Zgrzewanie - rodzaj technologii trwałego łączenia części urządzeń lub konstrukcji wykonanych z metalu lub z tworzyw sztucznych. polegający na tym, że części metalowe w miejscu łączenia doprowadza się przez nagrzewanie do stanu plastycznego ( ciastowatego ) lub do nadtopienia powierzchni łączonych przekrojów ( zgrzewanie iskrowe ) i następnie łączy się je z zastosowaniem odpowiedniej siły, np. przez kucie, prasowanie lub zgniatanie, bez używania metalu dodatkowego, tj. spoiwa.. Uplastycznieniu ulega tylko niewielka objętość na granicy styku.
W zależności od stosowanej metody zgrzewania najpierw następuje docisk, a potem rozgrzewanie, albo odwrotnie, najpierw rozgrzewanie, a potem docisk.

Do łączenia elementów maszyn najczęściej stosuje się zgrzewanie elektryczne. Podczas zgrzewania oporowego przedmioty łączone są dociskane przez cały czas trwania procesu elektrodami (zgrzewanie punktowe i liniowe) lub bezpośrednio (zgrzewanie czołowe); W tym przypadku elektrody są wykonane np. w postaci obejm zaciskanych na zgrzewanych elementach. Docisk części utrzymuje się jeszcze przez krótki czas po wyłączeniu prądu

Podczas zgrzewania iskrowego (czołowego) po wyłączeniu prądu przedmioty są zbliżone do siebie. W tworzonej szczelinie powstaje łuk elektryczny, w którym topią się powierzchnie styku. Po nagrzaniu całej powierzchni łączonych części przerywa się dopływ prądu i dopiero wówczas wywiera się silny docisk części, aż do momentu ich zgrzania.

Zgrzewanie iskrowe stosuje się do łączenia części o nierównych (lub niedokładnie oczyszczonych) powierzchniach styku.

Rodzaje i zastosowanie połączeń zgrzewanych

Zgrzewanie czołowe stosuje się do łączenia prętów, odkuwek i innych elementów, w których zgrzeina obejmuje całe pole powierzchni styku. Ta sama metodą można wykonać np. narzędzia skrawające:

• noże tokarskie,

• wiertła do głębokich otworów,

łącząc część skrawającą narzędzia ze stali narzędziowej z trzonkiem ze stali węglowej.

Zgrzewanie punktowe Jest to najbardziej znana metoda zgrzewania oporowego. Najczęściej stosowana jest do łączenia cienkich blach, blach z różnymi kształtownikami, spajania arkuszy blach itp. Spoinę tworzy jedna lub więcej zgrzein, a elementy są zazwyczaj łączone na zakładkę. Wprowadzenie nowoczesnych zgrzewarek automatycznych o wydajności do 200 zgrzein na minutę powoduje, że zgrzewanie punktowe jest stosowane głównie w produkcji wielkoseryjnej, m.in. w przemyśle samochodowym, kolejowym itp.

Elektrody stosowane w zgrzewaniu liniowym mają kształt krążków; obracają się one ruchem jednostajnym, co powoduje mechaniczny przesuw, np. łączonych blach. Zgrzewanie liniowe umożliwiają wykonanie połączeń szczelnych z cienkiej blachy: rur z szwem, pojemników, a także połączeń kształtowych, stosowanych w różnych dziedzinach przemysłu. Zgrzewanie liniowe jest procesem ciągłym, w którym elektrody krążkowe oddziałują na elementy robocze ustawione (zazwyczaj) na zakładkę.

Zgrzewanie garbarowe jest odmiana zgrzewania punktowego. Garbary mają najczęściej kształt czaszy kulistej i służą m.in. do usztywnienia części wykonanych z cienkich blach. W zgrzewaniu garbarowym elektrody płaskie (płytowe) dociskają części, powodując miejscowe nagrzanie blach (garbów) i uzyskanie zgrzein punktowych. Garby powinny być na tyle sztywne, aby uległy tylko częściowemu zgnieceniu.

Zgrzeina powstaje w miejscu punktu kontaktowego, specjalnie ukształtowanego na materiale roboczym. Na przykład, punktem kontaktowym (garbem) może być wybrzuszenie lub pierścieniowe bądź wydłużone występy technologiczne. Łączenie elementów może odbywać się jednocześnie w kilku punktach. Odpowiednio duże elektrody obejmują wszystkie punkty, które mają zostać zgrzane w jednej operacji. Tworzone są złącza zakładkowe lub doczołowe.

Przykłady zastosowań:
• Zgrzewanie do blach śrub i nakrętek zaprojektowanych pod tym kątem i dostępnych na rynku.
• Zgrzewanie garbowe elementów o kształcie pręta, takich jak śruby czy zaczepy (kołki).
• Zgrzewanie garbowe elementów rurowych (złącza T i krzyżowe), a także sworzni, użebrowania i krzywek.
• Zgrzewanie krzyżowe drutów.

Zgrzewanie oporowe

W procesie zgrzewania oporowego metale są łączone bez stosowania materiałów dodatkowych. Przez obszar, w którym ma powstać złącze, jest przepuszczany prąd elektryczny, doprowadzany za pomocą wywierających nacisk elektrod. Ilość generowanego ciepła zależy m.in. od oporności elektrycznej styku łączonych elementów. Właściwość ta ma istotny wpływ na przebieg procesu, od niej też pochodzi jego nazwa.

 

Podstawowe odmiany technologii zgrzewania oporowego to:
* zgrzewanie punktowe,
* zgrzewanie garbowe,
* zgrzewanie liniowe,
* zgrzewanie doczołowe zwarciowe,
* zgrzewanie doczołowe iskrowe.

Zgrzewanie doczołowe oporowe

Metoda typowo używana do łączenia prętów i drutów. Zgrzewane elementy są ustawiane tak, aby się stykały powierzchniami czołowymi. Gdy zostanie wywarty docisk, jest włączany przepływ prądu zgrzewania; powierzchnie czołowe są nagrzewane i w wyniku procesu powstaje równomiernie spęczone złącze.

Zgrzewanie doczołowe iskrowe

Zgrzewane elementy są ustawiane tak, aby się stykały powierzchniami czołowymi. W procesie zgrzewania doczołowego iskrowego można wyróżnić następujące etapy: podgrzewanie wstępne, wyiskrzanie i spęczanie. Podgrzewanie jest wykonywane przy niewielkim docisku. Gdy tylko złącze się nagrzeje, następuje etap wyiskrzania, w którym jest wypalany materiał powierzchni złącza, w wyniku czego uzyskuje się gładką, czystą powierzchnię. Gdy zostanie usunięty naddatek przeznaczony na wyiskrzanie, następuje etap spęczania, w którym powstaje wypływka zawierająca stopiony i utleniony metal.

Przykłady elementów zgrzewanych doczołowo iskrowo: pręty, ogniwa łańcuchów, szyny i rury.

Zgrzewanie tarciowe

Zgrzewanie tarciowe (odmiana zgrzewania doczołowego) jest metodą łączenia metali i ich stopów w wyniku działania docisku i ciepła wytworzonego w trakcie wzajemnego tarcia łączonych powierzchni.
Najczęściej odbywa się to w taki sposób , że jedna z łączonych części zamocowana jest sztywno i nie zmienia swojego położenia ,a druga (o mniejszej masie) wykonuje ruch obrotowy dookoła swojej osi. Inne rozwiązania przewidują jednoczesny ruch obu łączonych części w przeciwnych kierunkach albo ruch części pośredniczącej (łącznika) w łączeniu, stykającej się jednocześnie z dwoma właściwymi częściami łączonymi .

Lutowanie - metoda łączenia elementów metalowych za pomocą spoiny z metalu o temperaturze topnienia niższej niż metali łączonych elementów, gdzie spoina jest nakładana w postaci stopionej, podczas gdy łączone elementy pozostają cały czas w stanie stałym.
Podczas lutowania powierzchnia łączonych metali nie zostaje w żaden sposób stopiona, trwałe połączenie następuje dzięki wystąpieniu zjawiska kohezji i płytkiej dyfuzji, która ma bardzo kapilarny charakter, spoiwo lutownicze wnika w mikropory materiału lutowanego.
Materiałem łączącym jest lut. Narzędzie ręczne służące do lutowania to lutownica lub palnik.

Zależnie od temperatury topnienia lutu rozróżnia się:

• lutowanie miękkie (poniżej 450 °C)

• lutowanie twarde (powyżej 450 °C).

Lutowanie miękkie - lutowanie w zakresie temperatury nie przekraczającej 450 °C - najczęściej ok. 250°C. Stosuje się do połączeń obciążonych niewielkimi siłami, w celu otrzymania połączeń szczelnych oraz przede wszystkim - w elektrotechnice Ta metodę, łączenia elementów metalowych z pomocą spoiny wypełnionej metalem o temperaturze topnienia niższej niż temp. topnienia łączonych ze sobą metali, stosowana jest do spajania części o małych naprężeniach w złączu i niewysokiej temperaturze pracy - takich jak układy elektroniczne, przewody elektryczne, blachy, oraz do uszczelniania i wyrównywania połączeń blachowych np. blach dachowych, rynien, pojemników, cienkościennych zbiorników, czy rurociągów. Najczęściej łączonymi metalami z użyciem lutowania miękkiego są stal, miedź, cynk, mosiądz i ich stopy.
Lutowie miękkie posiada najczęściej zakres topliwości w temperaturach 183-280°C. Najczęściej stosowanymi metalami w spoiwach są stopy, w których skład wchodzi cyna, bizmut, antymon, kadm i śladowe ilości innych metali.

Rodzaje:

0. lutowanie za pomocą lutownicy

0. lutowanie kąpielowe

0. lutowanie piecowe

0. lutowanie indukcyjne

0. lutowanie płomieniowe

Zjawisko przewodności jest wykorzystane podczas lutowania kolbą i przy lutowaniu kąpielowym - przy lutowaniu palnikiem gazowym i lutowaniu piecowym , promieniowanie - przy wymienionych metodach i lutowaniu promieniami świetlnymi . Wykorzystuje się również specjalne źródła ciepła , np. podczas lutowania indukcyjnego i oporowego

Lutowanie twarde. Temperatura topliwości spoiw leży w granicach 600 - 1080 ^oC. Stosuje się przy znacznych naprężeniach w złączu i wysokiej temperaturze pracy (ponad 150^oC). Jest używane do połączeń ślusarskich, w budowie ram rowerowych, w kołnierzach połączeń rurociągów, do łączenia części mechanizmów precyzyjnych, w produkcji narzędzi skrawających. Jako czynnik odtleniający podczas lutowania ma zastosowanie boraks. Lutami twardymi są miedź lub stopy miedzi (mosiądze, brązy, stopy miedzi z fosforem, srebrem, krzemem, manganem), stopy srebra z miedzią, cynkiem i in. oraz prawie czysty nikiel z dodatkiem manganu.

Rodzaje:

1. lutowanie gazowe

2. lutowanie elektryczne oporowe i indukcyjne

3. lutowanie piecowe

4. lutowanie kąpielowe

Topnik to substancja chemiczna obniżająca temperaturę topnienia lutowia, hamująca jego utlenianie, pozwalająca na szybsze rozprowadzenie i głębsze wniknięcie w porowate struktury metalu. Topniki mają postać najczęściej żrących płynów, specjalnie przyrządzonych past lub postać stałą (np. kalafonia).

Rodzaje spoin:

• spoiny czołowe - łączenia stykowe blach, prętów, rur itp.

• spoiny pachwinowe - stosuje się do zakładkowego i niezakładkowego łączenia blach do łączenie części ustawionych pod kątem itp

• spoiny brzeżne łączenie cienkich blach. Powstaje przez stopienie odwiniętych krawędzi blach bez użycia dodatkowego metalu

• spoiny otworowe i punktowe wykonuje się przeważnie w celu wzmocnienia spoin pachwinowych przy łączeniu szerokich elementów.

• krawędziowe

Lut - metal, lub stop metali, służący do lutowania jako wypełnienie spoiny. Ma temperaturę topnienia znacznie niższą od temperatury topnienia lutowanych materiałów.
Luty dzieli się na miękkie, zazwyczaj cynowo-ołowiowe, topiące się w zakresie 170 - 325°C i twarde topiące się powyżej 600 °C. Ich skład chemiczny może być różny w zależności od potrzeb. Miękkie bazują najczęściej na cynie i ołowiu, natomiast twarde na srebrze i miedzi.
Najpopularniejsze zastosowania lutów to elektronika i jubilerstwo.

Luty miękkie są stopami cyny, antymonu i ołowiu o temperaturze topnienia 183÷300°C. Stosuje się również luty niskotopliwe przeznaczone do łączenia materiałów o niskiej temperaturze topnienia lub elementów, które nie powinny się nagrzewać podczas lutowania.

Luty twarde są stopami miedzi z cynkiem i innymi składnikami. Rozróżnia się luty twarde łatwo topliwe i trudno topliwe

Luty szlachetne są stopami srebra, miedzi i cynku stosowanymi m. in. do połączeń pracujących w podwyższonych temperaturach, odpornych na korozję oraz w wyrobach precyzyjnych

Aby otrzymać prawidłowe złącze , lut powinien :

- zwilżać materiał rodzimy ,

- rozpuszczać się i zetknąć z wejściem do szczeliny lutowniczej ,

- wnikać w szczelinę w wyniku działania kapilarnego

W procesie lutowania występują następujące zjawiska fizyczne , wpływające na jego prawidłowości :

- zwilżalność

- rozpływalność lutu

- kapilarność złączy

- dyfuzja .

Na przebieg lutowania składają się następujące czynności :

- oczyszczenie powierzchni do metalicznego połysku i jej odtłuszczenie

- złożenie lutowanych części z odpowiednią szczeliną zależną od rodzaju lutowanych materiałów i użytego lutu

(wikipedia) Cięcie termiczne, cięcie materiałów, zazwyczaj metali, polegające na miejscowym utlenianiu bądź wytapianiu szczeliny w wysokiej temperaturze, odpowiedniej dla ciętego materiału.
W zależności od sposobu oraz wykorzystywanego narzędzia wyróżnia się cięcie termiczne: gazowe, tlenowo-proszkowe, laserowe, łukowe i plazmowe.

Cięcie termiczne

Cięciem termicznym nazywamy takie rozdzielnie materiałów, przy którym na skutek dostarczonej energii cieplnej, materiał zostaje doprowadzony do stanu ciekłego i jednocześnie wdmuchiwany przez energię kinetyczną strumienia gazu lub spalony w strumieniu tlenu. Rozróżniamy kilka sposobów cięcia termicznego, a dobór ich jest zależny od rodzaju ciętego materiału, wymaganej dokładności odwzorowania, gładkości ciętej powierzchni, grubości ciętego materiału.

Cięcie tlenem

Cięcie tlenem polega na spalaniu metalu strumieniem czystego tlenu. Aby mógł zajść proces cięcia tlenem, muszą zostać spełnione warunki:

• temp. utleniania ciętego metalu powinna być niższa od jego temp. topnienia

• temp. topnienia tlenków powinna być niższa od temp. topnienia metalu, gdyż tylko wtedy jest możliwe tworzenie się łatwo płynnego żużla

• reakcja chemiczna łączenia metalu z tlenem powinna być egzotermiczna i wytworzyć taką ilość ciepła, która pozwoli na wyrównanie strat powstających podczas cięcia na skutek promieniowania, przewodnictwa cieplnego itp.

• Przewodność cieplna ciętego metalu powinna być mała

Proces cięcia tlenowego zasadniczo stosuje się do materiałów ze stali niskowęglowej. Najbardziej skuteczna technologia stosowana w zmechanizowanych procesach cięcia, zapewniająca najlepszą jakość cięcia dla materiałów o grubości do 300 mm.

Cięcie plazmą

Palnikiem plazmowym o łuku zewnętrznym możemy ciąć wszystkie materiały przewodzące prąd, palnikiem zaś o łuku wewnętrznym także materiały nieprzewodzące jak np. ceramika.

Ze względu na bardzo wysoką temperaturę strumienia plazmy oraz dużą szybkość wychodzących gazów, za pomocą te metody możemy w zasadzie ciąć wszystkie materiały. Praktyczne zastosowanie znalazło przede wszystkim do cięcia tych materiałów, których nie możemy ciąć tlenem jak np. aluminium i jego stopy, miedź, stale nierdzewne, żaroodporne i kwasoodporne. Istotnym problemem przy cięciu plazmą jest stosowanie właściwych wyciągów, ze względu na znaczną szkodliwość powstających w czasie cięcia par i gazów.

W procesie tym jest wykorzystywany skoncentrowany łuk elektryczny - materiał jest topiony przez strumień wysokotemperaturowej plazmy. Można ciąć wszystkie materiały przewodzące prąd elektryczny. ESAB CUTTING SYSTEMS oferuje urządzenia do cięcia plazmowego o natężeniu prądu od 20 A do 1000 A, umożliwiające cięcie materiałów o grubości od 0,5 mm do 160 mm. Gazami plazmotwórczymi są sprężone powietrze, azot, tlen i mieszanki argonowo-wodorowe, używane do cięcia stali niskowęglowej i wysokostopowej, aluminium, miedzi oraz innych metali i stopów.

Cięcie laserowe

• Bezkontaktowy proces cięcia termicznego zapewniający najwyższą precyzję.
• Dzięki maksymalnie skoncentrowanej wiązce laserowej - bardzo małe szczeliny cięcia (od 0,1 mm do 0,6 mm) i minimalne odkształcenia cieplne.
• Doskonała jakość cięcia różnorodnych materiałów; w wypadku elementów ze stali niskowęglowej grubość dochodzi do 25 mm.
• Możliwe ukosowanie materiałów o grubości do 15 mm.
• Po cięciu laserowym - w porównaniu z cięciem tlenowo-gazowym i plazmowym - nie są wymagane żadne dodatkowe operacje wykańczające.

---