SPAWANIE ŁUKOWE ELEKTRODAMI OTULONYMI
WIADOMOŚCI TEORETYCZNE:
Źródłem ciepła przy ręcznym spalaniu jest łuk elektryczny jarzący się pomiędzy metalem rodzimym a elektrodą otuloną. Do zasilania stosuje się źródło prądu stałego i przemiennego (spawarki) o odpowiedniej charakterystyce i parametrach. Doboru odpowiedniej spawarki dokonuje się zależnie od :
istnienia sieci energetycznej do zasilania urządzeń,
żądanej mocy spawarki,
warunków pracy urządzeń spawalniczych,
wymagań technologicznych,
opłacalności zastosowania danego urządzenia.
Proces ręcznego spawania łukowego rozpoczyna się w momencie zajarzenia łuku, który zajarza się przez potarcie końcem elektrody o spawany przedmiot lub przez dotknięcie. Najkorzystniej zajarza się łuk przez lekkie dotknięcie powierzchni spawanego metalu elektrodą, a następnie szybkie jej uniesienie na wysokość 3-5mm (mniej więcej równą średnicy rdzenia elektrody). Spawać należy możliwie krótkim łukiem przy czym normalna długość łuku wynosi 0,5 -1,1d i zależy od gatunku elektrody. Zbyt ługi łatwo gaśnie, a wykonana spoina posiada gorsze własności mechaniczne oraz straty wywołane rozpryskiem elektrody szybko wzrastają ze wzrostem długości łuku. Aby łuk elektryczny mógł się jarzyć między elektrodą a metalem spawanym, źródła prądu spawania muszą mieć odpowiednie napięcie, zwane napięciem zapłonu łuku, które wynosi dla prądu stałego około 40 - 50V, a dla prądu przemiennego ok. 50 -90V.
Rozkład temperatury w łuku elektrycznym jest nierównomierny. W warunkach spawania prądem stałym o średnim natężeniu rozkładu temperatur w przestrzeni łuku jest następujący:
- temperatura katody ok.2373 K
- temperatura anody ok.2873 K
- temperatura słupa łuku ok.5273 K
Przy spawaniu prądem przemiennym rozkład temperatur na obu biegunach kształtuje się na poziomie temperatury przeciętnej i wynosi ok. 2373 - 2573 K
W warunkach normalnych (bez wpływów ubocznych) łuk elektryczny dąży do zachowania kierunku zgodnego z osią elektrody, niezależnie od tego, czy oś elektrody jest ustawiona pionowo, czy też jest pochylona względem przedmiotu. Przy spawaniu prądem stałym w pewnych warunkach następuje tzw. ugięcie łuku od osi elektrody zakłócające i utrudniające proces spawania. W procesie ręcznego spawania łukowego utrzymanie elektrody w stałej odległości od metalu spawanego jest niemożliwe. Na skutek drgania ręki spawacza i ciągłego stapiania się elektrody odległość między metalem i elektrodą wykazuje pewne wahania. Łuk elektryczny powinien mieć pewną elastyczność, tj. zdolność wydłużania się. Elektrody węglowe i goły drut (nieotulony) mają bardzo małą elastyczność łuku. Elektrody otulone elastyczność łuku zawdzięczają dzięki następującym czynnikom:
im większe jest napięcie biegu jałowego, tym większa jest elastyczność łuku,
ze wzrostem natężenia prądu wzrasta elastyczność łuku,
elastyczność łuku zależy od grubości otuliny i jej składników jonizujących,
ze wzrostem przewodności cieplnej i elektrycznej materiału spawanego elastyczność łuku maleje.
Ciepło łuku elektrycznego topi powierzchnię metalu na głębokość zwaną wtopem. Nie wszystkie ciepło wytworzone w łuku zostaje zużyte na stopienie metalu, bowiem pewna jego ilość nagrzewa metal w strefie spoiny, część topi żużel, część zostaje wypromieniowana. Bezpośrednio pod elektrodą tworzy się jeziorko ciekłego metalu, którego powierzchnię pokrywa ciekły żużel chroniący spoinę przed dostępem powietrza. W końcowej fazie stygnięcia, żużel tworzy na powierzchni spoiny skorupę, usuwaną zwykle przy pomocy drucianej szczotki i młotka.
Przystępując do ręcznego spawania łukowego należy dobrać odpowiednią elektrodę. O rodzaju elektrody można dowiedzieć się z oznaczenia znajdującego się na opakowaniu elektrody lub z barwy rozpoznawczej elektrody.
Złącze spawane określone jako połączenie składa się z materiału rodzimego podlegającego łączeniu i spoiny. Spoina stanowi zakrzepły po uprzednim roztopieniu metal, łączący elementy spajane. W praktyce rozróżniamy spoiny czołowe, pachwinowe i otworowe.
Natężenie prądu dobiera się w zależności od średnicy i rodzaju elektrody, wymiarów materiału spawanego, rodzaju spoiny, pozycji spoiny, rodzaju wykonywanego złącza a także temperatury spawanego materiału. Orientacyjnie dla elektrod o średnicy do 2mm przyjmuje się 25 -30A na jeden mm średnicy elektrody, dla elektrod 2 - 4mm 30-40A, a dla elektrod w zakresie średnic 4 - 6mm 40 -60A. Prawidłowo dobrane natężenie zapewnia uzyskanie poprawnego przetopu i dobrą jakość złącza spawanego, przy czym spoina ma normalny odlew, równomierną szerokość na całej swej długości, a także łagodne przejście do materiału rodzimego. Przy zbyt małym natężeniu prądu głębokość wtopu jest zbyt mała, a nadlew niewspółmiernie duży, spoina urywa się i nie ma równomiernej szerokości. Również może nastąpić całkowite niestopienie metalu z materiałem dodatkowym. Natomiast przy nadmiernym natężeniu prądu spoina jest niska a lico wyraźnie szerokie i nierównomiernie rozlane. Zbyt dużemu natężeniu towarzyszy nadmierny rozprysk widoczny po obu stronach spoiny, przy czym wskutek nadmiernej ilości ciepła może nastąpić przegrzanie a nawet przepalanie stopiwa. Poza tym przy dużym natężeniu prądu bardzo silnie nagrzewa się elektroda , otulina zamiast topić się odpada kawałkami, rosną straty na rozprysk metalu i ugar. Spoina musi być stopiona z brzegami spawanego materiału rodzimego na całej jego długości.
Warunkiem prawidłowego wykonania złącza o dobrych własnościach przy spawaniu w różnych pozycjach jest nie tylko właściwy dobór natężenia prądu, ale również stosowania odpowiedniej techniki spawania. Przez technikę spawania rozumiemy odpowiedni sposób prowadzenia elektrody w miarę narastania spoiny względem spawanego metalu. Występująca różnorodność spoin, złączy i pozycji spawanych stała się powodem opracowania i stosowania różnych wariantów technicznych stosowania spoin.
PRZEBIEG ĆWICZENIA:
Ćwiczenie polegało na wyznaczeniu podstawowych wielkości charakteryzujących proces spawania.
Do ćwiczenia użyliśmy elektrody rutylowej ER 1.46.1 oraz płytki stalowej. Elektroda rutylowa ER.1.46.1 (średniootulona elektroda przeznaczona do spawania konstrukcji stalowych narażonych na obciążenia statyczne i dynamiczne zalecana do prac montażowych. Używana do spawania wszystkich rodzajów pozycji spawania, prąd spawania zmienny lub stały, biegunowość plus - na elektrodę).
WYNIKI:
-spawanie
masa próbki przed spawaniem 700 g,
masa elektrody 55,6 g,
dł. elektrody 450 mm
średnica elektrody φ4 mm,
natężenie prądu spawania 150 A,
czas spawania 128s,
ogarek 0,05 g
dł. ogarka 50 mm
masa elektrody po spawaniu 5 g,
masa próbki po spawaniu 740 g,
masa stopionego rdzenia na dł. 450mm 55.73g
Uzysk elektrody: % = 88.84 %
Uzysk stopiwa:
Stała stapiania:
Wydajność:
Zużycie elektrod: 25
gdzie: Qs - uzysk stopiwa
Qe - masa elektrody
Qr - masa stopionego rdzenia elektrody,
A - natężenie prądu spawania,
t - czas spawania,
SPAWANIE GAZOWE
ISTOTA SPAWANIA:
Proces spawania płomieniem gazowym polega na łączeniu metali za pomocą ciepła otrzymywanego przez spalanie gazu palnego w atmosferze tlenu. Gazem palnym jest najczęściej acetylen. Obecnie spawanie gazowe ogranicza się do produkcji jednostkowej, przeważnie do łączenia ze sobą cienkich blach, prac montażowych w budowie rurociągów, spawania żeliwa na gorąco, w remontach maszyn.
Acetylen spala się w temperaturze tlenu po uprzednim zmieszaniu tych gazów w palniku do których doprowadzane są wężami gumowymi. Do orzynania płomienia acetylenowo - tlenowego konieczne jest spalanie równych objętości tlenu i acetylenu. W płomieniu acetylenowo - tlenowym można określić trzy strefy:
strefa najbliższa tuż przy dziobie panika, w postaci małego ostro świecącego stożka zwana jądrem,
strefa środkowa, bezbarwna i słabo zauważalna, zwana strefą redukcyjną,
strefa najodleglejsza, największa i słabo zauważalna zwana kitą,
PODSTAWOWE SPOSOBY SPAWANIA:
Zależnie od kierunku przesuwania palnika i równocześnie spoiwa względem wykonanej spoiny rozróżnia się trzy metody spawania: w lewo, w prawo, w górę.
Metoda spawania w lewo stosowana jest najlepiej do spajania blach o grubości do 4mm. Płomień palnika zwrócony jest do kierunku posuwu a koniec drutu elektrodowego w kierunku przeciwnym. W tej metodzie dysza płomienia palnika może być odchylona od pionu względem spawanych blach pod kontem zmieniającym się od 45° do 60°. W takim położeniu dyszy płomień skierowany jest na materiał rodzimy, który ma być spawany, a dysza palnika znajduje się między topionym końcem spoiwa i odcinkiem wykonanej spoiny. Płomień na końcu dyszy powinien być tak prowadzony, by redukująca część płomienia obejmowała rowek zakusowania i grubość blachy na wskroś. Koniec drutu elektrodowego topi się w strefie redukcyjnej płomienia a krople ciekłego metalu spływają z końca spoiny do jeziorka płynnego metalu formując spoinę od strony prawej do lewej. Cechuje się małą wydajnością i dużym zużyciem gazu.
Metoda spawania w prawo charakteryzuje się tym, że płomień zwrócony jest w kierunku przeciwnym do kierunku spawania i nachylony do spoiny pod kątem (45 - 70°). Dziób palnika i drut elektrodowy znajdują się w płaszczyźnie symetrii przechodzącej przez oś spoiny, przy czym drut elektrodowy zwrócony jest w kierunku posuwu i pochylony względem spoiny pod kątem 45°. Koniec pałeczki spoiwa zanurzony jest w jeziorku ciekłego metalu i wykonuje drobne ruch półkoliste poprzeczne do kierunku posuwu. Spoina wzrasta od strony lewej do prawej. Spawanie to jest stosowane do połączeń blachy o grubości powyżej 4mm. Metoda ta jest wydajniejsza od spawania w lewo i zapewnia lepsze własności spoiny. Wadą jest trudność uzyskania estetycznego wyglądu lica.
Metoda pionowego spawania w górę polega na układaniu spoiny w kierunku pionowym od dołu w górę. Płomień zwrócony jest w kierunku posuwu pod kątem 60° od powierzchni blachy. Drut elektrodowy zwrócony w kierunku przeciwnym do kierunku spawania i pochylony pod kątem 70 -80° do powierzchni złącza. Palnik prowadzi się ruchem prostoliniowym, a drutem elektrodowym wykonuje się niewielkie ruchy poprzeczne. Koniec pałeczki spoiwa topi się w strefie redukującej płomienia dając płynny metal układany za pomocą małych poprzecznych ruchów cienkimi warstwami w szczelinie pionowej pomiędzy łączonymi krawędziami blach przy równoczesnym ich topieniu. Płomień i jeziorko płynnego metalu obejmują całą grubość blachy tworząc spoinę równocześnie po obu jej stronach. Metoda ta może być stosowana jako jednostronna bez ukosowania (blach o grubości 2 - 6mm) i z ukosowaniem ( blachy o grubości 7 - 10mm) oraz jako dwustronna ( wykonywana przez dwóch spawaczy dwoma palnikami równocześnie) do spajania blach nieukosowanych (grubości 3 -10mm) i ukosowanych (grubości 3 -10mm).
SPOSÓB OTRZYMYWANIA ACETYLENU W WYTWORNICACH:
Acetylen otrzymuje się w drodze egzotermicznej reakcji chemicznej karbidu z wodą:
CaC2 + H2O = Ca(OH)2 + C2H2 +ciepło
Proces ten przebiega w wytwornicach, których zasada działania jest podobna, a kryterium, które je różni to np: w jaki sposób uzyskuje się reakcję wody z karbidem, najwyższe dopuszczalne ciśnienie czy sposób ustawienia.
Działanie wytwornicy ENHA - 2, dopływowej wysokiego ciśnienia:
Woda ze zbiornika głównego (1) przepływa przez automatyczny regulator (2) i kurek zalewowy (4) do komory reakcyjnej (5) i zalewa karbid znajdujący się w szufladzie(6). Acetylen przepływa przewodem (7) do zbiornika (8) w którym ciśnienie jest mierzone manometrem (13) Acetylen będący pod ciśnieniem przepływa przewodem (9) do wodnego bezpiecznika przeciwzwrotnego (10) i reduktora (11), który utrzymuje stałe ciśnienie robocze. W przypadku nadmiernego wzrostu ciśnienia w wytwornicy gaz zostaje wypuszczony w atmosferę za pomocą zaworu bezpieczeństwa (12). Woda w głównym zbiorniku zostaje uzupełniona ze zbiornika wody zapasowej (14).
URZĄDZENIA ZABEZPIECZAJĄCE PRZED COFANIEM SIĘ PŁOMIENIA ACETYLENOWO - TLENOWEGO
Wszystkie wytwornice acetylenu przeznaczone do celów spawalniczych muszą być wyposażone w bezpieczniki wodne. Bezpiecznik wodny spełnia bardzo ważne zadanie, ponieważ zapobiega cofnięciu się płomienia lub mieszanki acetylenowo - tlenowej do wytwornicy. Najczęściej przyczyną cofania się płomienia jest zanieczyszczenie dzioba palnika lub jego nadmierne nagrzewanie się.
Bezpieczniki wodne dzielimy na centralne i sieciowe w zależności od tego czy obsługują wytwornicę centralną czy też poszczególne stanowiska sieci acetylenowej. Dzielimy je także na niskiego i wysokiego ciśnienia.
PARAMETRY CIĘCIA I SPAWANIA DLA MATERIAŁU O GRUBOŚCI G=14MM
Spawanie
metoda w górę na X, 2 palnik
spoin Y
średnica drutu elektrodowego 5mm
nr palnika 16
kąt nachylenia palnika 30-50°
kąt nachylenia drutu 45°
zużycie acetylenu 1300 l/h
zużycie tlenu 1300 l/h
Cięcie
nr dyszy 1
ciśnienie acetylen> 490Pa
ciśnienie tlenu >0.15MPa
zużycie acetylenu ok. 0.60m3/h
zużycie tlenu ok. 2.3m3/h
prędkość cięcia 17 m/h
odległość czoła dyszy od powierzchni przedmiotu 3mm
SPAWANIA ELEKTRODĄ NIETOPLIWĄ W ATMOSFERZE GAZU OCHRONNEGO
WIADOMOŚCI TEORETYCZNE:
Spawanie w osłonach gazów obojętnych.
W atmosferze gazów obojętnych można spawać W atmosferze gazów obojętnych można spawać elektrodą nietopliwą TIG (tungsten - inert -gas) i elektrodą topliwą MIG (metal - inert -gas). Atmosfera argonu lub helu podwyższa temperaturę łuku i osłania topiony metal przed dostępem tlenu i azotu z powietrza; tlenki znajdujące się na powierzchni metalu ulegają rozpylaniu przez jonizowany gaz ochronny. Dzięki temu metale i stopy nieżelazne niespawalne łukiem, elektrodą otuloną a tylko z trudnością spawalne palnikiem i to przy użyciu topników można spawać w atmosferze z gazów szlachetnych bez udziału topników używając gołego drutu jako spoiwa. Do tych metali należy aluminium i jego stopy, stale nierdzewne kwaso- i żaroodporne oraz inne stale stopowe, magnez i jego stopy, miedź i jej stopy.
Spawanie elektrodą nietopliwą w atmosferze gazów ochronnych jest podobne do spawania gazowego. Odbywa się bez dodawania spoiwa (cieńsze elementy) lub z jego dodawaniem (topiony w łuku jednocześnie z metalem rodzimym. Pałeczkę spoiwa należy wprowadzić w obszar łuku pod możliwie jak najmniejszym kątem do powierzchni spawanego materiału 10 -15°. Pałeczkę podaje się ruchami prostymi - ruchy poprzeczne są niedopuszczalne. Koniec pałeczki powinien stale znajdować się w strefie ochronnej gazu, bowiem nagrzana do wysokiej temperatury pałeczka szybko się utlenia. Utleniona pałeczka wprowadza do jeziorka tlenki metali. W łuku elektrycznym koniec pałeczki rozpala się, a ciekły metal wypychany przez łuk przechodzi do jeziorka. Dzięki sile wypychającej łuku można spawać w pozycjach przymusowych. Do spawania elektrodą nietopliwą stosuje się jako gazy ochronne argon lub hel. Argon jest cięższy od powietrza natomiast hel lżejszy. Właściwości te uwzględnia się przy projektowaniu technologii spawania. Argon dostarczany jest w butlach stalowych pod ciśnieniem 15,0 MPa. Zarówno argon jak i hel nie łączą się chemicznie z żadnym metalem. Argon ma mniejszy potencjał jonizujący. Wadą argonu jest to, że łuk elektryczny w atmosferze tego gazu ma dwa razy mniejszą energię cieplną niż łuk elektryczny helu. Prędkość spawania przy użyciu helu jest większa szczególnie przy spawaniu grubych elementów. Wymagana czystość argonu zależy od rodzaju spawanego metalu:
do spawania stali stopowych 98%
do spawania aluminium, magnezu, miedzi i ich stopów 99,9%
do spawania stali kwasoodpornych austenitycznych do argonu dodaje się azot
Do spawania stopów aluminium stosuje się materiały pomocnicze jak elektrody wolframowe czy drut spawalniczy. Elektrody wolframowe do spawania w atmosferze argonu stosowane są przede wszystkim dlatego, że odznaczają się największą ze wszystkich spoiw odpornością na działanie wysokich temperatur. Temperatura topienia wolframu wynosi 3653 K. Ponadto wolfram charakteryzuje się bardzo małym współczynnikiem przewodności cieplnej. Podobnie szybkość parowania wolframu w temperaturze spawania z atmosferą obojętną jest również bardzo mała i wynosi ok. 0,5g na 1 m. spoiny. Czystość elektrody powinna wynosić 99,5 % wolframu. Zawartość zanieczyszczeń powyżej 0,5% obniża temperaturę topliwości wolframu. Stosuje się elektrody o średnicach 1 - 8mm. Przy stosowaniu do spawania gazów obojętnych zawierających zwiększoną ilość tlenu wzrasta zużycie elektrody wolframowej. Zwiększone zużycie wolframu występuje również przy przeciążeniach prądowych, występuje wtedy bowiem przegrzanie elektrody.
Elektrody wolframowe mają określony optymalny zakres obciążenia prądem spawania. Natężenie prądu np. 240A można stosować zarówno dla elektrod o średnicy 4 jak i 5mm. Wydajność będzie jednak większa przy tej średnicy elektrody, która obciążona będzie maksymalnym, dopuszczalnym dla swego przekroju prądem spawania przy uwzględnieniu grubości spawanych blach. Dobór odpowiedniej średnicy elektrody i odpowiadającego natężenia prądu umożliwia uzyskanie maksymalnej prędkości spawania i zmniejsza zużycie argonu. Przy zbyt małym natężeniu prądu ( w stosunku do średnicy elektrody wolframowej) na końcu elektrody powstaje mała kuleczka z ciekłego wolframu, która wykonuje ruch wirowy na czole elektrody czemu towarzyszy ruch łuku elektrycznego. Zjawisko to nazywane ruchem wędrującym uniemożliwia ułożenie prawidłowo spoiny i otrzymanie odpowiedniego przetopu. Dodatkowo podczas spawania w elektrodach wolframowych występują odkształcenia odwracalne i nieodwracalne. Odwracalne odkształcenia cieplne polegają na wydłużeniu się końca elektrody co prowadzi do skrócenia łuku, zwiększenia natężenia prądu oraz zmniejszenia napięcia. Nieodwracalne polega na zmniejszeniu średnicy elektrody w pewnej odległości od jego końca. Przy spawaniu elektrodą wolframową stosuje się spoiwo o takim samym składzie jak materiał spawany.
Urządzeniem stosowanym do spawania w atmosferze argonu jest półautomat Ft1-500. Można nim spawać tak prądem stałym jak i przemiennym, stosując odpowiednie źródło zasilania. Z ogólnego ciepła łuku na anodzie wydziela się 60 -70% a na katodzie 30 - 40%. Prądem przemiennym można spawać aluminium, magnez i ich stopy, natomiast prądem stałym biegunowością ujemną stal, miedź i jej stopy. Spawanie biegunowością ujemną przedłuża żywotność elektrody wolframowej, zapewnia dużą koncentrację ciepła w miejscu spawanym oraz trwałość jarzenia łuku.
Na prawidłowy przebieg spawania elektrodą wolframową ma wpływ: natężenie prądu, napięcie łuku, sposób przyłączenia części spawanej do obwodu, średnica drutu elektrodowego i prędkość spawania.
Spawanie w osłonie CO2.
W procesie spawania łukowego elektrodą topliwą w atmosferze dwutlenku węgla zachodzić mogą trzy formy przechodzenia ciekłego metalu z drutu elektrodowego do spoiny: kroplowe, natryskowe, mieszane. Kroplowe przechodzenie metalu elektrodowego z topiącej się elektrody polega na przechodzeniu metalu do jeziorka w czasie kolejnych zwarć wywołanych zetknięciem się kropli z powierzchnią jeziorka. Ten sposób przenoszenia materiału występuje podczas spawania przy tzw. Krótkim łuku, niskich natężeniach i małych średnicach drutu elektrodowego. Taki proces spawania nadaje się do spawania blach cienkich we wszystkich pozycjach. Natryskowe przechodzenie metalu topiącej się elektrody polega na przechodzeniu ciekłego metalu w postaci strugi bardzo drobniutkich kropelek do jeziorka przez łuk nie powodując w nim zwarć. Przy tym sposobie występuje gaśnięcie łuku, a natężenie i napięcie posiadają prawie stałą wartość. Mieszane przechodzenie metalu elektrodowego jest niekorzystne ze względu na układanie spoiny. Na ogół materiał elektrodowy topi się w formie kropel o różnej średnicy powodując zaburzenia w stabilności procesu jarzenia się łuku i nadaje się do spawania w pozycji podolnej.
Źródłem rozprysków podczas spawania w atmosferze z dwutlenku węgla jest działanie sił występujących w łuku elektrycznym oraz reakcje metalurgiczne w kropli ciekłego metalu i w jeziorku spawalniczym. Wielkość rozprysku uzależniona jest od :
własności elektrycznych obwodu spawalniczego,
składu chemicznego drutu elektrodowego,
rodzaju atmosfery ochronnej,
parametrów spawania.
Spawanie metodą MAG( metal - active - gas).
Jest to metoda, w której jako gaz ochronny używany jest dwutlenek węgla ( CO2 ). Drut o średnicy od 0.6 do 2 mm jest doprowadzony do uchwytu elektrodowego z bębna i mechanicznie przesuwany. CO2 , który nie jest gazem obojętnym w temperaturze łuku rozkłada się
CO2 CO + 0.5O2
Tlen reaguje na stopioną stal wypalając mangan i krzem. Z tego względu drut do spawania musi zawierać 1 do 4 % Mn i 0.8 do 1 % Si aby uzupełnić wypaloną część tych składników ze stali. CO2 jest dostarczany w butlach w stanie ciekłym, jego czystość powinna wynosić 99.5 % przy czym wilgoć nie powinna przekraczać 0.4 %. Jako źródeł prądu używa się przetwornic spawalniczych lub prostowników spawalniczych, jednakże o specjalnej charakterystyce, która powoduje utrzymanie stałego napięcia niezależnie od wielkości prądu.
Znane są cztery metody spawania w atmosferze CO2 :
a) łukiem krótkim zwarciowym - spoiwo przenoszone jest w postaci kropel powodujących zwarcia obwodu spawania. W tej metodzie ważne są cztery zasadnicze parametry:
- napięcie łuku,
- prąd spawania,
- indukcyjność obwodu,
- prędkość spawania.
Bardzo ważne jest także równomierne podawanie drutu elektrodowego.
b) łukiem wydłużonym ( natryskowym ) - spoiwo jest podawane w postaci małych kropel. Prąd spawania wynosi powyżej 200 A.
c) łukiem pulsującym - polega na zastosowaniu pulsującego przebiegu prądu do sterowania kroplowego stapiania elektrody. Najczęściej częstotliwość prądu wynosi od 50 do 100 impulsów na sekundę.
d) łukiem przerywanym - elektroda podawana jest w sposób impulsowy, a łuk spawalniczy zapala się i gaśnie z częstotliwością impulsów podawania elektrody. Metoda ta jest szczególnie zalecana do spawania blach cienkich o brzegach niezbyt dobrze przygotowanych.
Uchwyty spawalnicze:
a) fajkowe - chłodzone naturalnie do spawania prądami do 300 A,
b) pistoletowe - chłodzone wodą do spawania prądami powyżej 300 A,
c) uniwersalne,
d) specjalizowane.
Uchwyty powinny być łatwe i wygodne w obsłudze, a ich masa nie powinna być większa niż 0.4 do 0.6 kg. .
Istnieją dwa zasadnicze sposoby podawania drutu elektrodowego:
a) klasyczny ( rolkowy ),
b) z przekładnią planetarną.
Podajniki rolkowe mają szereg wad ( małą sprawność, małą siłę ciągu, odkształcenie powierzchni drutu ).Podajniki z przekładnią planetarną nie wykazują takich wad.
Podgrzewacze gazu.
Stosuje się je tylko do CO2 . Gaz wychodzący z butli zamarza w reduktorze, co powoduje przerwy w jego przepływie. Podgrzewacz mocuje się na rurce przepływowej gazu, pomiędzy butlą a reduktorem. Temperatura grzania jest regulowana automatycznie za pomocą elementu termobimetaliwego. Podgrzewacz jest podłączony do gniazdka w prostowniku spawalniczym.
Szkodliwym zanieczyszczeniem dwutlenku węgla jest wilgoć, która powoduje powstawanie porów w spoinie i daje duży rozprysk. Do CO2 dodaje się celowo argon i len. Dodatki te zwiększają częstotliwość zwarć, dają estetyczny wygląd lica spoiny.
Urządzeniem stosowanym do spawania w atmosferze CO2 jest półautomat MAGPCL 630.
Podstawowymi parametrami w procesie spawania elektrodą topliwą w atmosferze CO2 są: rodzaj prądu, jego natężenie, średnica drutu, prędkość spawania, napięcie łuku, szybkość podawania drutu, długość wolnego wylotu drutu, nachylenie drutu, natężenie przepływu gazu.
AUTOMATYCZNE SPAWANIE ŁUKIEM KRYTYM
Automatyczne spawanie łukiem krytym jest odmianą spawania elektrycznego. Spawanie łukiem krytym polega na tym , że łuk powstaje i jarzy się między topliwą elektrodą w postaci gołego drutu , a metalem spawanym pod warstwą topnika i jest z zewnątrz niewidoczny. Drut elektrodowy odwija się z bębna ciągnięty przez kółka radełkowe napędzane silnikiem elektrycznym. Przed drutem elektrodowym sypie się z leja topnik w postaci proszku spełniający podobną rolę co otulina na elektrodach do spawania ręcznego. Osłony blaszkowe zapobiegają rozsypywaniu się topnika na boki. Ciepło łuku elektrycznego topi elektrodę , nadtapia łączone brzegi elementów spawanych i stapia część topnika , który w postaci żużla wypływa na powierzchnię spoiny. Nadmiar topnika zasysany jest za pomocą węża z powrotem do leja. Warstwa żużla w czasie stygnięcia kurczy się sama i na ogół łatwo daje się usunąć za pomocą szczotki. Przewody elektryczne doprowadzają prąd do spawania. Podkładka miedziana zabezpiecza metal spoiny przed wyciekaniem. Bęben z drutem elektrodowym , lej z topnikiem , urządzenie zasysające nadmiar topnika oraz osłony zmontowane są na głowicy , która przesuwa się wzdłuż rowka spawalniczego.
Proces spawania łukiem krytym odbywa się półautomatycznie lub automatycznie. Proces spawania łukiem krytym charakteryzuje się oszczędnym zużyciem drutu elektrodowego , gdyż znaczna część przekroju poprzecznego spoiny powstaje z przetopionych brzegów elementów spawanych i mniejszych strat na rozprysk i upał. Straty na rozprysk i upał wynoszą zaledwie około 2% ciężaru drutu elektrodowego. Stosuje się tu znacznie większą gęstość prądu ok. 50 - 150 A/mm2. Przy spawaniu łukiem krytym wydziela się mała ilość gazów szkodliwych dla zdrowia , następuje zapobieżenie szkodliwemu oddziaływaniu promieniowania łuku elektrycznego na oczy i ciało spawacza.
Warunki technologiczne automatycznego spawania łukiem krytym określane są przez:
natężenie prądu,
napięcie łuku elektrycznego,
szybkość spawania ,
szybkość podawania drutu elektrodowego do strefy łuku elektrycznego,
średnicę drutu elektrodowego,
pochylenie drutu elektrodowego w stosunku do powierzchni spawanego metalu,
pochylenie spoiny w stosunku do poziomu i kierunek spawania
sposób przygotowania i zestawienia łączonych brzegów.
Natężenie prądu spawania ma wpływ na ilość wydzielonego przez łuk ciepła , co powoduje stopienie większej ilości drutu elektrodowego i spawanego metalu oraz siłę magnetycznego podmuchu łuku. Równocześnie zwiększa się energia łuku i siła magnetycznego podmuchu łuku, który intensywniej odsuwa płynny metal , wskutek czego łuk elektryczny może dotrzeć do nie stopionego jeszcze metalu i stopić go zwiększając w ten sposób głębokość wtopienia. Napięcie łuku wzrasta wraz z zwiększeniem jego długości. Im większa jest długość łuku , tum bardziej błądzi on po powierzchni jeziorka płynnego metalu, z tym mniejszą siłą odsuwa stopiony metal chroniący dalsze warstwy materiału rodzimego przed stopieniem, w wyniku czego zmniejsza się głębokość wtopienia a zwiększa szerokość spoiny przy jednoczesnym wzroście ilości stopionego żużla przez co wzrasta zużycie topnika.
Szybkość spawania przy stałej mocy łuku ma istotny wpływ na kształt spoiny, ponieważ jest parametrem decydującym o ilości wydzielającego się ciepła i ilości stopionego drutu elektrodowego przypadającego na jednostkę długości spoiny. W zakresie szybkości spawania 10-40 m/h zmienia się szerokość ściegu stopiwa , przy czym zmniejszenie jej o 10 m/h zwiększa szerokość ściegu o 2-3 mm. Przy szybkościach spawania w zakresie 60 do 80 m/h odprowadzenie ciepła z nakładanej spoiny przez zimny materiał rodzimy jest tak duże , że krawędzie spoiny nie stapiają się z podłożem. Zjawiska tego można uniknąć pochylając elektrodę w kierunku spawania lub przez odpowiednie zwiększenie napięcia łuku.
Szybkość posuwu drutu elektrodowego decyduje o wielkości napięcia łuku , a tym samym na sposób układania się ściegu stopiwa. Wielkość średnicy drutu elektrodowego przy utrzymaniu stałej gęstości prądu wpływa bardzo nieznacznie na kształt spoiny. Pochylenie drutu elektrodowego w stosunku do spawanego metalu stosowane bywa dla zmniejszenia głębokości wtopienia i obniżenia wysokości nadlewu spoiny. Natomiast pochylenie przedmiotu spawanego powoduje , że spawanie prowadzone jest w górę lub w dół.
W zależności od sposobu wytwarzania , składu chemicznego oraz przeznaczenia rozróżniamy topniki spiekane i aglomerowe. Topniki spiekane i aglomerowe można zaliczyć do grupy topników ceramicznych. Pod względem chemicznym najczęściej stosowany jest podział topników na podstawie zawartości krzemu i manganu. Ze względu na zawartość SiO2 na niskorzemowe i wysokokrzemowe. Najczęściej stosowany jest podział według zawartości manganu - na topniki bezmanganowe , nisko- , średnio- i wysokomanganowe. Pod względem zasadowości rozróżniamy topniki kwaśne , neutralne i zasadowe. Topniki topione są stosowane do spawania łukiem krytym oraz do spawania elektrożużlowego. W skład ich wchodzą następujące związki tlenoe: SiO2 , MnO, MgO, CaO, Al2O3 , oraz inne składniki jak CaF2 , S , P itp. Do spawania łukiem krytym stosuje się topniki w postaci ziarenek o wielkości w granicach od 0.06 - 4 mm.
Druty elektrodowe do spawania konstrukcyjnych stali niskowęglowych i stali o podwyższonej wytrzymałości zawierają małą zawartość węgla i różną zawartość manganu zależną od rodzaju stosowanego topnika. Druty elektrodowe mogą zawierać: 0.3 - 0.6 % Mn , 0.8 - 1.2 % Mn lub 1.5 - 2.5 % Mn. Do spawania łukiem krytym używamy drutu elektrodowego o składzie chemicznym zbliżonym do składu spawanej stali. średnica drutu elektrodowego wynosi 1.2 - 8 mm. Druty elektrodowe do spawania łukiem krytym powinny być dokładnie oczyszczone , powierzchnia ich nie może być pokryta rdzą , zgorzeliną , smarami lub uszkodzona. Nawet przy nieznacznym zanieczyszczeniu drutu pojawiają się pęcherze. Ze względu na stan powierzchni druty elektrodowe przeznaczone do spawania automatycznego pod topnikiem powinny być miedziowane.