SPAWANIE ELEKTRYCZNE, Spawanie


II rok Inżynieria Mechaniczna

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

w Nowym Sączu - Instytut Techniczny

Opracowali:

Dawid Łukasik

Krzysztof Kuliś

SPAWANIE ELEKTRYCZNE

Połączenie spawane jest połączeniem materiałów powstałym przez ich miejscowe stopienie. Używa się go do łączenia metali (głównie stali) oraz do tworzyw sztucznych. Przy spawaniu niekiedy dodaje się spoiwa (dodatkowego materiału stapiającego się wraz materiałem elementów spawanych) aby polepszyć właściwości spoiny.

Najczęściej spotykanymi metodami spawania są:

Istnieją także rzadziej spotykane metody spawania, takie jak: spawanie w osłonach gazów szlachetnych (w celu uniknięcia utleniania spoiny), spawanie laserowe, spawanie elektronowe itp.

Podział metod spawanie elektrycznego:

SPAWANIE ELEKTRYCZNE

  • SPAWANIE

ŁUKOWE

  • SPAWANIE ELEKTRONOWE

  • SPAWANIE LASEROWE

  • SPAWANIE ELEKTROŻUŻLOWE

Spawanie łukowe jest najczęściej stosowane, polega na wytworzeniu łuku elektrycznego, między elektrodą spawalniczą, a materiałem spawanym lub miedzy dwoma elektrodami. Pod wpływem wydzielającego się ciepła stapiają się brzegi łączonych przedmiotów.

Dzięki znacznej koncentracji energii cieplnej w łuku elektrycznym spawanie łukowe należy do najbardziej wydajnych metod łączenia metali.

Łuk elektryczny jest formą wyładowań samoistnych towarzyszących przepływowi prądu przez zjonizowany gaz. W zjonizowanym gazie pojawiają się naładowane cząstki, które pod wpływem przyłożonego napięcia zdolne są do przenoszenia ładunków elektrycznych.

Proces jonizacji jest zwykle wywołany oddziaływaniem na cząsteczki bądź atomy znajdujące się w przestrzeni międzyelektrodowej określonych czynników zewnętrznych. Czynnikami zewnętrznymi wywołującymi jonizację są przede wszystkim :

W chwili krótkotrwałego zwarcia (w momencie zajarzenia łuku) w miejscu styku elektrody z materiałem płynie prąd o dużym natężeniu powodując zgodnie z prawem Joula - Lenza silne nagrzanie końca elektrody. Nagrzana katoda - którą może być zarówno elektroda, jak i materiał spawany - emituje elektrony, przy czym gęstość strumienia elektronów, a ściślej gęstość płynącego prądu.

0x01 graphic
Wielkość emitowanego prądu zależy w głównej mierze od stopnia nagrzania końca elektrody. W czasie zwarcia prądu nagrzewa się również gaz otaczający najbliższą przestrzeń. Rośnie więc energia cząstek, co sprzyja procesowi termojonizacji. Pełny proces jonizacji zajdzie, gdy energia cząstek osiągnie wartość jonizacji; a więc przy spełnieniu zależności:

0x01 graphic

T- temperatura gazu

k- stała Boltzmanna

e- ładunek elektronu

Uj- potencjal jonizacji jednokrotnej pierwiastka

0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
U

0x08 graphic
[V]

0x08 graphic

0x08 graphic
A

0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic
a b c I [A]

Charakterystyka statyczna źródła prądu i łuku: A- punkt ustalonego jarzenia się łuku; a- zakres małej gęstości prądu w łuku spawalniczym, b- zakres średniej gęstości prądu łuku, c- zakres dużej gęstości prądu w łuku spawalniczym

W łuku spawalniczym można wyodrębnić pięć charakterystycznych stref:

Plamkę katodową; jest to część elektrody, z powierzchni której emitowane są elektrony. W przypadku spawania elektrodami otulonymi plamka katodowa pokrywa cały koniec drutu,

Największe napięcie potrzebne jest w chwili zajarzenia łuku i wynosi ok. 40 ÷ 70 [V] dla prądu stałego i 50 ÷ 90 [V] dla prądu zmiennego. W miarę wzrostu stopnia jonizacji przestrzeni łukowej napięcie wymagane do utrzymania łuku spada i waha się 0d 20 do 35 woltów.

Na wielkość temperatury łuku wpływa natężenie prądu spawania oraz rodzaj użytych elektrod. Temperatura łuku nie jest jednakowa na całej jego długości. Ponadto w przypadku spawania prądem stałym występują różnice w wielkości temperatury na anodzie i katodzie.

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
6000 T[oC] 3500 4500 2500 3500

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

Rozkład temperatury w przestrzeni łukowej

Wyższa temperatura anody wynika miedzy innymi ze strat energii katody związanych z ciągła emisją elektronów, przy równoczesnym oddaniu energii przez elektrony na anodzie. W przypadku spawania elektrodami grubootulonymi wydajność cieplna łuku rośnie wraz ze wzrostem wartości natężenia prądu i szybkości spawania. Wydajność cieplna zależy także do rodzaju otuliny; jest wyższa od elektrod z otuliną kwaśną niż dla elektrod zasadowych.

Specyficzne właściwości łuku spawalniczego (częste zwarcia obwodu spawani, przeciążenia prądowe itp.) wymagają stosowania odpowiednich źródeł prądu. Źródła prądu używane w spawalnictwie powinny mieć taką charakterystykę, aby były zdolne do wytworzenia i utrzymania procesu jarzenia się łuku w sposób stabilny. W spawalnictwie stosowane są następujące źródła prądu:

SPAWANIE MIG

Spawanie łukowe w osłonie gazów obojętnych (MIG - Metal Insert Gas), stosowana jest do spawania metali nieżelaznych i ich stopów. Jako gazów osłonowych używa się argonu i helu. Zarówno argon i hel są gazami obojętnymi. Spawanie tą metodą znalazło praktyczne zastosowanie w przypadku aluminium i jego stopów oraz miedzi. Dokładna osłona łuku jarzącego się między elektrodą topliwą a spawanym materiałem zapewnia, że spoina formowana jest w bardzo korzystnych warunkach. Elektroda topliwa w postaci drutu pełnego, zwykle o średnicy od 0,5¸4,0 mm, podawana jest w sposób ciągły przez specjalny system podający, z prędkością w zakresie od 2,5¸50 m/min. Palnik chłodzony może być wodą lub powietrzem.

0x01 graphic

Schemat spawania metodą MIG

SPAWANIE MAG

Spawanie w osłonie dwutlenku węgla - MAG (Metal Active Gas), przebiega podobnie jak spawanie MIG z tą różnicą, że stosowany jako gaz osłonowy dwutlenek węgla oddziałuje nie tylko fizycznie, ale i chemicznie na przebieg i wynik spawania. Prócz dwutlenku węgla do osłony łuku stosuje się mieszanki gazowe, w skład których wchodzą w różnych kombinacjach i proporcjach gazy obojętne: argon i hel oraz gazy aktywne: dwutlenek węgla, tlen wodór i azot. Spoiny wykonane w osłonie mieszanek gazowych wykazują zwykle wyższe własności niż spoiny wykonane w jednoskładnikowych gazach.

SPAWANIE TIG

Spawanie elektrodą nietopliwą w osłonie gazów obojętnych - spawanie metoda TIG (Tungsten Insert Gas) - przypomina spawanie gazowe. Łuk jarzy się pomiędzy nietopliwą elektrodą a przedmiotem spawanym. Proces ten odbywa się w osłonie gazu obojętnego wypływającego z dyszy gazowej palnika.

0x01 graphic

Schemat spawania metodą TIG

Spawanie TIG może odbywać się z prądem zwykłym lub pulsującym. Prąd pulsujący stosowany jest w celu ograniczenia ilości ciepła wprowadzanego podczas spawania np.: w przypadku spawania cienkich blach lub materiałów wrażliwych na przegrzanie. Do spawania metodą TIG stosuje się prąd stały i zmienny, przy czym prąd stały jest do spawania stali, zaś prąd zmienny głównie do spawania aluminium. Podstawowymi parametrami spawania TIG są : natężenie prądu, średnica elektrody, średnica drutu, rodzaj i wydatek gazu osłonowego, prędkość spawania, a w przypadku spawania prądem pulsacyjnym: czas i amplituda impulsu oraz czas przerw. Zakres stosowanych wartości natężeń prądu wynosi 50÷650 A. Prędkość spawania wynosi od 2,5 do 25 m/h.

SPAWANIE ELEKTROŻUŻLOWE

Spawanie elektrożużlowe nie należy do tych metod spawania elektrycznego, w których źródłem ciepła potrzebnego do stopienia brzegów łączonych elementów jest łuk elektryczny. W przypadku spawania elektrożużlowego łuk zajarzany jest na samym początku procesu i jest potrzebny by stopić odpowiednią ilość topnika. Z chwilą gdy warstwa ciekłego topnika osiągnie odpowiednią grubość, łuk ten ulega wygaszeniu, a ciepło potrzebne do spawania jest wytwarzane podczas przepływu prądu przez warstwę ciekłego (i przez to przewodzącego prąd) żużla. Ciekły żużel topi krawędzie łączonych elementów oraz materiał dodatkowy. Sam proces spawania jest prosty, problem natomiast stanowi kłopotliwa instalacja automatu, a zwłaszcza nakładek, które nie tylko zabezpieczają stopiwo przed wyciekiem, ale także biorą udział w formowaniu spoiny.

SPAWANIE LASEROWE

Spawanie laserowe jest metodą łączenia materiałów, w której źródłem ciepła jest energia cieplna skoncentrowanej, monochromatycznej wiązki światła spójnego o znacznej gęstości mocy. Wiązka ta jest wytwarzana przez urządzenie zwane laserem.

Promieniowanie laserowe charakteryzuje się bardzo dużą równoległością wiązki oraz prawie zupełnym brakiem rozproszenia. Powstanie promieniowania laserowego związane jest z wymuszanym wzmacnianiem promieniowania elektromagnetycznego, zachodzącym w układach atomów lub jonów znajdujących się w stanie inwersji (odwrócenia) obsadzeń poziomów energetycznych. Na efektywność spawania laserowego wpływa wysoki współczynnik odbicia od powierzchni spawanego przedmiotu. W praktyce stosuje się dwie metody spawania laserowego:

SPAWANIE WIĄZKĄ ELEKTRONÓW

Spawanie wiązką elektronów polega na wytworzeniu w spawanym materiale ciepła w wyniku bezpośredniej zamiany energii kinetycznej strumienia tych elektronów. Elektrony wyemitowane przez katodę wyrzutni i uformowane w wiązkę o określonym kształcie i wymiarach przez układ soczewek magnetycznych i cewek doznają pod wpływem pola elektrycznego przyspieszenia, osiągając bardzo dużą prędkość. Skierowane na powierzchnię spawanego przedmiotu rozpędzone elektrony w chwili zderzenia przekazują swoją energię kinetyczną bezpośrednio materiałowi, w wyniku czego następuje nagrzanie i stopienie łączonych części.

Informacje zaczerpnięte z:

http://pl.wikpedia.org

www.spawalnictwo.com

www.is.gliwice.pl

Techniki wytwarzania. Tom III. Wybrane zagadnienia ze spawalnictwa. Wojciech Wojciechowski. Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Kraków 1999 rok.

Źródło prądu

Łuk



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Spawanie i napawanie elektrodami otulonymi
Spawanie elektronowe (2)
Scharakteryzuj wykonanie prac spawania elektrycznego i gazowego
instrukcja spawanie elektryczne
Spawanie elektryczne, Technologie bezwiórowe
spawanie łukiem elektrycznym
Zestaw do nauki spawania elektryczne
Ręczna spawanie łukowe elektrodami otulonymi, studia, studia Politechnika Poznańska - BMiZ - Mechatr
Spawanie, Instrukcje w wersji elektronicznej
03Sprawozdanie Spawanie łukiem krytym i łukową elektrodą otuloną
spawanie elektrodami otulonymi
3 Spawanie elektryczne łukowe MMA (111)
Spawanie elektryczne łukiem krytym i elektrodą otuloną
i1 Spawanie łukiem elektrycznym, BHP, Instrukcje-Jednostronicowe
Spawanie elektryczne i spawanie gazowe, Spawalnictwo
Kopia spawanie elektr
Kopia Spawanie elektryczne

więcej podobnych podstron