Politechnika Świętokrzyska	Laboratorium z technik wytwarzania
Nr ćwiczeń: 3	Temat: Spawanie ręczne elektroda otulona oraz spawanie gazowe i cięcie termiczne
Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn	2010/2011	Grupa :21		Semestr: IV
	08. 04. 2011 r.		Ocena:		Podpis:

1.Cel ćwiczenia

Zapoznanie się ze sposobami spawania łukowego ręcznego elektrodą otuloną i spawania gazowego oraz cięcia termicznego tlenem.

.

2. Wstęp teoretyczny

Spawanie jest obecnie najbardziej rozpowszechnionym sposobem łączenia metali, polegającym na miejscowym rozgrzaniu metalu do stanu topnienia. Spawanie odbywa się z dodawaniem lub bez dodawania spoiwa oraz bez stosowania jakiegokolwiek nacisku lub uderzenia. Rozróżnia się następujące rodzaje spawania: gazowe, elektryczne, łukiem krytym, żużlowe, w osłonie argonu, w osłonie dwutlenku węgla, plazmowe, elektronowe i inne.

Spawanie łukowe ręczne

• Inne nazwy-spawanie łukowe elektrodą otuloną, spawanie elektryczne.

• Sposób pracy- ręczny

• Źródło ciepła- łuk elektryczny

• Osłona jeziorka- głównie topnik, częściowo gaz wytwarzany przez topnik.

• Zakres prądu- 25¸350A

• Moc cieplna-0,5¸11kJ/s

      Zasada działania- spawacz zajarza łuk między końcem elektrody a metalem rodzimym przedmiotu. Łuk stapia metal rodzimy i elektrodę tworząc jeziorko spawalnicze, które jest osłaniane przez warstwę stopionego topnika i gaz wytwarzany przez topnik stanowiący otulinę rdzenia elektrody. Spawacz przesuwa elektrodę w kierunku jeziorka w celu utrzymania stałej długości łuku, równocześnie przesuwając ją w kierunku spawania. Wartość natężenia prądu jest nastawiana w źródle prądu. Długość elektrod jest znormalizowana i najczęściej wynosi 450 mm Jeżeli elektroda stopi się do długości ok.50 mm, wtedy spawacz przerywa łuk. Zestalony żużel należy usunąć z powierzchni spoiny i kontynuować spawanie nową elektrodą. Typowe zastosowania- wytwarzanie zbiorników ciśnieniowych, kadłubów okrętowych, konstrukcji stalowych, łączenie rur i rurociągów, budowa i naprawa maszyn.

Charakterystyka metody

      Spawanie łukowe ręczne elektrodą otuloną jest procesem, w którym trwałe połączenie uzyskuje się przez stopienie ciepłem łuku elektrycznego topliwej elektrody otulonej i materiału spawanego. Łuk elektryczny jarzy się między rdzeniem elektrody pokrytym otuliną i spawanym materiałem. Elektroda otulona przesuwana jest ręcznie przez operatora wzdłuż linii spawania i ustawiona pod pewnym kątem względem złącza. Spoinę złącza tworzą stopione ciepłem łuku rdzeń metaliczny elektrody, składniki metaliczne otuliny elektrody oraz nadtopione brzegi materiału spawanego(rodzimego). Udział materiału rodzimego w spoinie, w zależności od rodzaju spawanego metalu i techniki spawania, wynosić może 10-40%.

Łuk spawalniczy może być zasilany prądem przemiennym lub prądem stałym z biegunowością ujemną lub dodatnią. Osłonę łuku stanowią gazy i ciekły żużel powstałe w wyniku rozpadu otuliny elektrody pod wpływem ciepła łuku. Skład osłony gazowej w zależności od składu chemicznego otuliny, stanowią CO2, CO, H2O oraz produkty ich rozpadu. Spawanie rozpoczyna się po zajarzeniu łuku między elektrodą otuloną a spawanym przedmiotem; intensywne ciepło łuku, o temperaturze w środku łuku dochodzącej do 6000 K, stapia elektrodę, której metal przenoszony jest do jeziorka spoiny. Przenoszenie metalu rdzenia elektrody otulonej w łuku spawalniczym może odbywać się w zależności od rodzaju otuliny , grubokroplowo, drobnokroplowo lub nawet natryskowo

Ilość tworzącego się gazu i żużla osłaniających łuk oraz ich skład chemiczny zależą od rodzaju otuliny elektrody i jej grubości. Stosuje się otuliny o różnej grubości w stosunku do średnicy rdzenia, a ich nazwy: rutylowe, kwaśne, zasadowe, fluorkowe, cyrkonowe, rutylowo-zasadowe, celulozowe itd., zależne są od właściwości chemicznych składników otuliny. Elektrody produkowane są zwykle o średnicy rdzenia w zakresie 1,6 do 6,0 mm i długości od 250 do 450 mm.

Zasadnicze funkcje otuliny to:

• Osłona łuku przed dostępem atmosfery,

• Wprowadzenie do obszaru spawania pierwiastków odtleniających, wiążących azot i rafinujących ciekły metal spoiny,

• Wytworzenie powłoki żużlowej nad ciekłym jeziorkiem i krzepnącym metalem spoiny,

• Regulacja składu chemicznego spoiny.

Wszystkie te funkcje służą do zapewnienia wymaganej jakości i własności eksploatacyjnych złącza spawanego.

Parametry spawania

Przebieg procesu spawania w znacznym stopniu uzależniony jest od umiejętności operatora (spawacza). Ustalone w warunkach technologicznych spawania konkretnej konstrukcji parametry spawania stanowią dla operatora dane wyjściowe, do których dostosowuje swe doświadczenie spawalnicze i zdolności manualne.

Do podstawowych parametrów spawania elektrodą otuloną należą:

• Rodzaj i natężenie prądu spawania w[A]

• Napięcie łuku w [V]

• Prędkość spawania w [m/min]

• Średnica elektrody i jej położenie względem złącza.

      a) Natężenie prądu spawania dobiera się zazwyczaj na podstawie danych katalogowych producenta. Parametr ten w największym stopniu decyduje o energii cieplnej łuku, a więc głębokości wtopienia i prędkości stapiania. Przy stałej średnicy elektrody, ze wzrostem natężenia prądu, wzrasta temperatura plazmy łuku, wzrasta wydajność stapiania i ilość stapianego metalu spawanego oraz głębokość, szerokość i długość jeziorka spoiny. Dobór natężenia prądu spawania zależy od rodzaju spawanego materiału, rodzaju elektrody, jej średnicy, rodzaju prądu, pozycji spawania oraz techniki układania poszczególnych ściegów spoiny.

      b) Napięcie łuku proporcjonalne jest do długości łuku i wywiera wyraźny wpływ na charakter przenoszenia metalu w łuku, prędkość spawania i efektywność układania stopiwa. Ze wzrostem napięcia łuku wzrasta jego energia i w efekcie objętość jeziorka spoiny. Szczególnie wyraźnie zwiększa się szerokość i długość jeziorka. Przy stałym natężeniu prądu podwyższenie napięcia łuku nieznacznie wpływa na głębokość wtopienia. Długość łuku regulowana jest przez operatora i zależy od jego umiejętności manualnych i percepcji wizualnej. Dobór napięcia łuku zależy od rodzaju elektrody, pozycji spawania, rodzaju i natężenia prądu oraz techniki układania ściegów spoiny.

      c) Prędkość spawania jest prędkością, z jaką elektroda przesuwana jest wzdłuż złącza spawanego. Prędkość spawania rozpatrywana może być jako prędkość przemieszczania się końca elektrody, ale również jako prędkość wykonania jednego metra złącza i wtedy uwzględnione są wszystkie czasy pomocnicze, np. czas wymiany elektrody, oczyszczania poprzedniego ściegu itd.

Prędkość przesuwania łuku wzdłuż złącza zależy od:

• Rodzaju prądu, jego biegunowości i natężenia,

• Napięcia łuku,

• Pozycji spawania,

• Prędkości stapiania elektrody,

• Grubość spawanego materiału i kształtu złącza,

• Dokładności dopasowania złącza,

• Wymaganych ruchów końcówki elektrody.

      d) Średnica elektrody otulonej decyduje o gęstości prądu spawania, a przez to o kształcie ściegu spoiny, głębokości wtopienia i możliwości spawania w pozycjach przymusowych. Zwiększenie średnicy elektrody, przy stałym natężeniu prądu, prowadzi do obniżenia głębokości wtopienia i zwiększenia szerokości spoiny. Prawidłowo dobrana średnica elektrody to ta, przy której dla prawidłowego natężenia prądu i prędkości spawania uzyskuje się spoinę o wymaganym kształcie i wymiarach, w możliwie najkrótszym czasie.

      e) Pochylenie elektrody względem złącza pozwala na regulację kształtu spoiny, głębokości wtopienia, szerokości lica i wysokości nadlewu tablica 1. Pochylenie elektrody w kierunku przeciwnym do kierunku spawania powoduje, że siła dynamiczna łuku wciska ciekły metal jeziorka do przodu i maleje głębokość wtopienia, a wzrasta wysokość i szerokość lica. Pochylenie elektrody w kierunku spawania powoduje, że ciekły metal wciskany jest do tylnej części jeziorka, wzrasta głębokość wtopienia, a maleje szerokość i wysokość lica

Rodzaj spoiny	Pozycja spawania	Pochylenie elektrody w stosunku do płaszczyzny złącza	Pochylenie elektrody w stosunku do osi prostopadłej spoiny	Skierowanie elektrody w stosunku do kierunku spawania
Czołowa	Podolna	90	5 - 10 lub 10 - 30	Przeciwnie
Czołowa	Naścienna	80 - 100	5 - 10	Przeciwnie
Czołowa	Pionowa z dołu do góry	90	5 - 10	Zgodnie
Czołowa	Pułapowa	90	5 - 10	Przeciwnie
Pachwinowa	Naboczna	45	5 - 10 lub 10 - 30	Przeciwnie
Pachwinowa	Pionowa z dołu do góry	35 - 55	5 - 10	Zgodnie
Pachwinowa	Pułapowa	30 - 45	5 - 10	Przeciwnie

Zajarzenie łuku

Zajarzenie łuku odbywać się może przez zwarcie końca elektrody z przedmiotem i szybkie cofnięcie na wymaganą długość łuku lub wykonywanie końcem elektrody ruchów wahadłowych z pocieraniem o powierzchnię przedmiotu. Łuk zajarzamy w obrębie spawania, z wyprzedzeniem względem początkowego punktu spawania o około 10mm, a po ustabilizowaniu łuku cofamy go do punktu początkowego w celu rozpoczęcia normalnego spawania.

Urządzenia do spawania łukowego elektrodą otuloną

Do spawania łukowego elektrodą otuloną wykorzystuje się:

• transformatory spawalnicze,

• prostownikowe zasilacze spawalnicze,

• przetwornice spawalnicze,

• prądnice spawalnicze.

Spawanie acetylenowo-tlenowe

• Inna nazwa-spawanie gazowe

• Sposób pracy-ręczny

• Źródło ciepła-płomień gazowy

• Osłona jeziorka -produkty spalania; topnik w przypadku innych metali niż stal.

      Zasada działania - u wylotu końcówki o specjalnej budowie, zamocowanej do korpusu palnika, spala się mieszanina tlenu z acetylenem. Za pomocą tego płomienia spawacz stapia metal rodzimy uzyskując jeziorko spoiny. W miarę potrzeby doprowadza ręcznie spoiwo w postaci drutu do przedniego brzegu jeziorka. W celu uzyskania jednolitego postępującego stapiania spawacz powinien przesuwać palnik wzdłuż brzegów złącza. Zastosowanie-wyroby lekkie, takie jak przewody wentylacyjne; rurociągi o małych średnicach.

Płomień acetylenowo - tlenowy

Spalając mieszaninę tlenu z gazem palnym u wylotu dyszy palnika można otrzymać dość wysokie temperatury.

      Niestety przy spalaniu większości mieszanin gazowych płomień ma zbyt niskie temperatury niewystarczające do spawania wielu metali z wyjątkiem kilku o niskiej temperaturze topnienia. Jedynym wyjątkiem jest acetylen. Zmieszany z tlenem we właściwym stosunku tworzy płomień o temperaturze ok. 3100°C co jest wystarczające w licznych zastosowaniach spawalniczych.

Ciepło w spawaniu acetylenowo - tlenowym

      W metodzie spawania acetylenowo-tlenowego analiza jest stosunkowo prosta. Ciepło wykorzystywane do stapiania jest wytworzone przez spalanie acetylenu u wylotu otworu dyszy. Im więcej acetylenu dostarczamy, tym więcej będzie ciepła, czyli należy sterować dopływem acetylenu. Jeżeli płomień acetylenowo-tlenowy jest używany do spawania, to dopływ ciepła do złącza zależy też od sprawności spalania. Maksimum ciepła uzyskuje się wtedy, gdy następuje całkowite spalenie acetylenu w utleniającym płomieniu, tj. w płomieniu zawierającym więcej tlenu niż jest to niezbędne do związania z acetylenem. Jednak takie spalanie nie jest zalecane, gdyż nie tworzy płomienia o najwyższej temperaturze a może spowodować utlenianie się spoiny. Zwykle wybiera się taki stosunek acetylenu do tlenu, aby otrzymany płomień był neutralny tj. bez nadmiaru żadnego z gazów. Odpowiednie ilości acetylenu i tlenu nastawia się za pomocą zaworów wbudowanych w palnik. Wskutek tego gaz dochodzący do dyszy jest kontrolowaną mieszaniną tlenu i acetylenu

Metody spawania gazowego

Rozróżniamy trzy zasadnicze metody spawania gazowego:

• Spawanie w lewo-do materiałów o grubości poniżej 3mm.

• Spawanie w prawo-do materiałów o grubości powyżej 3mm.

• Spawanie w górę-do materiałów wszystkich grubości.

  a) Spawanie metodą w lewo-polega na prowadzeniu palnika od strony prawej do lewej, przy pochyleniu palnika pod kątem od 60°(przy materiałach grubszych), do 10°(przy materiałach cieńszych). Spoiwo podczas spawania prowadzi się pod kątem około 45°. Przy spawaniu metodą w lewo spoiwo jest prowadzone przed palnikiem. Płomień palnika roztapia brzegi metalu, tworząc otworek w dolnej części spawanego materiału. Spawacz prowadzi palnik prawą ręką, postępowym ruchem w lewo nie czyniąc nim żadnych ruchów bocznych. Bardzo ważne jest aby spoiwo cały czas było w obrębie płomienia, gdyż rozgrzany jego koniec w zetknięciu z powietrzem szybko się utlenia i spawacz wprowadza do spoiny tlenki.

      b) Spawanie metodą w prawo-stosuje się przeważnie do grubszych materiałów(ponad 3mm) wymagających ukosowania brzegów. Przy spawaniu w prawo palnik prowadzi się pod kątem 55°,a spoiwo pod kątem 45°. Spoiwo posuwa się za palnikiem od strony lewej do prawej. Palnikiem nie wykonuje się żadnych ruchów poprzecznych, lecz prowadzi się go równomiernie ruchem prostoliniowym wzdłuż brzegów spawanych. Spoiwem trzymanym w jeziorku stopionego metalu wykonuje się ruch(w kształcie półksiężyca lub elipsy) w kierunku poprzecznym do spoiny. Metodę spawania w prawo stosuje się do robót odpowiedzialnych, zwłaszcza rurociągów przeznaczonych do pracy na wysokie ciśnienie i trudne warunki eksploatacyjne (częste zmiany temperatury i ciśnienia)

c) Metodę spawania w górę -stosujemy do wszystkich grubości materiału, przy czym materiał o grubości powyżej 4mm powinien być spawany przez dwóch spawaczy jednocześnie. Palnik należy prowadzić pod kątem 30° do osi pionowej, a drut pod kątem około 20°. Palnik prowadzi się równomiernym ruchem prostoliniowym, a spoiwo ruchem skokowym. Metoda ta pozwala na łatwiejsze utrzymanie oczka oraz mniejsze zużycie gazów.
.

3. Warunki cięcia termicznego tlenem

Aby cięcie tlenowe mogło nastąpić muszą być spełnione warunki dotyczące metalu ciętego

- temperatura spalania metalu w czystym tlenie powinna być niższa niż temperatura topienia metalu

- temperatura topnienia tlenków metalu powinna być niższa niż temperatura topnienia metalu, - - przewodność cieplna nie powinna być zbyt duża , aby możliwe było ogrzanie metalu na wąskiej przestrzeni do temperatury spalania .Z metali i stopów przemysłowych warunki te spełniają tylko stale konstrukcyjne węglowe i niskostopowe .

4. Czynniki wpływające na jakość krawędzi cięcia termicznego tlenem

Jakość i ekonomiczność procesu cięcia zależy od:

- mocy płomienia podgrzewającego

- ciśnienia tlenu

- średnicy dyszy tlenowej

- odległości dyszy od palnika

- prędkości posuwu palnika.

Wnioski i spostrzeżenia:

Technika spawania łukowego ręcznego elektrodą otuloną zależy od grubości złącza i sposobu jego przygotowania oraz od rodzaju zastosowanej elektrody. Spawanie to umożliwia wykonanie złączy doczołowych, teowych, krzyżowych, narożnych, zakładkowych, nakładkowych, otworowych w dowolnych pozycjach , w warunkach warsztatowych i przy montażu. W zależności od grubości łączonych przedmiotów ich brzegi muszą być przed spawaniem tak przygotowane, by było zapewnione poprawne wykonanie połączenia przy możliwie największej wydajności spawania. Pośród omawianych wyżej pozycji spawania spawanie w pozycji podolnej jest najłatwiejszą technika spawania, umożliwiającą wykonanie połączeń o najwyższej jakości i z największą wydajnością. Ułatwione jest również wydzielanie się związków niemetalicznych i gazów z ciekłego metalu spoiny, które jest znacznie utrudnione lub wręcz niemożliwe przy spawaniu w pozycjach przymusowych. Bardzo duży wybór różnorodnych gatunków elektrod otulonych, o coraz to lepszych własnościach spawalniczych, umożliwia spawanie stali niskowęglowych, niskostopowych o dużej wytrzymałości, stali specjalnych wysokostopowych, nadstopów, staliwa, , żeliw szarych i sferoidalnych, miedzi, i jej stopów ,niklu i jego stopów, aluminium i pewnych jego stopów.

Do wykonania prac spawalniczych przy użyciu metody spawania gazowego potrzebny jest większy warsztat narzędziowy, więcej czasu trzeba poświęcić samym pracom przygotowawczym (okresowe napełnianie butli acetylenem i tlenem) oraz więcej uwagi należy przywiązać samemu procesowi spawalniczemu (np. kolejność odkręcania i zakręcania gazów).

Spawanie gazowe wciąż zajmuje istotne miejsce wśród metod łączenia metali. Jest szczególnie przydatne w pracach remontowych i pracach w terenie. Wyłącznym źródłem ciepła stosowanym w tej metodzie jest płomień acetylenowo-tlenowy utrzymywany za pomocą odpowiedniego palnika. Głównym obszarem zastosowania tej metody jest spawanie rur i blach w cienkościennych konstrukcjach stalowych. Metoda pozwala na wykonywanie połączeń we wszystkich pozycjach i uzyskanie spoin o gładkim nadlewie (licu).Ze względu na stosunkowo niską wydajność oraz duże koszty, spawanie gazowe jest coraz bardziej wypierane przez inne metody spawania.

---