Zgrzewanie - rodzaj technologii trwałego łączenia części urządzeń lub konstrukcji wykonanych z metalu lub z tworzyw sztucznych.
Polega ono na rozgrzaniu stykających się powierzchni tak, aby przeszły one w stan plastyczny (ciastowaty) i dociśnięciu ich. Uplastycznieniu ulega tylko niewielka objętość na granicy styku.
W zależności od stosowanej metody zgrzewania najpierw następuje docisk, a potem rozgrzewanie, albo odwrotnie, najpierw rozgrzewanie, a potem docisk.

PRZEBIEG PROCESU ZGRZEWANIA

W metodzie doczołowej końcówki rur przeznaczone do połączenia rozgrzewane są przy pomocy elementu grzejnego do temperatury zgrzewania, a następnie - po usunięciu elementu grzejnego - uplastycznione końcówki rur dociskane są do siebie z odpowiednią siłą. 

PRZYGOTOWANIE ZGRZEWANYCH POWIERZCHNI

Zgrzewane elementy rurociągu przed zamocowaniem w zgrzewarce należy ustawić w jednej osi. Zgrzewane rury i kształtki muszą być zamocowane w taki sposób, aby możliwe było przesuwanie ich wzdłuż tej samej osi, np. poprzez zastosowanie specjalnych prowadnic rolkowych. 

Powierzchnie końcówek rur i kształtek przeznaczonych do zgrzewania muszą być uprzednio odpowiednio wygładzone w procesie obróbki skrawaniem. Wszelkie wióry powstałe w wyniku tej obróbki należy usunąć z powierzchni rur i kształtek przy pomocy czystego narzędzia. Należy zwrócić szczególną uwagę na to, aby nie dotykać rękoma przygotowanej w ten sposób powierzchni. 

Po obróbce należy sprawdzić, czy zgrzewane elementy są do siebie dobrze dopasowane. Wielkość ewentualnych szczelin przy swobodnym przyłożeniu nie może przekraczać wartości podanych przez przez producenta. Jednocześnie należy sprawdzić, czy przesunięcie końcówek rur względem siebie nie jest większe niż 10% grubości ścianki rury. W razie konieczności ścianki rur w miejscach zgrzewu należy wygładzić frezarką. 
PROCES ZGRZEWANIA

Element grzejny rozgrzany do określonej temperatury zgrzewania umieszczany jest między końcówkami zgrzewanych kształtek lub rur, po czym obie zgrzewane końcówki dociskane są z odpowiednią siłą do powierzchni elementu grzejnego. 

Temperatura powierzchni mierzona jest przy pomocy specjalnego urządzenia o wysokiej czułości. Siłę docisku końcówek zgrzewanych elementów do powierzchni narzędzia lub po rozgrzaniu do siebie można wyliczyć z powierzchni zgrzewanych końcówek oraz wartości docisku właściwego. Zwykle producenci maszyn do zgrzewania podają te parametry w formie tabelarycznej, ponieważ większość oferowanych zgrzewarek posiada siłowniki hydrauliczne, które nie wymagają dodatkowej kontroli siły docisku. Do siły docisku należy doliczyć również siłę docisku narzędzia. Wartość tej ostatniej jest zależna od tarcia elementów maszyny oraz ciężaru zgrzewanych rur czy kształtek. 

Wyrównywanie powierzchni zgrzewanych elementów można uznać za zakończone dopiero wówczas, gdy na całym obwodzie końcówek rur czy kształtek powstanie wypływka o parametrach wymiarowych określonych w tabelach wytycznych dla zgrzewania doczołowego. Podczas rozpoczęcia czasu rozgrzewania siła docisku jest zmniejszana prawie do zera. Po rozgrzaniu należy odsunąć wyrównane końcówki zgrzewanych detali od elementu grzejnego, przy czym trzeba uważać, aby ich nie uszkodzić i nie zabrudzić. Czas od odsunięcia rozgrzanych końcówek rur czy kształtek od powierzchni elementu grzejnego, poprzez odprowadzenie elementu grzejnego do zetknięcia zgrzewanych powierzchni ze sobą określa się jako czas przełożenia i powinien on być jak najkrótszy. Zgrzewane powierzchnie końcówek rur lub kształtek powinny przy zetknięciu ze sobą posiadać prędkość zbliżoną do zera. Następnie rozpoczyna się proces stopniowego zwiększania siły docisku, który trwa aż do momentu całkowitego wystudzenia strefy zgrzewu. 

Zbyt gwałtowne ochładzanie strefy zgrzewu np. przez zastosowanie dodatkowych urządzeń czy środków chłodzących jest niedopuszczalne. W przypadku większych grubości ścianki rur (od ok. 20 mm) poprzez dodatkowe osłonięcie strefy zgrzewu w trakcie stygnięcia można zagwarantować równomierny spadek temperatury w całej strefie zgrzewu, co ma bardzo pozytywny wpływ na jego późniejszą wytrzymałość. Po zgrzaniu po obu stronach końcówek rur lub kształtek (na zewnątrz oraz od wewnątrz) musi być wyraźnie widoczna podwójna wypływka. 

Jeśli wymagane jest usunięcie wypływki, to należy to zrobić dopiero po całkowitym wystudzeniu zgrzewu. Podczas usuwania wystudzonej wypływki skrawaniem istnieje niebezpieczeństwo nacięcia materiału w miejscu zgrzewu. W przypadku tworzyw o wyższej kruchości jak PVC i PVDF podczas usuwania wypływki mogą powstać pęknięcia materiału.

Zgrzewanie elektrooporowe (HM) 

Łączone powierzchnie, czyli zewnętrzna ścianka rury oraz wewnętrzna strona mufy, rozgrzewane są do temperatury zgrzewania, a następnie zgrzewane ze sobą przy pomocy zwojów elektrooporowych (tzw. skrętki grzejnej) zatopionych w wewnętrznej ściance mufy, przez które przepuszczany jest prąd elektryczny. Tę metodę zgrzewania stosuje się obecnie przy zgrzewaniu rur i kształtek z PE 80, PE 100 i PP. 

Przygotowanie zgrzewu 

W celu uzyskania jak najlepszego połączenia w procesie zgrzewania elektrooporowego bardzo ważne jest utrzymanie czystości zgrzewanych powierzchni. Powierzchnia zewnętrznej ścianki rury w miejscu zgrzewu powinna być uprzednio obrobiona przy pomocy specjalnego skrobaka. Wewnętrzną krawędź rury należy starannie oczyścić z wiórów, natomiast krawędź zewnętrzną należy wyrównać. Kształtkę elektrooporową należy wewnątrz oczyścić przy pomocy odpowiedniego środka czyszczącego, a następnie osuszyć dobrze nasiąkliwym papierem, który nie pozostawia strzępków. 

Ewentualne nierówności okrągłego przekroju rury w miejscu zgrzewu nie mogą przekraczać 1,5% średnicy zewnętrznej. Jeśli są one większe, wówczas należy zastosować specjalne okrągłe uchwyty dociskające. 

Podczas wsuwania końcówek rur do wnętrza kształtki elektrooporowej należy uważać, aby nie uszkodzić i nie naruszyć zwojów wskutek zbyt gwałtownego lub nieostrożnego przesuwania zgrzewanych elementów. 

Proces zgrzewania 

Można stosować wyłącznie zgrzewarki przeznaczone do zgrzewania określonych typów kształtek elektrooporowych. Przed zgrzewaniem ustawiane są parametry zgrzewarki w oparciu o średnicę i ciśnienie nominalne rury. Kształtkę elektrooporową podłącza się do zgrzewarki przy pomocy specjalnego kabla. Sam proces zgrzewania przebiega automatycznie. Zgrzane w taki sposób elementy można przenosić dopiero po całkowitym ostygnięciu. 

Połączenia spawane

Połączenia spawane - służą do połączenia w całość elementów maszyn. Można je podzielić na:

-ruchowe - umożliwiają względny ruch elementów

-spoczynkowe - brak możliwości uwzględnienia ruchu:

• nierozłączne - przy próbie demontażu występuje uszkodzenie kształtu przynajmniej jednego elementu połączenia:

-bezpośrednie - połączenia spawane, zgrzewane, lutowane, klejone

-pośrednie - poprzez użycie łącznika - nitu

• rozłączne - można demontować bez uszkodzenia elementów.

• Połączenia spawane - zalety:

-umożliwiają wykonanie wytworów o złożonych kształtach z prostych części składowych;

-można łączyć w całość półwyroby.

2. Budowa spoiny:

-spoina - struktura spoiny ma budowę krystaliczną materiału lanego(zbliżony do staliwa). Struktura ta nie jest zbyt korzystna, dlatego można stosować obróbkę (młotkowanie). W obszarze spoiny występuje nierównomierny rozkład temperatur, co powoduje nierównomierne odkształcenia i naprężenia własne (poważne wady połączeń spawanych)

- lico spoiny

- strefa wpływów cieplnych

- wtop

- grań

- rąbek

3. Rodzaje spawania: gazowe, elektryczne, termitowe(szyny kolejowe).

4. Rodzaje spoin i złączy spawanych:

- ze względu na wzajemne usytuowanie łączonych części:

doczołowe, teowe, narożne, przylgowe, zakładkowe, krzyżowe;

- w zależności od usytuowania spoiny w stosunku działania siły:

poprzeczne, podłużne, skośne;

- rodzaje spoin: czołowe, pachwinowe, brzeżne, otworowe.

5. Grubość spoiny pachwinowej - wysokość trójkąta równoramiennego wpisanego w przekrój poprzeczny spoiny (dla cienkich materiałów: 0.7 grubości materiału).

6. Rola spoin:

- spoiny nośne - przenoszą obciążenia

- spoiny pomocnicze:

• szczepne - ustalają wzajemne położenie elementów

• naprawcze - warstwy naprawcze

• uszczelniające - zapewniają szczelność

• Spoiny czołowe - stosowane do łączenia blach (unikać łączenia kształtowników walcowanych poddanych rozciąganiu). Lico spoiny powinno być lekko wypukłe, powinno mieć łagodne przejście do materiału rodzimego.

• Spoiny pachwinowe - bardzo często stosowane, nie wymagają obróbki łączonych części spoiny.

• Obliczenia wytrzymałości spoin:

Spoinę pachwinową - sprawdza się na warunek naprężeń niebezpiecznych. W przypadku spoin sprawdza się warunki na:

- naprężenia normalne




Q - obciążenie, F - wskaźnik przekroju (wskaźnik momentu)

- naprężenia styczne




P - siła, k_st' - obciążenie statyczne (napięcie dopuszczalne dla spoiny)




s - współ. zależny od rodzaju obciążenia: 0.8 - rozciąganie; 1 - ściskanie; 0.9 - zginanie;

0.65 - ścinanie;

s₀ - współ. jakości spoiny: 1 - spoina przebadana; 0.5 - bez badania;

- naprężenia dopuszczalne ze względu na rozciąganie




R_e - granica plastyczności, X_e - współ. bezpieczeństwa (1.6 - w układach bez

obciążenia sprężysto - plastycznego)

Spawanie metodą MIG/MAG  polega na spawaniu za pomocą łuku elektrycznego wytwarzanego pomiędzy elektrodą topliwą a spawanym materiałem. Elektrodą topliwą jest drut podawany w sposób ciągły. Łuk i jeziorko ciekłego metalu są chronione strumieniem gazu osłonowego.
Stosowane są poniższe określenia na proces spawania elektrodą topliwą w osłonie gazów:

• MIG - (Metal Inert Gas) - tą nazwą określa się proces spawania wówczas, gdy jako gaz osłonowy używany jest gaz chemicznie obojętny, np. argon, hel.

• MAG - (Metal Active Gas) - tą nazwą określa się proces spawania wówczas, gdy jako gaz osłonowy używany jest gaz chemicznie aktywny, np. CO₂.

• GMAW - (Gas Metal Arc Welding) - skrót używany głównie w USA wspólny dla obu metod: MIG i MAG.

• spawanie migomatem, spawanie półautomatem, spawanie półautomatyczne - to potoczne nazwy procesu spawania zarówno metodą MIG jak i MAG.

Spawanie MIG/MAG jest obecnie najszerzej stosowaną metodą spawania, obejmującą około 65% wszystkich przemysłowych łukowych metod spawania.

 

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.

Zastosowanie metody MIG/MAG

Metoda MAG jest stosowana do łączenia stali konstrukcyjnych niestopowych, niskostopowych i wysokostopowych, natomiast metoda MIG do spawania aluminium, magnezy, 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.

Spawanie metodą TIG (Tungsten Inert Gas) polega na wytwarzaniu łuku elektrycznego za pomocą nietopliwej elektrody wolframowej w osłonie gazu obojętnego. Często spotyka się (głównie w USA) oznaczenie GTAW (Gas Tungsten Arc Welding).

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. Dlatego w spawaniu TIG, uchwyt spawalniczy posiada zupełnie inną konstrukcję niż uchwyt stosowany 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.

Cechy użytkowe metody spawania elektrodą nietopliwą TIG

• Zalety:

• uniwersalna metoda - można spawać prawie wszystkie metale i stopy, we wszystkich pozycjach,

• możliwość spawania cienkich blach - od około 0,5mm,

• wysoka jakość i czystość spoiny,

• łatwa kontrola nad jeziorkiem spawalniczym, ilością ciepła i materiału dodatkowego,

• całkowity brak rozprysku ciekłego metalu,

• łatwość manualnego opanowania spawania przez spawacza,

• możliwość zmechanizowania i zautomatyzowania metody.

• Wady:

• niewielka prędkość spawania, mała wydajność, szczególnie przy grubszych elementach,

• jakość spoin zależna od umiejętności spawacza,

• praca jonizatora, służącego do zajarzania łuku spawalniczego, może być źródłem zakłóceń pracy innych urządzeń elektronicznych.

Zastosowanie metody TIG

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.





---