1.SPAWALNICTWO Spawalnictwo jest gałęzią techniki zajmującą się procesami łączenia materiałów - głównie metali i tworzyw sztucznych - oraz procesami pokrewnymi, w których wykorzystuje się technologię i urządzenia używane przy łączeniu; jako dziedzina nauki zajmuje się zjawiskami zachodzącymi podczas tworzenia się połączeń, a także badaniem ich właściwości. Technika i technologia spawalnicza znalazły zastosowanie w procesach wytwarzania maszyn, urządzeń i konstrukcji; niemałą rolę odgrywają procesy spawalnicze przy regeneracji i naprawie części maszyn. Dzięki swej uniwersalności spawalnictwo jest stosowane praktycznie we wszystkich gałęziach przemysłu. Istotną cechą spawalniczych procesów spajania jest możliwość uzyskiwania połączeń o bardzo dobrej jakości przy wysokiej wydajności. Należy również pamiętać, że przy doborze technologii nie można pominąć względów ekonomicz­nych. Dobór metody spajania wymaga przeprowadzenia możliwie wszechstronnej analizy technicznej i ekonomicznej, tak aby dla określonego rozwiązania kon­strukcyjnego znaleźć najkorzystniejsze rozwiązanie technologiczne. 1.1. Klasyfikacja procesów spawalniczych Procesy spawalnicze można podzielić w sposób najbardziej ogólny na dwie grupy: I - procesy, których przeznaczeniem jest łączenie materiałów czyli spajanie, II - procesy pokrewne o innym niż spajanie przeznaczeniu.	łączonych części jest „ciepło pieca kowalskiego" (lub innego), a proces łączenia następuje w wyniku przekucia zgrzewanych części, 2)zgrzewanie gazowe, gdzie nagrzewanie powierzchni łączonych dokonywane jest za pomocą płomienia gazowego, 3)zgrzewanie egzotermiczne, gdzie czynnikiem nagrzewającym powierzchnie materiałów łączonych jest ciepło reakcji egzotermicznej, 4)zgrzewanie elektryczne, gdzie nagrzewanie i uplastycznienie powierzchni łączo­nych dokonywane jest przy wykorzystaniu energii elektrycznej, 5) zgrzewanie mechaniczne, gdzie materiał zgrzewany doprowadzany jest do stanu plastycznego w wyniku nagrzania ciepłem uzyskiwanym przy zamianie pracy mechanicznej na ciepło lub tylko dzięki pracy mechanicznej, 6)zgrzewanie ultradźwiękowe, które polega na łączeniu materiałów przy wyko­rzystaniu energii drgań wysokiej częstotliwości przekazywanej materiałom w miejscu łączenia, 7)zgrzewanie dyfuzyjne, które polega na wykorzystaniu zjawiska wzajemnej dyfuzji cząstek materiałów; 8)zgrzewanie wybuchowe, będące procesem łączenia materiałów, w którym dla uzyskania odpowiednio dużego docisku, przy jednoczesnym uplastycznieniu zgrzewanych elementów, zapewniającym ich połączenie, wykorzystuje się energię wyzwalaną w czasie eksplozji materiałów wybuchowych.	Spoiny mogą być wykonane jako jedno- lub wielowarstwowe; spoiny wielo­warstwowe mogą być jedno- lub wielościegowe. Pierwszy wykony­wany ścieg (warstwa) nosi nazwę ściegu granio­wego, a ostatni licowego; powierzchnie ograni­czające spoinę noszą odpowiednio nazwy grani i lica spoiny. W przypadku spoin dwustronnych spoina posiada z obu stron lico, a grań znajduje się w środku w miejscu ułożenia pierwszego ściegu. Złącza spawane różnią się między sobą kształtem i wzajemnym ułożeniem spawanych części. Złącze spawane powstaje w miejscu łączenia elementów za pomocą spoiny, będącej w istocie również częścią złącza, w której metal uległ całkowitemu stopieniu w czasie spawania, sta­nowiącej mieszaninę stopiwa (stopionego materiału dodatkowego czyli spoiwa) oraz materiału rodzimego. Rodzaje złącz a) złącze doczołowe, b) złącze kątowe, c) złącze zakładkowe, d) złącze przylgowe
Spajanie obejmuje metody łączenia materiałów, w wyniku których uzys­kuje się połączenie o fizycznej ciągłości Warunek ciągłości fizycznej oznacza przede wszystkim trwałość połączenia i zdolność do przenoszenia obciążeń; ale może również oznaczać ciągłość struktury (jednorodność) i ciągłość określonych właściwości fizykochemicznych. Spajanie można podzielić na cztery podstawowe procesy: 1) spawanie, 2) zgrzewanie, 3) lutowanie, 4) klejenie. Spawanie jest metodą łączenia materiałów, w której brzegi łączonych elementów wraz ze spoiwem ulegają stopieniu, tworząc po zakrzepnięciu trwałe złącze. Zgrzewanie jest metodą łączenia materiałów, w której powierzchnie zgrzewanych elementów w miejscu połączenia doprowadza się do stanu plastycz­nego, a następnie dociska uzyskując trwałe połączenie. Lutowanie jest metodą łączenia materiałów przebiegającą w tempera­turze topnienia materiału dodatkowego (lutu), który w stanie ciekłym wnika w szczelinę pomiędzy znajdujące się w stanie stałym powierzchnie łączonych elementów, tworząc po zakrzepnięciu trwałe połączenie. Klejenie jest metodą łączenia materiałów znajdujących się w stanie stałym za pomocą materiału dodatkowego (kleju), który w stanie ciekłym lub półpłynnym wypełnia szczelinę między dociśniętymi powierzchniami łączonych elementów, a połączenie uzyskuje się dzięki przyczepności materiału dodat­kowego do materiału łączonego.	Lutowanie - w zależności od temperatury procesu rozróżnia się lutowa­nie miękkie (temperatura procesu nie przekracza 550°C) i lutowanie twarde (temperatura procesu powyżej 550°C). Ponadto, zależnie od rodzaju użytego w procesie źródła ciepła, lutowanie dzieli się na gazowe, elektryczne, piecowe i kąpielowe. Procesy klejenia można podzielić na dwie grupy: 1) klejenie z zastosowaniem spoiw (klejów) termoplastycznych, 2) klejenie spoiwami termo- i chemoutwardzalnymi. 1.2. Rodzaje i charakterystyka złącz spawanych Elementy konstrukcji łączone ze sobą tworzą złącza. Zależnie od przyję­tej metody spajania są to złącza spawane, zgrzewane, lutowane lub klejone. Ponieważ spośród wszystkich metod łączenia metali stosowanych w przemyśle maszynowym i budownictwie stalowym dominującą rolę odgrywa spawanie -charakterystykę i podział złącz podano na przykładzie złącz spawanych. Złącze spawane powstaje w wyniku przetopienia krawędzi łączonych elementów, wymieszania stopionego metalu oraz stopiwa (stopionego materiału dodatkowego), który po zakrzepnięciu tworzy spoinę. Przed spawaniem krawę­dzie łączonych elementów ukosuje się w celu zapewnienia łatwiejszego i szybszego dostępu źródła ciepła do najniższych warstw materiału. Dolna - lub w niektórych typach złącz, środkowa - najwęższa część rowka nosi nazwę gardzieli. Istotną rolę odgrywa wielkość progu i odstęp (spawanych blach).	Rozróżnia się spoiny czołowe pachwinowe, grzbietowe i otworowe. Różnią się one nie tylko kształtem, ale przede wszystkim tym, w jaki sposób przenoszą naprężenia. Spoiny czołowe umożliwiają przenoszenie obciążeń mechanicznych i cieplnych całym przekrojem spawanego złącza (na całej jego długości).Spoiny pachwinowe, jak i spoiny ot­worowe przenoszą te obciążenia w ograniczonym zakresie. W przypadku złącza teowego ze spoiną czołową cały przekrój złącza bierze udział w przenoszeniu obciążeń, a ich rozkład jest w zasadzie równomierny; natomiast to samo złącze wykonane za pomocą spoiny pachwinowej charakteryzuje nierów­nomierny rozkład przenoszonych sił i naprężeń. Praktycznie część środkowa złącza nie bierze udziału w przenoszeniu obciążeń, a jednocześnie wywołuje spiętrzenie naprężeń w skrajnych włóknach. Spo­iny grzbietowe stosowane głównie w złączach przylgowych cechuje rów­nomierny rozkład ciepła, a w złączach doczołowych również i rozkład naprężeń jest stosunkowo korzystny. Rodzaje spoin: a) spoina czołowa b) spoina pachwinowa c) spoina grzbietowa d) spoina otworowa
Podział procesów spajania Kryteria podziału l. Stan materiału w miejscu łączenia 2. Spoiwo 3. Czynniki zewnętrzne Nazwa procesu Spawanie ciekły jest brak Zgrzewanie plastyczny brak docisk Lutowanie stały jest brak Klejenie stały jest docisk Zależnie od rodzaju źródła ciepła, które topi krawędzie łączonego materiału i spoiwo rozróżnia się następujące metody spawania: 1) spawanie gazowe, gdzie źródłem ciepła jest energia cieplna reakcji spalania określonego gazu palnego, 2) spawanie elektryczne, gdzie źródłem ciepła jest energia elektryczna, 3) spawanie egzotermiczne, gdzie źródłem ciepła jest energia reakcji egzotermicz­nej określonej substancji. Podział procesów zgrzewania dokonywany jest w zależności od czyn­nika powodującego „uplastycznienie" powierzchni zgrzewanych elementów w miejscu łączenia. Według tego krterium można wyodrębnić następujące metody zgrzewania: l)zgrzewanie kuzienne (ogniskowe), gdzie czynnikiem nagrzewającym do stanu plastycznego powierzchnie	Zbyt mały odstęp, zwłaszcza w przypadku spawania bez ukosowania, często uniemożliwia pełne przetopienie spawanych blach, czyli uzyskanie właściwego przetopu, którego brak stanowi jedną z podstawowych wad złącz spawanych. Podobnie wpływa na wynik spawania zbyt wysoki próg; z kolei brak progu lub mała jego wysokość w istotny sposób utrudniają spawanie na skutek zbyt szybkiego stopienia dolnej części rowka, powiększając nadmiernie odstęp między blachami, co powoduje wycieka­nie stopionego metalu. Złącze spawane obejmuje obszar materiału rodzimego jednego z elementów spawanych, spoinę i materiał rodzimy drugiego z łączonych elementów. Obszar materiału rodzimego znajdujący się w bezpośrednim sąsiedztwie spoiny, który uległ nagrzaniu pod wpływem ciepła spawania, nosi nazwę strefy wpły­wu ciepła - SWC. Budowę złącza spawanego pokazano na rys. III.1.3. Środkowa część złącza - spoina - stanowiąca mieszaninę materiału spawanego i stopionego materiału dodatkowego (stopiwa) wtapia się w materiał łączonych elementów. Wielkość, a ściślej głębokość strefy wtopienia, jest jednym z pod­stawowych czynników wpływających na własności wytrzymałościowe całego połączenia.	2. SPAWALNOŚĆ STALI 2.1. Struktura złącza spawanego Jak już wspomniano złącze spawane obejmuje obszar spoiny i materiałów spawanych. Spoina stanowi mieszaninę stopionego materiału dodatkowego -stopiwa oraz materiału rodzimego bądź też w przypadku spawania bez użycia spoiwa samego materiału rodzimego. Wymieszanie spoiwa i materiału dodatkowego zachodzi zwykle w stosunkowo wąskim obszarze na granicy spoiny i materiału rodzimego, zwanym strefą wtopienia (ST). Znajdujący się w bezpo­średnim sąsiedztwie spoiny materiał rodzimy, nagrzany ciepłem wykorzystanym w procesie spawania, nosi nazwę strefy wpływu ciepła (SWC).W strefie wpływu ciepła zachodzą wszystkie zjawiska towarzyszące nagrzewaniu metalu do tem­peratury topnienia. W części przyspoinowej materiał jest prawie całkowicie stopiony, w miarę oddalania się od spoiny stopień nagrzania maleje. W miejscu, gdzie zanika wpływ ciepła spawania materiał jest w stanie nie zmienionym. Pod wpływem ciepła wprowadzonego w czasie spawania zachodzą w SWC przemiany strukturalne. Różny stopień nagrzania materiału w SWC jest powodem znacz­nego zróżnicowania struktury strefy wpływu depta. W bezpośrednim sąsiedztwie spoiny materiał ulega „częściowemu" stopieniu . W obszarze tym występują równocześnie fazy: ciekła i stała, na granicy których zachodzą procesy dyfuzyjne wywołujące przemieszczenie się składników stopowych.
2.2. Zjawiska zachodzące podczas tworzenia się spoiny W wyniku oddziaływania określonego źródła ciepła powstaje jeziorko ciekłego metalu (rys. III.2.2), w którym mieszają się roztopiony metal spawanych elementów i stopiwo. Jeziorko to sąsiaduje bezpośrednio z podłożem, tworzącą się spoiną i żużlem powstałym ze stopionego topnika (otuliny) lub gazem osłonowym, zależnie od metody spawania. Rys. III.2.2 Jeziorko ciekłego metalu W ciekłym jeziorku zachodzi szereg zjawisk cieplno-metalurgicznych mają­cych wpływ na wynik spawania, związanych z przebiegiem reakcji pomiędzy poszczególnymi składnikami tego jeziorka. Spośród zjawisk zachodzących w ciekłym metalu najbardziej znaczącą rolę odgrywają procesy: odtleniania i rafinacji, zjawiska dyfuzji, krystalizacji ciekłego metalu, procesy powstawania pęknięć krystalizacyjnych oraz tworzenia się wtrąceń niemetalicznych i pęcherzy gazowych.	Rafinacja stopiwa jeziorka ciekłego metalu ogranicza się praktycz­nie do odsiarczania i odfosforzania. Odsiarczanie polega przede wszystkim na związaniu siarki w trwałe związki (siarczki MnS, FeS, CaS) przechodzące stosunkowo łatwo do żużla. Odfosforzanie stopiwa polega na utlenieniu fosforu (głównie tlenkiem żelaza) i związaniu powstałych tlenków fosforu w trwałe związki kompleksowe, za pomocą zawartych w żużlu tlenków wapnia, prze­chodzące do żużla. Nasycanie ciekłego metalu gazami. Proces ten związany jest z dwoma zjawiskami: — reakcją zdysocjowanych gazów z metalem, — dyfuzją wolnych gazów w metalu. Mieszanie materiału podłoża i materiału dodatkowego. Wymieszanie materiałów zwykle jest procesem biernym i zachodzi w wyniku występujących w jeziorku ciekłego metalu sił elektrodynamicznych, hydrodynamicznych i hydrostatycznych oraz sił grawitacji. Wymieszanie sprzyja ujednorodnieniu struktury i składu chemicznego, zwłaszcza że podczas topienia się materiału rodzimego, drutu elektrodowego czy topnika do jeziorka wprowa­dzane są składniki stopowe. Powstające stopiwo stanowi mieszaninę materiału rodzimego i materiału dodatkowego, a tym samym i składników w nich zawartych. Udział poszczególnych składników w stopiwie określa współczynnik wymieszania. Proces krystalizacji stopiwa podlega ogólnym prawom krystali­zacji. Różnice wynikają głównie z niewielkiej	Stosowany jest jako odtleniacz; jego skuteczność widoczna jest w wyższych temperaturach i przy większych zawartościach. Stosowany do rafinacji stopiwa tworzy siarczki manganu MnS słabo rozpuszczalne w metalu, dobrze natomiast rozpuszczające się w żużlu.. Poprawia odporność na kruche pękanie. Jest austenitotwórczy. Krzem. W spawalnych stalach węglowych jego zawartość nie przekracza zwykle 0,37%. Nie należy do składników korzystnie wpływających na przebieg spawania. W większych ilościach pogarsza odporność stali na pękanie. Krzem utrudnia przeróbkę plastyczną na gorąco stali, powodując jej pasmowość ujawniającą się podczas spawania. Zwiększa hartowność stali. Stosowany jest jako odtleniacz. Obniża rozpuszczalność wodoru w ciekłym żelazie. Sprzyja powstawaniu struktury drobnoziarnistej i jednocześnie zmniejsza segregaqę. Jest składnikiem ferrytotwórczym. Nikiel zwiększa hartowność stali. W stalach austenitycznych sprzyja korozji międzykrystalicznej, zwłaszcza przy wyższych zawartościach węgla. Wpływa najkorzystniej na wła­sności mechaniczne - zwiększa twardość i wytrzymałość, podnosi własności plastyczne, zwłaszcza udamość. Obniża temperaturę kruchości, zwiększając tym samym odporność na kruche pękanie. Podczas spawania nie ulega wypaleniu. Powoduje rozdrobnienie ziarna, co sprzyja powstawaniu struktur drobnoziarni­stych. Zmniejsza skłonność do przegrzania. Jest pierwiastkiem austenitotwóczym.
Proces tworzenia się spoiny zaczyna się z chwilą osiągnięcia temperatury topnienia właściwej dla danego materiału spawanego i dodatkowego. W ciekłym jeziorku, stanowiącym mieszaninę materiału spawanego i dodatkowego, za­chodzą prawie natychmiast procesy utleniania i redukcji zanim jeszcze rozpo­cznie się proces krystalizacji. Z chwilą przejścia materiału w stan ciekły zachodzą w nim prawie natych­miast różnorodne procesy metalurgiczne. Mimo krótkiego czasu nagrzewania procesy metalurgiczne przebiegają bardzo intensywnie z uwagi na nagrzanie metalu do bardzo wysokich temperatur. Spośród zachodzących w jeziorku ciekłego metalu procesów na szczególną uwagę zasługują zwłaszcza te, które wpływają na własności spoin, a to: - utlenianie, - redukcja tlenków (istniejących i nowo powstałych), - dyfuzja, - rafinacja stopiwa, - nasycanie ciekłego metalu gazami, - wymieszanie materiału rodzimego i dodatkowego. Utlenianie (metalu) wywołane jest zwykle wprowadzeniem do ciekłego metalu tlenu, którego źródła mogą być rozmaite; najczęściej jest to tlen pochodzący z przestrzeni wokół jeziorka spawalniczego oraz z tlenków obecnych w żużlu, rdzy itp. Obecność tlenu - zarówno w postaci tlenków (wtrąceń niemetalicznych), jak i roztworu stałego - nie tylko obniża własności mechaniczne po zakrzepnięciu,	objętości jeziorka ciekłego metalu oraz prawie jednoczesnego nagrzewania i stygnięcia stopiwa. Struktura pierwo­tna spoiny decyduje o jej właściwościach, tym bardziej, że nie zawsze jest ona poddawana dalszej obróbce, stąd też istotne jest uzyskiwanie drobnoziarnistej, jednorodnej struktury już w fazie krystalizacji pierwotnej. Krystalizacja zachodzi jedynie w pewnych określonych warunkach: -metal musi zostać przechłodzony, -konieczna jest obecność zarodków krystalizacji o określonych wymiarach. 2.3. Wpływ pierwiastków stopowych na własności złączy spawanych. Przebieg procesu spawania oraz własności uzyskanych złączy zależne są nie tylko od właściwości rozpatrywanego pierwiastka, ale również od obecności pozostałych składników. Oceniając wpływ składników stopowych na spawalność stali ograniczono się do tych pierwiastków i tych ich właściwości, których wpływ zaznacza się najsilniej. Węgiel odgrywa istotną rolę w procesie spawania i napawania stali, przy czym wpływ ten zależy od ilości i postaci, w jakiej występuje w stali oraz obecności innych składników. Stal można uznać za dobrze spawalną, gdy zawartość węgla nie przekracza 0,24%-0,25%, pod warunkiem, że zawartość pozostałych składników nie przekracza ilości spotykanych w zwykłych stalach węglowych.	Chrom - wprowadzany jest zwykle wraz z niklem i molibdenem. Należy do słabych odtleniaczy. Podczas spawania prawie nie ulega wypaleniu. Podwyż­sza hartowność. Powoduje wzrost twardości stopiwa, a zwłaszcza strefy wpływu ciepła, szczególnie przy większej zawartości węgla, dlatego też jego zawartość jest często ograniczana. Podnosi wytrzymałość. Pogarsza odporność na kruche pękanie. Zwiększa odporność na korozję. Obniża rozpuszczalność wodoru w ciekłym żelazie. Jest węglikotwórczy - podnosi temperaturę przemiany Ag . Ogranicza rozrost ziarna. Jest składnikiem ferrytotwórczym. Molibden. W ilościach spotykanych w zwykłych stalach (ok. 0,35%) pogarsza spawalność w stopniu niewielkim - wysoka temperatura i stosunkowo wolny przebieg przechodzenia węglików molibdenu zawężają obszar zahar­towany w strefie wpływu ciepła. W większych ilościach zwiększa hartowność pogarszając wyraźnie spawalność, zwłaszcza w przypadku większej zawartości węgla. Pogarsza odporność na kruche pękanie. Zwiększa odporność na korozję międzykrystaliczną, a także wytrzymałość przy pracy w podwyższonej temperaturze. Podnosi żaroodporność i wytrzymałość na pełzanie. Jest ferrytotwórczy.
zmniejsza odporność na korozję i przyspiesza procesy starzenia stali, ale również powoduje wypalanie składników stopowych. Procesy redukcji stanowią podstawę odtleniania metalu w jeziorku spawalniczym. Przebieg procesu redukcji zależy od obecności odtleniaczy (pierwiastków o większym powinowactwie do tlenu niż żelazo, którego tlenki stanowią zasadniczą grupę produktów utleniania), takich jak aluminium, krzem, mangan, tytan, cyrkon. Dyfuzja. W jeziorku spawalniczym dyfuzja tlenków z ciekłego metalu, z uwagi na niewielką powierzchnię metalu stykającego się z roztopionym żużlem, przebiega w ograniczonym zakresie i stosunkowo powoli. Zgodnie z prawem podziału Nernsta ilość dyfundujących z metalu do żużla tlenków (głównie tlenków żelaza) zależy od ich stężenia w żużlu. Proces dyfuzji można przyspieszyć przez „rozcieńczenie" żużla składnikami neutralnymi obniżającymi stężenie tlenków. Na drodze dyfuzji odbywa się także wprowadzanie pożądanych składników do metalu jeziorka, za pośrednictwem żelazostopów, które spełniają podwójną rolę; odtleniaczy i czyn­ników wprowadzających składniki wzbogacające. Dyfuzja odgrywa także istotną rolę w procesie nasycania metalu gazami z otaczającej przestrzeni w kierunku zwiększenia ich zawartości, jednak z chwilą rozpoczęcia krzepnięcia zachodzi proces odwrotny i część gazów ulatnia się do atmosfery.	Węgiel wywiera zasadniczy wpływ na przebieg przemian strukturalnych w stali, który to wpływ zaznacza się równie silnie w czasie tworzenia się napoin, jak i złącz spawanych. W stopach żelaza występuje w postaci wolnych węglików, roztworu stałego w żelazie alfa, mieszaniny eutektoidalnej ferrytu i cementytu (perlit), roztworu stałego w żelazie gamma oraz grafitu. Węgliki wywierają znaczny wpływ na własności plastyczne stopiwa, przy czym zależy on od ich rodzaju i stopnia rozproszenia. Węgiel powoduje wzrost wytrzymałości na rozciąganie, podnosi twardość i granicę plastyczności, zwiększając równocześnie skłonność do pękania. Bardzo silnie wpływa na hartowanie stali. Należy do składników austenitotwórczych. Mangan wywiera podobny wpływ jak węgiel. W zwykłych stalach zawartość manganu nie przekracza 2%; do tej ilości jego wpływ jest znikomy, w stalach o podwyższonej wytrzymałości ogranicza się zawartość manganu do 1,6%—1,8%. Jego oddziaływanie silnie zależy od zawartości węgla; jeżeli zawartość manganu przekracza 4%, wpływa on niekorzystnie na proces spawa­nia. Mangan zwiększa wytrzymałość na rozciąganie i podnosi twardość stali;utwardzenie rośnie gwałtownie wraz ze wzrostem zawartości węgla. Zwiększa hartowność i powoduje rozrost ziam. Należy do składników, które wypalają się podczas spawania.	Wanad jest składnikiem węglikotwórczym. Tworzy trwale węgliki, co sprzyja powstawaniu struktury drobnoziarnistej; trwałe węgliki wanadu wy­stępujące jako odrębna faza stają się niejako dodatkowymi zarodkami krys­talizacji. Drobnoziarnista struktura, w obecności wanadu, jest w przypadku przegrzania mniej skłonna do rozrostu ziarna, ponadto zawęża obszar zahar­towania w strefie wpływu ciepła, ponieważ wymaga znacznych szybkości chłodzenia. Podnosi temperaturę Ag , ogranicza rozrost ziarna. Łącząc się z węglem ogranicza ilość występującego cementytu. Rozpuszczony w stali znacznie podnosi jej hartowność, co jest powodem ograniczania jego zawartości do 0,2%. Pogarsza odporność na kruche pękanie. Jest ferrytotwórczy. Aluminium należy do najaktywniejszych odtleniaczy. Zwykle wprowa­dzane jest w niewielkich ilościach (ok. 0,02% aluminium metalicznego). Dodawa­ne do spoiwa przeważnie w postaci licznych, bardzo drobnych, stosunkowo trudno wypływających cząstek sprzyja rozdrobnieniu struktury. Obniża rozpusz­czalność wodoru w ciekłym żelazie. Przy zawartości 0,5%-1,0% zwiększa odporność na utlenianie w podwyższonej temperaturze, jednak tworzące się tlenki aluminium i zawężający się zakres krzepnięcia stali utrudniają spawanie. Zmniejsza hartowność i skłonność stali do starzenia na skutek ograniczenia zawartości azotu w stopiwie w wyniku tworzenia się azotków aluminium. Powoduje skłonność do pękania. Jest ferrytotwórczy.
Wolfram - zwiększa twardość i podnosi granicę sprężystości. Sprzyja powstawaniu drobnoziarnistej struktury, tworząc duże ilości drobnych węg­lików. Jest silnie węglikotwórczy. Nieznacznie podwyższa hartowność stall Powoduje wzrost twardości strefy wpływu ciepła. Wraz ze wzrostem zawartości węgla pogarsza spawalność stali. Tytan należy do najsilniejszych odtleniaczy, tworzy nierozpuszczalny w żelazie (stali) dwutlenek tytanu TiO;. Daje związki kompleksowe łatwo przechodzące do żużla, z którym są usuwane. Z uwagi na duże powinowactwo do azotu tworzy nierozpuszczalne azotki stosowane jako modyfikatory. Azotek tytanu hamując rozrost ziaren sprzyja drobnoziamistości struktury, podnosi udamość, wydłużenie i przewężenie. Tytan zwiększa odporność na kruche pęknięcia. Wpływa na ograniczenie ilości węglików chromu, tworząc łatwo bardziej trwale węgliki tytanu. Zmniejsza szkodliwe oddziaływanie węgla na korozję międzykrystaliczną. Fosfor - obniża własności plastyczne, także wydłużenie i udarność, powoduje kruchość na zimno. Wywołuje gruboziamistość. Fosfor, zwłaszcza w obecności węgla, wykazuje dużą segregację. Zwiększa wytrzymałość, podnosi granicę plastyczności, twardość i wytrzymałość na obciążenia zmienne. Występując w ilościach nie przekraczających 0,05% nie wpływa na przebieg spawania.	Najczęściej używane są butle o pojemności wodnej 40l. Z uwagi na niebezpieczeństwo wybuchu acetylenu w wyniku jego rozpadu, nie może być on sprężany w stanie gazowym powyżej ciśnienia 0,15 MPa. Przy takim ciśnieniu ilość acetylenu w butli byłaby bardzo mała. Aby można było zwiększyć tę zawartość, jest on przechowywany w stanie rozpuszczonym w acetonie. W obecności acetonu trwałość potrójnych wiązań między atomami węgla wzrasta, co umożliwia sprężenie acetylenu rozpusz­czonego w acetonie do ciśnienia 1,5 MPa. Butle acetylenowe sprawdzane są co 5 lat, a ciśnienie próbne dla tych butli wynosi 6,0 MPa. Aby zapewnić obecność acetonu - czynnika, w którym jest rozpuszczony acetylen - prawie całą objętość butli wy­pełnia się masą porowatą. Masa porowata jest mieszaniną węgla drzew­nego, azbestu i ziemi okrzemkowej tworzących twardą, zbitą substancję.	W palnikach wysokiego ciśnienia ciśnienie obu gazów zasilających jest wyższe od ciśnienia mieszaniny palnej wytworzonej w komorze mieszania palnika. W palnikach niskiego ciśnienia ciśnienie gazu palnego jest niższe od ciśnienia mieszaniny palnej. Zależnie od sposobu mieszania gazów palniki dzielą się na inżektorowe i bezinżektorowe, przy czym palniki wysokiego ciśnienia mogą być zarówno inżektorowe, jak i bezinżektorowe; natomiast palniki niskiego ciśnienia występują tylko jako inżektorowe. 3.2. Płomień acetylenowo-tlenowy Spalanie acetylenu odbywa się w dwóch fazach. W pierwszym, przebiegu reakcji produktami spalania są tlenek węgla i wodór, gazy o silnie redukujących własnościach. Jest to podstawowa cecha płomienia powstającego przy spalaniu acetylenu. W przypadku stosowania innych gazów produktami spalania są zawsze w mniejszym lub większym stopniu dwutlenek węgla i para wodna - produkty o własnościach utleniających. W drugiej fazie spalania niezbędny tlen nie jest dostarczany przez palnik z butli, jak to się dzieje w pierwszej fazie, lecz pochodzi z otoczenia. Maksymalna temperatura płomienia acetylenowo-tlenowego wynosi około 3150°C, co praktycznie umożliwia spawanie prawie wszystkich metali. W płomieniu można wyodrębnić wyraźnie trzy strefy spalania. Najwyraźniej zarysowane jest jąderko płomienia, będące mieszaniną rozgrzanych, silnie świecą­cych cząsteczek tlenu i acetylenu.
2.4. Spawalność stali Spawalność jest pojęciem, którym określa się właściwości materiału umoż­liwiające jego spawanie. Próby określenia spawalności podejmowane są od lat, lecz pomimo licznych badań nie ma do dziś takiej definicji pojęcia spawalności, która - akceptowana powszechnie - byłaby jednocześnie w pełni zrozumiała i, co najważniejsze, użyteczna. Jedną z pierwszych definicji spawalności była zamieszczona w Stahl und Eisen Handbuch w roku 1924: Dla oceny przydatności metali do spawania stosuje się wskaźniki w formie mniej lub bardziej złożonych wzorów i zależności matematycznych, które wykorzystywane są w postaci pojedynczych wyrażeń lub też tworzone są pewne schematy obliczeniowe, tzw. syste­my wskaźników spawalności (SWS), według których wyznacza się określone parametry technologiczne lub pewne wielkości krytyczne ograniczające dany proces. W praktyce częściej wykorzystywana jest ta druga postać stosunkowo prostych systemów wskaźników, stosowanych na ogół dla określonej, dość wąskiej grupy materiałów. Cechą wspólną wszystkich systemów wskaźników spawalności jest to, iż przy ich wyznaczaniu wykorzystuje się skład chemiczny materiału spawanego. Wskaźniki spawalności stosowane są w ściśle określonych warunkach i nie mogą być przyjmowane dowolnie. Przegląd tych wskaźników zwyczajowo rozpoczyna się od wzorów Tremletta. Wzory Tremletta pozwalają określić maksymalną twar­dość w strefie wpływu ciepła (właściwie w obszarze podhartowanego materiału): HVMAX = 1200Ce, - 200 [HV] gdzie wielkość Ce - równoważnik węgla..	W górnej części butli znajduje się niewielka przestrzeń pozba­wiona masy porowatej. Przestrzeń ta umożliwia bezpieczną zmianę objętości ace­tonu i ułatwia jego odgazowanie. Przy pobieraniu acetylenu wraz z ga­zem porywane są cząstki acetonu. Aby ograniczyć straty acetonu, pobór acetyle­nu z jednej butli nie może przekraczać 800 litrów na godzinę. Z tych samych względów nie wolno wyczerpać acetylenu do końca. wielkość nadciśnienia, jakie winno panować w butli w chwili zakończenia jej eksploatacji (na skutek wyczerpania acetylenu) jest uzależnione od temperatury otoczenia. Zawory butli acetylenowych wykonywane są ze stali. Ze stali wykonuje się też prawie całą armaturę do acetylenu. Nie wolno stosować w urządzeniach mających kontakt z acetylenem stopów miedzi zawierających więcej niż 65% miedzi, ponieważ acetylen tworzy z nią związki wybuchowe (acetylenki miedzi). Zawór butlowy zamykany jest za pomocą specjalnego klucza nasadzanego na kwadratowy łeb wrzeciona. 3.1.2 Tlen Jest on podstawowym gazem stosowanym w spawalnictwie, łącznie z acetyle­nem, do wytworzenia płomienia acetylenowego. Własności fizykochemiczne tlenu zostały podane w tabl. ni.3.1 a. W spawalnictwie jest używany tlen techniczny o czystości 97,0—99,0%. Tlen o niższej czystości nie może być stosowany do spawania, a jedynie do podgrzewania.	Za jąderkiem rozpoczyna się obszar pierwszej fazy spalania, którego produkty tworzą strefę redukującą. W jej strefie znajdują się wyłącznie wodór i tlenek węgla i to zarówno w postaci cząsteczkowej, jak i atomowej. W strefie redukującej powinien znajdować się przedmiot w czasie spawania. Redukująca atmosfera tej części płomienia pozwala uzyskiwać dobrą jakość spoiny, chroniąc rozgrzany metal przed dostępem tlenu. Trzecia strefa płomienia to strefa utleniająca, gdzie powstałe wcześniej tlenek węgla i wodór łączą się z tlenem z powietrza tworząc CO; i parę wodną. 3.3.Topniki Rola topnika podczas spawania gazowego sprowadza się przede wszystkim do zabezpieczenia powierzchni łączonych elementów przed tworzeniem się trudnotopliwych tlenków. Topniki stosuje się zarówno przed, jak i w czasie spawania. Działanie tlenków może być różne; mogą one wiązać chemicznie powstające tlenki lub je rozpuszczać. Topniki stosowane są zwykle przy spawaniu żeliwa i metali nieżelaznych, a tylko wyjątkowo podczas spawania stali. 3.4. Sposoby spawania gazowego Spawanie gazowe przeprowadza się dwoma sposobami: a) w prawo; b) w lewo.
3. SPAWANIE GAZOWE Spawanie gazowe - stanowiące do niedawna obok spawania łukowego podstawowy sposób łączenia metali - jest obecnie wykorzystywane w ograniczonym zakresie i nie należy się spodziewać, aby było w przyszłości rozwijane. Nadal jednak udział spawania gazowego, zwłaszcza w budownictwie i przemyśle motoryzacyjnym, jest dość znaczny i mimo licznych wad w wielu przypadkach będzie ono nadal stosowane. 3.1. Materiały i urządzenia Źródłem ciepła przy spawaniu gazowym jest płomień powstający w wyniku spalania się mieszaniny gazu palnego i tlenu, rzadziej powietrza. Najczęściej jako gazu palnego używa się acetylenu. 3.1.1. Acetylen C2H2 Jest on gazem bezbarwnym, o lekkim, aromatycznym zapachu. W warunkach technicznych bywa zanieczyszczony m.in. fosforowodorem i siarkowodorem, co nadaje mu charakterystyczną, ostrą woń. Jest węglowodorem nienasyconym o potrójnym wiązaniu między atomami węgla. To potrójne wiązanie sprawia, że acetylen jest związkiem nietrwałym. W wyniku rozpadu acetylenu, np. pod wpływem wzrostu ciśnienia lub temperatury, tworzą się wyższe związki organi­czne o znacznie większej objętości właściwej. Przyrost objętości gazów w zamkniętym zbiorniku stwarza niebezpieczeństwo eksplozji. Do produkcji acetylenu służą wytwornice acetylenowe.	Głównymi zanieczyszczeniami tlenu są azot i para wodna. Z powodu możliwości samozapłonu tłuszcze pochodzenia organicz­nego nie mogą być stosowane do uszczelniania i smarowania sprężarek tleno­wych. W ich miejsce wykorzystywana jest woda destylowania z niewielkim dodatkiem gliceryny. Na stanowisko tlen dostarczany jest zwykle w butlach stalowych o pojemności wodnej 40 litrów. Butle tlenowe służą do przechowywania i transportu tlenu w stanie gazowym. Nominalne ciśnienie napełnienia w warunkach normalnych wynosi 15MPa,a ciśnienie próbne 22,5MPa. 3.1.3Reduktory butlowę. Służą one do obniżania ciśnienia panującego w butli do wartości potrze­bnej do spawania lub cięcia i utrzymania tego ciśnienia na stałym poziomie; równocześnie zabezpieczają butle przed wybuchem w przypadku cofnięcia się płomienia dzięki wmontowanemu zaworowi bezpieczeństwa. 3.1.4Palnik - jest urządzeniem służącym do wytwarzania mieszanki palnej o od­powiednim składzie i skierowania powstałego płomienia w stronę spawanego przedmiotu. Podstawową wielkością charakterystyczną palników jest ich wydaj­ność; wydajność tę określa się ilością litrów acetylenu (lub innego gazu palnego) spalanego w ciągu jednej godziny. Ponadto określa się sposób uzyskiwania mieszanki palnej i zakres ciśnień gazów zasilających palnik. Palniki dzielą się na palniki wysokiego i niskiego ciśnienia; zależnie do ciśnienia gazów zasilających.	3.4.1. Spawanie w lewo Jest ono stosowane do łączenia blach cienkich, spawania w trudnych pozycjach i spawania materiałów, których zbytnie nagrzewanie nie jest wskazane. Zasada spawania gazowego „w lewo". Płomień skierowany jest stycznie do tworzącej się spoiny, a ściśle jej czoła, ogrzewając niejako materiał wstępnie przed spawaniem. Środkowa część płomie­nia jest nie wykorzystana, przechodząc niejako przez szczelinę, którą tworzą krawędzie łączonego elementu, przez co materiał jest nagrzewany w mniejszym stopniu. Istotną właściwością tego sposobu spawania jest to, że nie cała część jeziorka ciekłego metalu znajduje się w strefie redukującej, a tym samym ochrona przed utlenianiem, szczególnie od strony grani, nie jest w pełni zadowalająca. Płomień szybko „schodzi" z powstałej spoiny, przez co zwiększa się szybkość chłodzenia i skłonność materiału do podhartowania. Należy się więc liczyć z tym, że spoiny wykonane sposobem „w lewo" będą mieć stosunkowo niskie własności mechaniczne. Do zalet spawania „w lewo" należy zaliczyć przede wszystkim łatwość samej techniki spawania. Wymagana wydajność palnika przy tym sposobie spawania wynosi ok. 100-120 litrów na godzinę na każdy milimetr grubości spawanego elementu. Efektywność spawania wynikająca z wstępnego nagrzania jest obniżana stratami wynikającymi z niewykorzystania w pełni energii płomienia. Spoiny wykonane tym sposobem cechuje ładny wygląd.
Spawanie w lewo w pozycji pionowej jest najbardziej wydajne. Spawa się zwykle od dołu do góry - stąd często tę odmianę spawania nazywa się spawaniem pionowo w górę. Wysoką wydajność osiąga się dzięki znacznemu, wstępnemu, nagrzaniu krawędzi łączonych elementów, w wyniku unoszenia się gazów spalinowych i ciepła z nagrzanej spoiny wzdłuż rowka. Pozwala to zaoszczędzić od 40 do 60 [%] gazów w stosunku do spawania w pozycji podolnej. 3.4.2. Spawanie w prawo Spawanie w prawo stosowane jest do łączenia elementów o grubości powyżej 3 mm, spawania blach w pozycji podolnej i naściennej oraz w przypadkach gdy wymagana jest znaczna wydajność cieplna. Podczas spawania w prawo płomień jest prostopadły do tworzącej się spoiny. Spoina charakteryzuje się bardzo dobrymi własnościami mechanicznymi z uwagi na wolniejsze jej stygnięcie i wygrzewanie w płomieniu, który zwrócony jest właśnie w stronę powstałej spoiny, a ponadto całe jeziorko ciekłego metalu osłonięte jest strefą redukującą płomienia, co zapewnia spoinie ochronę przed utlenianiem. Podczas spawania palnik przesuwany jest ruchem prostoliniowym (w prawo), a spoiwo wykonuje ruchy poprzeczne w stosunku do kierunku spawania: półkoliste lub trójkątne. Wydajność palnika przy tym sposobie spawania wynosi 120-150 litrów na godzinę na każdy mm grubości blachy.	3.6. Spawanie żeliwa Żeliwo z uwagi na swoje właściwości należy do grupy materiałów trudno spawalnych. Szczególną rolę odgrywa tu zawartość węgla, a zwłaszcza jego postać. Wysoka twardość, brak własności plastycznych i utwardzenie spoin są przyczynami pojawiania się pęknięć w spawanych elementach. Najlepsze wyniki uzyskuje się spawając żeliwo „na gorąco" (ogrzewanie części przeznaczonych do spawania do temperatury 750°-850°C) lub „półgorąco" (400°-450°C). Stosuje się płomień neutralny o wydajności min. 70 [l/h] na każdy milimetr grubości elementu (przy spawaniu na gorąco). Do spawania używa się topników w celu rozpuszczenia i usunięcia powstających tlenków. Jako spoiwo wykorzy­stuje się pręty żeliwne lub wykonane ze stopów miedzi. Warunkiem uzyskania spoiny o dobrych własnościach jest zapewnienie powolnego stygnięcia spawanego elementu w celu uniknięcia naprężeń wywoła­nych skurczem, których obecność jest powodem pękania spawanych części żeliwnych.	Wysoka przewodność cieplna aluminium w istotny sposób wpływa na przebieg spawania znacznie je utrudniając, podobnie jak to ma miejsce w przypadku miedzi. Dużą rolę odgrywa wysoki skurcz przy krzepnięciu stopiwa, wynoszący 6,6%, który między innymi jest przyczyną występowania pęknięć w spoinie. Poważnym problemem jest porowatość spoin będąca następstwem obecności wodoru, którego zasadniczym źródłem są zanieczyszczenia gromadzące się na powierzchni spawanych elementów. Do spawania aluminium stosuje się płomień z nadmiarem acetylenu (płomień redukujący). Aluminium spawa się przeważnie w pozycji podolnej, cienkie blachy bez ukosowania, grubsze ukosuje się na V, kąt rowka 60°, 70°, odstęp 2-4 mm, blachy grube spawa się dwustronnie, ukosując na X. Jako materiały dodatkowe stosuje się druty i pręty ze stopów aluminium.
Średnica drutów używanych do spawania wynosi 0,4-0,5 grubości dla blach, których wielkość nie przekracza 10-12 mm. Przy spawaniu w prawo lico spoiny jest rozmyte o niezbyt regularnym kształcie, co niekiedy może być uznane za wadę; z drugiej strony to rozmyte lico wpływa na wzrost wytrzymałości zmęczeniowej. Istotny wpływ na przebieg i wynik spawania - zarówno przy spawaniu w lewo jak i w prawo - ma wartość kąta pochylenia palnika a. Zazwyczaj kąt pochylenia waha się w granicach od 10° do 80° i zależy od: — grubości spawanego elementu; rośnie wraz z nią, — temperatury topnienia spawanego materiału; maleje wraz z jej obniżaniem się, — nagrzewania elementu; maleje w miarę wzrostu temperatury spawanego elementu. Niezależnie od sposobu spawania należy pamiętać, że spawanie gazowe jest efektywne, o ile jest wykonywane jako jednowarstwowe. 3.5 Spawanie stali Do spawania stali niestopowych stosuje się zwykle płomień neutralny. Sposób spawania zależy od grubości łączonych elementów i pozycji, w jakiej odbywa się spawanie. W przypadku spawania grubych blach należy je odpowiednio zukosować. W praktyce przy grubościach do 4 mm nie stosuje się ukosowania; odstęp nie może przekraczać grubości łączonych elementów.	3.7. Spawanie miedzi i mosiądzów Wysokie przewodnictwo cieplne miedzi powoduje konieczność wprowadzenia znacznych ilości ciepła podczas spawania, aby umożliwić stopienie krawędzi łączonych elementów. Z drugiej strony znaczne nagrzanie spawanych części sprawia, że stopiwo ścieka. Innym problemem występującym przy spawaniu miedzi i jej stopów jest zdolność do rozpuszczania gazów zwłaszcza w stanie ciekłym. Skłonność miedzi do rozpuszczania i pochłaniania gazów jest przyczyną porowatości spoin obniżającej w znacznym stopniu jej własności wytrzyma­łościowe. Do spawania miedzi stosuje się płomień neutralny. Wymagana wydaj­ność palnika jest tu dość znaczna i rośnie nieproporcjonalnie do grubości łączonych blach. Przy grubości blachy równej l mm wydajność palnika wynosi 200 [l/h], przy grubości 4 mm - 1200 [l/h]. W przypadku stosowania dodat­kowego palnika do podgrzewania wydajność palnika do spawania może być obniżona o połowę. Rowki do spawania przygotowuje się w drodze spęczania lub obróbki skrawaniem. Można spawać jedno- lub dwuwarstwowo w położeniu poziomym lub pochyłym (na podkładce) oraz w pozycji pionowej. Najwydajniejsze jest spawanie dwustronne w pozycji pionowej. W celu uniknięcia porowatości spoiny poddaje się je przekuwaniu na zimno i wyżarzaniu.	4. SPAWANIE ŁUKOWE Spawanie łukowe jest odmianą spawania elektrycznego; W procesie spawania łukowego źródłem ciepła jest łuk elektryczny jarzący się między elektrodą i spawanym przedmiotem. Elektroda i przedmiot spawany połączone są ze źródłem prądu, tworząc obwód prądu spawania. Dzięki znacznej koncentracji energii cieplnej w łuku elektrycznym spawanie łukowe należy do najbardziej wydajnych metod łączenia metali Wysoka wydaj­ność i możliwość mechanizacji prawie wszystkich metod spawania łukowego sprawiły, że znalazło ono najszersze zastosowanie spośród wszystkich metod łączenia metali. 4.1. Łuk elektryczny Łuk elektryczny jest formą wyładowań samoistnych towarzyszących prze­pływowi prądu przez zjonizowany gaz. W zjonizowanym gazie (skutkiem jonizacji przestrzeni gazowej) pojawiają się naładowane cząstki, które pod wpływem przyłożonego napięcia zdolne są do przenoszenia ładunków elektrycznych.
Przy grubościach od 4 do 12 mm stosuje się zazwyczaj ukosowanie na V, kąt rowka powinien wynosić 55°-65°, odstęp 2-4 [mm];spawanie dużych elementów wymaga wcześniejszego ich sczepienia w celu zachowania ustalonych wymiarów. Długość i odległość spoin sczepnych zależy od grubości spawanych elementów. Zwykle elementy cienkościenne sczepia się spoinami o długości nie przekraczającej 4-5 mm, zaś odstęp między nimi wynosi 50-100 mm; dla elementów grubszych wymiary te wynoszą odpowiednio 20-30 mm oraz 300-500 mm. W przypadku spawania stali średnio- i wysokowęglowych stosuje się stopiwo o zwiększonej zawartości węgla z uwagi na możliwość wypalania się tego składnika. Zalecane jest podgrzewanie wstępne do temperatury 200°-300° oraz wygrzewanie po spawaniu w temperaturze 700°-800°C. Stale stopowe spawa się podobnie jak stale węglowe z tą jednak różnicą, że spawać należy z maksymalną prędkością, bez przerw i powtórnego nagrzewania (w jednym przejściu). Konieczna jest obróbka cieplna po spawaniu; warunki obróbki należy dobrać zależnie od ich składu chemicznego i grubości. Stale wysokostopowe, wrażliwe na przegrzanie, np. stale austenityczne man­ganowe czy chromowe ferrytyczne, nie powinny być w ogóle spawane gazowo z uwagi na możliwość powstawania pęknięć.	Spawanie mosiądzów nie przedstawia większych trudności Do spawa­nia stosuje się płomień utleniający w celu wytworzenia powłoki tlenków. Tworzące się tlenki pokrywają spoinę zapobiegając odparowaniu cynku z roztopionego metalu (temperatura topnienia mosiądzu ok. 1060°C; temperatura wrzenia cynku 907°C). Wydajności palnika są podobne jak w przypadku spawania miedzi. Pozostałe parametry również są zbliżone do parametrów stosowanych przy spawaniu miedzi. Jako spoiwa używa się prętów mosiężnych. Zarówno w przypadku spawania miedzi, jak i mosiądzów konieczne jest stosowanie odpowiednich topników. 3.8. Spawanie aluminium Aluminium należy do materiałów trudno spawalnych. Trudności przy jego spawaniu wynikają przede wszystkim z silnego powinowactwa do tlenu, skutkiem czego na powierzchni aluminium tworzy się warstewka tlenku aluminium uniemożliwiająca spawanie. Tlenek aluminium usuwany jest zazwyczaj mechani­cznie przed spawaniem, a krawędzie łączonych przedmiotów po odtłuszczeniu pokrywa się warstwą topnika w celu zabezpieczenia ich przed ponownym utlenieniem. Aktywność topnika decyduje o czystości, a tym samym o wy­trzymałości połączenia. Po spawaniu topnik musi być dokładnie usunięty z łączonych krawędzi, w celu uniknięcia korozji złącz.	Proces jonizacji jest zwykle wywoływany oddziaływaniem na cząsteczki bądź atomy znajdujące się w przestrzeni międzyelektrodowej określonych czynników zewnętrznych. Jonizacja może być również wynikiem emisji elektronów z katody, może też zajść na skutek zderzeń rozpędzonych cząstek - najczęściej elektronów -z obojętnymi atomami lub cząsteczkami. Czynnikami zewnętrznymi wywołującymi jonizację są przede wszystkim: — wysoka temperatura, — energia pola elektrycznego, — promieniowanie elektromagnetyczne. Zjawiska związane z emisją elektronów to głównie termo- i fotoemisja oraz autoemisja elektronów (emisja polowa). W spawalniczym łuku elektrycznym zachodzą wszystkie wspomniane zjawiska, jednakże zasadniczą rolę w momencie zajarzania łuku przez zwarcie elektrod odgrywa termojonizacja i termoemisja elektronów z katody, a następnie zachodzi niemal wyłącznie jonizacja na skutek zderzeń elektronów z atomami i cząsteczkami. W łuku spawalniczym można wyodrębnić pięć charakterystycznych stref: -plamkę katodową; jest to część elektrody, z powierzchni której emitowane są elektrony. W przypadku spawania elektrodami otulonymi plamka katodowa pokrywa cały koniec drutu, -strefę spadku napięcia katodowego; w tej strefie spadek napięcia jest największy,
-słup łuku; o niskim gradiencie i najwyższej temperaturze, -strefę spadku napięcia anodowego; podobnie jak w przestrzeni przykatodowej spadek napięcia jest tu bardzo wyraźny, -plamkę anodową absorbującą elektrony; które oddają tu swoją energię. Największe napięcie potrzebne jest w chwili zajarzania łuku i wynosi ok. 40-70 [V] dla prądu stałego i 50-90 [V] dla prądu zmiennego. W miarę wzrostu stopnia jonizacji przestrzeni łukowej napięcie wymagane do utrzymania łuku spada i waha się od 20 do 35 woltów. 4.2. Nagrzewanie elektrody Proces nagrzewania elektrody powodowany jest dwoma czynnikami: 1) ciepłem wydzielającym się skutkiem przepływu prądu elektrycznego na całej długości drutu elektrodowego, 2) ciepłem łuku elektrycznego.	4.3. Nagrzewanie materiału spawanego Przebieg procesu nagrzewania materiału spawanego zależy od mocy i prędkości przemieszczania się źródła ciepła, wymiarów i własności materiału oraz warunków zewnętrznych. Doprowadzone ciepło rozchodzi się w obszarze spawanego elementu powodu­jąc jego nagrzewanie i topienie, część zaś odprowadzana jest do otaczającego środowiska na drodze wymiany przez powierzchnie spawanego elementu. Temperatura powstającego pola jest dla określonego źródła ciepła (warunków spawania) funkcją jego położenia i czasu. Rozkład temperatur w polu cieplnym określa podstawowe równanie różniczkowe przewodzenia ciepła, którego roz­wiązanie pozwala określić, dla przyjętego modelu nagrzewanego ciała, tem­peraturę w dowolnym jego punkcie.	Powstawanie promieniowania laserowego związane jest z wymuszanym wzmacnianiem promieniowania elektromagnetycznego, zachodzącym w układach atomów lub jonów znajdujących się w stanie inwersji (odwrócenia) obsadzeń poziomów energetycznych. Inwersja obsadzeń uzyskiwana jest w wyniku tzw. procesu pompowania (wprowadzania energii). Źródłem energii pompującej mogą być wyładowania elektryczne w gazach, procesy chemiczne, promieniowanie wysokoenergetyczne itp. Urządzenie do wytwarzania promieniowania laserowego składa się z trzech podstawowych elementów: — ośrodka czynnego (wzmacniającego), — źródła energii pompującej, — rezonatora optycznego umożliwiającego wytworzenie wiązki monochroma­tycznej. Schemat urządzenia do wytwarzania promieniowania laserowego: l - pręt laserowy, 2 - zwierciadło nieprzepuszczalne, 3 - zwierciadło częściowo przepuszczalne, 4 - lampa błyskowa pompująca, 5 - reflektor, 6 - wiązka laserową, 7 - zwierciadło kierunkowe, 8 - optyczny układ skupiający, 9-przedmiot spawany
Ciepło wydzielone na aktywnej plamce elektrody poprzez warstwę ciekłego metalu tworzącej się kropli przenika do niestopionej części drutu elektrodowego. Różnica ciepła doprowadzonego do kropli metalu i ciepła odprowadzonego jest zużywana na przegrzanie kropli, w wyniku którego może ona oddzielić się od elektrody. Wielkość przenoszonych kropli zależy od warunków termodynamicz­nych spawania oraz od rodzaju i grubości otuliny w przypadku spawania ręcznego. Stopiony metal przenoszony jest z elektrody do jeziorka spawalniczego w strumieniu łuku. Sposób przepływu metalu ma istotne znaczenie dla przydatno­ści określonego procesu spawania, zwłaszcza w pozycjach przymusowych. Wywie­ra również pewien wpływ na wielkość przetopu, stabilność jeziorka i wielkość rozprysku. Przenoszenie metalu może mieć postać przepływu zwarciowego lub przelotu swobodnego, który ma miejsce w przypadku gdy kropla metalu po oderwaniu się od elektrody przebywa część drogi do jeziorka bez kontaktu z nim. Przelot swobodny może być wyrzucany, odpychany lub grawitacyjny. Przy przepływie zwarciowym koniec tworzącej się kropli styka się z ciekłym metalem jeziorka jeszcze przed jej oderwaniem. Ciekły metal elektrody zostaje wciągnięty do jeziorka, odrywając się jednocześnie od jej końca. W czasie przelotu swobodnego wyrzucanego, działające na kroplę siły nadają jej przyśpieszenie skierowane w stronę jeziorka ciekłego metalu, niezależnie od siły ciężkości.	5. SPAWANIE ELEKTROŻUŻLOWE W przypadku spawania elektrożużlowego łuk zajarzony jest na samym początku procesu i jest potrzebny jedynie po to, by stopić odpowiednią ilość topnika. Z chwilą gdy warstwa ciekłego topnika osiągnie odpowiednią grubość, łuk ten ulega wygaszeniu, a ciepło potrzebne do spawania jest wytwarzane podczas przepływu prądu przez warstwę ciekłego żużla. Ciekły żużel topi krawędzie łączonych elementów oraz materiał dodatkowy. Spawanie odbywa się w pozycji pionowej; szczelina (rowek spawalniczy) ograniczona jest z obu stron miedzianymi, chłodzonymi wodą nakładkami, które zabezpieczają ciekły metal jeziorka przed wyciekaniem. W miarę stapiania się brzegów spawanego przedmiotu miedziane nakładki przemieszczają się do góry, równocześnie w dolnej części ciekły metal krzepnie tworząc spoinę. Metoda ta pozwala na spawanie nawet bardzo grubych blach (powyżej 300 mm) w jednym przejściu. Podstawowe parametry spawania elektrożużlowego to: ilość elektrod lub ich przekrój, natężenie prądu i prędkość spawania. Sam proces spawania jest stosunkowo prosty, problem natomiast stanowi kłopotliwa instalacja automatu, a zwłaszcza nakładek, które nie tylko zabezpieczają stopiwo przed wyciekaniem, ale także biorą udział w formowaniu spoiny.	8. SPAWANIE WIĄZKĄ ELEKTRONÓW Polega na wytworzeniu w spawanym materiale ciepła w wyniku bezpośredniej zamiany energii kinetycznej strumienia (wiązki) tych elektronów. Elektrony wyemitowane przez katodę wyrzutni (rys. III.7.1) i uformowane w wiązkę o określonym kształcie i wymiarach przez układ soczewek magnetycznych i cewek doznają pod wpływem pola elektrycznego przyspieszenia, osiągając bardzo dużą prędkość. Skierowane na powierzchnię spawanego przedmiotu rozpędzone elektrony w chwili zderzenia przekazują prawie w całości swoją energię kinetyczną bezpośrednio materiałowi, w wyniku czego następuje miejscowe nagrzanie i stopienie łączonych części.
Przy przelocie odpychanym siły nadają kropli prędkość począ­tkową w kierunku przeciwnym do jeziorka. Podczas przepływu grawitacyjnego krople odrywają się pod działaniem siły ciężkości. Spośród sił wywierających istotny wpływ na przenoszenie metalu elektrody istotne znaczenie mają: — siły napięcia powierzchniowego F,, — siła ciężkości G, — siła elektromagnetyczna (siła Lorentza) F„, — siły elektrodynamiczne F^, — siły hydrostatyczne wewnątrz kropli F,,, — siły ciśnienia par i gazów F, — kinetyczna energia plazmy. Wyjaśnienia wymaga charakter oddziaływania sił: elektromagnetycznej Lo­rentza i elektrodynamicznej. Siła elektrodynamiczna powstaje wskutek wytworzenia pola magnetycznego przez poszczególne „równolegle przewodniki", z których niejako składa się drut elektrodowy. Wzajemne oddziaływanie pól magnetycz­nych powoduje - w przypadku dostatecznie „miękkiego" przewodnika-po­wstawanie sił ściskających, co prowadzi w konsekwencji do wytworzenia szyjki (przewężenia). Zjawisko to zwane „efektem Pincha" stwarza sprzyjające warunki do tego, aby przez zmniejszenie przekroju nadtopionej elektrody pojawiła się elektromagnetyczna siła Lorentza. Siła ta powstaje w chwili zmiany przekroju przewodnika, działając zgodnie z kierunkiem przepływu prądu, gdy przekrój rośnie, odwrotnie zaś gdy ów maleje. Siła elektromagnetyczna nadaje kropli przyspieszenie w kierunku jeziorka ciekłego metalu.	6. SPAWANIE PLAZMOWE W procesie spawania plazmowego źródłem ciepła jest łuk plazmowy będący strumieniem zjonizowanego gazu, który skutkiem przepływu przez dyszę zostaje zawężony doznając równocześnie znacznego przyspieszenia, będącego dodat­kowym źródłem energii. Przy spawaniu plazmowym części łączone przygotowuje się podobnie jak do spawania gazowego i łukowego z tą jednak różnicą, że między częściami łączonymi nie pozostawia się odstępów. 7. SPAWANIE LASEROWE Spawanie laserowe jest metodą łączenia materiałów, w której źródłem ciepła jest energia cieplna skoncentrowanej, monochromatycznej wiązki światła spój­nego o znacznej gęstości mocy. Wiązka ta jest wytwarzana przez urządzenie zwane laserem. 6.1. Charakterystyka promieniowania laserowego Promieniowanie laserowe charakteryzuje się bardzo dużą równoległością wiązki oraz prawie zupełnym brakiem rozproszenia. Najczęściej stosuje się promieniowanie laserowe w zakresie dalekiej podczerwieni (submilimetrowe), które cechuje bardzo mały, niezależny od barwy, współczynnik odbicia, jak również duża głębokość wnikania, co zapewnia możliwość uzyskania głę­bokiego przetopu. Dla pozostałych zakresów promieniowania współczyn­nik odbicia zmienia się w bardzo dużych granicach w zależności od ich właściwości, a zwłaszcza barwy i rodzaju materiału, na który pada promieniowane.	Rys. III.7.1. Urządzenie do spawania wiązką elektronów: l - katoda, 2 - katoda sterująca, 3 - anoda skupiająca, 4 - magnetyczny układ skupiający, 5 - układ odchylający, 6 - przedmiot spawany, 7 - stolik, 8 - źródło prądu wysokiego napięcia, 9 - wlot wody chłodzącej, 10 - wylot wody chłodzącej, 11 - króciec pompy próżniowej 8.1. Zasada procesu Swobodny ruch elektronów może odbywać się tylko w próżni - w atmosferze gazowej elektrony natrafiając na atomy gazu traciłyby energię i jednocześnie wywoływałyby jonizację, a powstające jony mogłyby doprowadzić do zniszczenia katody. Z faktu, że spawanie elektronowe musi odbywać się w próżni płynie dodatkowa, mająca jednak bardzo istotne znaczenie, korzyść -jeziorko ciekłego metalu nie jest narażone na jakiekolwiek działanie czynników zewnętrznych. Wiązka elektronów kształtowana jest w taki sposób, aby w miejscu spawania uzyskała maksymalne skupienie, dzięki czemu uzyskuje się źródło ciepła o bardzo dużej koncentracji energii. Ilość wprowadzonego ciepła powoduje przetopienie metalu na znacznej głębokości, przy czym warto zauważyć, że głębokość przetopienia jest większa niż głębokość wnikania elektronów. Dla stali (żelaza) głębokość wnikania, przy napięciu przyspieszającym 60 kV, wynosi około 0,01 mm, w rzeczywistości przy spawaniu wiązką elektronów uzyskuje się przetop rzędu nawet kilkudziesięciu milimetrów.
Zjawisko to można próbować wytłumaczyć następująco: padające na powierzchnię spawanego elementu elektrony wnikają w głąb materiału na głębokość X. Wyhamowane ulegają rozproszeniu, przekazując równocześnie swoją energię kinetyczną w postaci ciepła podpowierzchniowej warstwie materiału, co powoduje intensywne jej nagrzewanie. Materiał topi się gwałtownie, a nadmiar ciepła powoduje jego parowanie. Ciśnienie powstałych par metalu pi niszczy warstwę powierzchniową tworząc szczelinę o1. Ulatujące pary metalu sprzyjają utrzymaniu w stanie otwartym szczeliny, przez którą skoncentrowana wiązka elektronów (stężenie par metalu gwałtownie maleje, umożliwiając swobodny ruch elektro­nów) wnika i skupia się na dnie powstałej pustki. Dno pustki staje się jakby „nową" powierzchnią przedmiotu spawanego i cały proces po­wtarza się od początku. Proces wewnętrznego nagrzewania kończy się otwarciem następnej szczeliny o;. Powstają kolejne wgłębienia, od ilości których zależeć będzie wielkość przetopu. Za takim właśnie przebiegiem procesu nagrzewania spawanych elementów przemawia falisty kształt spoin wykonanych wiązką elektronów, obserwowany na przekrojach poprzecznych. 8.2. Spawanie wiązką elektronów w atmosferze gazów Wysokie koszty uzyskiwania i utrzymania próżni w spawarkach elektro­nowych (próżni, w której umieszczony jest spawany przedmiot) wymusiły podjęcie prób spawania wiązką elektronów w atmosferze gazowej pod normal­nym ciśnieniem.	Stosuje się je również do wytwarzania rur ze szwami wzdłużnymi (zgrzewanie doczołowe wzdłużne). Podstawowym parametrem przy zgrzewaniu indukcyjnym jest częstotliwość prądu, od której zależy głębokość nagrzania łączonych elementów. Dokładne wartości parametrów określa się na podstawie ilości ciepła, równoważnej stratom mocy, wydzielającego się w materiale w wyniku jego przemagnesowania i obecności prądów wirowych. Częstotliwość prądu zgrzewania przyjmuje się w zależności od grubości ścianek od kilku kHz do kilkuset, przy czym wyższe częstotliwości stosowane są przy zgrzewaniu mniejszych grubości. 9.3.Zgrzewanie dyfuzyjne polega na łączeniu części dociśniętych do siebie do­kładnie przygotowanymi powierzchniami, które zostają nagrzane do tempe­ratury niższej niż temperatura mięknięcia w atmosferze zapobiegającej ich utlenieniu. Proces zgrzewania zachodzi w wyniku dyfuzji wzajemnej cząstek obu łączo­nych elementów. Dyfuzja przebiega różnie, zależnie od budowy sieci. Proces dyfuzji w dużej mierze zależy od rodzaju zgrzewanych materiałów, temperatury, czasu nagrzewania, docisku i czasu jego trwania. Niezwykle istot­nym warunkiem dobrej jakości złącza jest gładkość i czystość zgrzewanych powierzchni, idealne ich dopasowanie, a także to, aby proces zgrzewania odbywał się w próżni lub atmosferze gazów obojętnych, zapobiegających utlenianiu.	Jednakże nadmierna wartość amplitudy drgań może wywołać w materiale zgrzewanych części mechaniczne odkształcenia, prowadzące niekiedy do pojawienia się na zgrzewanych powierzchniach mikropęknięć ze wszystkimi tego konsekwencjami. Siła docisku dobierana jest w zależności od grubości zgrzewanych elementów i ich właściwości plastycznych. W miarę wzrostu grubości rośnie docisk, podobny wpływ wywiera twardość zgrzewanego materiału - im materiał twardszy, tym docisk jest większy. W tym przypadku istnieje jednak niebezpieczeństwo wywołania w materiale pęknięć, dlatego też przy łączeniu materiałów kruchych należy wartość docisku obniżyć. Czas zgrzewania jest funkcją pozostałych parametrów i dobiera się go w oparciu o przyjęte wcześniej parametry mechaniczne. Praktycznie nie przekracza on kilku sekund. Zgrzewarki ultradźwiękowe budowane są zazwyczaj jako urządzenia specjalizowane, rzadziej jako uniwersalne. W skład zgrzewarek wchodzi zespół generujący drgania z przetwornikiem i falowodem oraz sonotrodą, układ realizu­jący docisk, układ sterowania, zespół mocujący oraz w zgrzewarkach liniowych układ napędu i przesuwu. Zgrzewanie ultradźwiękowe znajduje zastosowanie głównie w przemyśle elektrotechnicznym i elektronicznym do łączenia przewodów z elementami osprzętu elektrycznego.
W spawarkach z atmosferą gazową zastosowano technikę stopniowego przechodzenia wiązki po wyjściu z wyrzutni z komory do komory, w których panuje coraz mniejsza próżnia. Wychodząca z ostatniej komory niskopróżniowej (próżnia rzędu 0,5 hPa) wiązka elektronów ulega rozproszeniu, tym samym ilość energii wprowadzonej do spawanego przedmiotu jest zdecydowanie mniejsza niż podczas spawania w próżni. Stopień rozproszenia rośnie wraz ze wzrostem liczby atomowej. Oznacza to, że najlepsze rezultaty uzyskuje się stosując do ochrony wiązki hel. Zastosowanie argonu jako gazu osłonowego zdecydowanie pogarsza warunki spawania - uzyskiwana w tym przypadku głębokość przetopu jest trzykrotnie mniejsza niż przy zastosowaniu helu. Głębokość wtopienia zależy także od odległości pomiędzy dyszą wylotową wiązki a powierzchnią spawanego przedmiotu, bowiem odległość ta w sposób decydujący wpływa na stopień rozproszenia wiązki. Przy spawaniu w atmosferze gazów zmieniają się dość znacznie proporq'e szerokości i głębokości spoiny; spoina staje się wyraźnie szersza, a jej głębokość się zmniejsza. Spawanie w atmosferze gazów ma, oprócz zdecydowanie niższych kosztów, jedną bardzo istotną zaletę - „zakładanie, manipulowanie i zdej­mowanie" spawanego elementu nie przedstawia żadnych trudności. Do wad tej metody należy znacznie niższa, w porównaniu z konwencjonalnym spawaniem wiązką elektronów w próżni, jakość spoin, ograniczenie ich grubości.	Temperatura nagrzewania uzależniona jest od rodzaju materiału zgrzewanych elementów i dobierana tak, aby nie przekroczyła wartości ok. 0,8 temperatury topnienia materiału o niższej topliwości. Docisk w pierwszej fazie powinien zapewnić wzajemne przyleganie dokładnie oczyszczonych powierzchni, osiągając wartość maksymalną po nagrzaniu zgrze­wanych części do właściwej temperatury oraz trwać praktycznie do ich ostyg­nięcia. Wielkość docisku waha się, zależnie od rodzaju materiału i wymiarów zgrzewanych części, od l do 100 MPa. Czas nagrzewania zależy od własności cieplnych zgrzewanych elementów oraz ich wymiarów; łączny czas procesu będący sumą czasu nagrzewania i docisku jest dość długi i waha się od kilku do kilkudziesięciu godzin. Zgrzewanie dyfuzyjne jest procesem dość kosztownym. Jego stosowanie wymaga bardzo drogich urządzeń. Technologia zgrzewania jest droga, dlatego też jest ono wykorzystywana w przypadku, gdy inne metody łączenia nie dają zadowalających wyników. Zgrzewanie dyfuzyjne stosowane jest do łączenia trudno spawalnych i trudno zgrzewalnych materiałów, głównie w elektronice, automatyce, przemyśle lot­niczym i kosmicznym.	9.5.Zgrzewanie tarciowe jest odmianą zgrzewania mechanicznego, w którym ciepło niezbędne do uplastycznienia części zgrzewanych powstaje w wyniku zamiany pracy mechanicznej wykonywanej w procesie zgrzewania przez siły tarcia. Istota zgrzewania tarciowego polega na tym, że zgrzewane przedmioty dociskane są do siebie powierzchniami czołowymi z określoną siłą, a równocześnie jeden z przedmiotów wprowadzany jest w ruch obrotowy względem ich głównej osi. W wyniku tarcia powierzchnie obu części nagrzewają się do stanu plastycznego. Z chwilą osiągnięcia stanu plastycznego element obracający się zostaje zatrzymany, następuje szybkie dociśnięcie tych elementów ze znaczną siłą, która zapewnia trwałe połączenie metaliczne w stanie stałym. W początkowym okresie zgrzewania wydziela się niewielka ilość ciepła z uwagi na stosunkowo niedużą liczbę tzw. szczepień metalicznych, czyli obszarów powierzchni wzajemnie się stykających i trących. W miarę nagrzewania części liczba ich rośnie, pokrywając w końcu całą powierzchnię styku. Najintensywniej nagrzewany jest metal w warstwach najbardziej odległych od osi obrotu, ponieważ tarcie odbywa się tam z największą prędkością liniową. Obszary przyległe do osi obrotu nagrzewają się najwolniej. Tak więc promieniowy rozkład sił tarcia sprawia, że uplastycznienie całego obszaru zgrzewania następuje dopiero po pewnym czasie, tym krótszym, im przewodność cieplna materiału jest lepsza.
9. ZGRZEWANIE ELEKTRYCZNE OPOROWE 9.1.Zgrzewanie jest metodą łączenia metali, w której powierzchnie łączonych części, doprowadzone do stanu plastycznego (miękkości), dociskane są do siebie z odpowiednią silą w celu trwałego ich połączenia. Cechą charakterystyczną zgrzewania jest brak materiału dodatkowego, co powoduje, że zgrzewane elemen­ty łączą się ze sobą bezpośrednio. Zależnie od czynnika powodującego uplastycznienie powierzchni łączonych elementów rozróżnia się : -zgrzewanie ogniskowe; zgrzewanie gazowe; zgrzewanie w kąpielach solnych; zgrzewanie elektryczne zgrzewanie mechaniczne; zgrzewanie ultradźwiękowe zgrzewanie dyfuzyjne; zgrzewanie termitowe 9.2.Zgrzewanie indukcyjne polega na nagrzaniu dociśniętych części metalowych prądami wirowymi wywołanymi w zgrzewanych elementach oddziaływaniem pola magnetycznego. Ilość ciepła wydzielana w jednostce czasu podczas przepływu prądów wiro­wych jest wprost proporcjonalna do kwadratu częstotliwości zmian pola mag­netycznego. Dodatkowym czynnikiem pozwalającym na uzyskiwanie w krótkim czasie wysokiej temperatury jest zjawisko powstawania prądów powierzch­niowych w materiałach ferromagnetycznych. Zgrzewanie indukcyjne wykorzy­stywane jest na dość szeroką skalę do łączenia doczołowego rur i prętów oraz ciągłej produkcji rur zgrzewanych spiralnie.	9.4.Zgrzewanie ultradźwiękowe polega na wykorzystaniu jako źródła ciepła energii drgań mechanicznych o wysokiej częstotliwości w zakresie drgań ultra­dźwiękowych. Wytwarzany w generatorze wysokiej częstotliwości zmienny prąd przekazywany jest do przetwornika piecoelektrycznego lub magnetostrykcyjnego, w którym wytworzone zostaje zmienne pole magnetyczne. W wyniku oddziaływania zmien­nego pola magnetycznego na rdzeń przetwornika ulega ona na przemian skracaniu i wydłużaniu z częstotliwością drgań pola magnetycznego. Drgania te za pośrednictwem falowodu przekazywane do sonotrody wywołują drgania elementu styka­jącego się z nią bezpośrednio. Na skutek tarcia wywołanego tymi drganiami i nacis­kiem sonotrody nagrzewają się powierzchnie łączonych części. Z chwilą ich uplastycznie­nia i działającego stale docisku sonotrody tworzy się trwałe połączenie. Podstawowe parametry zgrzewania to: -częstotliwość drgań, - amplituda drgań sonotrody, -siła docisku, - czas zgrzewania. Częstotliwość drgań waha się w przedziale od 20 do 80 kHz. Dobierana jest w zależności od rodzaju zgrzewanego materiału, a ściślej jego właściwości. Wielkość amplitudy drgań sonotrody wpływa na przebieg zgrzewania w sposób istotny; w miarę jej wzrostu maleje czas zgrzewania dzięki intensywniejszemu procesowi usuwania warstewki tlenków z powierzchni zgrzewanych elementów.	9.5.1Zgrzewanie tarciowe inercyjne polega na zamianie energii kinetycznej wirującego z określoną prędkością obrotową koła zamachowego w ciepło. Przebieg zgrzewania jest następujący: jeden ze zgrzewanych elementów zamocowany jest w uchwycie stałym, drugi w uchwycie połączonym trwale z kołem zamachowym. Obydwa elementy dociskane są do siebie z odpowiednią siłą. Następuje uruchomienie silnika napędowego wprowadzają­cego w ruch koło zamachowe wraz z zamocowanym elementem. Z chwilą osiągnięcia określonej prędkości obrotowej zostaje wyłączony silnik. Dzięki siłom bezwładności cały układ ruchomych mas wiruje w dalszym ciągu, aż do chwili zrównoważenia momentu bezwładności momentem tarcia występującego na powierzchni łączonych przedmiotów. W momencie zatrzymania się koła zama­chowego części łączone osiągają w wyniku tarcia temperaturę niezbędną do uplastycznienia materiału w miejscu styku; równocześnie rozpoczyna się proces spęczania i łączenia części w wyniku działania siły docisku końcowego. Zastosowanie zgrzewania tarciowego jest ograniczone w chwili obecnej jedynie kształtem zgrzewanych przedmiotów, które muszą posiadać przekrój kołowy. Najszersze wykorzystanie ta metoda znalazła w przemyśle narzędziowym do łączenia części roboczej (stal narzędziowa) z częścią chwytową (stal konstru­kcyjna) w przemyśle motoryzacyjnym oraz elektrotechnicznym - przy produkcji części o złożonym kształcie.
Zgrzewanie tarciowe jako jeden z nielicznych procesów wytwórczych łączy zalety technologiczno-ekonomiczne (wysoka wydajność, wysoka jakość i powtarzalność, bardzo dobre wskaźniki ekonomiczne, małe zużycie materiałów i energii) z bardzo dobrymi warunkami pracy operatorów. 9.6.Zgrzewanie termitowe Przy zastosowaniu tej metody powierzchnie przeznaczone do zgrzewania nagrzewane są ciepłem ciekłego żużla powstałego w wyniku spalania specjalnej mieszaniny (termitu), składającego się z tlenku aluminium i przegrzanego żelaza, przepływającego szczeliną utworzoną przez powierzchnie łączonych elementów. Reakcja spalania mieszanki termitowej przebiega samoistnie. Dość wytworzo­nego ciepła jest zależna od jej składu. W skład tej mieszanki wchodzą najczęściej: sproszkowane aluminium i tlenek żelaza. Ciekły żużel osiąga temperaturę rzędu 2800°C. W chwili gdy ciekły żużel (mieszanka termitowa) przepłynie przez szczelinę, uruchamia się mechanizm dociskowy powodujący trwałe połączenie obu zgrzewanych elementów. Zwykle zgrzewanie termitowe stosowane było do łączenia szyn i grubościennych rur. Istotną zaletą tej metody była możliwość zgrzewania dużych i skomplikowanych przekrojów w ciągu jednego zabiegu, bez konieczności kilkukrotnego nagrzewania, co z kolei wpływało korzystnie na strukturę złącza i strefy wpływu ciepła, a jednocześnie zgrzewanie tego typu nie wymagało dostarczenia energii z zewnątrz.	Napawanie wykonywane jest najczęściej następującymi metodami: - ręcznie elektrodami otulonymi, - w osłonie gazów, -automatycznie łukiem krytym, -elektrożużlowo, - z zastosowaniem głowicy elektrowibracyjnej, -plazmowo, -proszkami metalicznymi, -płaską elektrodą leżącą. W potocznej opinii uważa się, że napawanie nie różni się zasadniczo od spawania. Różnice pojawiają się z chwilą oceny kryteriów dobrej lub złej jakości wyników napawania i spawania. W złączu spawanym dąży się do zapewnienia maksymalnej jednorodności składu chemicznego, struktury i własności mechanicznych w całym obszarze złącza: materiał rodzimy - stre­fa wpływu ciepła - spoina. Podobnie jest jedynie w przypadku napawania regeneracyjnego, gdzie napoina powinna posiadać te same własności co podłoże, natomiast przy napawaniu technologicznym (które ma miejsce w procesach wytwarzania nowych elementów, gdzie na podłoże wykonane na przykład ze zwykłej stali, napawa się materiałami o specjalnych własnościach) pogląd taki nie jest w pełni uzasadniony, a uzyskanie pełnej jednorodności w układzie podłoże - napoina jest wręcz niepotrzebne.	10.3 Napawanie łukiem krytym pod topnikiem Metoda ta jest jedną z najbardziej wydajnych metod napawania, szczególnie przydatną do regeneracji dużych elementów o prostych kształtach. Topnik pokrywający szczelnie napoinę, podobnie jak to ma miejsce w procesie spawania, wpływa korzystnie na przebieg krzepnięcia metalu napoiny, a mała szybkość stygnięcia również na przedłużenie czasu dyfuzji, a tym samym na głębokość wtopienia. Duża ilość ciepła wprowadzonego do napawanego przedmiotu może być powodem jego odkształcenia, które jest tym większe, im mniejsza jest grubość napawanych części. W elementach o znacznej grubości odkształcenia są mniejsze, lecz powstają naprężenia wewnętrzne stanowiące poważne za­grożenie, zwłaszcza w przypadku pracy przy znacznych obciążeniach zmiennych. Dlatego też warunki napawania muszą być dobierane niezwykle starannie, tym bardziej że możliwości obróbki cieplnej po ich napawaniu są praktycznie znikome. Napawanie pod topnikiem stosowane jest do regeneracji części wykonanych ze stali węglowych i stopowych, czasami staliwnych. Regeneracji poddawane są elementy osprzętu hutniczego, taboru kolejowego, rozjazdy kolejowe itp.
10. NAPAWANIE Jest to nakładanie warstwy stopionego metalu (napoiny) na przedmiot metalowy z równoczesnym nadtopieniem podłoża, którego udział w metalu spoiny może dochodzić nawet do 60%. Na rysunku przedstawiono strefę napawaną z wszystkimi jej elementami. Napoina zawiera - zwłaszcza w swej górnej części - prawie czyste stopiwo użytego materiału dodatkowego; w części dolnej stopiwo to ulega częściowemu wymieszaniu z materiałem podłoża stanowiąc, podobnie jak to ma miejsce w przypadku spawania, strefę wtopienia. Linia przejścia jest umowną, choć niekiedy bardzo wyraźną, granicą pomiędzy materiałem podłoża i stopiwem materiału dodatkowego. Teoretycznie poniżej linii przejścia stopiwo nie występuje, powyżej w linii wtopienia stężenie składników materiału rodzimego zmniejsza się od 100% w linii przejścia do O poza strefą wtopienia, zależnie od wymiarów (grubości) napawanej warstwy. Graniczący z napoiną obszar materiału rodzimego, nagrzany ciepłem dostarczonym w procesie napawania (strefa wpływu ciepła), posiada strukturę będącą funkcją temperatury, jaką uzyskały poszczególne warstwy	10.1Napawanie ręczne elektrodami otulonymi. Pomimo że napawanie ręczne zastępowane jest coraz częściej metodami zmechanizowanymi, stanowi ono w dalszym ciągu jedną z pod­stawowych metod napawania, zwłaszcza w procesach regeneracji poje­dynczych elementów, ale nie tylko. Wynika to przede wszystkim z szerokiego asortymentu elektrod zarówno produkcji krajowej, jak i zagranicznej, umoż­liwiających uzyskiwanie napoin o różnym składzie chemicznym i własnościach. Ręczne napawanie stosowane jest do regeneracji małych elementów o skomplikowanym kształcie i nieregularnych powierzchniach: prowadnic, otworów klinowych, zębów kół przekładniowych, narzędzi itp. Napawa się zarówno stale zwykle, jak i stopowe. Ręczne napawanie łukowe stosowane jest do pokrywania regenerowanych części stellitami lub stopami stellitopodobnymi. Napawanie ręczne elektrodami otulonymi: l - napoina, 2 - strefa wtopienia, 3 - materiał rodzimy, 4 - elektroda, 5 - źródło prądu	10.4Napawanie elektrożużlowe Proces napawania elektrożużlowego nie odbiega w swej istocie od procesu spawania elektrożużlowego. Pomiędzy krawędź napawa­nego elementu i osłonę formującą wprowadzony zostaje drut elektrodowy o określonym przekroju. Napięcie panujące pomiędzy drutem a napawanym przedmiotem sprawia, że z chwilą zwarcia pojawia się pomiędzy końcem drutu a napawanym elementem łuk elektryczny. Ciepło łuku elektrycznego stapia topnik wypełniający szczelinę oraz częściowo krawędź napawanego elementu. W miarę przybywania ilości stopionego topnika - żużla zanika łuk, a źródłem ciepła staje się ciekły żużel, przez który przepływa prąd. Wysoka odporność właściwa ciekłego żużla sprawia, że wytwarza się bardzo duża ilość ciepła, które topi brzegi materiału, elektrodę i topnik. Jeziorko ciekłego metalu pokryte warstwą ciekłego żużla przemieszcza się w miarę napawania do góry, zabezpieczone nakładkami zapobiegającymi wyciekaniu żużla i stopiwa. Spoina for­mowana jest - niezależnie od grubości napawanego elementu - w jednym przejściu. Proces napawania elektrożużlowego odbywa się w pozycji pionowej. Metodę tą stosuje się z dużym powodzeniem w procesach regeneracji. Napawanie elektrożużlowe charakteryzuje się najwyższą wydajnością spośród wszystkich metod napawania. Jedną z najistotniejszych jego zalet jest duża gładkość napoiny dzięki obecności osłony formującej, przez co obróbka mechani­czna może zostać pominięta.
Struktura ta w miarę oddalania się od linii przejścia stopniowo przechodzi w nienaruszoną, pierwotną strukturę materiału podłoża. Poniżej linii przejścia występuje właściwie wyłącznie materiał rodzimy. Cały obszar obejmujący napoinę - linię przejścia - materiał rodzimy określa się jako strefę napa­waną. W procesach napawania źródłem ciepła stapiającym materiał dodatkowy w postaci drutu, pręta, taśmy lub proszku, może być płomień gazowy, łuk elektryczny lub wiązka laserowa. Temperatura płomienia w zależności od rodzaju gazu palnego mieści się w granicach 2200-3100^oC. Z kolei temperatura łuku elektrycznego w zależności od jego postaci i stopnia koncentracji zawiera się w granicach od ok. 5000^oC w przypadku łuku elektrod otulonych do ponad 20000^oC w zwężonym łuku plazmowym. Materiałem dodatkowym procesach napawania może być praktycznie każdy metal i stop oraz materiały cermetalowe w postaci elektrody otulonej z rdzeniem z drutu litego lub proszkowego, drutu litego, drutu proszkowego, taśmy pełnej i taśmy proszkowej oraz proszku. Napawanie zazwyczaj wykorzystuje się w celu: -regeneracji części maszyn i urządzeń technicznych przez uzupełnienie ubytków metalu powstałych na skutek wytarcia, wybicia, kawitacji lub korozji, -nadania określonych własności fizycznych lub chemicznych powierzchniom przedmiotów metalowych lub pewnym tylko fragmentom tych powierzchni. Do takich własności można zaliczyć twardość, odporność na ścieranie, odporność na działanie korozji itp.	10.2Napawanie w osłonie gazów. Do napawania stosowane są wszystkie metody spawania łukowego w osłonie gazów, w tym napawanie łukiem pulsującym. Można napawać zwykłe stale konstrukcyjne, stale stopowe, a także metale nieżelazne i ich stopy. Metody napawania w osłonie gazów są szczególnie przydatne w regeneracji powierzchni wewnętrznych.Ich zaletą jest możliwość napawania we wszystkich pozycjach oraz uzyskania wysokiej jakości napoin. Wydajność napawania w osłonie gazów jest ok. czterokrotnie większa od napawania ręcznego. W osłonie gazów napawać można praktycznie wszystkie części przeznaczone do regeneracji.. Napawanie w osłonie gazów: l - napoina, 2 - strefą wtopienia, 3 - materiał rodzimy, 4 - osłona gazowa, 5 - drut elektrodowy, 6 - rolld napędzające, 7 - źródło prądu	Jakość napoiny jest taka sama jak spoin wykonanych elektrożużlowo. Z uwagi na małe oddziaływanie topnika na skład chemiczny napoiny i jej własności w dużym stopniu uzależnione są od rodzaju stosowanego drutu elektrodowego. Minimalna grubość napoin uzyskiwanych przy napawaniu elektrożużlowym wynosi 10 mm. 10.5Napawanie plazmowe Metoda ta umożliwia regenerację części maszyn ze wszystkich rodzajów metali. Urządzenie do napawania plazmowego z łukiem niezależnym może być również wykorzystane do nakładania powłok metalicznych na tworzywa ceramiczne i odwrotnie. Metoda ta umożliwia po­krywanie regenerowanych części bardzo cienką warstwą przy minimalnym nagrzaniu ich samych. Wykorzystywana jest zwłaszcza do regeneracji części, dla których zachowanie tolerancji wymiarowej jest wyjątkowo istotne. Problemem są jednak duże koszty, dlatego napawanie plazmowe stosuje się w wyjątkowych przypadkach, gdy inne metody nie pozwalają na uzyskanie zadowalających wyników.
10.6Napawanie proszkami metalicznymi (łukowo-proszkowe) Proces ten wykorzystywany jest do regeneracji części wykonanych ze stali sto­powych, żeliwa, staliwa oraz stopów i metali nieżelaznych. Grubość nakła­danych powłok w jednym przejściu wynosi od 0,05 mm do 2,5 mm. Napawa się stosując natrysk z natapianiem lub bez. Niezależnie od natrysku położoną warstwę przetapia się bezpośrednio po natryskaniu w celu zapewnienia właściwej przyczepności do podłoża, za pomocą płomienia acetylenowo-tlenowego, indukcyjnie lub w specjalnych piecach z atmosferą ochronną. Najistotniejszy w tej metodzie jest proszek użyty do napawania, który ma zasadniczy wpływ na jakość napoiny. Napawanie łukowo-proszkowe: l - napoina, 2 - strefa wtopienia, 3 - przedmiot napawany, 4 - źródło prądu, 5 - proszek metaliczny, 6 - elektroda, 7 - warstewka żużla	oddzielaniem się od ścian gotowego odlewu w czasie wybijania go z formy i oczyszczania. Rdzenie wykonuje się z masy rdzeniowej. Sporządza się je z piasków kwarcowych z niewielkimi dodatkami glin i materiałów wiążących. Ponieważ rdzenie w czasie wypełniania formy ciekłym metalem znajdują się w trudniejszych warunkach niż forma, więc masy rdzeniowe powinny odznaczać się lepszymi własnościami niż masy formierskie, a więc muszą być bardziej wytrzymałe i odznaczać się większą ogniotrwałością. Ponadto masy te powinny być mało gazotwórcze, niehigroskopijne i łatwo dawać się usuwać z zakrzepniętego odlewu. Narzędzia formierskie Formowanie jest procesem technologicznym, w wyniku którego powstaje forma odlewnicza. Formowanie może być wykonywana na mokro lub na sucho. Formowanie na sucho w rzeczywistości też odbywa się przy pewnej dość znacznej zawartości wilgoci w masie formierskiej. Różnica między formowaniem na mokro a formowaniem na sucho polega na tym, że w pierwszym przypadku roztopiony metal wlewa się do wilgotnej formy, a w drugim przypadku do formy uprzednio wysuszonej. Formowanie na mokro jest tańsze i szybsze, lecz ma wiele wad: spoistość cząstek masy formierskiej jest znacznie mniejsza i mniejsza jest odporność na działanie ciekłego metalu, formy zaś mają nierówne powierzchnie i wymagają czasem nawet wielokrotnego wygładzania.	Następnie zdejmuje się skrzynkę górną, usuwa model, naprawia uszkodzenie formy i ponownie posypuje formę bardzo drobnym piaskiem, po czym nakłada się drugą skrzynkę i ustala jej położenie sworzniami. Górną skrzynkę obciąża się dodatkowo ciężarami, które chronią ją przed uniesieniem w momencie wlewania ciekłego metalu. Formowanie na fałszywce stosuje się do modeli niedzielonych, których ustawienie na płycie formierskiej nie zapewnia właściwego położenia. Formowanie z obieraniem stosuje się do modeli, których nie da się wyjąć ze skrzynki bez usunięcia części masy formierskiej. Do najnowszych metod formowania należy formowanie bezskrzynkowe. Formy bezskrzynkowe wykonuje się na automatycznych prasach o dużych naciskach przez odpowiednio silne sprasowanie masy formierskiej. Metodą bezskrzynkową wykonuje się odlewy proste, symetryczne, o niewielkiej masie. Formowanie wzornikami stosuje się w produkcji jednostkowej dużych odlewów, mających przekrój na całej długości, dla których nie opłaca się wykonywać modeli ze względu na wysokie koszty. Formowanie mechaniczne W produkcji masowej formowanie ręczne jest nieopłacalne z uwagi na dużą pracochłonność i wysokie koszty. Proces wykonania form przyspiesza formowanie maszynowe, które zapewnia wysoką jakość i dużą dokładność odtwarzanych kształtów odlewu oraz obniża koszty wytwarzania.
10.7 Napawanie płaską elektrodą leżącą Napawanie polega na układaniu napoiny elektrodą w postaci taśmy ułożonej na warstwie topnika stanowiącego równocześnie izolację od „masy". Metoda ta jest jednak ograniczo­na brakiem odpowiednich gatunków taśm, można nią wykonywać napawanie tylko w pozycji podolnej, uzyskując niezbyt duże grubości warstwy napawanej. Należy do najtańszych ze wszystkich zautomatyzowanych metod napawania (nie wymaga żadnych dodatkowych urządzeń poza źródłem prądu). Napawanie płaską elektrodą leżącą: l - źródło prądu, 2 - warstwa topnika (izolująca), 3 - elektroda taśmowa, 4 - topnik, 5 - warstewka żużla, 6 - materia) napawany, 7 - napoina, 8 - strefa wtopienia	Formowanie wykonuje się za pomocą narzędzi, służących do ubijania masy formierskiej i wykańczania formy. Do zagęszczania masy w formie służą ubijaki. a) mały, b) długi, c) zakończony płytą, d) pneumatyczny. Masę formierską w skrzynce ubija się wokół modelu, wokół ścianek skrzynki formierskiej i we wszystkich trudno dostępnych miejscach formy. Podczas formowania ręcznego masę formierską ubija się najpierw cieńszym, a następnie grubszym końcem ubijaka. Ubijaki małe wykonuje się z twardego drewna. Ubijaki długie mogą być wykonane z drewna i zakończone okrągłą, kwadratową lub prostokątną płytą metalową. Długie ubijaki metalowe są używane w czasie formowania na podłodze formierni. Oprócz ręcznych często stosuje się ubijaki pneumatyczne, w których sprężone powietrze porusza w cylindrze tłok, uderzający w umieszczoną u dołu stopkę ubijaka. Sprężone powietrze jest kierowane mechanizmem rozrządowym na przemian nad tłok i pod tłok, umożliwia to uzyskanie 600-1200 uderzeń ubijaka na minutę. W zależności od kształtu, wielkości, i dokładności odlewu formy wykonuje się w jednej, dwóch lub trzech skrzynkach formierskich, wykonanych z żeliwa lub staliwa. Najprostszy komplet skrzynek formierskich składa się z dwóch sztuk. Obie skrzynki są jednakowe, nie mają ani dna, ani ścianki górnej, a wyłącznie ściany boczne.	Do formowania maszynowego służą maszyny formierskie zwane formierkami. Formuje się w nich wyłącznie modele metalowe. Modele umocowane na stole do metalowej płyty podmodelowej tworzą wraz z nią tzw. płytę modelową. Do formowania maszynowego są używane płyty modelowe jednostronne, dwustronne i rewersyjne. W płytach rewersyjnych obie połówki skrzynki formierskiej są uformowane po tej stronie płyty, na której znajdują się ułożone symetrycznie dwie połówki modelu. Przez odpowiednie złożenie dwóch dowolnie wybranych skrzynek otrzymuje się formę dla dwóch jednakowych odlewów, odwrotnie w niej ułożonych. Ze względu na sposób zagęszczania masy formierki używane do maszynowego wytwarzania form dzieli się na: formierki z ręcznym ubiciem (w których zmechanizowane jest tylko wyjmowanie modelu z formy wykonanej przez ręczne zagęszczanie ubijakiem), formierki prasujące (zagęszczające masę przez nacisk wywierany od góry lub od dołu), formierki wstrząsowe, tzw. wstrząsarki, formierki narzucarki oraz formierki specjalne. Rdzenie służą do odtwarzania wewnętrznych kształtów przedmiotu odlewanego. Wykonuje się je w skrzynkach rdzeniowych, rdzennicach, za pomocą wzorników lub maszynowo. W rdzeniu rozróżnia się rdzeń właściwy i rdzenniki. Rdzenniki umożliwiają osadzenie rdzeni w formie w gniazdach rdzennikowych oraz odgazowanie rdzeni podczas procesu odlewania.
ODLEWNICTWO Formy odlewnicze dzieli się na formy wielokrotnego i jednokrotnego użycia. Formy wielokrotnego użycia wykonuje się z metali odpornych na wysoką temperaturę odlewanego, roztopionego metalu. Noszą one nazwę formy metalowe - kokili. Formy jednorazowego użycia wykonuje się przede wszystkim z mas formierskich. Podstawowymi składnikami mas formierskich są: piasek kwarcowy, glina i woda. Piasek kwarcowy (SiO2) charakteryzuje się dużą twardością i odpornością na wysokie temperatury. Glina używana do mas formierskich jest ogniotrwała, ponieważ głównym jej składnikiem jest kaolin (AI203. 2SiO2. 2H2O). Materiały formierskie dzieli się na główne (piaski kwarcowe i gliny formierskie) i pomocnicze (spoiwa organiczne i nie organiczne, grafit, pył węglowy itp.). Mieszanina głównych i pomocniczych materiałów formierskich, odpowiednio dobrana ilościowo i jakościowo, tworzy masę formierską. Masy formierskie powinny odznaczać się następującymi własnościami: dobrą plastycznością, czyli zdolnością przyjmowania kształtu modelu i zachowania tego kształtu po usunięciu modelu, spoistością cząstek masy formierskiej zapewniając odporność na wstrząsy i na ciśnienie hydrostatyczne wlewanego metalu, odpornością na wysoką temperaturę płynnego metalu, dobrą przepuszczalnością gazów i par powstających w czasie odlewania i w czasie stygnięcia metalu w formie odlewniczej, przydatnością do wielokrotnego użycia w postaci domieszek do nowych mas, łatwym	Wewnątrz mają obrzeża, zabezpieczające ubitą masę formierską przed wypadaniem, zewnątrz zaś uchwyty służące do podnoszenia i przesuwania skrzynek. Ustalanie skrzynek względem siebie umożliwiają zewnętrzne występy i kołki ustalające. Oprócz nich formierz używa także miecha ręcznego lub sprężonego powietrza do wydmuchiwania z formy drobnych zanieczyszczeń lub oderwanych cząsteczek masy formierskiej, oraz pędzla do zwilżania tych miejsc formy, co do których zachodzi obawa wykruszenia się masy formierskiej. W celu zapobieżenia przywierania ziaren piasku do powierzchni odlewu stosuje się różnego rodzaju pokrycia form. Do pokrywania form ciekłymi oddzielaczami służą rozpylacze. Często formy pokrywa się również czernidłem (grafit z dodatkiem wody i gliny). Najprostszym sposobem formowania jest formowanie w ziemi. Formuje następująco: modele układa się w skrzynce na płycie formierskiej, posypuje się go bardzo drobnym piaskiem, zasypuje masę formierską, którą ubija się ręcznie. Formę nakłuwa się, aby zapewnić odpływ gazów podczas zalewania. Skrzynkę obraca się o 180 i ustawia na tej samej płycie formierskiej. Na skrzynkę nakłada się drugą pustą skrzynkę formierską, ustawia w niej model wlewu i przelewu, sypie warstwami masę formierską, ubija się ją, zgarnia nadmiar, nakłuwa, wyjmuje modele wlewów i przelewów i wykonuje łyżką formierską wgłębienia wlewowe i przelewowe.	Rdzennice wykonuje się z drewna: lipy, olchy, brzozy. Do maszynowego wytwarzania rdzeni używa się skrzynek metalowych oraz rdzennic z tworzyw sztucznych. Rdzenie wykonuje się z piasku kwarcowego z dodatkiem spoiw (olej lniany, dekstryna, melasa). W celu zwiększenia wytrzymałości rdzeni stosuje się wewnętrzne wkładki z drutu, prętów, siatek drucianych, żeber lanych itp. Rdzeń w czasie napełniania formy metalem nagrzewa się do wysokiej temperatury, co powoduje, że w jego wnętrzu powstają gazy. Odpowietrzenie polega na kilkakrotnym nakłuwaniu rdzenia wzdłuż osi szpilką. Tworzą się w ten sposób kanały odpowietrzające. Liczba kanałów zależy od przekroju rdzenia. W innym sposobie odpowietrzania rdzeni wkłada się do ich wnętrza (w trakcie wykonywania) sznurki z parafiny lub wosku, które w czasie suszenia topią się, tworząc kanaliki. Model odtwarza kształty odlewanego przedmiotu oraz kształty elementów pomocniczych, umożliwiających odlanie przedmiotu. Modele najczęściej wykonuje się z drewna lub metalu, rzadziej z gipsu, cementu lub wosku. Na modele drewniane stosuje się drewno brzozowe, olchowe, drewno gruszy lub orzecha. Aby zapobiec Paczeniu się modeli, nie wykonuje się ich z drewna jednolitego, lecz skleja w ten sposób, że włókna sąsiednich kawałków są do siebie prostopadłe.

Elementy rowka spawalniczego: a - kąt row­ka, α/2 - kąt ukosowania, l - krawędź rowka, 2 - brzeg rowka, 4 - gardziel rowka, 5 - próg,6 - odstęp

Rys.III.l.3. Budowa złącza spawanego: l - brzeg spo­iny, 2 - lico spoiny, 3 - nadlew, 4 - wtop, 5 - stopiwo, 6 - grań, 7-lico grani, 8 -SWC, 9 - materiał rodzimy

ciekły metal (stopiwo)

ciekły żużel

materiał rodzimy

warstwa żużla spoina

Rys. III.4.2. Spawanie łukowe - obwód prądu spawania; l - źródło prądu, 2 - przedmiot spawany, 3 - elektroda, 4 - uchwyt elektrody

Rozkład temperatury w przestrzeni łukowej

Butle do acetylenu (rys. III.3.1), podobnie jak i butle przeznaczone do przechowywania i transportu innych gazów (z wyjątkiem butli do butanu i propanu), wykonywane są jako ciągnione bez szwu, ze stali o podwyższonej wytrzymałości.

Napawanie plazmowe łukiem niezależnym: l - napoina, 2 - strefa wtopienia, 3 - przedmiot napawany, 4 - materiał dodatkowy, 5 - źródło prądu, 6 - elektroda wolframowa, 7 - głowica, ciecz chłodząca, 8 - woda (linią przerywaną zaznaczono obwód napawania łukiem zależnym)

---