1)Spawanie gazowe:

a) Charakterystyka metody

Spawanie gazowe polega na stopieniu brzegów łączonych metali za pomocą

źródła ciepła w postaci płomienia gazowego, najczęściej acetylenowo - tlenowego.

Spoina powstaje z nadtopionych brzegów łączonego materiału oraz dodatkowego

spoiwa ( pręta metalowego ) stapianego w płomieniu. W wyniku spalania płomień

osiąga u wylotu palnika wysoką temperaturę około 3100 stopni C. Spawanie

przeprowadza się za pomocą palnika, którego zadaniem jest zmieszanie w odpowiednim

stosunku gazu palnego i tlenu oraz ich spalenie. Metoda pozwala na wykonywanie

połączeń we wszystkich pozycjach i uzyskanie spoin o gładkim nadlewie (licu).Ze

względu na stosunkowo niską wydajność oraz

b)Zalety i Wady:

Zalety spawania:

- Łatwość i szybkość wykonania

- Prosta konstrukcja: brak elementów dodatkowych, mała masa

- Możliwość pełnej automatyzacji

- Uzyskanie spoin o gładkim licu

Wady spawania:

- Duże koszty

- Dodatkowe naprężenia i odkształcenia

- Konieczna wykwalifikowana kadra

- Konieczne specjalistyczne urządzenia

c)Charakterystyka płomienia tlenowo-acetylenowego wraz z występującymi reakcjami

Płomień składa się z 3 stref: jądra, strefy odtleniającej i kity płomienia. Wewnątrz jądra panuje temperatura około 6000C, przy końcu - 10000C, w odległości 25 mm od jądra (strefa

odtleniająca) 31000C, pośrodku kity płomienia około 20000C, a na końcu kity około 10000C.

Część płomienia znajdująca się tuż za jądrem (strefa odtleniająca) działa na stopiony metal

dodatnio: odtlenia, tj. odbiera tlen od powstałych już tlenków i chroni metal przed działaniem

tlenu z powietrza, tj. przed powstawaniem nowych tlenków. Dalsza część płomienia tzw. kita, działa na stopiony metal ujemnie, ponieważ ma własności utleniające na skutek obecności wolnego tlenu, a znajdujące się w tej strefie cząsteczki pary wodnej wpływają na powstawanie porów i pęcherzy w spoinie.

Płomień acetylenowo-tlenowy:

1) jądro, 2) strefa odtleniająca, 3) kita

Metody spawania gazowego:

Rozróżniamy następujące zasadnicze metody spawania: spawanie w lewo a), spawanie w prawo b), spawanie w górę c).

d)gazy stosowane:\

Do spawania gazowego są stosowane: tlen, acetylen, wodór, gaz koksowniczy i gaz świetlny, propan i butan, metan, argon, azot i inne. Karbid (Ca₂C₂) jest stosowany do wytwarzania acetylenu.

2)Ciecie tlenowe:

1. Charakterystyka cięcia tlenowego

Cięcie tlenem jest to sposób dzielenia metali polegający na jego miejscowym spaleniu

(utlenianiu) w strumieniu czystego tlenu i wydmuchaniu powstałych tlenków. Aby mogło nastąpić spalanie, miejsce, w którym rozpoczyna działanie strumień tlenu, powinno

być podgrzane do odpowiedniej temperatury zwanej temperaturą zapłonu (dla stali

niskowęglowych 1300 - 1350°C). Palniki wysokiego ciśnienia stosowane są tylko, gdy ciśnienie obu gazów doprowadzanych do palnika jest jednakowe. Gdy ciśnienia doprowadzanych gazów różnią się stosowane są palniki niskiego ciśnienia jest on palnikiem uniwersalnym. Może on pracować przy jednakowym ciśnieniu jak również, gdy ciśnienie tlenu jest większe od ciśnienia acetylenu. Wtedy wypływający z dyszy tlen zasysa acetylen doprowadzany pod mniejszym ciśnieniem

Nie wszystkie metale i ich stopy można ciąć tlenem.

2. parametry ciecia tlenowego

• rodzaj materiału

• grubość

• wymaganą jakość i dokładność cięcia

• szybkość cięcia (czas)

• obróbkę na gotowo

• cenę urządzenia i koszty procesu

3. warunki cięcia tlenowego

• temperatura zapłonu metalu z tlenem powinna być niższa od temperatury topnienia metalu (w przeciwnym razie występuje wytapianie, a nie spalanie),

• temperatura topnienia tlenków powinna być niższa od temperatury topnienia przecinanego metalu,

• powstające tlenki powinny być ciekłe w temperaturze reakcji spalania,

• reakcja chemiczna łączenia metalu z tlenem musi być egzotermiczna, a przewodnictwo cieplne metalu niezbyt duże, aby wytworzyć na wąskiej przestrzeni wystarczającą ilość ciepła.

4. wpływ składników stopowych na proces ciecia;

Materiałami, które mogą być cięte tlenem są : stale węglowe

i niskostopowe. Wzrost zawartości węgla i składników stopowych, takich jak chrom i krzem utrudnia proces cięcia. Nie jest możliwe, prócz metod specjalnych cięcie żeliwa, stali wysokostopowych i metali nieżelaznych. Zawartość węgla w stali do 0,7% nie stwarza trudności podczas cięcia. Powyżej 0,7% cięcie jest trudniejsze, dlatego wymagane jest dodatkowo podgrzewanie do temp. ok. 200°C.

Do cięcia używa się zazwyczaj palników uniwersalnych, które również służą do spawania (po nałożeniu nasadki do cięcia). Palniki te umożliwiają cięcie stali w zakresie grubości 3-300mm. Oprócz cięcia ręcznego w zakładach pracy na dużą skalę stosowane jest cięcie maszynowe (automaty przegubowe, wysięgnikowe lub portalowe).

5. Czystości tlenu na proces ciecia

Ciecie tlenem jest procesem zazwyczaj niskociśnieniowym zakres tych ciśnień to od 0,5 - 6 bar. Decydującym parametrem wpływającym na szybkość procesu cięcia jest czystość tlenu, im czystszy jest tlen i zawiera mniej związków, które utrudniają zapłon materiału i tym samym zmniejszają prędkość procesu tym proces cięcia przebiega skuteczniej i szybciej. Użycie tlenu o odpowiedniej czystości umożliwia też przecinanie elementów o większej grubości.

6. Stanu powierzchni na proces ciecia

Przed przystąpieniem do spawania materiał musi być przygotowany tzn. odpuszczony, oczyszczony i zukosowany. Muszą być usunięte zabrudzenia mechaniczne: farba, korozja, smary, brudy tłuste i wykonany rowek spawalniczy (gwarantuje to wytrzymałość spoiny).

-cięcie blach pokrytych rdzą lub zgorzeliną wymaga zwiększenia natężenia przepływu gazów.

7. Rodzaju gazu palnego na proces ciecia

• Stale węglowe i stopy - tlen lub azot

• Stal nierdzewna, aluminium i stopy - azot (pod wysokim ciśnieniem)

• Magnez, tytan i inne materiały reaktywne - argon

Zazwyczaj wymagany przy ciśnieniu do 10 bar tlen dostępny jest w dwóch opcjach czystości:

• Stopień przemysłowy (min. 99.5% tlenu)

• Stopień gazu laserowego O₂ 3.5 (min. 99.95% tlenu)

Standardowy produkt przemysłowy jest najpowszechniej stosowany i odpowiedni dla wszystkich rodzajów materiału i ich grubości. Natomiast stopień czystości TLENU 3.5 zapewnia:

• Wzrost prędkości cięcia (aż do 20%)

• Zmniejszoną szerokość szczeliny i lepszą jakość cięcia

Azot jako gaz procesowy jest wykorzystywany do cięcia stali nierdzewnych i stopów aluminium. Proces cięcia jest prowadzony pod wysokim ciśnieniem (8 - 20bar). Tak wysokie ciśnienie jest niezbędne, ponieważ w azocie nie występuje proces egzotermiczny spalania tak jak to zachodzi pomiędzy tlenem i żelazem przy cięciu stali niestopowych, co mam wpływ na prędkość procesu. Azot jest podawany pod dużym ciśnieniem po to, aby strumień gazu z dużą energią wydmuchał ciekły metal stopiony przez skoncentrowaną wiązkę laserową. Zaletą cięcia z zastosowaniem azotu jako gazu procesowego jest uzyskanie czystych powierzchni cięcia bez tlenków, co ma ogromny wpływ ekonomiczny, ponieważ krawędzie wyciętego elementu nie podlegają dalszej obróbce. Zalecana czystość azotu do procesu cięcia to 5.0. Dzięki takiej czystości proces cięcia oraz jego efekty będą w pełni zadowalające.

Argon jest gazem procesowym, który jest najczęściej stosowany do cięcia materiałów reaktywnych takich jak tytan, które wykazują duże powinowactwo do tlenu, azotu. Aby zapewnić jak najlepsze parametry cięcia oraz nienaruszona strukturę materiału zalecany jest argon o czystości 5.0.

8. Prowadzenia palnika na proces ciecia

Cięcie gazowe - Sposoby sterowania palnikiem

Sposób sterowania palnikiem ma znaczący wpływ na jakość oraz prędkość cięcia. Parametry, które są szczególnie ważne na etapie cięcia materiału to stała prędkość posuwu palnika oraz stała wysokość palnika nad ciętym materiałem. W palnikach maszynowych istnieje zazwyczaj możliwość regulacji prędkości cięcia w zakresie od 0 do 1,5 m/min przy czym prędkość cięcia w procesie produkcyjnym praktycznie nie przekracza 1m/min, a zazwyczaj oscyluje koło 0,5 m/min. Wysokość palnika jest ustawiana na początku cięcia w procesach ze sterowaniem maszynowym.

Sterowanie ręczne

Ten sposób sterowania polega po prostu na ręcznym prowadzeniu palnika nad ciętym metalem. Wycinany kształt należy najpierw natrasować (naznaczyć), a następnie prowadzić palnik wzdłuż wyznaczonej trasy. Ten sposób sterowania jest daleki od doskonałości. Za sterowanie w całości odpowiedzialny jest człowiek, co oznacza zmienną prędkość cięcia oraz problemy z utrzymaniem stałej wysokości palnika nad materiałem. Obecnie cięcie sterowane ręcznie stosowane jest tylko i wyłącznie w miejscach gdzie nie ma znaczenia jakość cięcia.

Sterowanie mechaniczne

Przykładem palników gazowych ze sterowaniem mechanicznym, są różnego typu wózki, czasem zwane pieskami. Generalnie urządzenia takie charakteryzują się możliwością automatycznego prowadzenia palnika wzdłuż drogi cięcia - po prostej lub po obwodzie koła (wg. cyrkla). Ten rodzaj sterowania stosowany jest w miejscach gdzie wykonywane jest cięcie prostolinijne lub wycinane są różnego rodzaju krążki lub pierścienie.

Sterowanie magnetyczne

W magnetycznej metodzie sterowania pojawia się pojęcie wzornika. Gdy chcemy wyciąć jakiś kształt najpierw musimy przygotować odpowiedni wzornik - z reguły kilka milimetrów mniejszy od kształtu, który chcemy wyciąć. Urządzenie magnetycznie, wyposażone w palnik, wyposażone jest także w magnetyczną rolkę. Rolka oraz palnik są sprzężona ze sobą. Wzornik jest zakładany na urządzenie w ten sposób aby magnetyczna rolka przesuwała się po nim, a tym samym poruszała palnik. Sterowanie to ma swoje ograniczenia co do gabarytów wypalanych detali. Problemem jest także wzornik, który musi być odpowiednio przeskalowany względem wypalanego detalu. Musi on być także perfekcyjnie wykonany, gdyż każde zniekształcenie będzie widoczne także na ciętym gazowo elemencie.

Sterowanie fotoelektryczne

W cięciu gazowym zastosować można także sterowanie fotoelektryczne. Polega ono na sterowaniu palnikiem za pomocą układu fotoelektrycznego, czyli takiego, w którym wycinany kształt odczytywany jest bezpośrednio z rysunku.

Sterowanie numeryczne (CNC)

Najbardziej zaawansowaną metodą sterowania procesem cięcia gazowego jest sterowanie numeryczne, zwane także CNC. Jest to obecnie najdokładniejsza metoda sterowania, która pozwala na wypalanie detali z dokładnością do 0,5 mm. Metoda ta polega na poruszaniu palnika na podstawie programu komputerowego. Maszyna wyposażona w komputer odczytuje program i porusza palnikiem zgodnie z instrukcjami w nim zawartymi. Przy sterowaniu CNC operator maszyny ma możliwość dokładnego dobrania prędkości posuwu palnika. Dodatkowo urządzenia do cięcia numerycznego najczęściej wyposażone są w czujnik automatycznego nastawiania wysokości palnika - czyli odległości palnika od ciętego materiału.

3)Cięcie plazmowe

1. Charakterystyka metody

polega na topieniu i wyrzucaniu metalu ze szczeliny cięcia silnie skoncentrowanym plazmowym łukiem elektrycznym o dużej energii kinetycznej, jarzącym się między elektrodą nietopliwą a ciętym przedmiotem. Plazma tworzona jest za pomocą palnika do cięcia plazmą. Przepuszczanie strumienia sprężonego gazu przez jarzący się łuk elektryczny powoduje jego jonizację i dzięki dużemu zagęszczeniu mocy wytwarza się strumień plazmy. Dysza zamontowana w palniku skupia łuk plazmowy. Chłodzone ścianki dyszy powodują zawężanie kolumny łuku. Zasada działania cięcia plazmą wykorzystuje wysoką temperaturę w jądrze łuku plazmowego (10000÷30000K) i bardzo dużą prędkość strumienia plazmy, co powoduje, że cięty materiał jest topiony i wydmuchiwany ze szczeliny.
Powszechnie stosowanym gazem plazmotwórczym jest powietrze. W urządzeniach o dużych mocach z reguły używa się argonu, azotu, wodoru, dwutlenku węgla oraz mieszanki argon-wodór i argon-hel Strumieniem plazmy jest możliwe cięcie materiałów przewodzących prąd elektryczny - wykonanych ze stali węglowych i stopowych, aluminium i jego stopów, mosiądzu, miedzi oraz żeliwa.

Zalety:
• znaczne prędkości
• cięcie bez podgrzewania - szybkie przebijanie
• wąska strefa wpływu cięcia - stosunkowo niewielki wpływ temperatury na cały materiał dzięki dużym prędkościom i wąskim działaniem temperatury
• niewielka szczelina cięcia
• możliwość cięcia bez nadpalania materiałów cienkich

▪dobra jakość powierzchni cięcia

▪duży zakres grubości cięcia - od 0,5mm do 160mm,

▪skuteczne cięcie w pionie i ukosowanie stali konstrukcyjnej o grubości do 30mm

▪łatwa automatyzacja procesu cięcia.

Wady:
• duży hałas (bez znaczenia w przypadku procesu cięcia pod wodą)
• silne promieniowanie
• duża ilość gazów i dymów
• zmiany w strefie wpływu cięcia
• trudności w utrzymaniu prostopadłości krawędzi

2. Parametry Ciecia plazmowego

Podstawowe parametry cięcia plazmowego to:
• natężenie prądu (A),
• napięcie łuku (V),
• prędkość cięcia w m/min.,
• rodzaj i ciśnienie w Mpa (bar) oraz natężenie przepływu gazu plazmowego w l/min.,
• rodzaj i konstrukcja elektrody.
• średnica dyszy zwężającej w mm,
• położenie palnika względem ciętego przedmiotu.
Natężenie prądu decyduje o temperaturze i energii łuku plazmowego. Stąd wynika, że wraz ze zwiększeniem natężenia prądu zwiększa się prędkość cięcia lub przy zachowaniu prędkości cięcia możliwe jest obrabianie materiałów o większej grubości; wiąże się to jednak że zwiększonym zużyciem elektrod. Zbyt duże natężenie prądu sprawia, że pogarsza się jakość cięcia, zwiększa szerokość szczeliny, pojawiają się zaokrąglenia górnych krawędzi i odchylenie od prostopadłości.
Zbyt małe natężenie prądu powoduje natomiast początkowo pojawienie się nawisów metalu przy dolnej krawędzi, a następnie... brak przecięcia. Napięcie łuku plazmowego decyduje o sprawnym przebiegu procesów cięcia plazmowego i stąd musi być dokładnie sterowane. W zależności od natężenia prądu, napięcie łuku - ze względu na bardzo duży stopień koncentracji plazmy łuku - wynosi od 50 do 200 V. Jak z tego wynika, zastosowane w urządzeniach do cięcia plazmą źródła prądu muszą mieć napięcie biegu jałowego z przedziału 150 - 400 V.
Dzięki dużej energii cieplnej łuku plazmowego proces cięcia może być prowadzony w stosunkowo szerokim zakresie prędkości cięcia. Podobnie jak wartość natężenia prądu, również prędkość ma wpływ na jakość przeprowadzonego cięcia. Zbyt mała prowadzi do zwiększenia szerokości szczeliny i pojawienia się nawisu metalu i żużla przy dolnej krawędzi. Towarzyszy temu także zjawisko zaokrąglenia górnej krawędzi cięcia i „lejkowatości” wycinanego otworu (zwężającego się ku dolnej krawędzi). Za duża prędkość daje w efekcie zjawisko identyczne, jak w przypadku zbyt dużego natężenia prądu. Prędkość wypływu strumienia plazmy z palnika, oraz jego temperatura, są zależne od natężenia prądu, średnicy i kształtu dyszy zwężającej, a także odległości palnika od ciętego przedmiotu. Wpływ ma również rodzaj gazu plazmowego i jego ciśnienia. To właśnie, dlatego, w zależności od rodzaju ciętego materiału, stosowane są różne gazy plazmowe.
Jako ciekawostkę warto przytoczyć fakt, iż w pierwszych urządzeniach do cięcia plazmowego stosowany był wyłącznie argon i mieszanki argonu z wodorem. Ze względu na wysoką cenę tych gazów, rozwój cięcia plazmowego zmierzał nie tylko w kierunku zwiększenia jakości i prędkości cięcia, lecz również zastąpienia argonu znacznie tańszymi gazami. Początkowo był to azot, a następnie powietrze i tlen.

Co to jest plazma

Plazma to zjonizowana materia o stanie skupienia przypominającym gaz. Dzięki specyficznym właściwościom zwana jest czwartym stanem materii. Plazma złożona jest zarówno z cząstek naładowanych elektrycznie, jak i obojętnych. W plazmie współwystępują zjonizowane atomy oraz elektrony, jednak cała objętość zajmowana przez plazmę jest elektrycznie obojętna.

Ze względu na obecność dużej ilości jonów o różnym ładunku oraz swobodnych elektronów, plazma przewodzi prąd elektryczny, ale jej opór, inaczej niż w przypadku metali, maleje ze wzrostem temperatury.
W zależności od natężenia przepływającego prądu w plazmie rozróżnia się trzy stany:
- przy bardzo małym natężeniu prądu nie widać świecenia (czarny prąd),
- przy większym natężeniu prądu plazma zaczyna wytwarzać światło - znamy to zjawisko z powszechnie występujących lamp jarzeniowych,
- gdy natężenie prądu wzrośnie i przekroczy pewną graniczną wartość to powstaje łuk elektryczny - i to jest ta właściwość, którą wykorzystujemy przy cięciu i spawaniu plazmą.

---