Metody spawania [edytuj]

- spawanie gazowe 311-G ;: najczęściej przy spalaniu acetylenu w temperaturach do 3100°C, stosowane jest do spajania blach o grubości od 0,4 mm do 40 mm.

- spawanie elektryczne: z wykorzystaniem spawarki - urządzenia opierającego swą pracę na zjawisku łuku elektrycznego w temperaturach do 4000°C, stosowane jest do spajania blach o grubości od 1 mm do 80 mm.

- Spawanie elektrodami otulonymi (Metoda 111)

- spawanie łukiem krytym

- spawanie w osłonie gazów

- Metoda MIG 131 (Metal Inert Gas) - jest to spawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonie gazu obojętnego (AR, He, Ar + He). Metoda ta jest stosowana do spawania i napawania we wszystkich pozycjach w sposób automatyczny lub półautomatyczny.

- Metoda MAG 135 (Metal Active Gas) - jest to spawanie łukowe w osłonie gazu aktywnego chemicznie (CO₂, CO₂ + gaz obojętny).

- Spawanie łukowe drutem rdzeniowym.

- Metoda TIG 141 (Tungsten Inert Gas) - jest to spawanie łukowe elektrodą nietopliwą w osłonie gazów obojętnych (Ar, He, Ar + He). Umożliwia ona spawanie prawie wszystkich metali i ich stopów oraz łączenie ze sobą różnych metali i stopów. Uzyskiwany metal spoiny jest stopem roztopionej części materiału rodzimego i spoiwa (drut, pręt, pałeczka) podawanego w strefę jarzenia się łuku. Częściej stosowane są stopy zbliżone składem do materiału rodzimego jednak z domieszkami, które powodują poprawę jakości połączeń spawanych w różnych jej aspektach. TIG charakteryzuje się możliwością stosowania we wszystkich pozycjach.

Spawanie elektrodami otulonymi (ang. Manual Metal Arc Welding - MMA) to najstarsza i najbardziej wszechstronna metoda spawania łukowego. W trakcie trwania procesu spawania łuk elektryczny jarzy się między końcem pokrytej otuliną metalowej elektrody a spawanym materiałem. Powstające w wyniku tego gazy chronią przed wpływem atmosfery ciekłe jeziorko spawalnicze. Topiąca się otulina tworzy na powierzchni jeziorka żużel, który chroni krzepnący metal spoiny przed wpływem atmosfery i zbyt szybkim chłodzeniem. W zależności od gatunku łączonych materiałów należy stosować odpowiednie elektrody, które są wytwarzane w setkach różnych odmian. Metoda ta jest głównie stosowana do spawania stalowych konstrukcji, w przemyśle stoczniowym i w większości branży produkcyjnych. Mimo że jest stosunkowo mało wydajna - co wynika z konieczności wymieniania elektrod i usuwania żużla - to jednak nadal zalicza się do najbardziej elastycznych, a ponadto doskonale sprawdza się w miejscach, do których dostęp jest ograniczony.

Spawanie łukiem krytym Spawanie łukiem krytym (SAW - Submerged Arc Welding) polega na łączeniu elementów metalowych za pomocą elektrody w otulinie granulowanego topnika. Z powodu wytwarzania wysokiej temperatury przez łuk elektryczny, topnik stapiając się tworzy ochronną warstwę żużla pokrywającego spoinę i nie dopuszcza do utlenienia spawu. Tego typu proces spawania prowadzi się zwykle za pomocą w pełni zautomatyzowanego sprzętu, dostępne są także ręcznie prowadzone uchwyty. Dla zwiększenia wydajności spawania stosuje się rozwiązanie z kilkoma elektrodami. Metoda spawania łukiem krytym, dzięki bardzo dużej szybkości spajania, bardzo dobrze nadaje się do wykonywania długich prostoliniowych złączy w pozycji podolnej. Metoda jest często stosowana w trakcie produkcji zbiorników ciśnieniowych, w zakładach chemicznych, w trakcie wytwarzania dużych konstrukcji stalowych, w pracach naprawczych oraz w przemyśle stoczniowym. Zastosowanie napawanie, spawanie blach o dużej grubości (>10 mm), spawanie automatyczne w liniach spawalniczych, montaż dużych konstrukcji stalowychmZalety metody dobra jakość spoiny, dobra wydajność pracy, wysoka sprawność energetyczna, dobre warunki pracy spawacza - łuk elektryczny schowany jest pod warstwą topnika Wady metody aby spawać w pozycji innej niż pozioma, należy zastosować specjalne oprzyrządowanie (w praktyce niestosowane), przed spawaniem topnik musi być odpowiednio przygotowany (konieczne suszenie), metoda używana jedynie w halach produkcyjnych

Spawanie MIG/MAG (ang. Metal Inert Gas / Metal Active Gas) - spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazów obojętnych (MIG) lub aktywnych (MAG). Jako gazy ochronne najczęściej stosuje się argon, hel oraz mieszaniny tych gazów. Natomiast jako gazy aktywne - dwutlenek węgla lub jego mieszaninę z argonem.

W metodzie MIG/MAG łuk elektryczny jarzy się między spawanym materiałem a elektrodą w postać drutu. Łuk i jeziorko ciekłego metalu są chronione strumieniem gazu obojętnego lub aktywnego. Metoda nadaje się do spawania większości materiałów,dobierając druty elektrodowe odpowiednie dla różnych metali.

TIG - (ang. tungsten inert gas) ,zwanej też GTAW - Gas Tungsten Arc Welding, oznaczoną kodem 141 to metoda spawania nietopliwą elektrodą wolframową w osłonie gazów obojętnych takich jak argon, hel lub mieszanki argonu i helu. Łuk jarzy się pomiędzy elektrodą wykonaną z wolframu (zielona) lub wolframu z dodatkami (Tor, Lantan, Cer - inne kolory oznaczeń), a spawanym materiałem.

Zastosowanie: Do spawania ręcznego lub automatycznego. Metodą TIG spawa się wszystkie gatunki stali, zwłaszcza stale wysokostopowe oraz metale nieżelazne. Największe zastosowanie znajduje przy łączeniu aluminium i stopów aluminium ze względu na uzyskanie lepszych złącz niż przy spawaniu gazowym. Najczęściej stosowane parametry technologiczne: natężenie 5 - 600 A napięcie 10 - 30 V prędkość spawania 0,3 - 1,2 m/min średnica elektrody 0,5 - 6,4 mm natężenie przepływu gazu ochronnego 7 - 20 litr/min. Zalety dobra jakość połączeń, możliwość zrobotyzowania, spawanie elementów o szerokim zakresie grubości, możliwość spawania we wszystkich pozycjach Wady mała wydajność w przypadku spawania ręcznego, w przypadku spawania ręcznego, jakość połączeń zależna od umiejętności spawacza, konieczność stosowania dodatkowej osłony przed wiatrem przy spawaniu w przestrzeni otwartej,

Spawanie łukowe drutem rdzeniowym (proszkowym), FCAW (Flux-Cored Arc Welding) - metoda spawania, podobna do metody MIG, z tą różnicą, że drut wewnątrz jest wypełniony topnikiem (other shield) lub substancją chemiczną wytwarzająca podczas spawania gazy ochronne (inner shield). Metoda ta jest także nazywana metodą MAG, chociaż jest tu zasadnicza różnica w sposobie podawania topnika, gdyż w MAG-u jest on podawany z zewnątrz. Tą metodą spawa się także stale stopowe. Do spawania stali stopowych używa się drutu z rdzeniem metalowym, w którym oprócz topnika znajdują się sproszkowane metale, takie jak nikiel, chrom itp. Produkcja drutu odbywa się z taśmy stalowej, którą formuje się za pomocą specjalnych rolek kształtowych w kształcie litery "U" i wsypuje się w tym momencie proszek. Następnie drut jest zamykany idąc przez następne rolki formujące oraz zmniejszany do wymaganej średnicy poprzez przeciąganie przez oczka diamentowe. Kwestie techniczne Przy spawaniu drutem rdzeniowym na uchwycie mamy „-” a na masie „+” (odwrotnie niż przy spawaniu MIG/MAG). Podobnie jak przy elektrodzie drut „ciągniemy” po spoinie ^[1].(tylko samoosłonowy) Wymagane są specjalne rolki perforowane VR (drut rdzeniowy jest bardzo podatny na zgniecenie) U większości producentów druty rdzeniowe mają nietypowe wymiary np. 0,9mm; 1,1mm (zamiast stosowanych standardowo 0,8mm; 1,0mm) Zalety Łączy w sobie zalety zarówno spawania elektrodą otuloną jak i metodą MAG: bardzo dużą wydajność (nie potrzeba częstej zmiany elektrody), można spawać także na zewnątrz pomieszczeń (topnik dodatkowo chroni także przed utlenieniem spoiny), spawacz nie musi mieć bardzo wysokich kwalifikacji, Wady wyższa cena drutu w stosunku do konwencjonalnych technik, konieczność stosowania dedykowanych spawarek (musi być możliwość zmiany biegunowości) Zastosowanie głównie przemysł stoczniowy, spawanie odpowiedzialnych konstrukcji stalowych, drobne rzemiosło (przy sporadycznym korzystaniu np. spawanie punktowe, serwis wzrasta opłacalności gdyż odpadają koszty dzierżawy butli z gazem)

Spawalność stali - zdolność materiałów metalowych do tworzenia złączy spawanych (spoin) o wymaganych, z góry określonych własnościach w wyniku zaistnienia procesów fizykochemicznych) decydują o niej:

- czynniki metalurgiczne (skład chem., zaw. C i składników stopowych, sposób wykonywania i wykańczania wytopu, stopień zanieczyszczenia wtrąceniami niemet.)

- czyn. konstrukcyjne (rodzaj i sztywność konstrukcji złącza spawanego, pole pow. przekroju łączonych elem, położenie spoin)

- czyn. technologiczne (metoda spawania, rodzaj i średnica zastos. spoiwa, moc źródła ciepła użytego do spaw)

- łatwospawalne: (do 40mm grubości), wszystkie stale niskowęgl., do 0,25%C;

- średniospawalne: wymagają dodatk. zabiegów, większe średn. elektrod, podgrzew. przed spaw., większe natęż. prądu, wolniejsze spaw., niektóre st. niskostop.;

- trudnospawalne: wymagają obr. cieplnej po spaw., żeliwo, stale wysokostop.;

- niespawalne: mimo stos. wszystkich metod nie dają się łączyć, niektóre stopy aluminium,

spawalność metalurgiczna: zależy od składu chem., od zaw. gazów, od wtrąceń niemetal..

Równoważnik węgla:
dobra spawaln.

technologiczna - zal. od met. spaw., techniki, warunków spaw., temp.

konstrukcyjna - zależy od rodz. sztywności konstrukcji, od wielk. łączonych el., od rodz spoin.

Lutowanie - łączenie elem. za pomocą stopionego spoiwa o temp. topn. niższej od temp. topn. materiału rodzimego. El. łączone podczas lutowania pozostają w stanie stałym, brzegów się nie topi Ts<Tl<Tm. Lutowanie stosuje się gdy łączy się przedmioty o niewielkiej grubości, NIE stos., gdy niepożądane jest podgrzewanie elementów do wysokiej temp., TAK gdy połączenie ma być szczelne, ma przewodzić prąd, gdy nie ma być odkształceń, gdy nie można spawać. Połączenie lutowane mają dobrą szczelność, małą wytrzymałość, dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, dużą plastyczność. Stos. w przemyśle elektronicznym, artykuły gosp. domowego. ZALETY: łatwe do zmechanizowania, wykorzystane zjawiska (zwilżalność, dyfuzja, kapilarność).

- zasada lutowania - Dokładnie oczyszczone i odtłuszczone brzegi łączonych elem. powinny tworzyć wąską szczelinę (0,012-0,8 mm, zależnie od rodzaju lutu), która zostaje wypełniona lutowiem.

- lutowanie miękkie - temp. top. lutu < 550°C, tzw. luty miękkie, będące stopami cyny i ołowiu z domieszką bizmutu, kadmu i cynku, dostarczane w postaci prętów i drutów. Ta met. umożliwia wykonywanie złączy szczelnych, ale o niskiej wytrzymałości (lutowanie: lutownicą, piecowe, kąpielowe, indukcyjne, płomieniowe)

- lutowanie twarde - luty o temp top. > 550°C, to tzw. luty twarde (miedz, mosiądze, stopy Cu+srebro, złoto, Al, Mg), w postaci drutów, blaszek, granulek, temp top lutu twardego 690-1080°C, złącza mają wyższą wytrzym., płomień o wyższej temp., (metody: gazowe, elektryczne oporowe i indukcyjne, lutowanie piecowe, kąpielowe)

- własności zwilżające lutu (stopiony lut) rozlewa się na powierzchni

- kapilarne własności złącza -

- dyfuzja - wzajemne przenikanie cząstek lutowia do materiału rodzimego i odwrotnie luty i topniki - luty - substancje stałe, które są w postaci prętów, sztabek, drutów, normalnie stan stały, w trakcie lut. ciekłe. Ni, Mn, Pd, Co, Fe (950-1400°C) tzw. luty żaroodporne i nierdzewne - topniki - do mat. trudnospaw., w procesie lutowania powierzchni ma chronić metal przed utlenianiem, rozpuszcza i redukuje tlenki (powstające na pow. metali), powoduje rzadkopłynność tych związków - nie topi się z zanieczyszczeniami w lutowaniu, obniża napięcie powierzchniowe między lutem a metalem (żeby lut nie rozpływał się), topnik nie rozpuszcza się w łączonych metalach, ma niższy ciężar właściwy i jest w postaci płynnej. ZnCl₂-chlorek cynku, temp. top. 183°C, salmiak, chlorek amonu NH₄Cl; ZnCl₂->HCl + ZnO. Wskutek wprowadzania ciepła powstają na pow. naprężenia prowadzące do odkształceń

- metody lutowania -

- lutospawanie - metoda pośrednia między twardym lutowaniem a spawaniem, stosowane do napraw elementów, do podgrz. brzegów - palnik acet.-tlenowego, przygotowanie materiału jak przy spawaniu. Brzegi elem. nie stopione, lut z materiału o niższej temp. top niż mat. Lutem twardym jest zwykle mosiądz (60%Cu, 40%Zn)+krzem (utrudnia parowanie cynku z lutowia), złącza mają dobre własn. wytrzym. i plastyczność większą niż spawane

3 .Spawanie gazowe - spaw. gdzie źródłem ciepła jest płomień gazowy (acet.-tlenowy), z użyciem spoiwa, następuje nadtopienie krawędzi materiału i spoiwa.

- spoiwa - druty, po stopieniu łączące elem. (materiał spoiwa łączy się z mat. spawanym), skład chem. najlepiej taki jak mat. spawany

- gazy techniczne stosowane w spawalnictwie - TLEN (gaz niepalny, podtrzymuje palenie), Argon, hel (szare butle), wodór (czerwona butla, musi stać), ACETYLEN

- własności acetylenu - gaz palny, wysoka temp. płomienia (3100-3200°C), bezzapachowy, bezbarwny lecz techniczny posiada specyficzny zapach, sprężany do 15 MPa, otrzymywany w wytwornicach acetylenowych

- wybuchowość mieszaniny acetylenowo - tlenowej - podgrzewanie do 300°C, powyżej wybucha, a techniczny do 130°C, powyżej polimeryzacja - wybucha z powietrzem, reaguje wybuchowo pod ciśnieniem atmosferycznym, gdy stężenie C₂H₂ 2,7-82% (gaz wybuchowy)

Przechowywanie:

- acetylenu - przechow. pod ciśn. 1,5 MPa w żółtych butlach, wypełnionych masą porowatą i acetonem

- tlenu - przechowywany w niebieskich butlach z zaworem ze stożkiem i reduktorem, przy ciśnieniu 15MPa - 150Atm, po 20MPa - postać ciekła

- metody spawania acetylenowego - w lewo dla elem 1-4 mm, w prawo powyżej 4mm (do 15 mm, lepsza jakość spoiny, wydajne), w górę

- Technologia spawania płomieniowego: przygotowanie do spawania (oczyszczanie z farb, lakierów, tlenków), przygotowanie krawędzi, zamocowanie elem. względem siebie, spawanie właściwe.

- płomień acetylenowo - tlenowy - w jądrze zachodzi rozpad acet. na wodór i węgiel, którego rozjarzone cząstki świecą jaskrawym blaskiem, w stożku spalanie wodoru na parę wodną i węgla na tlenek węgla, najwyższa temp. 2-3 mm od jądra, w kicie płomienia następuje spalanie tlenku węgla na dwutlenek węgla, to spalanie następuje przy częściowym udziale tlenu pobieranego z powietrza, I etap - C₂H₂+O₂=2CO+H₂, IIetap - CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O, dobrze wyreg. płomień powinien się składać z wyraźnego krótkiego jądra oraz ze słabo świecącej kity, gdy
to płomień normalny, gdy > 1,2 to nadmiar tlenu, płomień utleniający (kita skrócona, tlenki osłabiają metal, tworzą się pęcherze, do cynku, mosiądzu, żeliwa), gdy < 1,2 pł. nawęglający (nieodpowiedni do spaw stali, ale do Al. i stopów Al, Ni, st. wysokowęglowe), zalety płomienia: tanie, łatwo opanować, ale wprowadza zbyt dużo ciepła

Urządzenia acetylenowe:

- wytwornice - wytwarzają acetylen w reakcji wody z karbidem
(CaC₂ + 2H₂O -> C₂H₂ + Ca(OH)₂), wytworzony w wytwornicach acetylen należy oczyścić z pyłu i usunąć z niego parę wodną, siarkowodór i inne zanieczyszczenia, ciśnienie 0,15MPa

- budowa wytwornicy dopływowej ENHA-1 - ma postać zbiornika, w którym zachodzi reakcja między węglikiem wapnia i wodą, przenośna

- reduktory: zadanie, budowa - obniżenie ciśnienia wylotowego gazu, do wysokości ciśnienia roboczego, utrzymanie tego ciśnienia na stałej wysokości przez cały czas pracy urządzenia, zaopatrzony jest w dwa manometry: ciśnienia gazu w butli i ciśnienia zredukowanego (po rozprężeniu). Reduktory tlenu i acetylenu zbud. podobnie, red. tlenu mocowane za pomocą nakrętki nakręcanej na gwintowany wylot zaworu, malowane na niebiesko, red. acetylenu zamoc. do butli za pomocą obejmującego zawór strzemiączka oraz śruby, pomalowane na biało.

- bezpieczniki: zadanie - bezp. wodny zabezpiecza przed cofnięciem się płomienia lub tlenu

- palniki: budowa i zasada działania - do dokładnego wymieszania acetylenu z tlenem i wytworzenia mieszaniny o wymaganym udziale objętościowym obydwu składników, najczęściej smoczkowe (acet. zasysany przez strumień tlenu przepływający przez dyszę zwaną smoczkiem, wymieszanie obydwu gazów w wymiennej nasadce, do palnika doprowadzony tlen pod ciśnieniem, zasysa acet. wskutek podciśnienia), rzadko bezsmoczkowe (równoprężne), budowa: uchwyt, trzon, rękojeść, doprow gazu, zawory regulacyjne, nasadki.

Spawanie łukowe elektrodami otulonymi - proces, w którym trwałe połączenie uzyskuje się przez stopienie ciepłem łuku elektrycznego topliwej elektrody.

- powstawanie łuku elektrycznego - łuk elektryczny jarzy się między rdzeniem elektrody (pokrytej otuliną), a spawanym materiałem, może być zasilany prądem stałym (z biegunowością dodatnią lub ujemną) lub prądem przemiennym

- temperatura łuku - ok. 6000K

- Stosowane źródła prądu - spawarki wirujące (zasilana prądem 3-fazowym, przy rozruchu zmiana połączenia), transformatory spawalnicze (transformator + bocznik magnetyczny do ustawiania natężenia prądu) i prostowniki spawalnicze (dodatkowo selenoid, prostownik diodowy lub tyrystorowy, zapewniają bardziej stabilny łuk i równomierne przenoszenie spoiwa przy małych natężeniach), spawarki inwektorowe (najtańsze, najmniejsze i najwydajniejsze)

- charakterystyka statyczna źródeł prądu - musi być opadająca, dzięki czemu nawet duże zmiany napięcia łuku (przy zmianie jego długości spowodują nieznaczne zmiany natężenia prądu spawania, tylko tyrystorowe źródła prądu mają pionową charakterystykę statyczną dlatego zapewniają stałość natężenia nawet przy dużych zmianach napięcia

- Rodzaje spoin - czołowa, pachwinowa

- pozycje spawania - podolna, naścienna, pionowa (z dołu do góry), pułapowa, okapowa

- Elektrody otulone - podział - cienko otulone
; średnio ot. = 1,2 - 1,4; grubo ot. > 1,4; proszkowe, wielowarstwowe, oznaczanie np. EA 1.46 (R_m = 460MPa)

EA - kwaśne, EB - zasadowe, ER - rutylowe (TiO₂),

EC - celulozowe, EU, EO - utleniające, EN - do napalania,

ES - specjalne, EŻO, EŻM - do żeliwa,

wg. AWS A5.1-69: Exxyz - xx - min. wytrzym. na rozciąg.,

y - pozycje spawania (1 - wszystkie, 2- podolna i naboczna),

z - rodzaj otuliny (0,1 - celulozowa, 2,3 - rutylowa, 5,6,8 - zasadowa, 7 - kwaśna)

Spawanie w osłonie gazów ochronnych:

metoda MAG (GMA) - zasada spawania - połączenie otrzym. się przez stopienie metalu spawanych przedmiotów i topliwej elektr. ciepłem łuku el. jarząc. się między, a spawanym przedmiotem, a tą elektrodą w osłonie gazu obojętnego, można spawać we wszystkich pozycjach

- CO₂ jako gaz aktywny - znaczny rozprysk, nie można osiągnąć przenoszenia natryskowego, jako dodatek zwiększa wartość prądu krytycznego

- mieszanki gazowe - redukujący (miedź): N₂, Ar + N₂, utleniający (stale): Ar + O₂, CO₂, Ar + CO­_2­,CO₂ + O₂, He + Ar + CO₂

- drut elektrodowy - pełny drut φ0,5 - 4,0mm, podawany w sp. ciągły z prędkością 2,5 do nawet 50m/s

- zastosowanie - wysokiej jakości połączenia wszystkich metali (tj. stale węglowe i niskostopowe, odporne na korozję, specjalne, aluminium, miedź, nikiel, tytan i ich stopy)

Metoda MIG - zasada spawa­nia - jak MAG, tylko, że gaz jest nieaktywny (Ar, He lub Ar + He)

- zastosowanie - zasadniczo wszystkie metale (Al, Cu, Mg i ich stopy), poza stalami węglowymi

Metoda TIG (GTA) - zasada spawania - połączenie otrzym. się przez stopienie metalu spawanych przedmiotów i materiału dod. ciepłem łuku el. jarząc. się między nietopliwą elektr., a spawanym przedmiotem w osłonie gazu obojętnego, najczystszy z procesów, elekr. wykonana z wolframu lub jego stopu, regulowana, gaz chłodzi elektr. i chroni wszystko przed dostępem gazów atm.

- źródło prądu i biegunowość przy spawaniu stali stopowych: DC(-) (wszystkie)/AC (poniż. 3,2mm), miedzi i stopów miedzi DC(-)/AC, stopów magnezu AC,DC(-)/DC(+) aluminium i stopów aluminium: AC/DC(+)/DC(-) (ponad 3,2mm), tytan DC(-),

niklu i stopów niklu DC(-)

Spawanie łukiem krytym (pod topnikiem) - zasada spawania - proces, w którym trwałe połączenie uzyskuje się w wyniku stopienia obszaru spawania i elektrody ciepłem łuku elektrycznego, jarzącego się w obszarze osłoniętym warstwa topnika między w/w elektrodą, a spawanym przedmiotem, nie widać łuku i niema odprysków, mała ilość dymu, skład topnika dobierany jest metalurgicznie podobnie jak otuliny

- zastosowanie - spawanie stali niskowęglowych, niskostopowych, wysokostopowych oraz niekt. st. aluminium, w budowie statków, zbiorników ciśnieniowych, rur o dużej średnicy, dźwigarów i belek

Zgrzewanie elektryczne oporowe i tarciowe - zasada zgrzewania oporowego - ciepło niezbędne do nadtopienia lub doprowadzenia do stanu b.dużej plastyczności łączonych elementów wytwarza się na skutek przepływu prądu elektrycznego o dużym natężeniu do 10⁵A i małym napięciu (kilku-kilkunastu V). Największa ilość ciepła wydziela się w miejscu styku łączonych elem., gdyż jego oporność elektryczna jest największa.

Zalety: nie ma atmosfer ochronnych, bo nie ma utleniania, mało energii, oszczędność, potrzebne mało czasu - mniejsze zmiany w strukturze materiału, wydajne, można łączyć ze sobą różne materiały, łatwość mechanizacji, szybkość procesu, koncentracja ciepła-można łączyć trudnospawalne metale. Wady: ograniczenie grubości i wymiarów, niższa wytrzymałość, konieczność stos. urządzeń o dużej mocy (droższe).

Obróbka cieplna

Po zakończeniu prac spawalniczych bardzo często wykonuje się obróbkę cieplną złącza. Obróbkę należy przeprowadzić według parametrów podanych w kartach technologicznych złączy spawanych, oraz kartach technologicznych obróbki cieplnej i wykonać ją mogą osoby odpowiednio przeszkolone na kursie wyżarzania i posiadające cechy wyżarzacza. Obróbkę cieplną przeprowadza przy zastosowaniu wyżarzarki indukcyjnej oporowej, pieca propanowo-powietrznego lub palnika propanowo-powietrznego. W czasie przeprowadzania

obróbki cieplnej, wymagany jest ciągły pomiar temperatury z rejestracją wykresu. Szerokość nagrzewania strefy, powinna obejmować spoinę i strefę wpływu ciepła. Szerokość jest równa w przybliżeniu potrójnej szerokości spoiny od strony lica na każdą stronę licząc od osi złącza. Po przeprowadzonej obróbce cieplnej złącza, wyżarzacz wybija swoją cechę obok cechy spawacza.

Dopuszcza się odstąpienie od obróbki cieplnej:

przy spawaniu elementów ze stali węglowej o max.Zawartości C = 0,25% jeżeli ich grubość rzeczywista nie przekracza 36 mm,

złącz doczołowo-obwodowych na rurach o średnicy do 57 mm i grubości ścianki do 8 mm wykonanych ze stali 15HM i 10H2M omywanych spalinami - jeżeli temperatura robocza złącza wynosi odpowiednio dla stali 15HM - 380 °C i 10H2M - 480°C a złącze wykonano metodą TIG lub palnikiem acetylenowo-tlenowym.

Zgrzewanie punktowe - zasada zgrzewania - po oczyszczeniu i odtłuszczeniu łączone el. są dociskane z siłą F przez miedziane elektrody (chłodzone wodą), po dociśnięciu jest przepływ prądu (co wywołuje intensywne wydz się ciepła w strefie zgrzewania i stan plast., ułamek sekundy do kilku sekund, mat. w stanie wysokiej plastyczności i częściowo ciekły), trwa aż do momentu powstania zgrzeiny, potem elektrody uniesione(po stwardnieniu mat), przepływ prądu wyłącza się samoczynnie, potem docisk. W strefie zgrzewania-wiązania międzyatomowe-zgrzeina punktowa

- parametry zgrzewania -. czas=0,02 s (lepszy krótki), U=1-10V

- parametry zgrzewania sztywne i miękkie -

- zastosowanie - bardzo rozpowszechnione, ramy i nadwozia wagonów, siatki, ogrodzenia, samoch., samol., do blach cienkich (do 4 mm), st. węglowe, stopowe, met nieżelazne i ich stopy. Zastępuje nitowanie

Zgrzewanie garbowe - zasada zgrzewania - wymaga odpowiedniego przygotowania łączonych elem. Powierzchnia styku jednego z elementów powinna mieć wytoczony tzw. garb, wykonany przez obróbkę plastyczną lub skrawaniem. Przebiega jak punktowe, ale tworzy się jednocześnie kilka zgrzein,

Zgrzewanie liniowe - zasada zgrzewania - stosowane obracające się elektrody krążkowe (obr. ruchem równomiernym) przesuwają dzięki tarciu zaciśnięte blachy (przesuwają materiał).

- parametry zgrzewania - grub. do 4 mm, szybkość zgrz. 0,5-3 m/min, skok między środkami zgrzein 3-8 mm (można regulować)

- zastosowanie - do łączenia elem. od dziesiętnych części do 2 mm, ze stali węglowych, stopowych, metali nieżelaznych i ich stopów, niskowęglowe, nierdzewne, żaroodporne, st. lekkie., do produkcji przedm z cienkiej blachy, rury zbiorniki na gaz, płyn, cysterny, wagony osobowe, samoloty

Zgrzewanie doczołowe - zasada zgrzewania - Polega na łączeniu elementów całą powierzchnią przekroju przynajmniej jednego z nich. Do elem. o różnych przekrojach poprzecznych (kołowy, kwadratowy), pole pow. do 100 000 mm².

- zgrzewanie iskrowe - nie ma tak dużego spęczania, nie trzeba tak dokładnie oczyszczać powierzchni, elem. zbliża się do siebie i następuje silne wyiskrzenie, powod. silne rozgrzanie pow., wtedy docisk

- zwarciowe - prąd przepływa przez uprzednio docisnięte do siebie łączone elementy, dalej (naciskane po włączeniu) siła docisku i ciepło (najintensywniejsze w pkt styku) powoduje spęczanie i zgrzewanie elem. Przepływ pradu wyłączony podczas spęczania, tj. jeszcze przed zakończeniem procesu tworzenia zgrzeiny, co zapobiega przegrzewaniu złącza,

- parametry zgrzewania - grubość do 100 mm, do łącz. el. o prostych kształtach i polu pow przekroju do 200 mm², U do 10V, siła docisku do 4000kg/cm²

- zastosowanie - Elem. ze st. węglowych, stopowych, z met. nieżelaznych i ich stopów.

Zgrzewanie tarciowe - zasada zgrzewania - źródłem ciepła-tarcie na pow. styku łącz elem. I.obrotowa szczęka, II.szczęka przesuwna. Po dociśnięciu el. szcęka I wprawiana w ruch obrotowy. Po upływie 1-50 s (zależnie od wymiarów) wydziela się ilość cipła wystarczająca do wprowadzenia miejsca styku w stan wysokiej plastyczności. Obracający się element gwałtownie wyhamowany przy jednoczesnym wzroście siły, powstaje zgrzeina, umożliwia łączenie elem. z różnych materiałów, zgrzeina ma korzystne własności mechaniczne, dobra jakość złącza, w porównaniu z oporowym 5-10x mniejsze zużycie,

- parametry zgrzewania -

- zastosowanie - coraz szerzej stosowane w różnych gałęziach przemysły (np. przy wytwarzaniu narzędzi do obr. skraw. i plastycznej, wałów silników itp), ochłodzenie złącza pozostającego pod naciskiem i wyczyszczenie wypływów z powierzchni, można wykonywac na tokarkch, zgrzewarkach, nacisk 0,5-1 MPa, metoda tania

Ciecie termiczne cięcie tlenowe - zasada cięcia - polega na doprowadzeniu metalu na osnowie żelaza (w obszarze ciecia) do temperatury zapłonu (1050°C dla żelaza i 1380°C dla stali 1,6% C) , powyżej której następują reakcje egzotermiczne tlenu z żelazem (strumień tlenu utlenia i nadtapia cięty metal oraz wyrzuca ze szczeliny produkty utleniania i ciekły metal), podgrzewanie odbywa się za pomocą gazu palnego (najczęściej acetylen)

- warunki cięcia - temp. zapł. < temp. topnienia (tylko met. w osnowie Fe), temp. topn. tlenków metalu < temp. topn. metalu, reakcja spal. metalu musi być r. egzotermiczną, wsp. przew. ciplnego met. musi być mały

- budowa palnika do cięcia tlenem - z inżektorowym mieszaniem gazy palnego z tlenem w korpusie palnika i z mieszaniem w dyszy-

- zastosowanie - cięcie przedmiotów stalowych o grubościach od 3,0 do ok. 2000mm

Ciecie plazmowe - stapianie i wyrzucanie metalu ze szczeliny ciecia silnie skoncentrowanym plazmowym łukiem elektrycznym, jarzącym się między elektrodą nietopliwą a ciętym przedmiotem, plazmowy łuk elektryczny jest silnie zjonizowanym gazem o dużej energii kinetycznej, przemieszczającym się z dyszy plazmowej (zwężającej się w kierunku ciecia) z prędkością bliską prędkości dźwięku, temperatura mieści się w granicach 10000 - 30000K

- gazy plazmotwórcze - do 25mm - powietrze lub O₂ (100 - 300A), ponad 25mm - N₂ (do 750A), stale odporne na korozję i met. nieżelazne - Ar + H₂, Ar + N₂ (do 1000A)

- palnik plazmowy z hakiem zewnętrznym -

- palnik plazmowy z hakiem wewnętrznym -

- zastosowanie - cięcie stali odpornych na korozję oraz metali nieżelaznych

SPWALNICTWO WYKLAD 1

Spoiwo- w spawaniu i lutowaniu material dodatkowy przeznaczony do wytworzenia spoiny (lutowia, elektroda spawalnicza); w budownictwie materiał sproszkowany, najczęściej pochodzenia mineralnego, który po zmieszaniu z wodą lub innym roztworem tężeje i twardnieje nabierając cechy ciała stałego. Spoiwo budowlane dzielimy na: powietrzne- twardniejące w powietrzu (gips) \Hydrauliczne-twardiejace w wodzie i na powietrzu(cement)

Spoina- w spawalnictwie miejsce spojenia dwóch przedmiotów, część złącza spawanego powstała z metalu rodzimego który w procesie spawania uległ stopieniu.

Ze względu na wzajemne ustawienie spajanych części rozróżniamy spoiny: czołowe, bieżne, pachwinowe, grzbietowe i otworowe. W budownictwie to fuga lub szczelina pomiedzy dwoma elementami budowlanymi wypelniona zaprawa budowlaną.

Spawanie- odmiana spajania realizowana przez lokalne stopienie łączonych elementów bez wywierania nacisku

Spawanie gazowe

-gazowo-tlenowe; w których ciepło niezbędne do spawania jest dostarczane w wyniku spalania gazu lub mieszanki gazu z tlenem dostarczonym pod ciśnieniem

-acetylenowo-tlenowe; z użyciem acetylenu jako gazu palnego w towarzystwie tlenu dostarczonym pod ciśnieniem

-propanowo-tlenowe; z użyciem propanu jako gazu palnego w towarzystwie tlenu dostarczonym pod ciśnieniem

-wodorowo-tlenowe; z użyciem wodoru jako gazu palnego w towarzystwie tlenu

acetylenowo-tlenowe charakterystyka

-płomien, szybka przemieszczająca się reakcja chemiczna której towarzyszy emisja światła i wydzielanie się ciepła

-w płomienu naturalnym utleniacz i paliwo są zmieszane ze soba lub mieszają się w momencie spalania

Płomienie naturalne

Dyfuzyjne; szybkość spalania kontrolowana jest przez procesy dyfuzyjne, płomień taki nie ma wewnętrznego stożka

Kinetyczne; o szybkości decyduje szybkość reakcji chemicznych( zalezna od składu mieszanki i temp). Można wyróżnić jego następujące strefy: -podgrzewania- tzw. Stożek wewnętrzny -reakcji spalania- cienka warstwa o zabarwieniu niebieskim -gazów spalonych-produktów reakcji spalania (rekombinacja wolnych rodników) -spalania wtórnego Dwie ostatnie tworzą stożek zewnętrzny Zastosowania np. chemia analityczna- do badania reakcji wysokotemperaturowych, jakościowej analizy soli

Palnik- urządzenie służące do wytwarzania w sposób regularny strumienia ciepła o wysokiej temp w postaci płomienia lub plazmy;stosuje się w paleniskach kotłów i pieców, do spawania i lutospawania , do ciecia , do hartowania powierzchniowego

Palnik wodoro-tlenowy - w kształcie dwóch koncentrycznie osadzonych rur o różnej średnicy zawężonych u wylotu; wewnętrzna zasilana tlenem a zew. Wodorem; temp płomienia siega nawet 3000 stopni. Stosujemy do spawania, ciecia, topienia

Palnik acetylenowo-tlenowy - składa się z rękojeści, dwóch zaworów regulujących dopływa gazów, komory mieszania, dyszy; stosowanie do spawania gazowego, lutospawania, do podgrzewania przy kuciu i gięciu; reakcja spalania C2H2+O2, max temp 3150 stopni

Płomień acetylenowo-tlenowy: 3 strefy jądro o temp 300-1000 stopni strefa redukująca , 2-3mm od dyszy, temp 3050-3150 stopni kita o temp ok. 1200 stopni

Płomień acetylenowo-tlenowy: Rodzaje

Normalny- powstaje gdy na jedna objętość acetylenu przypada nieco wieksza ilość tlenu

Nawęglający - nadmiar acetylenu

Utleniający- nadmiar tlenu

Metody spawania gazowego:

W lewo: jest to metoda stosowana przeważnie do spawania cieńszych blach - gdy grubość metalu nie przekracza 4 mm. Palnik (2) prowadzimy od prawej do lewej strony przy pochyleniu pod kątem od 60° (przy blachach grubszych), do 30° (przy cieńszych). Spoiwo (drut) (1) prowadzi się pod kątem około 45° przed palnikiem. Płomień palnika roztapia brzegi metalu tworząc otworek w dolnej części metalu.

W prawo: metoda stosowana, gdy grubość metalu przekracza 4 mm. Spawanie to wymaga ukosowania brzegów zależnie od ich grubości na „V” lub „X”. Palnik (2) prowadzi się prostoliniowo od strony lewej do prawej pod kątem około 55°, natomiast spoiwo (1) pod kątem około 45° wykonując nim ruchy w obrębie jeziorka (3) w kierunku poprzecznym do kierunku spawania lub w kształcie półksiężyca. W tej metodzie spawania spoiwo porusza się za palnikiem.

W górę: elementy ustawione są pionowo. Palnik (2) i spoiwo (1) przesuwa się z dołu do góry. Podczas spawania palnik należy prowadzić równomiernie pod kątem około 30° do osi, a spoiwo skokowo pod kątem około 20° do osi.

CIĘCIE TERMICZNE- reczne lub maszynowe; do automatyczne ciecia na podstawie rysunku tech. Sluża fototrasery; można prowadzić także pod wodą

-Termiczne; cięcie materiału przez wypalenie szczeliny, skoncentrowanym strumieniem tlenu lub wytapianiem jej skoncentrowanym strumieniem ciepła

- Tlenowe; cięcie materiału przez wypalenie szczeliny skoncentrowanym tlenu przy współdziałaniu płomienia podgrzewającego

-tlenowo-proszkowe; cięcie materiału przez wypalenie szczeliny skoncentrowanym tlenu z dodatkiem proszku

-Tlenowo-łukowe; cięcie materiału przez wypalenie szczeliny skoncentrowanym tlenu przy współdziałaniu łuku elektrycznego jako źródła ciepła

-lancą tlenową; dzielenie materiału przez wypalenie lub wytapianie lanca tlenową

-łukowe; cięcie materiału przez wytapianie szczeliny łukiem elektrycznym

-plazmowe; cięcie materiału poprzez stapianie go w wąskiej strefie i wydmuchiwanie stopionego metalu skoncentrowanym strumieniem plazmy tworząc szczeline

-wybuchowe; rozdzielanie materiału przy kontrolowanej eksplozji ładunku wybuchowego

-elektronowe; ciecie materiału przez wytapianie szczeliny strumieniem elektronów

-termiczne w osłonie wodnej; materiał odizolowany wodą bądź mgłą wodną

Sposoby cięcia termicznego;

Tlenem; spalanie podgrzanego płomieniem gazowym metalu w strumieniu czystego tlenu stosowane do stali konstrukcyjnych weglowych i niskostopowych, a przy uzyciu odpowiednich topików- do żeliwa , także dla stali austenitycznych, przy uzyciu lancy tlenowej - do betonu i skał

Łukowe; wytapianie szczeliny łukiem elektrycznym

Tlenowo-łukowe; podgrzewanie metalu łukiem elektrycznym i jednoczesne spalanie w strumieniu tlenu

Plazmowe; wytapianie szczeliny metalu za pomocą strumienia plazmy dla stali wysokostopowych, metali nieżelaznych i ich stopów

Laserowe; wytapianie szczeliny skoncentrowaną wiązką promieni laserowych dla materiałów trudno topliwych

Rodzaje Cięcia -tlenem -laserowe -plazmowe -Strumieniem wody

-łukowe; lukowo-powietrzne elektroda grafitową, elektrodą otuloną,łukowo-tlenowe, metodą GMA, metodą GTA

CIECIE TLENOWE; spalanie podgrzanego płomieniem gazowym metalu w strumieniu czystego tlenu , stosowane do stali weglowych i niskostopowych, a przy uzyciu odpowiednich topików- do żeliwa , także dla stali austenitycznych, przy uzyciu lancy tlenowej - do betonu i skał; istotą ciecia tlenowego jest wypalanie szczeliny w metalu za pomoca strumienia tlenu przy współdziałaniu źródła ciepła najczęściej płomienia gazowego

Warunki ciecia tlenowego;

-metal spala się w tlenie

-temp zapłonu metalu w tlenie jest nizsza od temp topnienia metalu

-Temp topnienia żużla powstającego w czasie cięcia powinna być niższa od temp zapłonu przecinanego metalu

-powstający w trakcie cięcia żużel powinien być rzadkopłynny, a metal możliwie niską przewodność cieplną

-ilość ciepła wytworzona w płomieniu oraz ze spalania metalu powinna utrzymywać temp w miejscu cięcia wyższą od temp zapłonu metalu

Im wyższa zawartość węgla w stali tym wyższa temp zapłonu

Negatywnie na proces cięcia wpływa stan powierzchni( rdza,farba,smar) dlatego blachy przed cieciem powinny być piaskowane lub śrutowane. Najcześciej używamy acetylenu jako gazu podgrzewającego oraz stosuje się palniki uniwersalne, w przypadku stosowania innych gazów (tańsze)mankamentem jest wydłużenie czasu do nagrzania blachy do temp zapłonu

Budowa palnika smoczkowego: -rekojeść -zawory acetylenowy, tlenowy -przewód mieszankowy -dysza płomieniowa -nakretka łącząca rękojeść z nasadką -główka palnika do cięcia -dysza tnąca-wózek lub cyrkiel

Cięcie ręczne; -proces powszechnie stosowany i uniwersalny -niska dokładność , wymagana jest nastepnie odp obróbka mechaniczna -uniwersalność sprzętu -przecinanie elementów stalowych o grubości 3-300mm -predkość ciecia zależy od grubości blachy -zależnie od grubości blachy dobieramy odp. Dyszę i łuskę palnika oraz ciśnienie gazów -odległość jądra od powierzchni 3-6mm

Cięcie pakietowe;

-jednoczesne wycinanie blach o grubości 0,5-3 mm ułożonych w pakiecie -warunkiem otrzymania prawidłowego ciecia jest odp docisniecie do siebie odp oczyszczonych blach -skarajne blachy powinny być grubsze -proces może być zmechanizowany -grubość pakietu nie powinna przekraczac 120mm

Cięcie lancą tlenową

- do cięcia długich bloków, skrzepów hutniczych, betonu - lance stanowi rura stalowa o średnicy wew. 10-15mm i dlugości 4-8 m wypełniona drutami ze stali niskowęglowej i zasilana tlenem -stosowane także lance proszkowe(żelazny lub aluminiowy- zamiast pretów) - rozpoczyna się od nagrzania za pomocą innego palnika konca lancy do 1300stopni, po czym otwieramy dopływ tlenu powodując jej spalanie, koniec lancy przesuwa się do ciętego materiału i drąży otwór

CIĘCIE PLAZMOWE- jako gazu plazmotwórczego uzywa się mieszanek Ar-H2, N2-H2 lub rzadziej czystego azotu bądź powietrza, w porównaniu z cięciem tlenowym cięcie plazmowe (prędkość cięcia) jest 3 lub 2-ktotnie wieksza przy grubościach 5-15 mm lecz wyrównuje się przy 30mm

Akcelerator plazmy- urządzenie do przyspieszania zjonizowanego gazu (plazmy) wykorzystywany do badań reakcji termojądrowych a w spawalnictwie do ciecia, komora jonizacyjna połączona z zewnętrznym układem zasilającym i zasadniczy kanał akceleracyjny w którym nastepuje przyspieszenie i ostateczne uformowanie plazmy; uzyskiwane prędkości plazmy 10^7cm/s;

CIĘCIE LASEROWE; wytapianie szczeliny skoncentrowaną wiązką promieni laserowych, polega na miejscowym intensywnym nagrzewaniu materiału wiazka światła monochromatycznego, olbrzymia gęstość wąskiego strumienia energii powoduje intensywne topienie i parowanie materiału w szczelinie cięcia. Lasery do ciecia instalowane SA na automatach sterowane numerycznie, lub fotoelektrycznie

Metoda ta umożliwia;

-ciecie wszystkich metali i stopów pokrytych tworzywami sztucznymi, farba itp.

-ciecie materiałow organicznych i nieorganicznych; gumy Pvc itp.

Do cięcia metali (głownie stali) stosuje się głowice laserowe zasilane tlenem, natomiast do ciecia materiałow łatwopalnych głowice zasilane gazem ochronnym najczęściej azotem, gaz ochronny zapobiega powstawaniu tlenkow w szczelinie, co ułatwia proces.

---