Stanowisko do spawania ręcznego.
źródło prądu
przewody spawalnicze z których jeden jest dołączony do przedmiotu lub stołu służącego do układania przedmiotów, drugi przewód jest zakończony uchwytem trzymanym ręką spawacza i służącym do mocowania elektrod
szczotka druciana i młotek do usuwania żużla
urządzenia wentylacyjne chroniące przed wdychaniem gazów wydzielających się podczas spawania
Palnik
Palniki do spawania gazowego są przeznaczone do bezpiecznego spalania mieszanki gazowej. W palniku następuje dokładne wymieszanie gazu palnego z tlenem, w wyniku czego otrzymuje się płomień o stałej wydajności, odpowiednim kształcie i określonych właściwościach fizykochemicznych. Palniki powinny być wykonane z mosiądzu lub ze stali żaroodpornych
Zbudowany jest z :1-przewód tlenowy, 2-zawór tlenowy, 3-kanał środkowy smoczka, 4-smoczek, 5-zawór acetylenowy, 6-kanał pierścieniowy, 7-komora mieszankowa, 8-przewód mieszankowy, 9-dziób, 10-rękojeść
Cięcie gazowe Proces cięcia gazowego sprowadza się w zasadzie do spalania metalu po uprzednim jego lokalnym podgrzaniu do wysokiej temp. powstałe płynne tlenki są usuwane ciśnieniem gazu. Kosztem wydzielającego się przy tym ciepła są podgrzewane kolejne partie materiału, na które trafia z kolei tlen cięcia co umożliwia zachowanie ciągłości procesu. Warunki:
-temperatura intensywnego utleniania metalu w strumieniu czystego O2 powinna być niższa od temp jego topliwości
-temp topnienia tlenków powinna być niższa od temp topliwości ciętego metalu
-cięty metal nie powinien zawierać dodatków pogarszających proces cięcia gazowego (Mo, Cr)
-reakcje spalania metalu w tlenie powinny być egzotermiczne w celu umożliwienia ciągłości procesów cięcia
-przewodnictwo cieplne ciętego metalu powinno umożliwiać nagrzanie go płomieniem palnika do temp intensywnego utleniania.
Źródło ciepła-łuk elektryczny
Stosuje się trzy rodzaje łuku elektrycznego:
-łuk otwarty (jarzący się w atmosferze powietrza)
-łuk kryty (jarzący się pod warstwą topnika)
-łuk jarzący się w atmosferze gazów ochronnych
Łuk otwarty wykorzystywany jest głównie w metodach ręcznego spawania łukowego przy użyciu elektrod otulonych. Łuk kryty wykorzystywany jest przeważnie w procesach spawania automatycznego, natomiast łuk jarzący się w atmosferze gazów ochronnych stosuje się w procesach półautomatycznego i automatycznego spawania.
Otuliny elektrod w otulinach znajdują się składniki:
a)ułatwiające jonizację i stabilizujące łuk elektryczny (związki sodu, potasu, wapnia)
b)gazotwórcze które osłaniają stopiony metal i przestrzeń łuku elektrycznego przed działaniem powietrza (kreda, marmur, celuloza)
c)wytwarzające żużel:szpat polny, fluoryt, wapień, krzemionka, żużel ma za zadanie osłaniać zakrzepłą spoinę przed dostępem powietrza, chronić metal przed szybkim ostygnięciem i rozpuszczać zanieczyszczenia
d)uszlachetniające spoinę: stopy metali, rudy lub czyste metale. Składniki te przechodzą częściowo do spoiny a częściowo do żużla powodując związanie i usunięcie zanieczyszczeń, zmianę składu chemicznego spoiny i poprawę własności złącza.
Parametry spawania łukowego
a)natężenie prądu spawania-zależy od elektrody I=(15+6d)*d
b)napięcie łuku elektrycznego jest związane z długością łuku która najczęściej wynosi od 0,5-1,0
średnicy elektrody
c)prędkość spawania
d)sposób prowadzenia elektrody-ścieg zakosowy, prosty, szer ściegu zakosowego nie powinna być większa niż 2-3 średnice elektrody.
e)ilość ściegów stopiwa
Metoda spawania elektrodą topliwą w osłonie:
Elektroda topliwa przesuwana jest za pomocą podajnika poprzez końcówkę prądową do miejsca spawania. Drut przechodzi przez dyszę do której doprowadzany jest gaz osłonowy. Gaz wypływając z dyszy zabezpiecza przestrzeń łuku przed dostępem powietrza. Drut elektrodowy stapiając się w łuku elektrycznym stanowi materiał dodatkowy z którego łącznie z ciekłym metalem nadtopionych brzegów spawanych elementów powstaje spoina. Przenoszenie metalu elektrody do jeziorka odbywa się w postaci kropel odrywanych od końca elektrody i przenoszonych przez wyładowanie łukowe lub zwarcie końca elektrody z ciekłym jeziorkiem
Stanowisko do MAG/MIG
W skład wchodzą :źródło prądu stałego, podajnik drutu elektrodowego i butle z gazami ochronnymi.
Uchwyty spawalnicze-mają kształt pistoletu i mogą być chłodzone wodą lub powietrzem. Są wyposażone w odsysacze dymów.
Dysza gazowa-znajduje się u wylotu uchwytu spawalniczego ma za zadanie prowadzić strugę gazu dla osłony słupa łuku, końca elektrody i jeziorka ciekłego metalu.
Parametry do MIG/MAG
-natężenie prądu- wpływa na zmniejszenie wymiarów kropli przenoszonych przez łuk oraz wzrost ich częstotliwości.
-napięcie łuku
-indukcyjność obwodu spawania-szybkość narastania i zanikania prądu zwarcia. Gdy szyb za duża powstają nadmierne rozpryski, gdy za mała to siły elektromagnetyczne są niewystarczające do oderwania kropli od końca elektrody.
-osłona gazowa łuku ma wpływ na charakter przechodzenia ciekłego metalu przez łuk
-średnica i gatunek łuku-natężenie prądu zależy od średnicy i szybkości podawania drutu elektrodowego im większa szybkość podawania drutu tym wyższe natężenie prądu i większa szybkość stapiania drutu
-wolny wylot elektrody-wpływa omowe nagrzewania elektrody zwiększanie wolnego wylotu 15-20mm i na zmniejszania ilości rozprysków o ponad połowę.
MAG-stosuje się do spawania stali niskowęglowych i niskostopowych oraz stale nierdzewne. MIG-stosuje się ją do spawania stopów Al. ,Ti. , Ni. ,Cu.
Parametry TIG, drut gorący
Składa się z źródła prądu stałego lub przemiennego, jonizator, szafka z aparaturą sterowniczą i uchwyt elektrody. W czasie spawania prądem stałym o odwrotnej biegunowości jest wykorzystane oczyszczające działania łuku tzw rozpylanie katodowe. Podobne własności oczyszczające ma łuk prądu przemiennego i taki jest obecnie stosowany do spawania. Istnieją różnice między łukiem oczyszczającym a łukiem ogrzewającym dobre oczyszczenie jest tylko podczas symetrycznego przepływu prądu zmiennego, czego nie można uzyskać bez specjalnych przedsięwzięć gdyż występują znaczne różnice w emisji elektronów z elektrody i materiału rodzimego w przypadku biegunowości dodatniej i ujemnej. Jeżeli elektroda jest podłączona do bieguna ujemnego to występuje dostateczna emisja elektronów z elektrody i ich przepływ do materiału bez zakłóceń, dzięki czemu łuk jest stabilny, jeżeli natomiast materiał spawany jest podłączony do bieguna ujemnego występuje zmniejszenie przepływu elektronów do elektrody z powodu małej emisji elektronów z zimnej powierzchni materiału a łuk jarzy się mniej stabilnie.
Spawanie łukiem krytym pod topnikiem
Spawanie łukiem krytym charakteryzuje się tym że
-łuk jest niewidoczny gdyż jarzy się pod warstwą topnika
-jest zachowana ciągłość procesu spawania
-uzyskuje się dużą wydajność spawania
-proces ten daje duże możliwości jego stosowania
-nie jest potrzebne chłodzenie urządzenia
-jest zapewniona osłona jeziorka przed atmosferą
-jest dobra stabilność łuku
-jest zapewnione dobre kształtowanie spoiny
Podczas spawania tą metodą łuk jarzy się pod warstwą topnika, pomiędzy drutem elektrodowym i materiałem podstawowym w kawernie wypełnionej gazem, znajdującej się między jeziorkiem płynnego metalu a ciekłym żużlem. Następnie jeziorko i topnik zastyga tworząc odpowiednią spoinę i żużel. Prąd jest doprowadzany w niewielkiej odległości od jarzącego się końca elektrody. Długość wolnego końca elektrody wynosi od 25-85mm , dzięki czemu jest możliwe stosowanie dużych gęstości prądu i uzyskanie dużych wydajności procesu
Parametry spawania łukiem krytym
-natężenie prądu spawania-100-4000A
-napięcie prądu spawania-20-60V
-prędkość spawania-10-300m/godz
-gęstość prądu-20-200A/mm2. Na kształt spoiny wpływa natężenie i napięcie prądu spawania oraz szybkość jako wielkości zasadnicze. Oprócz tego wpływ ma także średnica drutu, kąt pochylenia drutu do przedmiotu spawanego, rodzaj prądu i jego biegunowość, wysokość zsypu i ziarnistość topnika, długość wolnego końca elektrody oraz kształt rowka. Wraz ze wzrostem natężenia zwiększa się głębokość wtopu(100A=1,2mm), wysokość nadlewu oraz szerokość spoiny. Łuk wchodzi głębiej w materiał spawany i zwiększa się udział materiału spawanego w tworzeniu spoiny. Wielkość charakteryzująca kształt wewnętrzny spoiny zbliża się do wartości minimalnej przez co wzrasta skłonność do powstawania pęknięć na gorąco. Zwiększając napięcie powodujemy wzrost szerokości spoiny z jednoczesnym zmniejszeniem wysokości nadlewu i głębokości wtopu. Wzrost szybkości spawania powoduje zwiększenie głębokości wtopu. Spawając prądem stałym podłączonym do elektrody biegunem dodatnim otrzymujemy większą głębokość wtopu i mniejszą wysokość nadlewu. Głębokość wtopu i wysokość nadlewu zależą od średnicy drutu, ziarnistości topnika oraz kąta pochylenia drutu.
Napawanie-stosowanie-metody
Rodzaje napawania:
-za pomocą elektrody grafitowej
-elektrodą otuloną
-w osłonie gazów ochronnych
-elektrodą proszkową, łukiem samoosłaniającym
-łukiem krytym
-elektrożużlowo
-plazmą
Technologia napawania za pomocą wymienionych metod nie różni się zasadniczo od technologii spawania tymi metodami i obowiązują te same prawidłowości jak podczas spawania. Podczas spawania prądem stałym, biegun dodatni powinno się podłączyć do elektrody. Zasadnicze zalety napawania z wykorzystaniem jako źródła ciepła łuku elektrycznego to:
-duża wydajność procesu
-możliwość mechanizacji i automatyzacji
-duża różnorodność materiałów dodatkowych zapewniających możliwość naniesienia optymalnej warstwy dla większości przypadków obciążeń.
-możliwość uzyskania małego współczynnika wymieszania.
Spawalność stali
def.spawalność w ogólnym pojęciu to zdolność metalu do tworzenia trwałych złączy o własnościach zbliżonych do materiału rodzimego z metalu otakim samym lub podobnym , dzięki stosowaniu zabiegów spawalniczych.
Spawalność idealna gwarantowałaby wykonanie połączeń z tego metalu bez zachowania specjalnych środków ostrożności, tak aby własności złączai materiału rodzimego były takie same.
Różnice tym większe im bardziej materiał odbiega od materiału idealnego (dobrze spawalne, średniospawalne, trudno spawalne, źle spawalne).
Podział spawalności:
1. spawalność konstrukcyjna- zależy od poprawności konstrukcji pod względem spawalniczym. Konstrukcja powinna zawierać jak najmniej elementów spawanych(minim. liczba spoin, grubość spoin nie powinna być za duża, szczególnie pachwinowych, w konstrukcjach unikać krzyżówek spoin (kulaj beret kutasie).
2. spawalność technologiczna- zależy od poprawności technologi spawania, doboru metody spawania, doboru spoiwa, doboru średnicy elektrody, od energi liniowej(wprowadzanej), od kolejności spawania, od podgrzewania i obróbki cieplnej
3. spawalność metalurgiczna-zależy od składu chemicznego materiału rodzimego (który decyduje o hartowności), grubości spawanych elementów , metody wytopu stali, od stopnia odtleniania, od stanu stali (ciągniona, walcowana, kuta czy lana), istniejących w materiale wad w postaci zawalcowań i wtrąceń.
Budowa makroskopowa złącza spawanego
1-materiał rodzimy-materiał spawany
2-stopiwo-materiał powstały ze stopienia materiału dodatkowego i rodzimego
3-nadlew-część materiału spoiny ponad powierzchnią materiału rodzimego
4-wtop-obszar w którym nastąpiło stopienie materiału rodzimego i wymieszanie go ze spoiwem
5-granica wtopu powierzchnia rozdzielająca podczas spawania
6-strefa wpływu ciepła-obszar materiału rodzimego z wyraźnymi zmianami strukturalnymi
7-lico-powierzchnia zewn. spoiny od strony spaw.
8-grań powierzchnia zewn. spoiny od strony przeciwnej spaw.
Gazy ochronne
Dzielą się na:pasywne-nie reagują z metalem spawanym, aktywne-mogą reagować.
Do gazów obojętnych zaliczamy argon i hel zaś do aktywnych CO2 oraz mieszanki gazowe.
Argon stosowany jest w procesach TIG i MIG. Produkowany jest w trzech gatunkach w zależności od zastosowania.
CO2 stosowany jest do spawania metodą MAG powinien odznaczać się odpowiednią czystością
Naprężenia podczas spawania
Spawane blachy stanowią lity materiał w którym poszczególne warstwy metalu oddziałują na siebie. Skutkiem tego warstwy mniej nagrzane hamują rozszerzenie się warstw nagrzanych do wyższych temp. Oznacza to że spoina i strefa wpływu ciepła nie mogąc się swobodnie rozszerzyć doznają naprężeń ściskających a pozostały materiał jest rozciągany. Pod wpływem naprężeń ściskających obszary te ulegają spęczeniu. Spęczenie jest formą wyzwolenia się naprężeń. Stąd też po stopieniu materiału w spoinie naprężenia osiągają wartość zerową.
Odkształcenia spawalnicze
Naprężenia powstające w wyniku spawania deformują całą konstrukcję lub też wywołują miejscowe odkształcenia materiału w obrębie spoiny. Deformacja zachodzi w przypadku spawania konstrukcji o małej sztywności. Podczas spawania konstrukcji bardziej sztywnych dochodzi do miejscowego odkształcenia materiału w obrębie spoiny w postaci odkształcenia plastycznego lub pęknięć. Zachodzi też skurcz i pęcznienie materiału, odkształcenie kątowe.
Metody zmniejszania odkształceń
Sposoby zabezpieczania przed odkształceniami
W celu zmniejszenia odkształcenia kątowego złączy przygotowanych na X, K, 2U należy w miarę możliwości spawać jednocześnie z dwóch stron z taką samą prędkością. Przy długich szwach wygięcie można zmniejszyć przez podział spoiny na odcinki za pomocą spoin sczepnych, a następnie spawać ściegiem krokowym, skokowym, krokowo-skokowym lub skokowo-krokowym. Należy spawać kolejne odcinki po ostygnięciu sąsiednich. Najbardziej skuteczne jest układanie kolejnych warstw ściegiem schodkowym.
Wady połączeń spawanych i ich przyczyny
-pęcherz-jest to przestrzeń wewnątrz spoiny wypełniona gazem
-żużle są to wtrącenia niemetaliczne stałe (tlenki fosforki siarczki) uwięzione w zakrzepłej spoinie.
-wtrącenia metaliczne powstają przy zbyt dużym natężeniu prądu powodującym nadtapianie elektrody.
-przyklejenie jest to całkowity lub miejscowy brak przetopienia spoiny z materiałem podstawowym bądź między warstwami spoiny.
-wklęsłość grani występuje zwykle podczas spawania obwodowego rur
-brak przetopu występuje podczas nieprawidłowego przygotowania elementów do spawania, przy zbyt małej energii liniowej spawania, niewłaściwej technice spawania
-Pęknięcia gorące- zachodzą w spoinie jak i w jej strefie wpływu ciepła oraz w materiałach o jednofazowej strukturze gamma albo F. Pęknięcia zachodzą w temperaturze solidusu.
- Pęknięcia na zimno (zwłoczne)
występują w temp. niższych niż 200 C, do dwóch dób po procesie spawania
Czynniki je powodujące :
-hartowanie stali pod wpływem procesu spawania (powstawanie charakterystycznej struktury martenzytycznej)
wystąpienie wodoru w spoinach
wystąpienie odkształceń i naprężeń powstałych w trakcie procesu spawania realizowanych w warunkach mniejszego lub większego utwardzenia spawanych elementów
-wyciek stopiwa występuje w podolnej pozycji spawania wskutek nieumiejętności spawania
-nierówne lico jest skutkiem nieumiejętności spawania
-podtopienia wyst gdy się spawa prądem o zbyt dużym natężeniu
-porowatość lica to skutek oddziaływania pęcherzy tworzących się w żużlu na płynny metal
-krater nieprawidłowe zakończenie spoiny wynikające z braku powtórnego przetopienia
-wklęśnięcie w licu występuje przy zbyt dużym natężeniu prądu
-nadmierny nadlew lica jest skutkiem nieumiejętności spawania
-nawis i rozlanie się lica jest skutkiem nieumiejętności spawania
-uskoki, niesymetryczność spoiny dwustronnej występują przy nieosiowym złożeniu elementów do spawania lub podczas niestarannego spawania
-wypaczenie podłużne jest spowodowane brakiem wstępnego odkształcenia, brakiem zmocowania elementów, niewłaściwą kolejnością spawania poszczególnych warstw i wykonywaniem zbyt długich spoin ciągłych zamiast przerywanych
-wypaczenie poprzeczne występuje przy braku wstępnego odkształcenia, zastosowaniu spoin V zamiast X braku mocowania elementów, zbyt dużym kącie ukosowania