Opisz spawanie w osłonie gazów MIG, TIG, MAG

Zasada działania spawania MIG/MAG

Łuk jarzy się między końcem elektrody a metalem rodzimym w linii złącza. Elektroda jest przesuwana ze stałą prędkością za pomocą silnika o nastawnej prędkości obrotowej. Prąd zależy od prędkości podawania elektrody. Długość łuku jest utrzymywana przez źródło prądu, a spawacz powinien prowadzić wylot prowadnika elektrody na stałej wysokości nad jeziorkiem(zwykle kilkanaście mm). Przestrzeń łukowa i spawany metal są osłaniane gazem dobranym odpowiednio do spawanego metalu. Gazami powszechnie używanymi są: argon, argon z dodatkiem 5% tlenu lub 20% dwutlenku węgla albo czysty dwutlenek węgla. Typowe zastosowani - wyrób o średniej grubości łączonych elementów, cienkie blachy.

Charakterystyka metody

Spawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonach gazowych (MIG-spawanie w osłonach gazów obojętnych, MAG-spawanie w osłonach gazów aktywnych), jest obecnie jedną z najpowszechniej stosowanych metod spawania konstrukcji. Dokładna osłona łuku jarzącego się między elektrodą topliwą a spawanym materiałem zapewnia, że spoina formowana jest w bardzo korzystnych warunkach. Spawanie MIG/MAG zastosowane więc może być do wykonania wysokiej jakości połączeń wszystkich metali, które mogą być łączone za pomocą spawania łukowego. Należą do nich stale węglowe i niskostopowe, stale odporne na korozję, aluminium, miedź, nikiel i ich stopy. Spawanie MIG/MAG polega na stapianiu materiału spawanego i materiału elektrody topliwej ciepłem łuku elektrycznego jarzącego się pomiędzy elektrodą topliwą i spawanym przedmiotem, w osłonie gazu obojętnego lub aktywnego. Metal spoiny formowany jest z metalu stapiającego się drutu elektrodowego i nadtopionych brzegów materiału spawanego. Podstawowe gazy ochronne stosowane do spawania MIG/MAG to gazy obojętne argon, hel oraz gazy aktywne; CO2, H2, O2, N2, i NO, stosowane oddzielnie lub tylko jako dodatki do argonu czy helu. 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.

Spawanie MIG/MAG prowadzone może być prądem stałym lub przemiennym we wszystkich pozycjach. Obecnie prawie wyłącznie stosuje się spawanie MIG/MAG prądem stałym z biegunowością dodatnią. Spawanie prowadzone jest jako półautomatyczne zmechanizowane, automatyczne lub w sposób zrobotyzowany. Dzięki dużej uniwersalności procesu, łatwość regulacji , spawanie MIG/MAG pozwala na wykonywanie różnorodnych konstrukcji z różnych metali i stopów w warunkach warsztatowych i montażowych, we wszystkich pozycjach.

Zasada działania spawanie TIG

Łuk jarzy się między końcem elektrody wolframowej a metalem rodzimym złącza. Elektroda się nie stapia, ,a spawacz utrzymuje stałą długość łuku. Wartość natężenia prądu jest nastawiana na źródle prądu. Spoiwo zwykle jest dostępne w postaci drutu o długości 1m. Doprowadza się je w miarę potrzeby do przedniego brzegu jeziorka. Jeziorko jest osłaniane przez gaz obojętny wypierający powietrze z obszaru łuku. Jako gaz ochronny najczęściej stosowany jest argon.

Charakterystyka metody

Obecnie spawanie TIG jest jednym z podstawowych procesów wytwarzania konstrukcji, zwłaszcza ze stali wysokostopowych, stali specjalnych, stopów niklu, aluminium, magnezu, tytanu i innych. Spawać można w szerokim zakresie grubości złączy, od dziesiętnych części mm do nawet kilkuset mm. Spawanie TIG prowadzone może być prądem stałym lub przemiennym.

Urządzenia do spawania TIG są tanie i łatwe w obsłudze. W procesie spawania łukowego elektrodą nietopliwą w osłonie gazowej, połączenie spawane uzyskuje się przez stopienie metalu spawanych przedmiotów i materiału dodatkowego ciepłem łuku elektrycznego jarzącego się pomiędzy nietopliwą elektrodą i spawanym przedmiotem w osłonie gazu obojętnego lub redukcyjnego. Jest to "najczystszy" z wszystkich procesów spawania łukowego, porównywany z metalurgicznego punktu widzenia do mikroodlewania łukowego w osłonach gazowych. Elektroda nietopliwa wykonana jest z wolframu i zamocowana jest w specjalnym uchwycie palnika, umożliwiającym regulację położenia elektrody i jej wymianę. Koniec elektrody wystaje poza dyszę gazową od kilku do nawet kilkudziesięciu milimetrów, w zależności od warunków technologicznych spawania. Powłoka gazu ochronnego, podawana przez dyszę palnika wokół elektrody nietopliwej, chłodzi elektrodę i chroni ciekły metal spoiny i nagrzaną strefę spawania łączonych przedmiotów przed dostępem gazów z atmosfery. Jeziorko ciekłego metalu tworzone jest bez udziału topnika, niema więc wtrąceń niemetalicznych w spoinie i na jej powierzchni, a stopienie materiału rodzimego i dodatkowego odbywa się bez istotnych zmian w składzie chemicznym. Równocześnie nie ma rozprysku metalu, typowego dla innych procesów spawania łukowego, a możliwości podawania z zewnątrz łuku materiału dodatkowego, pozwala na niezależne sterowanie energią liniową łuku i ilością podawanego do obszaru spawania materiału dodatkowego. Przepływ prądu w łuku odbywa się w zjonizowanym gazie, a głównymi nośnikami prądu są elektrony wybite z atomów gazu ochronnego. Zajarzenie łuku odbywa się przez krótkotrwałe zwarcie elektrody nietopliwej z przedmiotem lub specjalną płytką startową i szybkie jej cofnięcie. Drugim sposobem jest zastosowanie łuku pomocniczego między elektrodą a spawanym przedmiotem, utworzonego w wyniku przepływu prądu o małym natężeniu i wysokiej częstotliwości oraz wysokim napięciu.

Opisz proces produkcyjny i proces technologiczny

Procesem produkcyjnym nazywamy sumę wszystkich działań wykonywanych w celu wytworzenia w danym zakładzie gotowego wyrobu z materiałów, półfabrykatów, części lub zespołów. Proces produkcyjny obejmuje proces technologiczny oraz działania pomocnicze, jak transport, magazynowanie, transport międzyoperacyjny, kontrolę, konserwację.

Proces technologiczny jest to główna część procesu produkcyjnego, w której następuje obróbka części oraz montaż części w zespoły i wyrób.

Rozróżnia się procesy technologiczne obróbki, montażu i procesy obróbkowo- montażowe.

Inna definicja podaje iż: proces technologiczny jest częścią procesu produkcyjnego, którego zadaniem jest zmiana kształtu, wymiarów, wyglądu, położenia i właściwości przedmiotu obrabianego.

Jedną z głównych części składowych procesu technologicznego jest operacja stanowiąca podstawową jednostkę przy planowaniu produkcji.

Operacja i jej elementy składowe.

Operacja jest to część procesu technologicznego wykonywana na jednym stanowisku roboczym przez jednego pracownika ( lub grupę pracowników) na jednym przedmiocie ( lub grupie przedmiotów), bez przerw na inną pracę.

W zależności od złożoności, od kształtu części, wielkości produkcji, warunków technicznych podanych na rysunku konstrukcyjnym obrabianej części oraz posiadanych środków produkcji zmienia się liczba operacji w procesie technologicznym danej części.

CECHY RACJONALNEJ ORGANIZACJI PROCESU PRODUKCYJNEGO

Przy ustalaniu organizacji procesu produkcyjnego w przedsiębiorstwie przemysłowym na szczególną uwagę zasługują następujące właściwości tego procesu:

1. Odpowiednie proporcje procesów cząstkowych. Jednym z podstawowych warunków racjonalnej organizacji procesu produkcyjnego jest właściwe połączenie w przestrzeni i czasie w odpowiednich proporcjach procesów podstawowych, pomocniczych, przygotowania produkcji oraz procesów informacyjnych. Wymagane jest także zastosowanie odpowiednich proporcji między jednostkami realizującymi poszczególne procesy. Jakiekolwiek zakłócenia proporcji pomiędzy procesami cząstkowymi, a także pomiędzy kolejnymi komórkami realizującymi proces produkcyjny prowadzi do powstania tak zwanych „wąskich gardeł” i do zagrożenia terminów realizacji zleceń produkcyjnych.

2. Ciągłość procesu produkcyjnego. Drugim ważnym warunkiem racjonalnej organizacji procesu produkcyjnego jest zapewnienie odpowiedniej (uzasadnionej w danych warunkach) ciągłości poprzez eliminowanie wszelkiego rodzaju przerw nieuzasadnionych. Ciągłość procesu produkcyjnego wpływa na skracanie cykli produkcyjnych, na zwiększenie stopnia wykorzystania maszyn, urządzeń i powierzchni, wpływa na poziom wydajności pracy i doprowadza do obniżki kosztów własnych. Ciągłość procesu produkcyjnego przejawia się:

1. w nieprzerwanej obróbce przedmiotów pracy (jej miarą jest udział czasu oczekiwania części i podzespołów w ogólnym czasie trwania cyklu produkcyjnego),

2. w nieprzerwanym produktywnym zaangażowaniu siły roboczej (jego miarą jest udział przerw w całym funduszu czasu pracy). Za pomocą odpowiednich rozwiązań organizacyjnych w znacznym stopniu można ograniczyć przerwy i tym samym poprawić ciągłość zatrudnienia pracowników. Jednym z nich jest obsługa wielowarsztatowa, której istota polega na równoczesnej obróbce identycznych lub różnych detali bądź partii na jednakowych lub różnorodnych maszynach, które w określonym czasie obsługuje kolejno jeden pracownik. Podstawowym warunkiem organizacyjnym obsługi wielowarsztatowej jest to, żeby niezbędny do nieprzerwanej obróbki detali czas pracy maszyny, w ciągu, którego współdziałanie pracownika nie jest konieczne, przy każdej z jednocześnie obsługiwanych maszyn był równy lub większy niż czas, który musi być przeznaczony na operatywne czynności ręczne przy innych maszynach w ciągu tego okresu.

3. ciągłość zaangażowania środków pracy (m.in. poprzez organizacje i planowanie obciążenia maszyn, gospodarkę konserwacyjno-remontową).

3. Minimalizacja i prostolinijność przepływu materiałów. Drogi transportowe w transporcie wewnętrznym powinny być możliwie krótkie i biec w linii prostej. Strumień materiałów powinien wypływać z magazynu materiałowego (lub bezpośrednio od dostawców w systemie just in time - akurat na czas), przechodzić przez odpowiednie wydziały produkcyjne, montażowe i kończyć się w magazynie wyrobów gotowych (lub bezpośrednio u klienta). Przepływ powinien być jednokierunkowy, możliwie bez nawrotów i skrzyżowań.

4. Równoległość procesów cząstkowych. Przewidziane do wykonania wyroby cząstkowe, zespoły i detale powinny być w miarę możliwości wykonywane równolegle w tym samym czasie. Tam gdzie to jest możliwe należy stosować obróbkę wielostrumieniową. Z wielostrumieniowością mamy do czynienia wówczas, gdy określoną detalooperację na partii detali wykonujemy jednocześnie, na co najmniej dwóch lub większej liczbie takich samych stanowisk roboczych. Dzięki temu czas wykonania danej operacji na całej partii detali ulega wydatnemu skróceniu.

5. Rytmiczność przebiegu procesu produkcyjnego. Tam gdzie to jest możliwe i celowe (szczególnie przy produkcji długich partii różnych zunifikowanych detali) należy dążyć do ścisłej powtarzalności operacji w jednakowych odstępach czasu. Dzięki temu zapewniamy rytmiczne dostawy tych elementów do wydziału montażowego lub klienta zewnętrznego (o ile oczywiście zależy mu na takich rytmicznych i regularnych dostawach).

Wyżarzanie i hartowanie - cel, rodzaje, cyk obróbki i zastosowanie

Obróbka cieplna jest to zespół odpowiednio dobranych zabiegów cieplnych prowadzących do zmiany właściwości stali poprzez zmiany struktury w stanie stałym w wyniku zmian temperatury i czasu.

Ze względu na czynniki wpływające na kształtowanie struktury oraz właściwości metali i stopów można wyróżnić następujące rodzaje obróbki cieplnej:

• obróbkę cieplną zwykłą,

• obróbkę cieplno-chemiczną,

• obróbkę cieplno-mechaniczną (zwaną także obróbką cieplno-plastyczną),

• obróbkę cieplno-magnetyczną.

Klasyfikację obróbki cieplnej zwykłej przedstawiono na rys. 1. Każdy proces obróbki cieplnej składa się z operacji i zabiegów. Operacja obróbki cieplnej jest to część procesu technologicznego (np. hartowanie, wyżarzanie) wykonywana w sposób ciągły, przeważnie na jednym stanowisku roboczym, natomiast zabiegiem nazywamy część operacji (np. nagrzewanie, wygrzewanie, chłodzenie).

Rys. 1. Klasyfikacja obróbki cieplnej zwykłej.

Wyżarzanie.

Zakres temperatur wyżarzania stali.

Przez wyżarzanie rozumie się zabiegi cieplne, których celem jest uzyskanie struktury w obrabianym materiale zbliżonej do stanu równowagi termodynamicznej. Wyżarzanie polega na nagrzaniu materiału do określonej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze i chłodzeniu z odpowiednią szybkością. Ze względu na temperaturę, w której wyżarzanie przebiega, dzieli się je na wyżarzanie: z przekrystalizowaniem i bez przekrystalizowania.

Procesy wyżarzania bez przekrystalizowania.

Wyżarzanie rekrystalizujące przeprowadza się po obróbce plastycznej na zimno. Polega na nagrzaniu materiału do temperatury wyższej od temperatury początku rekrystalizacji, wygrzaniu w tej temperaturze i chłodzeniu. Celem wyżarzania rekrystalizującego jest usunięcie skutków zgniotu i przywrócenie pierwotnych właściwości materiału. Temperaturę rekrystalizacji można w przybliżeniu określić:

T_r≈(0,35-0,6)T_t [K]

gdzie: T_r - temperatura rekrystalizacji, T_t - temperatura topnienia.

Wyżarzanie odprężające (odprężanie) polega na nagrzaniu materiału do temperatury poniżej A_c1, najczęściej 600-650°C, wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym studzeniu. Celem wyżarzania odprężającego jest zmniejszenie naprężeń własnych bez wyraźnych zmian struktury i właściwości uzyskanych w wyniku wcześniejszej obróbki, stosowane jest do odlewów staliwnych, elementów spawanych oraz utwardzonych przez odkształcenia plastyczne.

Wyżarzanie stabilizujące przeprowadza się w temperaturze do 150°C i ma na celu zapewnienie niezmienności wymiarowej oraz zmniejszenie naprężeń własnych. Najczęściej jest stosowane do narzędzi, sprawdzianów, odlewów żeliwnych, walców hutniczych itp. Jeżeli wyżarzanie przebiega w temperaturze otoczenia w czasie od kilku miesięcy do kilku lat, to nosi nazwę sezonowanie.

Procesy wyżarzania z przekrystalizowaniem.

Wyżarzanie ujednorodniające (homogenizujące) polega na nagrzaniu materiału do temperatury 1000-1200°C (o ok.100-200°C niższej od temperatury solidusu), długotrwałym wygrzaniu w tej temperaturze aż do wyrównania składu chemicznego oraz powolnym chłodzeniu. Celem zabiegu jest zmniejszenie niejednorodności (mikrosegregacji) składu chemicznego.

Wyżarzanie normalizujące (normalizowanie) polega na nagrzaniu do stanu austenitycznego, tzn. 30-50°C powyżej temperatury linii GSE (A_c3, A_cm) i następnie studzeniu w powietrzu. Celem operacji jest uzyskanie jednorodnej struktury drobnoziarnistej, a przez to poprawa właściwości mechanicznych stali. Jest stosowane do niestopowych stali konstrukcyjnych i staliwa - często przed dalszą obróbką cieplną w celu ujednorodnienia struktury.

Wyżarzanie zupełne polega na nagrzaniu stali, jak przy wyżarzaniu normalizującym i powolnym studzeniu (np. z piecem). Celem zabiegu jest zmniejszenie twardości, usunięcie naprężeń własnych, poprawa ciągliwości stali. Procesowi temu poddaje się zwykle stale stopowe, dla których szybkość chłodzenia w spokojnym powietrzu podczas normalizowania jest za duża i może prowadzić do zahartowania stali.

Wyżarzanie izotermiczne jest odmianą wyżarzania zupełnego i polega na nagrzaniu stali o 30-50°C powyżej temperatury A_c3, A_cm, wygrzaniu w tej temperaturze, szybkim chłodzeniu do temperatury zawartej pomiędzy temperaturą A_r1, a temperaturą najmniejszej trwałości przechłodzonego austenitu i izotermicznym wytrzymaniu w tej temperaturze aż do zakończenia przemiany perlitycznej. W wyniku wyżarzania izotermicznego uzyskuje się równomierne rozmieszczenie cementytu w perlicie, ziarna średniej wielkości, dobrą obrabialność oraz twardość w granicach 150 - 220 HB. Z tych względów proces ten jest zalecany dla stali stopowych do nawęglania i ulepszania, przeznaczonych na koła zębate, wałki wielowypustowe itp.

Wyżarzanie sferoidyzujące (zmiękczanie) polega na nagrzaniu stali do temperatury zbliżonej do A_c1 wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu. Wygrzewanie może się odbywać w temperaturze do 20°C powyżej lub poniżej temperatury A_c1. Najbardziej efektywne jest wygrzewanie wahadłowe wokół temperatury A_c1, trudne jednak do realizacji w warunkach przemysłowych.

W wyniku operacji wyżarzania sferoidyzującego uzyskuje się strukturę cementytu kulkowego w osnowie ferrytycznej tzw. sferoidyt. Struktura taka odznacza się najmniejszą twardością, dobrą skrawalnością oraz podatnością na odkształcenia plastyczne w czasie obróbki plastycznej na zimno.

Hartowanie.

Hartowanie polega na nagrzaniu stali do temperatury austenityzowania, krótkim wygrzaniu w tej temperaturze i oziębieniu z szybkością umożliwiającą uzyskanie struktury martenzytycznej lub bainitycznej. Podczas hartowania stali niestopowych oraz stali niskostopowych materiał nagrzewamy do temperatury 30-50°C powyżej linii GSK. Natomiast stale wysokostopowe (nierdzewne, szybkotnące) nagrzewamy do temperatur znacznie wyższych (1100-1200°C) w celu rozpuszczenia się w austenicie węglików i maksymalnego nasycenia roztworu stałego pierwiastkami stopowymi.

Rys.Fragment układu Fe-C z naniesionymi temperaturami hartowania i odpuszczania.

W zależności od sposobu chłodzenia wyróżnia się hartowanie zwykłe (ciągłe), stopniowe oraz z przemianą izotermiczną.

Hartowanie zwykłe polega na ciągłym obniżaniu temperatury obrabianego elementu z prędkością większą od krytycznej w ośrodku o temperaturze niższej od temperatury początku przemiany martenzytycznej. Dobór ośrodka chłodzącego uzależniony jest od hartowanego materiału oraz rodzaju struktury, którą chcemy uzyskać po zakończeniu procesu.

Stale węglowe chłodzimy najczęściej w wodzie lub roztworach soli, natomiast stale stopowe w oleju lub powietrzu (np. stale maraging).

Hartowanie stopniowe polega na chłodzeniu obrabianego elementu w kąpieli o temperaturze wyższej od temperatury początku przemiany martenzytycznej, wytrzymaniu w tej temperaturze przez okres konieczny do wyrównania temperatury na powierzchni i w rdzeniu przedmiotu lecz nie dłużej niż czas trwałości austenitu w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu do temperatury otoczenia. Dzięki wyrównaniu temperatury na powierzchni i w rdzeniu materiału oraz powolnemu chłodzeniu po wytrzymaniu izotermicznym w przekroju elementu zanikają naprężenia termiczne oraz zmniejsza się skłonność do pękania i paczenia elementów. Jako kąpieli hartowniczych używa się najczęściej stopionych soli azotanów i azotynów sodu oraz soli potasu, które zapewniają szybki odbiór ciepła od ochładzanych elementów.

Hartowanie izotermiczne (bainityczne) przebiega podobnie jak hartowanie stopniowe, tzn. po austenityzowaniu stal ochładza się w kąpieli o temperaturze wyższej od M_s, zwykle w zakresie 250-400°C, wytrzymuje w tej temperaturze do czasu zakończenia przemiany bainitycznej i chłodzi w powietrzu. Uzyskana struktura bainityczna posiada dużą twardość (40-50 HRC), a zarazem większą ciągliwość i udarność niż struktura martenzytyczna.

Ze względu na zasięg austenityzowania obrabianego cieplnie przedmiotu hartowanie dzielimy na: objętościowe i powierzchniowe.

Hartowanie objętościowe występuje wtedy, gdy austenityzowanie obejmuje całą objętość obrabianego cieplnie przedmiotu, a grubość zahartowanej warstwy zależy wyłącznie od własności materiału i szybkości chłodzenia.

Hartowanie powierzchniowe polega na szybkim nagrzaniu warstwy powierzchniowej przedmiotu do temperatury hartowania i następnie szybkim chłodzeniu. Hartowanie powierzchniowe umożliwia ograniczenie nagrzewania do cienkiej warstwy powierzchniowej w miejscach, które powinny być obrobione cieplnie, nie wywołuje więc dużych naprężeń i odkształceń cieplnych. Hartowanie powierzchniowe w zależności od sposobu nagrzewania dzieli się na:

• indukcyjne,

• płomieniowe,

• kąpielowe,

• wiązkowe (laserowe, elektronowe, jonowe).

Hartowność stali.

Hartowność stali, jest to zdolność do tworzenia struktury martenzytycznej. Właściwość ta jest ściśle związana z krytyczną szybkością chłodzenia stali; im większa jest wymagana szybkość chłodzenia tym hartowność mniejsza. Z pojęciem hartowności związane są następujące cechy:

• głębokość hartowania,

• maksymalna twardość uzyskiwana na powierzchni,

• skłonność do tworzenia rys i pęknięć hartowniczych.

Dla celów praktycznych porównywania hartowności różnych gatunków stali często podaje się maksymalną średnicę pręta, przy której zostaje on zahartowany na wskroś. Średnicę tę nazywa się średnicą krytyczną (D_k) i stanowi ona podstawowe kryterium hartowności stali. Za warstwę zahartowaną przyjmuje się strefę, w której występuje co najmniej 50% martenzytu. Średnicę krytyczną wyznacza się podczas badania hartowności stali za pomocą krzywych U. Metoda ta opracowana przez Grossmana polega na hartowaniu w stałych warunkach prętów z danego gatunku stali o różnych średnicach i wyznaczeniu rozkładu twardości na przekroju poprzecznym każdego pręta wzdłuż średnicy. Wyniki podaje się w postaci wykresu zmiany twardości w funkcji odległości od środka próbki. Z powodu kształtu powyższych wykresów przyjęło się określać je jako krzywe „U”.

Jedną z najczęściej stosowanych metod określania hartowności stali jest metoda hartowania od czoła (Jominy'ego) opisana w PN-79/H-04402. Polega ona na hartowaniu od czoła próbki walcowej o średnicy 25 mm i długości 100 mm (z kołnierzem) strumieniem wody wypływającej z dyszy o średnicy 12,5 mm.

Inną metodą wyznaczania hartowności jest metoda obliczeniowa polegająca na liczbowym ujęciu wpływu węgla, pierwiastków substytucyjnych oraz wielkości ziarna austenitu pierwotnego. Dla stali węglowej idealną średnicę krytyczną oblicza się z zależności:

gdzie: D_P - idealna średnica krytyczna, N - nr wielkości ziarna w skali ASTM, %C - zawartość węgla.

1

---