warstewki otulającej, która częściowo spala się, a częściowo topi równocześnie z rdzeniem metalowym.

Do głównych zadań spełnianych przez otulinę elektrody w czasie spawania należy:

• poprawa warunków zajarzania i stabilizacji jarzenia łuku poprzez polepszenie stanu jonizacji gazów w obszarze łuku;

• ograniczenie utleniania i azotowania stopiwa, wywołanego dostępem powietrza atmosferycznego do obszaru łuku i powstającej spoiny;

• regulacja składu chemicznego stopiwa, którego składniki ulegają wypaleniu;

• wprowadzenie do stopiwa składników stopowych w celu polepszenia określonych własności spoiny;

• zmniejszenie szybkości krzepnięcia i chłodzenia spoiny oraz polepszenie warunków spawania - w pozycjach zwanych potocznie przymusowymi - poprzez tworzenie żużli o odpowiednich własnościach.

Elektrody cienko otulone, w których dwustronna grubość otuliny nie przekracza 20% średnicy rdzenia, są stosowane do spawania cienkich blach i mała odpowiedzialnych konstrukcji.

Elektrody średnio otulone, o dwustronnej grubości otuliny od 20 do 40% średnicy rdzenia, są stosowane do prac montażowych oraz rzadko - do wykonywania głównych spoin.

Elektrody grubo otulone, o dwustronnej grubości otuliny od 40 do 60% średnicy rdzenia, są wykorzystywane do wykonywania spoin odpowiedzialnych.

Elektrody bardzo grubo otulone, o dwustronnej grubości otuliny około 100% średnicy rdzenia, są stosowane jako elektrody wysoko wydajne

Otuliny kwaśne (A) zawierają duże ilości tlenków żelaza, tlenków manganu, krzemu i żelazomanganu lub innych składników odtleniających. Własności mechaniczne spoin wykonanych elektrodami o otulinie kwaśnej są dość dobre.

Otuliny zasadowe (B) zawierają duże ilości zasadowych węglanów wapnia, węglanów magnezu oraz fluorytu. Ochronę gazową uzyskuje się poprzez dysocjację węglanów. Własności mechaniczne, a zwłaszcza ciągliwość i plastyczność złączy wykonanych za pomocą elektrod o tej otulinie są bardzo dobre.

Otuliny rutylowe (*) zawierają duże ilości tlenku tytanu, zwanego rutylem. Ochronę gazową uzyskuje się dzięki spalaniu składników organicznych. Elektrody o tej otulinie topią się bardzo szybko i nie dają rozprysków.

Otuliny celulozowe (*) zawierają duże ilości palnych składników organicznych, głównie celulozy. Własności mechaniczne złączy wykonanych przy użyciu elektrod o tej otulinie są przeciętne.

4. Charakterystyka ręcznego spawania łukowego

Źródłem ciepła w ręcznym spawaniu elektrycznym jest łuk, który jarzy się pomiędzy metalem spawanym , wolnym końcem pręta metalowego , zwanego elektrodą , umocowanym w uchwycie trzymanym w ręku przez spawacza.

Tak zwany obwód spawania - zamknięty poprzez łuk elektryczny - tworzą dwa przewody elektryczne, z których jeden dołączony jest do uchwytu elektrody a drugi bezpośrednio lub pośrednio do materiału spawanego ; pozostałe wolne końce przewodów zamocowane są na zaciskach źródła prądu spawania.

Źródło prądu spawania zasilane jest poprzez inne przewody prądem z sieci. Ciepło jarzącego się łuku topi równocześnie koniec elektrody oraz brzegi materiału spawanego. Stopiony

metal elektrody , zwany stopiwem oraz stopiony metal materiału rodzimego mieszają się ze sobą w jeziorku ciekłego metalu, które po zakrzepnięciu tworzą spoinę łączącą oba brzegi materiału rodzimego.

5. Dobór natężenia prądu

Podczas ręcznego spawania łukowego napięcie robocze waha się w granicach od około 20 do 35 V . Napięcie zapłonu ( napięcie biegu jałowego ) w zależności od źródła prądu wynosi około 70 do 100 V. Natężenie prądu spawania zależne jest od średnicy rdzenia elektrody, grubości otuliny , przeznaczenia elektrody , metalu rodzimego , rodzaju spoiny oraz pozycji spawania. Producenci elektrod podają zalecane zakresy natężenia prądu , których należy przestrzegać. W przypadku spawania stali można dla celów jedynie orientacyjnych przyjąć 30 a na milimetr średnicy rdzenia elektrody dla elektrod o średnicy do 2,5 mm oraz 40 A/mm dla elektrod o średnicy większej rdzenia. Największe dopuszczalne natężenie prądu ograniczone jest temperatura, do jakiej zostaje nagrzana elektroda ( ciepło Joule'a ). Temperatura elektrody nie powinna przekraczać 500°C , do 600°C, gdyż w przeciwnym przypadku elektroda traci swą sztywność. Nadmierne natężenie prądu pociąga za sobą zbyt szybkie topnienie , powodujące nieprzetopienie , rozprysk i nadmierny zgar ( ubytek elektrody ) oraz porowatość spoin .

---