SPAWALNICTWO:

Spajanie (spawanie, zgrzewanie, lutowanie, klejenie)

Procesy pokrewne (cięcie termiczne, regeneracja i modyfikacja powierzchni)

cięcie termiczne (tlenowe, laserowe, plazmowe, łukowe)

regeneracja i modyfikacja powierzchni (napawanie, natryskiwanie, hartowanie)

Spawanie - proces, w którym brzegi materiału łączonego (rodzimego) oraz materiał dodatkowy (spoiwo) ulegają stopieniu

Zgrzewanie - proces, w którym dl uzyskania łącza nierozdzielnego materiału wymagane jest doprowadzenie energii cieplnej orz docisku w miejscu łączenia:

Zgrzewanie na zimno

Zgrzewanie wybuchowe

Zgrzewanie oporowe punktowe (proces łączenia przedmiotów ułożonych na zakładkę między elektrodami)

Lutowanie - proces łączenia z materiału dodatkowego lutu; lutowane materiały podgrzane do wysokiej temperatury ale nie topią się. W procesie tym łączony materiał rodzimy pozostając w stanie stałym nagrzewany jest jedynie dla takiej temperatury w której materiał dodatkowy (lut) jest w stanie płynnym i może powlekać (zwilżać) łączone powierzchnie metalu. Połączenie uzyskuje się w wyniku przyczepności (adhezji) lutu i jego dyfuzji w głąb materiału.

Klejenie - łączenie różnych materiałów o różnych stopniach wytrzymałości. Tu występuje tylko zjawisko adhezji. Dyfuzja nie zachodzi.

Natryskiwanie: plazmowe, łukowe, naddźwiękowe, gazowe, prętami ceramicznymi, płomieniowe (materiałem drutowym)

Napawanie: gazowe, TIG, MIG, MAG, łukiem krytym, żużlowe, elektrodą otuloną, plazmowe

Cięcie termiczne - rozdzielenie materiałów

Rodzaje złączy spawanych:

Doczołowe (spoina czołowa, spoina czołowa niepełna)

Teowe (pachwinowa, czołowa, czołowa niepełna)

Krzyżowe (pachwinowa, czołowa, czołowa niepełna)

Kątowe (pachwinowa, czołowa)

Zakładkowe (pachwinowa, czołowa)

Przylgowe (brzeżna, grzbietowa)

Elementy rowka (spoina czołowa): kąt rowka, ściana rowka, gardziel rowka, grubość spoiny, próg rowka, odstęp, krawędź progu, gardziel rowka, kąt ukosowania.

Elementy spoiny (Ukosowanie na „V”): brzeg lica, wysokość lica (nadlew), wtop, grań spoiny.

Podział spoin:

Ze względu na lico: płaskie, wypukłe, wklęsłe.

Ze względu na sposób spajania i miejsca spajania: ciągłe, szwy spawane.

Ze względu na ilość warstw w spoinie: jednowarstwowe, wielowarstwowe, wielościegowe.

Ze względu na kształt: czołowe, grzebieniowe, pachwinowe, otworowe.

Gęstość mocy podstawowych spawalniczych źródeł ciepła.:

Źródła ciepła - Gęstość mocy [W/mm²]

płomień acetylenowo-tlenowy - 5-15

łuk elektrod otulonych - 100-200

łuk w metodzie TIG, MIG, MAG - 100-500

łuk plazmowy - 100-5000

wiązka elektronowa

wiązka laserowa

Energia liniowa spawania:

[J/cm]

Q - całkowita energia zużyta na spawanie

l - długość spoiny

Współczynnik sprawności η dla:

Spawanie elektrodą otuloną - 0,7-0,85

Spawanie łukiem krytym - 0,8-0,95

Spawanie łukowe elektrodą otuloną

Źródłem ciepła jest łuk jarzący się między elektrodą otuloną a spawanym materiałem

Prąd stały łuku jest korzystniejszy od przemiennego

Spawanie elektrodą otuloną jest ręczne

Spawanie to stosuje się głównie do stali i żeliwa na zimno

Spawa się we wszystkich pozycjach o grubości około 2mm

Nie najlepsza wydajność

Spawanie łukiem krytym

Łuk jarzący się między elektrodą topliwą - drut a metalem spawanym

Drut podawany z bębna

Energia do jarzenia pochodzi z transformatora

Obszar spawania jest kryty topnikiem

Duża czystość spoiny

Bardzo dużą wydajność

Spawanie automatyczne

Spawanie elektrodą nietopliwą w osłonie gazowej TIG (elektroda wolframowa)

Elektroda wolframowa

Gaz obojętny hel lub argon, duża jakość połączeń, mała wydajność

Elektroda jarząca topi metal, w ten materiał wprowadza się drut i powstaje spoina

Spawanie drutem topliwym w osłonie gazowej MIG i MAG dla stali wysokostopowych Al., Cu

Jeśli wykorzystujemy gaz aktywny to MAG - stale niestopowe i niskostopowe konstrukcyjne

Dobra jakość spoin

Wydajność wyższa

Źródło prądu stałego i drut podawany z bębna rolkami

Spawanie drutem proszkowym (rdzeniowym)

Większa spoina i wysoka jakość

Najczęściej stosowane metody w przemyśle

MAG, elektrodami otulonymi, łukiem krytym

Spawanie plazmowe

Odmiana spawania TIG

Łuk który jarzy się w zjonizowanym gazie przez dyszę i ma zwężony mechanicznie kształt

Większa gęstość mocy

Spoiny wąskie, głębiej wtopione

Większa wydajność

Spawanie elektronowe

W budowie maszyn, koła zębate

Wiązka elektronów jest emitowana z żarzonej katody wolframowej

Spoiny długie, wąskie

Powinno odbywać się w próżni

Spawanie laserowe

Laser gazowy CO₂

Światło skupiające się soczewkami optycznymi co powoduje stopienie materiału

Głównie do cięcia

Wysokie koszty urządzenia i eksploatacji

Spawanie acetylenowo-tlenowe

Dwa gazy łączą się i spalają poza palnikiem

Niska jakość

Niska wytrzymałość

Strefa wpływu ciepła jest bardzo szeroka, a elementy doznają znacznych odkształceń spawalniczych

Duża wybuchowość stosowanych gazów

Zgrzewanie punktowe

Polega na łączeniu elementów w oddzielnych miejscach zwanych punktami. Składa się z trzech kolejnych etapów: dociśnięcie łączonych elementów elektrodami zgrzewarki, włączenie prądu i nagrzewanie elementów w miejscu łączenia do temperatury, w której zachodzi nadtopienie obydwu elementów w strefie styku i utworzenie się ciekłego jądra zgrzeiny, wyłączenie prądu, stygnięcie jądra zgrzeiny pod dociskiem elektrod i powstanie jednolitego metalicznego połączenia. Największy opór elektryczny na styku łączonych elementów (największe ciepło). Zgrzeiny punktowe pracują na ścinanie.

Zgrzewanie liniowe

Zgrzewanie to polega na łączeniu elementów szwem ciągłym na zgrzewarkach wyposażonych w elektrody krążkowe. Podobnie, jak przy zgrzewaniu punktowym rozróżni się zgrzewanie liniowe jednostronne i dwustronne. Docisk elektrod podczas zgrzewania jest stały, a prąd włącza się przy pełnym docisku elektrod.

Zgrzewanie garbowe

Polega na łączeniu elementów w jednym lub kilku miejscach jednocześnie, przy czym położenie tych miejsc określone jest celowo wykonanymi występami, które noszą nazwę garbów. Garbem może być również fragment łączonego elementu. Zgrzewanie to wykorzystuje się w produkcji wielkoseryjnej i masowej do łączenia elementów wykonanych ze stli niskowęglowych, niskostopowych, kwasoodpornych i żaroodpornych.

Zgrzewanie doczołowe

Polega na łączeniu elementów na całej powierzchni ich przekrojów. Zgrzanie materiału następuje w stanie plastycznym. Ze względu na sposób wydzielania się ciepła w złączu wyróżnia się zgrzewanie doczołowe zwarciowe i iskrowe.

Zgrzewanie tarciowe

Polega na tym, że docisk końcowy, powodujący utworzenie połączenia, jest wywierany na powierzchnie części, nagrzane ciepłem wydzielonym w czasie ich wzajemnego tarcia. Wysoce korzystne właściwości techniczno-ekonomiczne zgrzewania tarciowego (duża wydajność, małe zapotrzebowanie mocy, niskie zużycie energii elektrycznej, duża stabilność procesu, bardzo dobre właściwości połączeń, bezpieczne i higieniczne warunki pracy) sprawiają, że zgrzewanie to stosuje się w produkcji seryjnej elementów konstrukcyjnych różnego rodzaju maszyn, urządzeń i narzędzi. Zgrzewa się zarówno półfabrykaty jak i części wykonane na gotowo.

Zgrzewanie dyfuzyjne

Zgrzewanie to jest oparte na zjawisku wzajemnej dyfuzji materiałów łączonych (przy minimalnym ich plastycznym odkształceniu), nagrzanych do temperatury poniżej solidusu i znajdujących się w stanie ścisłego przylegania. Przebiega w dwóch etapach: adhezyjnym i dyfuzyjnym. Ze względu na dobrą jakość uzyskiwanych złączy zgrzewanie dyfuzyjne znalazło zastosowanie w przemyśle budowy maszyn, elektrotechnicznym, lotniczym, budowy pojazdów, elektronicznym. Dotyczy takich materiałów jak miedź, tytan, nikiel, cyrkon stopy aluminium-magnez, kowar, stale węglowe i niskostopowe.

Lutowanie

Łączony materiał rodzimy pozostając w stanie stałym nagrzewany jest jedynie do takiej temperatury w której materiał dodatkowy (lut) jest w stanie płynnym i może powlekać łączone powierzchnie materiału. Połączenie uzyskuje się w wyniku przyczepności - adhezji i jego dyfuzji w głąb materiału. Lut musi wpływać w szczeliny i ma niższą wytrzymałość niż materiał lutowany.

Zjawiska lutowania

Zwilżalność - zdolność pokrywania powierzchni lutowanych cienką równomierną powłoką cienkiego lutu, mierzona za pomocą kąta zwilżania

Rozpływność - powierzchniowe rozpościeranie się lutu

Kapilarność (włoskowatość) - Stopień wypełnienia szczeliny lutowniczej lutem

Dyfuzja - przemieszczenie się atomów składników w głąb metali łczonych.

Podział lutowania:

Miękkie T_s < 450 C R_m < 100MPa (na osnowie Sn, Zn, Bi, Ga, Pb)

Twarde T_s > 450 C R_m > 100MPa (Cu, Ag, Ni, Al., Mg) - wyższa wytrzymałość

Metody lutowania

Lutownicą, gorącymi płynami, kąpielowe, płomieniowe, w piecach, za pomocą strumienia gorącego gazu, promieniami świetlnymi, indukcyjne, oporowe.

Zastosowanie lutowania

Do łączenia metali różnoimiennych i jednorodnych

Gdy niedopuszczalne jest nagrzanie elementów do wysokich temperatur

Do niedużych części

Gdy łączy się elementy na całej powierzchni

Napawanie

Cechuje dokładne stopienie napoiny z materiałem podłoża, którego udział w metalu napoiny może dochodzić do 60%. Źródłem ciepła stapiającym materiał dodatkowy - w postaci drutu, pręta, taśmy lub proszku - jest płomień gazowy, łuk elektryczny lub łuk plazmowy. Celem napawania jest uzyskanie odpowiednich właściwości mechanicznych i chemicznych bądź regeneracja (nadbudowanie zniszczonej powierzchni).

Natryskiwanie:

Natryskiwanie Gazowe (stosuje się do wykonania powłok praktycznie ze wszystkich znanych materiałów o temperaturze topnienia poniżej 2800 C. Jako materiału dodatkowego używa się drutu metalowego podawanego w sposób ciągły, pręta ceramicznego lub proszku podawanego pod ciśnieniem lub grawitacyjnie)

Natryskiwanie Elektryczne łukowe (w tej metodzie końce dwu drutów, między którymi jarzy się łuk elektryczny, są stapiane, materiał rozpylany przez sprężone powietrze i rzucany n podłoże. Podłożem mogą być przedmioty metalowe, ceramiczne, szkło, drewno. Jakość połączenia i warstwy natryskanej zbliżona jest do otrzymanej natryskiwaniem gazowym)

Natryskiwanie Plazmowe (polega na stopieniu proszku z metali i ich stopów, węglików, tlenków, cermetali a nawet tworzyw sztucznych w łuku plazmowym i rzucaniu roztopionych cząsteczek na podłoże. Ta metoda stosowna jest szeroko w budowie samolotów, pojazdów kosmicznych, energetyce jądrowej)

SPAWANIE

Gazowe

Termitowe

Elektryczne

Żużlowe

Promieniami świetlnymi

Łukowe

Elektronowe

Laserowe

Elektrodą topliwą

Elektrodą nietopliwą

Elektrodą „odcinkową”

Ręcznie

Elektrodą leżącą

„Grawitacyjne”

Łukiem krytym

Drutem proszkowym

W osłonie gazowej

W gzach obojętnych (MIG)

W gazach aktywnych (MAG)

Elektrodą grafitową

Elektrodą wolframową

W gazach obojętnych (TIG)

Plazmowe

Łukowo-wodorowe („atomowe”)

---