Pierwszy wykres: (RYS1) I - obszar małej spajalności tworzyw, II - obsz. Punktów spajania, duze ciśnienie, temp. nie przekracza temp. topnienia, III - ciśnienie nie jest istotne, temp. wyższa od temp. topnienia (to jest spawanie). IV - zakres który obejmuje niskie ciśnienia i temp. nie przekraczająca temp. topnienia, zakres parametrów, braków fizycznych procesów spawalniczych.

Zgrzewanie proces techn. łączenia tworzyw metalicznych poprzez oddziaływanie ciepła i dużych wartości ciśnienia (oddz. cieplno-mechaniczne) realizowany w temp. nie przekraczającej temp. łączonych ciał, tworzyw. Metody zgrzewania: tarciowe, wybuchowe, ultradźwiękowe, dyfuzyjne, elektryczne.

Lutowanie dzieli się na: a)lut. miękkie (do 500⁰C) luty na bazie cyny i ołowiu, b) lutospawanie (luty twarde) (500-1000⁰C) luty na bazie miedzi i na bazie srebra

Klejenie polimery, metalowe, multimetale, kleje metaliczne

Pokrewne procesy spawalnicze: zentromanie, elekrodrążenie, metalizacja natryskowa.

Spawanie to proces techn. łączenia nierozłącznego tworzyw (metalicznych) przez oddziaływanie ciepła realizowane w temp. wyższej od temp. topnienia łączonych ciał. Podstawowym źródłem w procesach spawania jest łuk elektryczny, jest on głównym źródłem energii cieplnej wśród wszystkich źródeł stosowanych w procesach spawania.

Podział: 1) łukowe; a)elektrodą otuloną, b) łukiem krytym, c)łukiem w osłonie gazów (elektrodą nietopliwą TIG, elektr. topliwą MIG/MAG), 2)elektrożużlowe, 3)elektronowe, 4)laserowe, 5)termitowe 6)gazowe.

Łuk elektryczny jest to stałe wyładowanie elektryczne o małym napięciu (10-50V) o dużym natężeniu prądu (0,1-2000A) utrzymywanym dzięki słupowi cieplnie zjonizowanych gazów zwanym plazmom. Łuk jarzy się między elektrodą topliwą (będącą źródłem mat. dodatkowego) lub nietopliwą (wolframową) a materiałem spawanym (mat. rodzimy). Własności energetyczne łuku spawalniczego zależą od rodzaju prądu, jego napięcia, natężenia i biegunowości oraz rodzajów gazów i par metali zawartych w obszarze łuków. Temp. plazmy łuku elektr. zależy od trzech podstawowych parametrów: natężenia prądu, długości łuku, gazu plazmotwórczo- osłonowy.

Postacie plazmy rozróżnia się dwie: 1) (RYS2) łuk elektryczny z elektrodą nietopliwą: jest zbliżony do stożka, którego wierzchołek jest końcem elektrody. Typ plazmy łuku e. może gasić do 9000⁰C przy spawaniu elektrodą topliwą. 2) łuk elektryczny z elektrodą topliwą: (biegun dodatni- anoda). Dodatkowy wierzchołek jest nadtopiony w skutek sił tworzenia się szyjki i tworzenia gęstości ładunku.

Czynniki decydujące o mech. przemieszczania metalu w łuku elektrycznym a)napięcie powierzchniowe, b)siła grawitacji, c)siła elektrodynamiczna (Lorentza), d)ciśnienie gazów wydzielających się przy końcu elektrody, e)eksplozyjne parowanie przenoszenia metalu pomiędzy kroplą a elektrodą, f)oddziaływanie elektromagnetyczne przywołano przez zmianę natężenia przepływu prądu w plazmie łuku e., g)przepływu strumienia plazmy łuku z prędkością bliską prędkości dźwięku w kierunku bieguna transportującego krople ciekłego łuku.

Typy transferów (przemieszczania) stopionej elektrody do jeziorka spawalniczego: (RYS3) A- kulkowy (kulisty), B- odpychający (oddziaływanie od ciśnienia i ciśnienie plazmy), C- mechanizm rzutowania, D- strumieniowego rozpylania, E- rotacyjnego przemieszczania kropel, F- eksplozyjne, G- zwarciowe.

Rozkład energii cieplnej w łuku funkcji rodzaju prądu i jego biegunowości i rodzaju materiału elektrody (RYS4) AC- prąd przemienny, DC (+)- prąd stały, biegunowość dodatnia, DC (-)- prąd stały, biegunowość ujemna.

Proces spawania (RYS5)- charakteryzuje się lokalnie zachodzącymi zjawiskami stapiania i krzepnięcia przebiegającymi wzdłuż brzegów elementów spawanych, materiał spawany (rodzimy) oraz materiał dodatkowy (spoiwo, stopiwo) są doprowadzone do stanu ciekłego, ciekły metal krystalizuje w formie utworzonej przez nadtopione brzegi mat. rodzimego, którego udział w złączu może wynosić od 10 nawet do 40% oraz spoiwa tworząc spoinę. Spoina -charakteryzuje się strukturą dendrytyczną. SWC- charakteryzuje się zmiennymi rozmiarami ziarn przy granicy wtopu występuje podstrefa gruboziarnista charakteryzująca się dużymi rozmiarami ziarn. Podstrefy: normalizacji, niezupełnego wyżarzania, rekrystalizacji (723⁰C), przełomu na niebiesko.

Spawalność tworzyw metalicznych. Spawalność- jest podstawową właściwością mat. stosowanych na konstrukcje i wyroby spawane. Spawalność należy zaliczyć do trudniejszych do zdefiniowania pojęć technologicznych. Z uwagi na to, że określenie nie dotyczy prostej pojedynczej właściwości metalu lecz obejmuje zespół czynników których wspólne oddziaływanie decyduje o przydatności danego materiału do wykonania określonej konstrukcji spawanej. W sensie praktycznym spawalność metalu sprowadza się do określenia zespołów warunków umożliwiających wykonanie konstrukcji spawanej, której złącza charakteryzowałyby się wewnętrzną ciągłością metaliczną (bez wad- nieciągłości) i żądanymi właściwościami użytkowymi (wł. mechanicznymi).

Spawalność określa się zespołem cech(RYS6): 1)odporność złączy spawanych na pęknięcia gorące (krystalizacyjne), 2) odporność złączy spawanych na pęknięcia zimne (opóźnione, zwłoczne), 3) odporność złączy spawanych na pęknięcia lamelarne.

Pęknięcia zimne: (RYS7) (opóźnione, zwłoczne) mogą wystąpić gdy złącze spawane uzyska temp. niższą od ok. 200⁰C. Główną przyczyną pojawienia się pęknięć na zimno jest efekt podhartowania strefy wpływu ciepłą a także zanieczyszczenia (wzbogacenia) strefy wpływu ciepła w wodór. Feγ(C)->Feα(C) Miarą skłonności stali do podhartowania są pękanie. Na zimno jest: C_E= C+(Cr+Mo+V)/5+Mn/6+(Cu+Ni)/15+Si/12 % , C_E≅ 0,45% (0,5%)- stal dobrze spawalna, jej skłonność jest mała do pękania na zimno. Pomiar twardości złącza spawanego: HV5 (10) =1200-200C_E ≥350 - wtedy jest możliwość powstania pęknięcia. Kryterium odporności na pęknięcia laminarne jest zaw. z teksturą walcowania blach. Cechą charakterystyczną pęknięć laminarnych są pęknięcia. Uskoki nie wychodzą na powierzchnię, lecz rozprzestrzeniają się w kierunku walcowania, zarodkowania, przemieszczanie rozpoczyna się od naprężeń spawalniczych. (RYS Typowe pęknięcia kameralne w strukturze pasmowej oraz szczegóły pęknięcia. t-trans, p-uskok (RYS8)).

Spawanie łukowe elektrodą otuloną- przebieg (RYS9) jest procesem w którym trwałe połączenie uzyskuje się przez stopienie napięciem łuku elektrycznego topliwej elektrody otulonej i materiału spawanego. Przebieg: spoinę złącza tworzą: rdzeń, składniki metaliczne, które mogą wchodzić skład otulin elektrody oraz nadtopione brzegi mat. rodzimego którego udział w spoinie może wynosić od ok. 10-40% zależnie od techniki spawania i materiału rodzimego także od materiału elektrody. Skład atmosfery ochronnej gazowej to: CO₂, CO, para wodna H₂O oraz produkty ich rozpadu. Do spawania stosowane są elementy otulone o różnych grubościach i średnicy.

Składniki otulin elektrod (trzy grupy surowców): 1)surowce mineralne (rudy żelaza, rudy mangany, krzemionka SiO₂, węglany sodu, potasu, wapnia, fluoro CaF₂, glinokrzemiany i inne surowce mineralne). Zasadniczym celem tych surowców jest wytworzenie żużlu o właściwościach spawalniczych i metalurgicznych. 2)metale i żelazo stopy (FeMu, żelazo-krzem, wanad, żelazo, żelazo Bor FeB, żelazo-chrom, czyste metale jak Ni, Al i inne pierwiastki metaliczne). Celem tych pierwiastków jest uzyskanie (wytworzenie) spoiny do żądanego stężenia. 3)surowce organiczne (celuloza, mączka drzewna, krochmal, stearyna, a również surowce pochodzenia zwierzęcego). Celem tych surowców jest wytworzenie gazów osłaniających jeziorko gazów przed wpływem atmosfery zewnętrznej.

Zależnie od proporcji (udziału) poszczególnych surowców rozróżnia się:

elektrody kwaśne EA1505CG to są takie elektrody, w których przeważają tlenki rud, tytan (elektroda rutylowa), (TiO₂) ER. El. kwaśne nadają się do spawania we wszystkich pozycjach, dają łatwo usuwalny żużel, wykorzystywane do spawania stali dobrze spawalnej. El. kwaśne przed użyciem należy wysuszyć w temp. 100-120⁰C w ciągu jednej godz.

Elektrody zasadowe EB- w otulinie przeważają związki wysokiej wytrzymałości do grubszych złączy oraz konstrukcji, które powinny posiadać dużą udarność w wysokiej temp. El. przed użyciem powinny być wyżarzone w temp. 350-450⁰C w czasie 3-4 godz.

Podstawowe parametry spawania elektrodą otuloną(RYS10) a)rodzaj i natężenia prądu spawania, b)napięcie łuku, c)prędkość spawania [m/min], d)średnica elementu i jej położenie względem złącza, e)od biegunowości zależy ilość mat. przeznaczonego do spawania.

Wymagają specjalnych urządzeń spawalniczych, bowiem użycie spawarek z napięciem biegu jałowego musi wynosić min. 60-70V. Natężenie prądu spawania dobiera się na podstawie danych katalogowych producenta. Parametr ten decyduje o energii cieplnej łuku a więc o głębokości wtopienia i prędkości stapiania. Dobór natężenia prądu zależy od rodzaju spawanego materiału, rodzaju elektrody, jej średnicy, rodzaju prądu, pozycji spawania oraz techniki nakładania poszczególnych ściegów spoiny.

Rozróżnia się dwie podstawowe grupy złączy spawanych: (RYS11) a)złącza doczołowe, b)złącza wykonane spoinami pachwinowymi.

Spawanie łukowe ręczne elektrodą otuloną dzięki dużej intensywności technicznej i technologicznej zapewnia połączenia o wysokich wł. eksploatacyjnych wykonane we wszystkich pozycjach spawania i w trudno dostępnych miejscach prawie wszystkich tworzyw metalicznych. Elektrodami otulonymi można spawać konstrukcję wykonane ze stali: konstrukcyjnych niskowęglowych dobrzespawalnych, stali konstrukcyjnych trudnospawalnych, stali niskostopowych niskostopowych dużej wytrzymałości, staliwa, żeliwo szare i sferoidalne na zimno i na gorąco, stale wysokostopowe (austenityczne, żaroodporne, żarowytrzymałe), odporne na korozję (nierdzewiejące), stopy niklu, miedzi, aluminium i stopy niektóre aluminium. Niemożliwe do spawania: metale o dużej reaktywności (osłona łuku nie zapewnia odpowiedniej ochrony przed dostępem gazu z atmosfery), tytan i jego stopy, cyrkon, stopy wysokotopliwe(wolfram, tantal, wanad, molibden)

Gazy palne stosowane w spawalnictwie:,acetylen, wodór, benzyna, propan-butan. C₂H₂ + 0₂ -» 2CO + H₂ + Q,(strefa II). Płomień obojętny powstaje, gdy proces spalania odbywa się z udziałem tlenu pochodzącego z Palnika. Acetylen powstaje w^: wyniku reakcji karbidu z wodą: karbid + woda —> acetylen + wapno (CaC₂ + 2H₂O -4C₂H₂ + Ca(OH)₂ + Q). Acetylen jest gazem bezbarwnym o charakterystycznym zapachu. Acetylen w postaci gazowej wykazuje skłonność do wybuchu przy ciśnieniu 2 at. Mieszanka acetylenu ² powietrzem (2,3-82% acetylenu) lub tlenem (2,3-93% acetylenu) wyka­zuje także skłonność do wybuchu. W kontakcie z miedzią, stopami srebra ¹ rtęcią acetylen tworzy acetylenki (związki chemiczne cechujące się skłonnością do wybuchu). Z 1 kg karbitu można otrzymac do 300 l acetylenu.acetylen prakltycznie nieograniczenie rozpuszcza się w acetonie. W wyniku spalania acetylenu w tlenie uzyskuje się 3 rodzaje płomieni:

-płomien normalny β=1,0, -płomien naweglajacy β>1,0, -płomien utleniajacy β< 1,0 Roz­różnia się trzy metody spawania gazowego: spawanie w lewo, spawanie w prawo, spawanie w górę.

Spawanie w lewo (rys12) Metodą spawania w lewo łączy się doczołowe elementy stalowe gru­bości do 4 mm.Przy tej metodzie można wyróznic duze odkształcenia i patrzenia się wyrobu.

Spawanie w prawo Metodą spawania w prawo łączy się doczołowe elementy stalowe grubości 5-15 mm w pozycji podolnej i 6-12 mm w pozycji naściennej. Wystepuja znacznie mniejsze naprez. spawalnicze i skłonnosci patrzenia się wyrobu. W płom. temp. Zmienia się od 300 do 3100 i obniza się łagodnie w kicie.

Ciecie palnikiem acyteylenowo-tlenowym. Charakteryzuje duza wydajnosc w porównaniu do metody skrawania czy toczenia. Warunki ciecia palnikiem acyteylenowo-tlenowym: 1.Temp. topnienia tlenków cietego metalu musi być mniejsza od temp jego topnienia. 2.Do ciecia nadaja się stale które zawieraja max.0,7% C i około 0,7 %Wanadu 7% chromu. 3.Przewodnictwo cieplne ciekłego metalu powinno uniemozliwic nagrzanie go do temp. Intensywnego utleniania.

Spawanie łukiem krytym (rys13) Jest procesem w którym trwale połaczenie uzyskuje się w wyniku stopienia obszaru spawania i elektrody ciepłem łuku elektrycznego jonizujacego się w obszarze osłonietym warstwa topnika. PoPodczas spawania łuk jest niewidoczny nie ma wiec rozprysku metalu a ilosc wytworzonych gazów spawalniczych jest bardzo mała.Sproszkowany topnik po przejsciu w stan ciekły jest utrzymywany nad obszarem spawania w postacji czaszy.Proces jest realizowany przy nie wielkim nadcisnieniu co sprzyja dobremu formowaniu się lica spojny.Skład tponika jest tak dobrany aby spełniał funkcjie spawalnicze i metalurgiczne podobnie jak otulina elektrod. Dwie grupy topników: -neutralne nie wprowadzajace skł.stopowych do spojny -aktywne-wprowadzaja zelazo-mangan, wanad i inne pierwiastki stopowe.Spawa się w pozycji podolnej.Proces spawania łukiem krytym realizuje się dla połoczenia blach grubych od 8-100 mm.Mozliwosc spawania wieloelektrodowego stosowane w przemysle stoczniowym.

SPAWANIE W ATMOSFERZE GAZÓW (RYS)

Metoda TIG (rys14)(GTAW) jest to najczyszcza metoda z procesów spawania łukowego porównywana do mikroodlewania łukowego w osłonach gazowych. Elektroda topliwa wykon. z wolframu lub ze stopu wolframu z pierwiastkami mieszajacymi się z tlenkami.

Spawanie metoda GTAW jest jednym z podst.procesów wytwarzania konstrukcji zwłaszcza ze stali wysokostopowych stali specjalnych stopów Niklu kobaltu, aluminium,stopy magnezu i tytanu. Podstawowe parametry procesu spawania to: -rodzaj i natezenie pradu, -kształt ściegu, -napiecie [V] łuku, -predkosc spawania, -rodzaj i natezenie przepływu gazu osłonowego-plazmotwórczego, -srednica materiału dodanego. Gaz decyduje o kształcie i głebokosci spoiny oraz kształtowania właściwości mechanicz­nych połączenia.Wpływ na parametry geometryczne sciegu: energia jonizacji i przewodnictwa. Hel-4 krotnie zwieksz wartosc przewodnictwa w porównaniu z argonem i daje szerszy strumien plazmy łuku elekrycznego co wpływa na wybór gazu.

Metoda MIG (GMA) (rys15)podstawowe gazy ochronne do spawania. Metoda(GMA) to gazy obojetne (Ar,He i gazy aktywne,do MAG Co2,H2 tlen azot N2,tlenek azotu NO stosowane oddzielnie lub tylko jako dodatki do Argonu lub tlenu.Elektroda topliwa w tych metalach ma postac drutu pełnego o srednicy 0,5-0,9mm jest podstawowy ciągły sposób przez system podający z postacja od 2,5-50 m/min.Palniki mogą być chłodzone powietrzem lub wodą.Spawanie GMA może być zastosowane do wykonywania wysokiej jakosci połączen wszystkich metali.Stal weglową niskostopliwa spawa się najczęściej metoda MAG lub z dodatkami Ar względem tlenu.Stale wysokostopowe Aluminim stopy,Magnez i jego stopy tytan i jego stopy.Spawanie może być na wszystkich pozycjach.Gaz ochronno plazmotwórczy decyduje o sprawnosci obszaru spawania i o sposobie przenoszenia metalu w łuku, predkosc spawania i kształt spoiny (rys 6).

SPAWANIE LASEROWE (rys16) Polega na stapianiu styku łączonych przedmiot ów cieplem otrzymywanym w wyniku doprowadzenia do tego obszaru skoncentrowanej wiazki swiatła koherentnego o bardzo duzej gestosci mocy ok. 10² nawet do 10¹¹ W/mm.

Do celów spawalniczych wykorzystuje się dwa rodzaje laserów : -Lasery ze stałym elem. Czynnym(w postacji krystału rubinu), -Lasery molekulowe z gazowym ośrodkiem czynnym. Lasery stałe stosowane do wykonywania złączy punktowych cienkich blach i foli.Natomiast lasery z elem.czynnym sa wykorzystywane do ciągłych połączen.: -Monochromatycznewarstwa może być wysyłana na duze odległosci., -światło można chromatycznie udzielac i spawać w różnych punktach.

-wiązka może emitowac światło widzialne i nie widzialne można spawac w miejscach niedostepnych np. pod warstwą izolacji, warstwą ochronną.

Spawanie laserowe umozliwja wyk spawu w dowolnej pozycji wszelkiego rodzaju kształtu i róznychm zakresie grubosci od fali 0,0015 mm do 32 mm.

Wykorzystuje się dwie techniki spawania: -z tzw oczkiem(przetopieniem na wskros), -z jeziorkiem(natopienie powierzchniowe)

Stosujemy: przemysł samochodowy, na karoserie samochodowe, blachy stalowe głebokotłoczone z pokryciem ochronym. Spawanie to umożliwia spawanie z duzymi predkosciami złącza doczołowe i złącza zakładkowe poprzez powłoki ochronne.Stosowane do precyzyjnego kształtowania wyrobów,spawanie bezprzetopowe przy spawaniu blach doczołowych.

SPAWANIE ELEKTRONOWE Spawanie wiązką elektronów polega na stopieniu obszaru styku łączonych przedmiotów ciepłem uzyskanym przez bombardowanie go w prózni skoncentrowanym strumieniem elektronów o duzej energi 1,5*10⁵ N/mm2. Wiązka emitowana jest z działa elektronowego.Katoda emituje elektrony z predkoscia 19000 km/s.Koncetracja ciepła na jednostkę pow.jest 1000 razy wieksza w porównaniu do gestosci materiału spawanego elektrodami jednym przejściu można przetopić bez spoiwa mat. Do 300 mm.W czasie przesuwu wiązki elektronów wzdłuż lini spawania następuje jednoczesne przemieszczenie utraconego przez wiązkę wgłębienia jeziorka ciekłego metalu w kształcie cylindrycznym i krystalizacja na ściankach pokrytych cienką uprzednio warstwą ciekłego metalu .Niema strefy wpływu ciepła .Przy stałym napiciu przysparzającym zmianę natężenia prądu przy stałym napieciu, powoduje zmiane mocy a ty samym zmianę kształtu i głębokości przetopienia. Oprócz możliwości spawania wiekszosci metali stosowanych obecnie spawanie elektronowe umożliwia łączenie metali i stopów różniących się znacznie właściwościami fizycznymi oraz niespawalnymi niekonwencjonalnie metodami. Znajduje obecnie zastosowanie w przemyśle kosmicznym, lotniczym, motoryzacyjnym energetyce jądrowej i elektronice, grubościenne zbiorniki reaktorowe, stosowane do poszycia wielkiego pieca zbiorniki paliwa reaktorowego, el. Paliwowe, podzespoły promu kosmicznego, zbiorniki statków transportowych.

Wady: spawanie anty ekologiczne , wydziela się silne promieniowanie rentgenowskie, koszty urządzenia.

Pierwszy wykres: (RYS1) I - obszar małej spajalności tworzyw, II - obsz. Punktów spajania, duze ciśnienie, temp. nie przekracza temp. topnienia, III - ciśnienie nie jest istotne, temp. wyższa od temp. topnienia (to jest spawanie). IV - zakres który obejmuje niskie ciśnienia i temp. nie przekraczająca temp. topnienia, zakres parametrów, braków fizycznych procesów spawalniczych.

Zgrzewanie proces techn. łączenia tworzyw metalicznych poprzez oddziaływanie ciepła i dużych wartości ciśnienia (oddz. cieplno-mechaniczne) realizowany w temp. nie przekraczającej temp. łączonych ciał, tworzyw. Metody zgrzewania: tarciowe, wybuchowe, ultradźwiękowe, dyfuzyjne, elektryczne.

Lutowanie dzieli się na: a)lut. miękkie (do 500⁰C) luty na bazie cyny i ołowiu, b) lutospawanie (luty twarde) (500-1000⁰C) luty na bazie miedzi i na bazie srebra

Klejenie polimery, metalowe, multimetale, kleje metaliczne

Pokrewne procesy spawalnicze: zentromanie, elekrodrążenie, metalizacja natryskowa.

Spawanie to proces techn. łączenia nierozłącznego tworzyw (metalicznych) przez oddziaływanie ciepła realizowane w temp. wyższej od temp. topnienia łączonych ciał. Podstawowym źródłem w procesach spawania jest łuk elektryczny, jest on głównym źródłem energii cieplnej wśród wszystkich źródeł stosowanych w procesach spawania.

Podział: 1) łukowe; a)elektrodą otuloną, b) łukiem krytym, c)łukiem w osłonie gazów (elektrodą nietopliwą TIG, elektr. topliwą MIG/MAG), 2)elektrożużlowe, 3)elektronowe, 4)laserowe, 5)termitowe 6)gazowe.

Łuk elektryczny jest to stałe wyładowanie elektryczne o małym napięciu (10-50V) o dużym natężeniu prądu (0,1-2000A) utrzymywanym dzięki słupowi cieplnie zjonizowanych gazów zwanym plazmom. Łuk jarzy się między elektrodą topliwą (będącą źródłem mat. dodatkowego) lub nietopliwą (wolframową) a materiałem spawanym (mat. rodzimy). Własności energetyczne łuku spawalniczego zależą od rodzaju prądu, jego napięcia, natężenia i biegunowości oraz rodzajów gazów i par metali zawartych w obszarze łuków. Temp. plazmy łuku elektr. zależy od trzech podstawowych parametrów: natężenia prądu, długości łuku, gazu plazmotwórczo- osłonowy.

Postacie plazmy rozróżnia się dwie: 1) (RYS2) łuk elektryczny z elektrodą nietopliwą: jest zbliżony do stożka, którego wierzchołek jest końcem elektrody. Typ plazmy łuku e. może gasić do 9000⁰C przy spawaniu elektrodą topliwą. 2) łuk elektryczny z elektrodą topliwą: (biegun dodatni- anoda). Dodatkowy wierzchołek jest nadtopiony w skutek sił tworzenia się szyjki i tworzenia gęstości ładunku.

Czynniki decydujące o mech. przemieszczania metalu w łuku elektrycznym a)napięcie powierzchniowe, b)siła grawitacji, c)siła elektrodynamiczna (Lorentza), d)ciśnienie gazów wydzielających się przy końcu elektrody, e)eksplozyjne parowanie przenoszenia metalu pomiędzy kroplą a elektrodą, f)oddziaływanie elektromagnetyczne przywołano przez zmianę natężenia przepływu prądu w plazmie łuku e., g)przepływu strumienia plazmy łuku z prędkością bliską prędkości dźwięku w kierunku bieguna transportującego krople ciekłego łuku.

Typy transferów (przemieszczania) stopionej elektrody do jeziorka spawalniczego: (RYS3) A- kulkowy (kulisty), B- odpychający (oddziaływanie od ciśnienia i ciśnienie plazmy), C- mechanizm rzutowania, D- strumieniowego rozpylania, E- rotacyjnego przemieszczania kropel, F- eksplozyjne, G- zwarciowe.

Rozkład energii cieplnej w łuku funkcji rodzaju prądu i jego biegunowości i rodzaju materiału elektrody (RYS4) AC- prąd przemienny, DC (+)- prąd stały, biegunowość dodatnia, DC (-)- prąd stały, biegunowość ujemna.

Proces spawania (RYS5)- charakteryzuje się lokalnie zachodzącymi zjawiskami stapiania i krzepnięcia przebiegającymi wzdłuż brzegów elementów spawanych, materiał spawany (rodzimy) oraz materiał dodatkowy (spoiwo, stopiwo) są doprowadzone do stanu ciekłego, ciekły metal krystalizuje w formie utworzonej przez nadtopione brzegi mat. rodzimego, którego udział w złączu może wynosić od 10 nawet do 40% oraz spoiwa tworząc spoinę. Spoina -charakteryzuje się strukturą dendrytyczną. SWC- charakteryzuje się zmiennymi rozmiarami ziarn przy granicy wtopu występuje podstrefa gruboziarnista charakteryzująca się dużymi rozmiarami ziarn. Podstrefy: normalizacji, niezupełnego wyżarzania, rekrystalizacji (723⁰C), przełomu na niebiesko.

Spawalność tworzyw metalicznych. Spawalność- jest podstawową właściwością mat. stosowanych na konstrukcje i wyroby spawane. Spawalność należy zaliczyć do trudniejszych do zdefiniowania pojęć technologicznych. Z uwagi na to, że określenie nie dotyczy prostej pojedynczej właściwości metalu lecz obejmuje zespół czynników których wspólne oddziaływanie decyduje o przydatności danego materiału do wykonania określonej konstrukcji spawanej. W sensie praktycznym spawalność metalu sprowadza się do określenia zespołów warunków umożliwiających wykonanie konstrukcji spawanej, której złącza charakteryzowałyby się wewnętrzną ciągłością metaliczną (bez wad- nieciągłości) i żądanymi właściwościami użytkowymi (wł. mechanicznymi).

Spawalność określa się zespołem cech(RYS6): 1)odporność złączy spawanych na pęknięcia gorące (krystalizacyjne), 2) odporność złączy spawanych na pęknięcia zimne (opóźnione, zwłoczne), 3) odporność złączy spawanych na pęknięcia lamelarne.

Pęknięcia zimne: (RYS7) (opóźnione, zwłoczne) mogą wystąpić gdy złącze spawane uzyska temp. niższą od ok. 200⁰C. Główną przyczyną pojawienia się pęknięć na zimno jest efekt podhartowania strefy wpływu ciepłą a także zanieczyszczenia (wzbogacenia) strefy wpływu ciepła w wodór. Feγ(C)->Feα(C) Miarą skłonności stali do podhartowania są pękanie. Na zimno jest: C_E= C+(Cr+Mo+V)/5+Mn/6+(Cu+Ni)/15+Si/12 % , C_E≅ 0,45% (0,5%)- stal dobrze spawalna, jej skłonność jest mała do pękania na zimno. Pomiar twardości złącza spawanego: HV5 (10) =1200-200C_E ≥350 - wtedy jest możliwość powstania pęknięcia. Kryterium odporności na pęknięcia laminarne jest zaw. z teksturą walcowania blach. Cechą charakterystyczną pęknięć laminarnych są pęknięcia. Uskoki nie wychodzą na powierzchnię, lecz rozprzestrzeniają się w kierunku walcowania, zarodkowania, przemieszczanie rozpoczyna się od naprężeń spawalniczych. (RYS Typowe pęknięcia kameralne w strukturze pasmowej oraz szczegóły pęknięcia. t-trans, p-uskok (RYS8)).

Spawanie łukowe elektrodą otuloną- przebieg (RYS9) jest procesem w którym trwałe połączenie uzyskuje się przez stopienie napięciem łuku elektrycznego topliwej elektrody otulonej i materiału spawanego. Przebieg: spoinę złącza tworzą: rdzeń, składniki metaliczne, które mogą wchodzić skład otulin elektrody oraz nadtopione brzegi mat. rodzimego którego udział w spoinie może wynosić od ok. 10-40% zależnie od techniki spawania i materiału rodzimego także od materiału elektrody. Skład atmosfery ochronnej gazowej to: CO₂, CO, para wodna H₂O oraz produkty ich rozpadu. Do spawania stosowane są elementy otulone o różnych grubościach i średnicy.

Składniki otulin elektrod (trzy grupy surowców): 1)surowce mineralne (rudy żelaza, rudy mangany, krzemionka SiO₂, węglany sodu, potasu, wapnia, fluoro CaF₂, glinokrzemiany i inne surowce mineralne). Zasadniczym celem tych surowców jest wytworzenie żużlu o właściwościach spawalniczych i metalurgicznych. 2)metale i żelazo stopy (FeMu, żelazo-krzem, wanad, żelazo, żelazo Bor FeB, żelazo-chrom, czyste metale jak Ni, Al i inne pierwiastki metaliczne). Celem tych pierwiastków jest uzyskanie (wytworzenie) spoiny do żądanego stężenia. 3)surowce organiczne (celuloza, mączka drzewna, krochmal, stearyna, a również surowce pochodzenia zwierzęcego). Celem tych surowców jest wytworzenie gazów osłaniających jeziorko gazów przed wpływem atmosfery zewnętrznej.

Zależnie od proporcji (udziału) poszczególnych surowców rozróżnia się:

elektrody kwaśne EA1505CG to są takie elektrody, w których przeważają tlenki rud, tytan (elektroda rutylowa), (TiO₂) ER. El. kwaśne nadają się do spawania we wszystkich pozycjach, dają łatwo usuwalny żużel, wykorzystywane do spawania stali dobrze spawalnej. El. kwaśne przed użyciem należy wysuszyć w temp. 100-120⁰C w ciągu jednej godz.

Elektrody zasadowe EB- w otulinie przeważają związki wysokiej wytrzymałości do grubszych złączy oraz konstrukcji, które powinny posiadać dużą udarność w wysokiej temp. El. przed użyciem powinny być wyżarzone w temp. 350-450⁰C w czasie 3-4 godz.

Podstawowe parametry spawania elektrodą otuloną(RYS10) a)rodzaj i natężenia prądu spawania, b)napięcie łuku, c)prędkość spawania [m/min], d)średnica elementu i jej położenie względem złącza, e)od biegunowości zależy ilość mat. przeznaczonego do spawania.

Wymagają specjalnych urządzeń spawalniczych, bowiem użycie spawarek z napięciem biegu jałowego musi wynosić min. 60-70V. Natężenie prądu spawania dobiera się na podstawie danych katalogowych producenta. Parametr ten decyduje o energii cieplnej łuku a więc o głębokości wtopienia i prędkości stapiania. Dobór natężenia prądu zależy od rodzaju spawanego materiału, rodzaju elektrody, jej średnicy, rodzaju prądu, pozycji spawania oraz techniki nakładania poszczególnych ściegów spoiny.

Rozróżnia się dwie podstawowe grupy złączy spawanych: (RYS11) a)złącza doczołowe, b)złącza wykonane spoinami pachwinowymi.

Spawanie łukowe ręczne elektrodą otuloną dzięki dużej intensywności technicznej i technologicznej zapewnia połączenia o wysokich wł. eksploatacyjnych wykonane we wszystkich pozycjach spawania i w trudno dostępnych miejscach prawie wszystkich tworzyw metalicznych. Elektrodami otulonymi można spawać konstrukcję wykonane ze stali: konstrukcyjnych niskowęglowych dobrzespawalnych, stali konstrukcyjnych trudnospawalnych, stali niskostopowych niskostopowych dużej wytrzymałości, staliwa, żeliwo szare i sferoidalne na zimno i na gorąco, stale wysokostopowe (austenityczne, żaroodporne, żarowytrzymałe), odporne na korozję (nierdzewiejące), stopy niklu, miedzi, aluminium i stopy niektóre aluminium. Niemożliwe do spawania: metale o dużej reaktywności (osłona łuku nie zapewnia odpowiedniej ochrony przed dostępem gazu z atmosfery), tytan i jego stopy, cyrkon, stopy wysokotopliwe(wolfram, tantal, wanad, molibden)

Gazy palne stosowane w spawalnictwie:,acetylen, wodór, benzyna, propan-butan. C₂H₂ + 0₂ -» 2CO + H₂ + Q,(strefa II). Płomień obojętny powstaje, gdy proces spalania odbywa się z udziałem tlenu pochodzącego z Palnika. Acetylen powstaje w^: wyniku reakcji karbidu z wodą: karbid + woda —> acetylen + wapno (CaC₂ + 2H₂O -4C₂H₂ + Ca(OH)₂ + Q). Acetylen jest gazem bezbarwnym o charakterystycznym zapachu. Acetylen w postaci gazowej wykazuje skłonność do wybuchu przy ciśnieniu 2 at. Mieszanka acetylenu ² powietrzem (2,3-82% acetylenu) lub tlenem (2,3-93% acetylenu) wyka­zuje także skłonność do wybuchu. W kontakcie z miedzią, stopami srebra ¹ rtęcią acetylen tworzy acetylenki (związki chemiczne cechujące się skłonnością do wybuchu). Z 1 kg karbitu można otrzymac do 300 l acetylenu.acetylen prakltycznie nieograniczenie rozpuszcza się w acetonie. W wyniku spalania acetylenu w tlenie uzyskuje się 3 rodzaje płomieni:

-płomien normalny β=1,0, -płomien naweglajacy β>1,0, -płomien utleniajacy β< 1,0 Roz­różnia się trzy metody spawania gazowego: spawanie w lewo, spawanie w prawo, spawanie w górę.

Spawanie w lewo (rys12) Metodą spawania w lewo łączy się doczołowe elementy stalowe gru­bości do 4 mm.Przy tej metodzie można wyróznic duze odkształcenia i patrzenia się wyrobu.

Spawanie w prawo Metodą spawania w prawo łączy się doczołowe elementy stalowe grubości 5-15 mm w pozycji podolnej i 6-12 mm w pozycji naściennej. Wystepuja znacznie mniejsze naprez. spawalnicze i skłonnosci patrzenia się wyrobu. W płom. temp. Zmienia się od 300 do 3100 i obniza się łagodnie w kicie.

Ciecie palnikiem acyteylenowo-tlenowym. Charakteryzuje duza wydajnosc w porównaniu do metody skrawania czy toczenia. Warunki ciecia palnikiem acyteylenowo-tlenowym: 1.Temp. topnienia tlenków cietego metalu musi być mniejsza od temp jego topnienia. 2.Do ciecia nadaja się stale które zawieraja max.0,7% C i około 0,7 %Wanadu 7% chromu. 3.Przewodnictwo cieplne ciekłego metalu powinno uniemozliwic nagrzanie go do temp. Intensywnego utleniania.

Spawanie łukiem krytym (rys13) Jest procesem w którym trwale połaczenie uzyskuje się w wyniku stopienia obszaru spawania i elektrody ciepłem łuku elektrycznego jonizujacego się w obszarze osłonietym warstwa topnika. PoPodczas spawania łuk jest niewidoczny nie ma wiec rozprysku metalu a ilosc wytworzonych gazów spawalniczych jest bardzo mała.Sproszkowany topnik po przejsciu w stan ciekły jest utrzymywany nad obszarem spawania w postacji czaszy.Proces jest realizowany przy nie wielkim nadcisnieniu co sprzyja dobremu formowaniu się lica spojny.Skład tponika jest tak dobrany aby spełniał funkcjie spawalnicze i metalurgiczne podobnie jak otulina elektrod. Dwie grupy topników: -neutralne nie wprowadzajace skł.stopowych do spojny -aktywne-wprowadzaja zelazo-mangan, wanad i inne pierwiastki stopowe.Spawa się w pozycji podolnej.Proces spawania łukiem krytym realizuje się dla połoczenia blach grubych od 8-100 mm.Mozliwosc spawania wieloelektrodowego stosowane w przemysle stoczniowym.

SPAWANIE W ATMOSFERZE GAZÓW (RYS)

Metoda TIG (rys14)(GTAW) jest to najczyszcza metoda z procesów spawania łukowego porównywana do mikroodlewania łukowego w osłonach gazowych. Elektroda topliwa wykon. z wolframu lub ze stopu wolframu z pierwiastkami mieszajacymi się z tlenkami.

Spawanie metoda GTAW jest jednym z podst.procesów wytwarzania konstrukcji zwłaszcza ze stali wysokostopowych stali specjalnych stopów Niklu kobaltu, aluminium,stopy magnezu i tytanu. Podstawowe parametry procesu spawania to: -rodzaj i natezenie pradu, -kształt ściegu, -napiecie [V] łuku, -predkosc spawania, -rodzaj i natezenie przepływu gazu osłonowego-plazmotwórczego, -srednica materiału dodanego. Gaz decyduje o kształcie i głebokosci spoiny oraz kształtowania właściwości mechanicz­nych połączenia.Wpływ na parametry geometryczne sciegu: energia jonizacji i przewodnictwa. Hel-4 krotnie zwieksz wartosc przewodnictwa w porównaniu z argonem i daje szerszy strumien plazmy łuku elekrycznego co wpływa na wybór gazu.

Metoda MIG (GMA) (rys15)podstawowe gazy ochronne do spawania. Metoda(GMA) to gazy obojetne (Ar,He i gazy aktywne,do MAG Co2,H2 tlen azot N2,tlenek azotu NO stosowane oddzielnie lub tylko jako dodatki do Argonu lub tlenu.Elektroda topliwa w tych metalach ma postac drutu pełnego o srednicy 0,5-0,9mm jest podstawowy ciągły sposób przez system podający z postacja od 2,5-50 m/min.Palniki mogą być chłodzone powietrzem lub wodą.Spawanie GMA może być zastosowane do wykonywania wysokiej jakosci połączen wszystkich metali.Stal weglową niskostopliwa spawa się najczęściej metoda MAG lub z dodatkami Ar względem tlenu.Stale wysokostopowe Aluminim stopy,Magnez i jego stopy tytan i jego stopy.Spawanie może być na wszystkich pozycjach.Gaz ochronno plazmotwórczy decyduje o sprawnosci obszaru spawania i o sposobie przenoszenia metalu w łuku, predkosc spawania i kształt spoiny (rys 6).

SPAWANIE LASEROWE (rys16) Polega na stapianiu styku łączonych przedmiot ów cieplem otrzymywanym w wyniku doprowadzenia do tego obszaru skoncentrowanej wiazki swiatła koherentnego o bardzo duzej gestosci mocy ok. 10² nawet do 10¹¹ W/mm.

Do celów spawalniczych wykorzystuje się dwa rodzaje laserów : -Lasery ze stałym elem. Czynnym(w postacji krystału rubinu), -Lasery molekulowe z gazowym ośrodkiem czynnym. Lasery stałe stosowane do wykonywania złączy punktowych cienkich blach i foli.Natomiast lasery z elem.czynnym sa wykorzystywane do ciągłych połączen.: -Monochromatycznewarstwa może być wysyłana na duze odległosci., -światło można chromatycznie udzielac i spawać w różnych punktach.

-wiązka może emitowac światło widzialne i nie widzialne można spawac w miejscach niedostepnych np. pod warstwą izolacji, warstwą ochronną.

Spawanie laserowe umozliwja wyk spawu w dowolnej pozycji wszelkiego rodzaju kształtu i róznychm zakresie grubosci od fali 0,0015 mm do 32 mm.

Wykorzystuje się dwie techniki spawania: -z tzw oczkiem(przetopieniem na wskros), -z jeziorkiem(natopienie powierzchniowe)

Stosujemy: przemysł samochodowy, na karoserie samochodowe, blachy stalowe głebokotłoczone z pokryciem ochronym. Spawanie to umożliwia spawanie z duzymi predkosciami złącza doczołowe i złącza zakładkowe poprzez powłoki ochronne.Stosowane do precyzyjnego kształtowania wyrobów,spawanie bezprzetopowe przy spawaniu blach doczołowych.

SPAWANIE ELEKTRONOWE Spawanie wiązką elektronów polega na stopieniu obszaru styku łączonych przedmiotów ciepłem uzyskanym przez bombardowanie go w prózni skoncentrowanym strumieniem elektronów o duzej energi 1,5*10⁵ N/mm2. Wiązka emitowana jest z działa elektronowego.Katoda emituje elektrony z predkoscia 19000 km/s.Koncetracja ciepła na jednostkę pow.jest 1000 razy wieksza w porównaniu do gestosci materiału spawanego elektrodami jednym przejściu można przetopić bez spoiwa mat. Do 300 mm.W czasie przesuwu wiązki elektronów wzdłuż lini spawania następuje jednoczesne przemieszczenie utraconego przez wiązkę wgłębienia jeziorka ciekłego metalu w kształcie cylindrycznym i krystalizacja na ściankach pokrytych cienką uprzednio warstwą ciekłego metalu .Niema strefy wpływu ciepła .Przy stałym napiciu przysparzającym zmianę natężenia prądu przy stałym napieciu, powoduje zmiane mocy a ty samym zmianę kształtu i głębokości przetopienia. Oprócz możliwości spawania wiekszosci metali stosowanych obecnie spawanie elektronowe umożliwia łączenie metali i stopów różniących się znacznie właściwościami fizycznymi oraz niespawalnymi niekonwencjonalnie metodami. Znajduje obecnie zastosowanie w przemyśle kosmicznym, lotniczym, motoryzacyjnym energetyce jądrowej i elektronice, grubościenne zbiorniki reaktorowe, stosowane do poszycia wielkiego pieca zbiorniki paliwa reaktorowego, el. Paliwowe, podzespoły promu kosmicznego, zbiorniki statków transportowych.

Wady: spawanie anty ekologiczne , wydziela się silne promieniowanie rentgenowskie, koszty urządzenia.

---