Spawanie gazowe przeprowadzane jest za pomocą ciepła powstałego z pLomienia acetylenowo - tlenowego.

Spoina - miejsce złączenia dwóch przedmiotów, część złącza spawanego powstała z metalu rodzimego (najczęściej z dodatkiem spoiwa), który w procesie spawania uległ stopieniu. Ze względu na wzajemne ustawienie spajanych części rozróżnia się spoiny: czołowe, brzeżne, pachwinowe, grzbietowe i otworowe.

Acetylen inaczej zwany etynem o wzorze C H otrzymuje się przez rozkład karbidu z wodą: Ca C + 2H O → Ca (OH) + C H + Q. Daje on wysoką temperaturę topnienia 3100-3200 °C. W stanie czystym bezzapachowy, bezbarwny; nie może być sprężany do ciśnienia powyżej 0,15 MPa. Zanieczyszczony acetylen może być podgrzewany tylko do temperatury 140 °C, powyżej wybucha; ma zapach czosnkowy. Etyn przechowywany jest w butli acetylenowej, która ma kolor żółty, ciśnienie w niej wynosi 15 atmosfer. Wnętrze butli wypełnione jest porowatą masą, następnie wlany jest aceton (zajmuje około 60% objętości butli) i na końcu sprężarką wtłacza się acetylen. Można go pobierać także z wytwornicy przenośnej. Powyżej 300°C acetylen ulega polimeryzacji (łączenie małych cząstek pod wpływem katalizatora, tworząc polimery). Przy zawartości 2,7 - 82% acetylenu w tlenie może dojść do wybuchu.

Tlen przechowywany jest w butlach o kolorze niebieskim i ciśnieniu 150 atmosfer.

Stanowisko do spawania gazowego składa się z : stołu zbudowanego z rur; drewna, które służy do czyszczenia nasadki; spoiwa do spawania; wody, która służy do studzenia nasadki.

Wytwornica NH1 - do niej ładuje się karbid (przechowywany w zamkniętych bębnach, o średnicy 25-50 mm) o ilości ok. 3 kg, do 2/3 wysokości szuflady (ponieważ w wyniku rozkładu powstaje wapno gaszone). Następnie otwieramy kurek zaworowy, z niego woda przepływa przez reduktor przepływu wody (ciśnienie 0,6-0,8 atmosfery). Acetylen przechodzi przez bezpiecznik do reduktora

Reduktor zbudowany jest z : manometru 1, manometru 2, śruby nastawnej (pozwala ustalić ciśnienie na wyjściu z butli), przepony (utrzymuje ciśnienie na stałym poziomie). Ma on dwa zadania: obniża ciśnienie gazu w butli do ciśnienia roboczego od 150 do 3 atmosfer, utrzymuje stałe ciśnienie gazu na wyjściu z butli.

Są dwa rodzaje reduktorów: butlowy i stanowiskowy.

Bezpiecznik wodny jest to urządzenie zabezpieczające instalację przesyłową przed przepływem nadmiernej wody.

Palnik - narzędzie, gdzie występuje wymieszanie acetylenu i tlenu. Budowa: uchwyt (trzon), zawory - regulują ilość gazów, doprowadzanych do palnika, nasadka.

Palniki dzielą się na : smoczkowe (inżektorowe) i bezsmoczkowe (równoprężne).

Palnik inżektorowy - w nim moc zmienia się przez zmianę nasadki.

Nasadka zbudowana z: dzioba, szyjki, komory mieszania, inżektora. Tlen przechodząc przez inżektor zasysa acetylen.

Płomień acetylenowo - tlenowy otrzymywany jest w wyniku spalania:

C H + 5/2 O → H O + 2C O

1 etap: C H + O → 2 C O + H

2 etap: C O + H + O → C O + H O

Składa się z: 1 strefy: jądro płomienia ( kolor niebieski); 2 strefy: stożek (redukująca - jest niewidzialna, temperatura płomienia ok. 3100°C, obecne są tlenki); 3 strefy: kita płomienia (nadmiar tlenu).

O / C H = 1,2 0

O / C H > 1,2 płomień utleniający (spawa się mosiądze)

O / C H < 1,2 płomień nawęglający (spawa się aluminium i jego stopy)

Metody spawania gazowego:

w lewo (dla elementów do 4 mm): polega na prowadzeniu palnika od strony prawej do lewej, przy pochyleniu palnika pod kątem od 60°(przy materiałach grubszych), do 10°(przy materiałach cieńszych). 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.

w prawo (dla elementów od 4-12 mm); 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)

do góry (gdy spawa się w pozycji przymusowej); 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.

Ręczne spawanie łukowe elektrodami otulonymi.

Otulina służy jako osłona łuku przed dostępem atmosfery. Wprowadza do obszaru spawania pierwiastki odtleniające, wiążące azot i rafinujące ciekły metal spoiny. Ponadto otulina służy jako regulacja składu chemicznego spoiny.

Elektrody otulone używane są w postaci prętów z drutu o średnicy 1-6 mm, pokrytych masą tworzącą otulinę. Zadaniem jej jest wytworzenie osłony gazowej, chroniącej spoinę przed dostępem powietrza oraz ułatwiającej jonizację gazów w obszarze łuku.

Ze względu na charakter otuliny, elektrody otulone dzielimy na: kwaśne EA [Można nimi spawać w pozycji podolnej, nabocznej i warunkowo w pozycjach przymusowych.], zasadowe EB [pozwalają na uzyskanie bardzo dobrych właściwości mechanicznych spoin dzięki wysokiej plastyczności stopiwa, również w niskiej temperaturze. Można nimi spawać we wszystkich pozycjach z wyjątkiem pionowej z góry w dół.], rutylowe (Ti O ) ER [to najbardziej popularne elektrody ogólnego stosowania. Ich stosowanie jest uniwersalne, łatwe, stosunkowo wydajne i pozwalają na spawanie niemal we wszystkich pozycjach z wyjątkiem pionowej z góry w dół], celulozowe EC [pozwalają na spawanie w trudnych warunkach montażowych w terenie. Można nimi spawać we wszystkich pozycjach w tym szczególnie w pozycji pionowej z góry w dół.], utleniające EU oraz na: cienko otulone - średnica drutu mniej niż 10%, średnio otulone - średnica drutu 10-40%, grubo otulone - średnica drutu powyżej 40%

Charakterystyka spawarki:

statyczna - obrazuje zależność między prądem spawania a napięciem przy wolno następujących zmianach obciążenia. Im krzywa jest bardziej stroma, tym mniejszy jest wpływ zmiany napięcia (przy zmianie długości łuku) na zmianę natężenia prądu spawania.

dynamiczna - przedstawia zależność między prądem spawania i napięciem spawania w funkcji czasu podczas nagłych zmian obciążenia. Można z niej wnioskować, czy spawarka dostatecznie szybko zajarza łuk po jego zgaśnięciu, wywołanym krótkim zwarciem. Szybkość powrotu od zwarcia do normalnych warunków powinna być mniejsza od 0,005 sekundy.

Pracę spawarki podczas spawania cechuje duża elastyczność, czyli zdolność prawie natychmiastowego zajarzenia łuku od nowa po krótkim zwarciu (zgaszenie łuku), wywołanym przejściem kropli metalu w łuku.

Spawarka ma urządzenie umożliwiające regulację natężenia prądu w pewnych granicach, stosownie od rodzaju i średnicy elektrody (20 + 6D∗D)

Rodzaje spawarek: Prądu stałego (przetwornice) składają się one z silnika prądu przemiennego oraz prądnicy prądu stałego. Daje ona prąd o natężeniu od kilkuset do kilku tysięcy amperów przy napięciu 20-70 V. Transformatorowa (prądu przemiennego) - otrzymany z sieci prąd przetwarza na prąd odpowiedni do spawania. Składa się z : rdzenia wykonanego z blach transformatorowych (ze stali krzemowej) oraz uzwojeń: pierwotnego i wtórnego. Stosunek liczby zwojów obu uzwojeń decyduje o wartości napięcia panującego na końcach uzwojenia wtórnego zależnie od napięcia na końcach uzwojenia pierwotnego. Napięcie wtórne jest mniejsze od pierwotnego. Natężenie prądu reguluje się za pomocą wsuwania i wysuwania bocznika magnetycznego Prostownikowa - składa się z transformatora obniżającego napięcie zasilania oraz właściwego urządzenia prostującego, wentylatora. Jest trójfazowa. Napięcie robocze 20-30 V, napięcie potrzebne do zajarzenia łuku 50-60 V. Wirująca - do spawania prądem stałym, przetwarza prąd zmienny lub energię mechaniczną na prąd stały. Składa się z generatora prądu spawania napędzanego silnikiem elektrycznym asynchronicznym trójfazowym z wirnikiem pierścieniowym.

Naprężenia i odkształcenia spawalnicze - do naprężeń przyczynia się nierównomierne nagrzanie i skurcz odlewniczy spoiny.

Spawalność - zdolność metalu do tworzenia złącz spawanych wykazujących właściwości zbliżone do właściwości metalu rodzimego, dzięki zastosowaniu odpowiedniej technologii spawania.

Stanowisko do ręcznego spawania łukowego elektrodami otulonymi składa się z: stołu z dwoma przewodami, młotka - do odbijania żużlu, szczypców, szczotki, tarczy spawalniczej - chroni twarz promieniowaniem podczerwonym i ultrafioletowym fartucha i rękawic skórzanych.

Cięcie plazmą (cięcie plazmowe) polega na topieniu i wyrzucaniu metalu ze szczeliny cięcia silnie skoncentrowanym plazmowym łukiem elektrycznym o dużej energii kinetycznej, jarzącym się między elektrodą nietopliwą a ciętym przedmiotem. Plazma tworzona jest za pomocą palnika do cięcia plazmą.

Powszechnie stosowanym gazem plazmotwórczym jest powietrze. W urządzeniach o dużych mocach z reguły używa się argonu, azotu, wodoru, dwutlenku węgla oraz mieszanki argon-wodór i argon-hel Strumieniem plazmy jest możliwe cięcie materiałów przewodzących prąd elektryczny - wykonanych ze stali węglowych i stopowych, aluminium i jego stopów, mosiądzu, miedzi oraz żeliwa.

Cechy użytkowe metody cięcia plazmą

Zalety: znaczne prędkości cięcia - 5 do 7 razy większe niż w wypadku cięcia tlenowo-gazowego, cięcie bez podgrzewania, szybkie przebijanie, wąska strefa wpływu cięcia, małe odkształcenia cieplne, niewielka szczelina cięcia, dobra jakość powierzchni cięcia, możliwość cięcia bez nadpalania materiałów cienkich, duży zakres grubości cięcia - od 0,5mm do 160mm, łatwa automatyzacja procesu cięcia.

Wady: duży hałas (nie dotyczy przypadku procesu cięcia pod wodą), silne promieniowanie UV, duża ilość gazów i dymów szkodliwych dla zdrowia, zmiany w strefie wpływu cięcia, trudności w utrzymaniu prostopadłości krawędzi.

Spawanie w osłonie gazów:

Cechy użytkowe metody spawania MIG/MAG

Zalety: uniwersalna metoda - można spawać różne metale i ich stopy we wszystkich pozycjach; wysoka wydajność spawania - znacznie wyższa niż elektrodami otulonymi; relatywnie niski koszt materiałów spawalniczych - łączne koszty niższe o około 20% od kosztów spawania elektrodami otulonymi; dobra jakość spoin; możliwość zmechanizowania i zautomatyzowania metody.

Wady: jakość spoin w dużym stopniu zależna od umiejętności spawacza; relatywnie wysokie koszty zakupu urządzeń i wyposażenia,

spawanie MAG cechuje większa skłonność do powstawania przyklejeń i porowatości spoin.

Metoda MIG (Metal Inert Gas) Jest to spawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonie gazu obojętnego (argon, hel, argon+hel). Metoda ta jest stosowana do spawania i napawania we wszystkich pozycjach w sposób automatyczny lub półautomatyczny.

Zastosowanie: do spawania aluminium, magnezu, miedzi i innych metali nieżelaznych i ich stopów.

Spawanie półautomatem (migomatem) jest stosowane nieomal we wszystkich gałęziach przemysłu spawalniczego, m. in. przemysł ciężki oraz maszynowy obejmujący stocznie, wytwarzanie konstrukcji stalowych, rurociągów, zbiorników ciśnieniowych, jak również branże remontowe oraz konserwacyjne. Półautomaty spawalnicze są powszechnie stosowane w przemyśle obróbki blach cienkich, szczególnie w branży samochodowej, nadwozi oraz przemyśle drobnym. Migomaty są również często stosowane do prac hobbistycznych lub domowych.

Metoda MAG (Metal Active Gas) -Jest to spawanie łukowe w osłonie gazu aktywnego chemicznie (CO₂, CO₂ + gaz obojętny).

Charakterystyka - Oba procesy charakteryzują się dużą wydajnością i głębokością wtopienia. Stapiająca się elektroda, przy spawaniu podłączona do bieguna dodatniego źródła prądu stałego ma formę drutu litego o przekroju kołowym lub tzw. Drutu rdzeniowego, który ma formę rurki, wewnątrz której znajduje się topnik pełniący funkcję podobną jak otulina elektrody do spawania ręcznego. Drut elektrodowy jest najczęściej o średnicy 0,8; 1,0; 1,2; 1,6 mm, odwijany jest ze szpulki i podawany ze stałą szybkością przez tulejkę kontaktową dyszy do miejsca spawania.

W łuku elektrycznym drut stapia się z szybkością równą szybkości jego posuwu. Gaz wypływający z dyszy osłania łuk oraz jeziorko spawalnicze przed szkodliwym działaniem tlenu i azotu z powietrza. Źródłem prądu spawania jest prostownik dający sztywną charakterystykę statyczną (napięcie niezależne od prądu), która wykorzystywana jest do zjawiska samoregulacji długości łuku. Przy zwiększeniu szybkości podawania drutu elektrodowego długość łuku zmniejsza się, zwiększone natężenie prądu wzrost szybkości stapiania elektrody.

Metal z roztopionej elektrody może przechodzić do jeziorka spawalniczego w różny sposób: kroplowy, strumieniowy, mieszany

Reakcje chemiczne: CO₂ w wysokiej temperaturze ulega rozkładowi:

CO₂ CO₂ + O

Tlen łączy się z żelazem:

2Fe + O₂ + 2FeO

Gazy (CO i CO₂) rozpuszczają się w ciekłym metalu i mogą powodować porowatość spoin. Można jednakże przeciwdziałać skutkom utleniania żelaza, stosując odtleniacze, reduktory. Najprostszym stosowanym sposobem jest dodanie odlteniaczy Mn, Si, Al., Ti do drutu elektrodowego.

Reakcja odtleniania:

FeO + Mn MnO + Fe

2Fe + Si SiO₂ + 2Fe

MnO i SiO₂ są niemetalami, lżejszymi od Fe i wpływają na powierzchnię ciekłej stali tworząc żużel.

Zastosowanie MAG ma zastosowanie głównie do stali węglowych i niskostopowych. MIG ma zastosowanie w do spawania stali średniostopowych i stopowych.

Metoda TIG (Tungsten Inert Gas) - charakterystyka i zastosowanie - polega na wytwarzaniu łuku elektrycznego za pomocą nietopliwej elektrody wolframowej w osłonie gazu obojętnego.

Łuk spawalniczy występujący między nietopliwą elektrodą a materiałem spawanym topi powierzchnię materiału. W spawaniu TIG nie jest konieczne stosowanie materiału dodatkowego. Elementy spawane można łączyć przez przetopienie rowka spawalniczego. Jeżeli jednak stosowany jest materiał dodatkowy, jest on wprowadzany do jeziorka w sposób ręczny, a nie za pomocą uchwytu spawalniczego tak jak w metodzie MIG/MAG. Spoiwo zwykle jest dostępne w postaci drutu (pręta) o długości 1m i odpowiednio dobranej średnicy.

Proces spawania TIG odbywa się w otoczeniu gazu ochronnego chemicznie obojętnego, najczęściej argonu lub helu, wypływającego z dyszy uchwytu elektrodowego. Gaz osłonowy chroni spoinę i elektrodę przed utlenieniem, ale nie ma wpływu na proces metalurgiczny.

Blachy o grubości do 5mm spawa się jednościegowo. Trwałość elektrody jest tym wyższa im czystsza chemicznie jest elektroda. Jednak dodatki ThO₂ lub CO₂ wpływają na łatwiejsze zajarzenie łuku i jego stabilność oraz pozwalają wyeliminować wędrowania łuku.

W TIG stosuje się źródła prądu stałego i przemiennego co uzależnione jest od rodzaju spawanego materiału. Tylko stopy aluminium spawa się przy wykorzystaniu źródeł prądu stałego i ujemnej biegunowości. Podczas spawania TIG prądem przemiennym występuje zjawisko prostowania prądu. Ważne jest by w czasie zajarzenia łuku nie zmieniać elektrody wolframowej z materiałem spawanym. Prowadzi to do ukruszenia elektrody lub wytworzenie związków wolframu ze spawanym materiałem. Celem uniknięcia zwierania elektrody wolframowej z łączonymi metalami stosuje się oscylatory lub jonizatory umożliwiające zjonizowanie gazu między elektrodą, a przedmiotem spawanym (na odległości ok.. 4-5 mm).

Zastosowanie: Metoda TIG umożliwia uzyskanie spoiny niezwykle czystej i wysokiej jakości. W procesie nie powstaje żużel, co eliminuje ryzyko zanieczyszczenia spoiny jego wtrąceniami a gotowa spoina praktycznie nie wymaga żadnego czyszczenia. Metoda TIG jest najczęściej stosowana do spawania stali nierdzewnych i innych stali wysokostopowych oraz takich materiałów jak aluminium, miedź, tytan, nikiel i ich stopów.

Spawanie TIG jest wykorzystywane między innymi do spawania rur i rurociągów oraz cienkich blach. Jest stosowane w różnych gałęziach przemysłu, m. in. spożywczym, chemicznym, samochodowym, lotnictwie.

---