Maszyny
technologiczne
(5) Maszyny
i urządzenia
spawalnicze
Wacław Skoczyński
pok. 2.17 B-4, tel. [phone]
[e-mail]
Zawartość tematyczna wykładu
1. Podział urządzeń spawalniczych
2. Urządzenia do spawania elektrodami otulonymi
3. Urządzenia do spawania elektrodami topliwymi w osłonach
gazowych
4. Półautomaty spawalnicze
5. Urządzenia do spawania i cięcia plazmowego
6. Automaty spawalnicze
7. Zgrzewarki oporowe i tarciowe
8. Maszyny i urządzenia do cięcia termicznego
1
y
ródła ciepła stosowane w spawalnictwie
Spawanie jest jedną z podstawowych technik wytwarzania i napraw
różnorodnych konstrukcji metalowych, stosowaną we wszystkich dzia-
łach gospodarki. W procesach spawalniczych miejscowe topienie metali
odbywa się pod wpływem skoncentrowanego strumienia energii cieplnej.
Obecnie stosowanymi w spawalnictwie z
ródłami ciepła uzyskanego w
wyniku przetworzenia energii elektrycznej są:
" skoncentrowany strumień światła,
" pole elektromagnetyczne o wielkiej częstotliwości, nagrzewające
spajane materiały w wyniku wytwarzania prądów indukcyjnych,
" rezystancja łączonych metali, na której jest wydzielane ciepło,
" łuk elektryczny,
" strumień elektronowy,
" strumień plazmy niskotemperaturowej,
" promień laserowy,
" tarcie mechaniczne.
Podział urządzeń spawalniczych (1)
1. Urządzenia do spawania lub napawania łukowego; rozróżnia się urządzenia
do spawania lub napawania:
" ręcznego elektrodami otulonymi,
" półautomatycznego lub automatycznego elektrodą topliwą w osłonie
gazów ochronnych, tj.:
- dwutlenku węgla MAG (Metal Active Gas),
- argonu lub mieszance argonu i dwutlenku węgla z przewagą argonu MIG
(Metal Inert Gas);
" automatycznego łukiem krytym (pod warstwą topnika);
" ręcznego lub automatycznego elektrodą nietopliwą (wolframową) w osłonie
argonu TIG (Tungsten Inert Gas);
" półautomatycznego lub automatycznego drutem elektrodowym o rdzeniu
proszkowym bez dodatkowej osłony gazowej (samoosłonowym) lub z dodat-
kową osłoną gazową.
2. Urządzenia plazmowe do spawania, napawania, natryskiwania i cięcia metali
- gdzie energia cieplna o dużej koncentracji jest uzyskiwana za pomocą stru-
mienia plazmy niskotemperaturowej.
2
Podział urządzeń spawalniczych (2)
3. Zgrzewarki elektryczne do metali - energia cieplna jest uzyskiwana z energii
elektrycznej w wyniku przemiany na rezystancji styku zgrzewanych elementów.
Do tych urządzeń są zaliczane zgrzewarki zwarciowe, iskrowe, punktowe, gar-
bowe i liniowe prądu przemiennego lub prądu stałego.
4. Zgrzewarki mechaniczne do metali - energia cieplna jest uzyskiwana z energii
elektrycznej pośrednio przez energię mechaniczną (kinetyczną). Są to zgrze-
warki tarciowe oraz zgrzewarki ultradz
więkowe.
5. Spawarki elektronowe - energia cieplna o bardzo dużej koncentracji jest uzyski-
wana w wyniku bombardowania spawanych elementów przez rozpędzone elek-
trony; Energia potencjalna pola elektrycznego jest przemieniana w generatorze
wiązki w energię kinetyczną rozpędzonych elektronów, a ta w energię cieplną
w wyniku zderzenia rozpędzonego elektronu z powierzchnią spawanego
przedmiotu.
6. Urządzenia laserowe do spawania i cięcia - energia cieplna o bardzo dużej
koncentracji jest uzyskiwana w wyniku działania strumienia laserowego na
powierzchnię spawanych lub przecinanych elementów. Rozróżnia się urządze-
nia laserowe o promieniu ciągłym (gazowe) oraz urządzenia o promieniu
impulsowym.
Urządzenia do spawania elektrodami otulonymi (1)
Do zasilania łuku spawalniczego przy spawaniu elektrodami otulonymi
w zależności od wymaganej technologii spawania są stosowane zasilacze
prądu przemiennego - transformatory lub prądu stałego:
" prostowniki spawalnicze,
" przetwornice spawalnicze - elektromechaniczne,
" prostowniki spawalnicze z wewnętrzną przemianą częstotliwości
- inwersyjne.
Najprostszymi zasilaczami łuku spawalniczego do spawania elektrodami
otulonymi prądem przemiennym są transformatory spawalnicze o opada-
jącej charakterystyce zewnętrznej. Zasadniczą właściwością tych trans-
formatorów jest możliwość zmiany napięcia i prądu w obwodzie prądu
przemiennego, tzn. możliwość dopasowania parametrów sieci zasilającej
do wymagań łuku spawalniczego. Konstrukcja transformatorów musi
zapewniać uzyskanie rodziny opadających charakterystyk zewnętrznych
dla założonego zakresu nastawiania prądu spawania.
3
Klasyfikacja transformatorów spawalniczych
Urządzenia do spawania elektrodami otulonymi (2)
Prostownikowe zasilacze spawalnicze - przekształtniki prądu przemien-
nego na prąd wyprostowany o odpowiednio ukształtowanej charakterysty-
ce zewnętrznej i o wymaganym zakresie nastawiania prądu spawania.
Przetwornice spawalnicze - zespoły dwumaszynowe, składające się
z silnika napędowego i prądnicy spawalniczej. Silnikiem napędowym jest
najczęściej asynchroniczny trójfazowy silnik elektryczny. Spotykane są też
przetwornice z silnikiem prądu stałego, stosowane najczęściej do prac
spawalniczych w kopalniach oraz w trakcji.
Prądnice spawalnicze - maszyny prądu stałego lub przemiennego
o zwiększonej częstotliwości. Prądnice prądu przemiennego znalazły za-
stosowanie w przetwornicach spawalniczych dopiero po wyposażeniu je
w diodowe zespoły prostownikowe. Najlepszymi wskaz
nikami energetycz-
nymi charakteryzują się prądnice prostownikowe z automatycznym wzbu-
dzeniem, w których klasyczny komutator ze szczotkami zastąpiono diodo-
wym zespołem prostownikowym. Prądnice te są stosowane głównie do
zespołów napędzanych silnikiem spalinowym.
4
Klasyfikacja prądnic spawalniczych prądu stałego
Urządzenia do spawania elektrodami otulonymi (3)
Prostowniki z wewnętrzną przemianą częstotliwości - inwertorowe
powstały po wprowadzeniu elementów energoelektronicznych (tyrystorów,
tranzystorów) zdolnych do przenoszenia dużych mocy przy stosunkowo
wysokim napięciu.
Wprowadzenie tranzystorów dużej mocy umożliwiło uzyskanie często-
tliwości powyżej 20 kHz, tj. poza pasmem akustycznym. Spowodowało to
radykalne zmniejszenie masy tych urządzeń oraz uzyskanie możliwości
sterowania zjawiskami zachodzącymi w przestrzeni międzyelektrodowej
w czasie spawania, głównie związanych z przenoszeniem metalu.
Wprowadzenie zasilania impulsowego i sterowania dyskretnego
często-tliwością przemiany i szerokością impulsów umożliwiło sterowanie
tymi dwoma parametrami przez co uzyskano wpływ na częstotliwość
odrywa-nia się i wielkość kropel metalu, przenoszonych z elektrody do
jeziorka spoiny. Uzyskanie takiego efektu przy zasilaniu analogowym nie
było możliwe. Sterowanie procesem spawania jest szczególnie ważne
przy spawaniu zautomatyzowanym i zrobotyzowanym.
5
Porównanie parametrów różnych rodzajów zasilaczy
łuku spawalniczego o prądzie znamionowym 400A
Urządzenia do spawania elektrodami topliwymi
w osłonach gazowych
Podstawowe urządzenia do spawania
elektrodami topliwymi w osłonach gazowych
składają się z następujących zespołów:
" zasilacza energii elektrycznej o parame-
trach wyjściowych i charakterystykach
przystosowanych do wymagań łuku spa-
walniczego płonącego w atmosferze gazu
osłonowego;
" podajnika drutu elektrodowego doprowa-
dzającego drut do strefy łuku ze stałą na-
stawianą prędkością;
" uchwytu spawalniczego lub głowicy spa-
walniczej, połączonych z zasilaczem gięt-
Schemat spawania elektrodą kim przewodem zawierającym: przewody
topliwą w osłonie gazu
prądowe i sterownicze, spiralę stalową lub
teflonową do podawania elektrody;
" butli z gazem osłonowym;
" pulpitu zdalnego sterowania.
6
Odmiany spawania GMA (Gas Metal Arc)
" metoda MIG (Metal Inert Gas) - w osłonie gazów obojętnych, jakimi są
argon i hel
" metoda MAG (Metal Active Gas) - w osłonie gazu aktywnego, jakim jest
dwutlenek węgla; stosowane są również mieszanki gazowe, dwu- i trój-
składnikowe, zawierające C02 i Ar oraz C02, Ar i O2;
" metoda TIME (Transferred lonized Molfen Energy) - w osłonie mieszan-
ki, czteroskładnikowej zawierającej He, CO2, O2 i Ar.
Dobór mieszanki gazowej jest związany ze stosowaną technologią
spawania, wymaganą jakością połączeń oraz wydajnością spawania.
Rodzaj zastosowanej mieszanki gazowej ma również wpływ na stopień
złożoności urządzeń zasilających i sterowniczych. Charakterystyki tych
urządzeń powinny zapewnić stabilność procesu spawania.
Podajniki drutu elektrodowego
Istnieją dwa zasadnicze sposoby po-
dawania drutu elektrodowego:
" za pomocą rolek napędzanych przez
przekładnię ślimakową (klasyczny,
stosowany od dawna)
" z przekładnią planetarną (nowszy).
Podajnik drutu elektrodowego składa
się z silnika napędowego, przekładni
mechanicznej, rolek napędzających
drut elektrodowy, szpuli z drutem oraz
układu sterowania. Rolki podające
drut są napędzane silnikiem elektrycz-
Rys. 5.24. Schemat poglądowy urządzenia do spawania nym poprzez przekładnię mechanicz-
w atmosferze gazów ochronnych elektrodami topliwymi;
ną redukującą obroty. W podajnikach
P - podajnik, 1 - silnik napędowy, 2 - przekładnia
tych są stosowane silniki prądu stałe-
mechaniczna, 3 - szpula na drut elektrodowy, 4 - rolki
go o różnych konstrukcjach, które są
napędzające drut, US - układ sterowania, K. - rurka
kontaktowa w uchwycie spawalniczym, Z - zasilacz
zasilane i sterowane w sposób analo-
energii łuku spawalniczego
gowy lub impulsowy
7
Uchwyty spawalnicze (1)
Uchwyty spawalnicze do
spawania elektrodami topli-
wymi w atmosferach ochron-
nych są wykonywane w dwu
odmianach:
fajkowe - chłodzone natural-
nie lub wodą,
pistoletowe - z zespołem na-
pędowym elektrody typu
"ciągnij", chłodzone wodą.
Uchwyty powinny być
łatwe i wygodne w obsłudze,
a ich masa nie powinna
przekraczać 0,4 kg.
Uchwyt spawalniczy do spawania metodami GMA: 1 - dysza gazowa,
2 - rurka kontaktowa, 3 - korpus uchwytu - typ fajkowy, 4 - izolacja,
5 - wyłącznik, 6 - rękojeść dzielona, 7 - oplot, 8 - przewód prądowo-
wodny, 9 - osłona, 10 - przewód gazowy, 11 - wewnętrzna wykładzi-
na przewodu doprowadzającego gaz, 12 - doprowadzenie wody,
13 - przewody sterujące
Uchwyty spawalnicze (2)
Uchwyt spawalniczy jest połączo-
ny z podajnikiem za pomocą prze-
wodu giętkiego (scalonego).
W przypadku uchwytów chłodzo-
nych wodą przewód ten składa się
z powłoki ochronnej, węża dopro-
wadzającego gaz, przewodu prą-
dowo-wodnego, węża doprowa-
dzającego wodę, węża z wkładką
wewnętrzną do transportu elektro-
dy drutowej oraz z żył sterujących.
Do palników chłodzonych wodą
Uchwyt pistoletowy z napędem elektrody typu  ciągnij :
1 - korpus uchwytu - fajkowy, 2 - izolacja, 3 - rurka kontak- przewód prądowy oraz przewód
towa, 4 - dysza gazowa, 5 - regulator prędkości drutu,
wodny stanowią jeden element,
6 - wyłącznik, 7 - układ podawania drutu z dz
wignią docis-
przez co cały przewód scalony jest
kową, 8 - wziernik, 9 - wąż ochraniający, 10 - wąż gazowy,
lżejszy i bardziej giętki.
11 - przewód sterujący, 12 - wąż wodny, 13 - przewód
doprowadzający drut z wewnętrzną wkładką, 14 - przewód
prądowo-wodny
8
Dobór rurki kontaktowej
Do zapewnienia dobrego
przepływu prądu do ru-
chomej elektrody w po-
staci drutu służy rurka
kontaktowa, której otwór
musi być dopasowany
do średnicy tego drutu.
Rurki kontaktowe o zbyt
dużym otworze lub nad-
miernie zużyte ograni-
czają wydajność spawa-
nia z uwagi na zły styk
prądowy
Półautomaty spawalnicze
Półautomaty do spawania metodami GMA charakteryzują się auto-
matycznym podawaniem spoiwa, tzn. drutu elektrodowego, przy ręcznym
wykonywaniu spoiny za pomocą uchwytu spawalniczego.
Półautomaty spawalnicze (rys. 5.30) składają się z następujących
zespołów:
" z
ródła zasilania o sztywnej charakterystyce zewnętrznej,
" podajnika drutu elektrodowego,
" uchwytu spawalniczego z przewodem giętkim (scalonym),
" butli z gazem i osprzętem gazowym,
" ewentualnie urządzenia do chłodzenia wody w obiegu zamkniętym.
Półautomaty są budowane z tych zespołów w różnej konfiguracji, przy
różnych długościach przewodów łączących, w zależności od przeznacze-
nia i założonych prądów spawania.
9
Przykłady różnych
połączeń zespołów
w półautomatach
spawalniczych
a). Zasilacz i podajnik są umie-
szczone w jednej obudowie,
b). Podajnik jest umieszczony na
zasilaczu, na przegubie obro-
towym,
c). Zasilacz i podajnik są roz-
dzielone, przy czym podajnik
jest wyposażony we własne
kółka jezdne,
d). Szpula z drutem elektrodo-
wym jest wydzielona z podaj-
nika i znajduje się w oddziel-
nej obudowie na zasilaczu;
zespół podający jest umie-
szczony w obudowie na wła-
snych kółkach jezdnych,
e). Podajnik jest umieszczony na
wysięgniku zamocowanym na
przegubie do górnej części
zasilacza,
f). Prostownik zasila dwa stano-
wiska spawalnicze.
Zasada procesu spawania elektrodą nietopliwą
Spawanie elektrodą nietopliwą w atmo-
sferze gazu ochronnego odbywa się
w taki sposób, że jeziorko spawalnicze
i rozgrzana elektroda są chronione
przed dostępem powietrza. Gaz
ochronny jest doprowadzany do prze-
strzeni międzyelektrodowej przez dy-
szę palnika. Przy tym spawaniu spoina
powstaje w wyniku stapiania przez łuk
krawędzi łączonych elementów.
W przypadku gdy występują specjalne
wymagania co do formy i wymiarów
spoiny, do jeziorka spawalniczego jest
dostarczane dodatkowe spoiwo w po-
staci drutu lub pałeczek. Elektrody
nietopliwe są wykonane z wolframu,
a) bez dodatkowego spoiwa, b) z dodatkowym spoiwem;
węgla elektrotechnicznego lub grafitu,
1 - elektroda, 2 - uchwyt elektrody, 3 - dysza, 4 - łuk,
w postaci okrągłych prętów.
5- jeziorko,6 - spoiwo dodatkowe
10
Schemat stanowiska do spawania metodą TIG
Urządzenia do spawania ręcz-
nego metodą TIG składają się
z następujących zespołów:
" zasilacza energetycznego łuku,
" przystawki zawierającej układ
sterowania (urządzenie zaja-
rzające łuk (jonizator) lub do
eliminacji składowej stałej
prądu),
" kompletu palników z przewo-
dami,
" osprzętu gazowego wraz
z butlą gazową.)
Zespoły te mogą być łączone
1 - zasilacz energetyczny łuku 2 - uchwyt elektrody, 3 - butla
jako oddzielne elementy stano-
z argonem, 4 - reduktor ciśnienia, 5  przepływomierz, 6 - zawór
nastawczy, 7 - zawór elektromagnetyczny, 8 - przekaz
nik czaso- wiska spawalniczego bądz
mon-
wy, 9 - sygnalizator przepływu wody chłodzącej, 10 - jonizator, 11
towane w jednym korpusie,
- przycisk sterowniczy na palniku, 12 - urządzenie do elimina-cji
z wyjątkiem butli gazowej.
składowej prądu stałego przy spawaniu prądem przemiennym
Zadania spełniane
przez urządzenia do spawania metodą TIG
" inicjowanie zajarzenia łuku bez zwierania elektrody, a przy
spawaniu prądem przemiennym stabilizacja łuku przez wspomaganie
zajarzenia, przy każdorazowym przejściu sinusoidy prądu przez zero
" zapewnienie stopniowego narastania prądu od zera do nastawionej
wartości według zadanego programu, przy rozpoczynaniu spawania,
" zapewnienie stabilnego płonięcia łuku w czasie spawania,
" zapewnienie stopniowego zmniejszania prądu spawania według za-
danego programu, aż do całkowitego wyłączenia, celem wypełnienia
krateru na końcu spoiny,
" eliminacja składowej stałej przy spawaniu prądem przemiennym
z sieci energetycznej,
" zapewnienie osłony gazowej z wyprzedzeniem, tzn. przed zajarze-
niem łuku i z opóz
nieniem, tzn. po wyłączeniu prądu spawania.
11
Palnik do spawania metodą TIG
Palnik z chłodzeniem naturalnym
przeznaczony do spawania prądem
do 200 A składa się z elektrody wol-
framowej, uchwytu elektrody, dyszy
ceramicznej, korka, rękojeści wypo-
sażonej w przycisk elektryczny do
załączania i wyłączania prądu spa-
wania, przewodów: prądowo-gazo-
wego i sterowania, oraz przyłączy.
Elektrodę wolframową mocuje się
przy użyciu tulejki zaciskowej o śred-
nicy odpowiadającej średnicy stoso-
wanej elektrody. Elektroda jest za-
ciskana w tulejce zaciskowej za po-
mocą korka uszczelniającego górną
cześć uchwytu. Dysza ceramiczna
formująca strumień gazu osłonowe-
1 - korek, 2 - dysza wymienna, 3 - rękojeść z przyciskiem
go jest osadzona w dalszej części
sterującym, 4 - elektroda wolframowa,
uchwytu.
5 - przewody z przyłączami
Zasada tworzenia łuku plazmowego
Urządzenia plazmowe, wytwarzające łuk plazmowy niskotemperaturowy
jako z
ródło energii cieplnej, są stosowane do spawania, napawania i cię-
cia termicznego metali. O przeznaczeniu urządzenia decyduje konstrukcja
poszczególnych jego zespołów, a głównie palnika i z
ródła zasilania łuku.
Jako gazy plazmowe są stosowane mieszanki argonowo-wodorowe lub
azotowo-wodorowe, powietrze a nawet czysty tlen.
Plazma niskotemperaturowa powstaje w efekcie wymuszonego zwięk-
szenia gęstości cząsteczek zjonizowanych w słupie łuku przez zmniejsze-
nie średnicy słupa łuku. Jeżeli z jakiejkolwiek przyczyny nastąpi ograni-
czenie wymiarów poprzecznych łuku, czyli nastąpi jego przewężenie,
wówczas wystąpi wzrost temperatury łuku, nawet do kilkudziesięciu
tysięcy stopni.
12
Schematyczne przekroje palników plazmowych
A
uk może być przewężony różnymi spo-
sobami, np. w wyniku przepuszczenia go
przez specjalna dyszę. Gaz plazmowy
doprowadzony do komory 1 palnika wy-
pływa przez dyszę 2, zawęża łuk i izoluje
pod względem elektrycznym i termiczym
dyszę od łuku, chroniąc ją przed prze-
grzaniem. Część gazu przepływająca
w przekroju słupa łuku, nagrzana i zjoni-
zowana, wypływa z dyszy w postaci
strumienia plazmy.
A
uk plazmowy wytwarzany w plazmotro-
nie może być bezpośredni lub pośredni.
Bezpośredni - płonie bezpośrednio mię-
Rys. 7.1. Schematyczne przekroje palników
dzy elektrodą (katodą) 3 i spawanym
plazmowych: a) z bezpośrednim łukiem
materiałem (anodą) 7, 8,
plazmowym, b) z pośrednim łukiem plazmowym;
Pośredni - łuk płonie między elektrodą
1- kanał gazu plazmowego 2  dysza plazmowa,
(katodą) 3 i dyszą (anodą) 2, 8, a na-
3 -elektroda (katoda), 4 - kanał gazu osłonowego,
5 - łuk plazmowy, 6- strumień plazmy, 7 - materiał grzany i zjonizowany gaz jest wydmuchi-
spawany, 8 - anoda, 9 - dysza gazu osłonowego
wany z dyszy 2 jako strumień plazmy 6.
Schemat układu zasilania i sterowania
procesu spawania mikroplazmowego
P - prostownik, ZP - zasilacz pomocniczy, J - jonizator, ZG - zasilacz główny, USM - układ sterująco
-manipulujący, UKG - układ załączania i kontroli przepływu gazu i wody, EW - elektroda wolframowa,
DP - dysza plazmowa, M - materiał spawany
13
Palniki do cięcia plazmowego
a) palnik do cięcia prądem do 20 A, b) palnik do cięcia prądem do 60 A; 1 - łącznik do załączania zasilania
łuku plazmowego, 2 - nakrętka, 3 - dysza, 4 - katoda, 5 - tulejka, 6 - przewód prądowy powietrza,
7 - przewody łącznika, 8 - przewód zasilania łuku pomocniczego, 9 - płozy
Zależność grubości przecinanych blach stalowych
od natężenia prądu dla cięcia plazmowego
Prąd w łuku plazmowym Grubość blachy
[A] [mm]
15 3
20 4,5
30 9
50 12
70 18
80 21
100 24
120 30
150 36
14
Wycinanie strumieniem plazmy
Automatyzacja procesów spawalniczych
Cele mechanizacji lub automatyzacji procesów spawalniczych:
" osiąganie wysokiej jakości wyrobów spawanych przy zapewnieniu,
powtarzalności uzyskiwanych połączeń spawanych,
" wzrost wydajności i obniżenie kosztów wytwarzania,
" uzyskiwanie połączeń spawanych niemożliwych do osiągnięcia bez
wykorzystania środków mechanizacji lub automatyzacji,
" odsunięcie człowieka ze strefy zagrożenia (jaką jest proces spawania)
spowodowanego oddziaływaniem łuku elektrycznego oraz wydzielają-
cych się gazów i pyłów.
Najczęściej automatyzowane czynności w procesie spawania:
" podawanie spoiwa,
" przemieszczanie łuku spawalniczego wraz z głowicą lub uchwytem
i wzdłuż spoiny albo przemieszczanie spawanego elementu pod nieru-
chomo mocowaną głowicą lub uchwytem,
" kontrola położenia łuku nad stykiem blach spawanych,
" regulacja parametrów spawania według zadanego programu.
15
Podział automatów spawalniczych
Automat do spawania i napawania pod topnikiem
Główne podzespoły automatu:
" głowica z mechanizmem napędu
rolek podających elektrodę,
" mechanizm posuwu automatu,
" układ podawania topnika, wyposa-
żony często w automatyczny zbie-
racz topnika nie stopionego w cza-
sie spawania,
" zespół mocowania szpuli lub kręgu
drutu elektrodowego,
" układ sterowania wraz z pulpitem
sterowniczym,
" wskaz
nik świetlny ułatwiający ręcz-
1 - zbierak topnika, 2 - podajnik elektrody, 3 - silnik podaj-
ne sterowanie prowadzeniem gło-
nika, 4 - reduktor, 5 - nastawnik poprzeczny, 6  mecha-
wicy automatu lub system czujni-
nizm napędu pionowego, 7 - mechanizm napędu posuwu,
8 - zasypnik topnika, 9 - szyna jezdna, 10 - uchwyt krzy- ków umożliwiających automatycz-
żowy na drut, 11 - mechanizm prostowania drutu, 12 - rolki
ne sterowanie położeniem głowicy,
podające, 13 - końcówka prądowa, 14 - wskaz
nik świetlny,
" zasilacz prądu spawania.
15 - koszyczek na topnik
16
Schemat procesu napawania plazmowego
Do palnika jest doprowadza-
ny gaz plazmowy, gaz osłono-
wy oraz proszek transporto-
wany za pomocą gazu, zwy-
kle argonu. Jako gaz plazmo-
wy oraz gaz osłonowy jest
stosowany również argon.
Proszek jest przenoszony
z dozownika poprzez kanały
w palniku do strefy łuku plaz-
mowego, gdzie zostaje prze-
topiony i nałożony w formie
płynnej na podtopioną po-
wierzchnię elementu
1 - zasilacz prądu luku plazmowego, 2 - zasilacz prądu łuku
napawanego.
pomocniczego, 3 - jonizator, 4 - dysza plazmowa, 5 - dysza,
6 - doprowadzenie gazu ochronnego, 7 - dozownik proszku,
8 - doprowadzenie gazu transportującego proszek, 9 - elektroda
wolframowa
Zasada zgrzewania oporowego
Zgrzewanie oporowe jest procesem nierozłącznego łączenia punktowego lub do-
czołowego elementów metalowych. Połączenie zgrzewane powstaje w wyniku
przepływu prądu elektrycznego o dużej gęstości i działania siły dociskającej zgrze-
wane elementy w miejscu przepływu prądu. Prąd przepływający przez zgrzewane
elementy umieszczone pomiędzy miedzianymi elektrodami wytwarza ciepło, którego
ilość musi być tak dobrana, aby
nastąpiło miejscowe nagrzanie
materiału do temperatury blis-
kiej topliwości. Bezpośrednio na
styku blach dochodzi nawet do
roztopienia metalu w wąskiej
strefie. Rozgrzany metal zosta-
je wymieszany pod wpływem
siły docisku działającej na elek-
trody, tworząc trwałe połączenie
Rys. 10.1. Zasada zgrzewania oporowego: a). schemat
w postaci jądra zgrzeiny
zgrzewarki, b). schemat obwodu wtórnego zgrzewarki;
F  siła docisku elektrod, d  średnica części roboczej
elektrody, h  grubość zgrzewanych blach
17
Proces zgrzewania oporowego
w kolejnych sekwencjach
Rys. 10.2. Proces zgrzewania oporowego w kolejnych sekwencjach, a) faza docisku, b) faza zgrzewania,
c) faza formowania zgrzeiny
Schemat zgrzewania doczołowego
Elementy metalowe mocuje
się w uchwytach (szczękach
miedzianych), do których jest
dołączone uzwojenie wtórne
transformatora zgrzewarki.
W czasie zgrzewania elemen-
ty są dociskane doczołowo za
pomocą siły F. W wyniku prze-
pływu prądu na rezystancji
styku zgrzewanych elementów
wydziela się ciepło, powodując
nadtopienie powierzchni
stykających się elementów.
Następnie pod wpływem siły
Rys. 10.6. Schemat zgrzewania doczołowego: a) stan przed docisku następuje spęczenie
zgrzewaniem, b) stan po zgrzewaniu;
materiałów w miejscu nagrza-
lo - odległość szczęk przed zgrzewaniem, lx - odległość szczęk po
nia i utworzenie połączenia
zgrzewaniu, F - siła, S - szczęki mocujące zgrzewane elementy
nierozłącznego.
18
Typowa struktura zgrzewarki oporowej
Podstawowe układy
zgrzewarek:
" energetyczne zasilanie
elektrod,
" sterowanie parametrami
zgrzewania,
" układ docisku elektrod,
" chłodzenia elektrod,
" transformator oraz ele-
menty łącznika elektro-
nicznego.
Rys. 10.7. Typowa struktura zgrzewarki oporowej, 1 - obwód wtórny,
2 - transformator zgrzewarki, 3 - przełącznik zaczepów, 4 - sterownik
czasu i fazy, 5 - sterownik zaworów pneumatycznych oraz transformator
impulsów wyzwalających tyrystory, 6 - stycznik tyrystorowy, 7 - układ
sterowania zgrzewarki, 8 - zespól załączania i zabezpieczeń,
9 - uzwojenia elektromagnesów w zaworach pneumatycznych,
10 - cylinder pneumatyczny
Sposoby zgrzewania
W zgrzewaniu punktowym pojedyncze zgrzeiny punktowe wykonuje się za po-
mocą elektrod o kształcie świec.
Zgrzewanie garbowe polega na przepływie prądu przez elementy zgrzewane,
z których jeden ma wytłoczone garby. Elementy te są dociskane za pomocą płas-
kich elektrod (płyt). W miejscu tych garbów powstają zgrzeiny.
Zgrzewanie liniowe polega na zastosowaniu elektrod krążkowych obracających
się po zgrzewanym materiale, a prąd zgrzewania przepływa w postaci impulsów.
Zgrzeiny powstają szeregowo, a ich rozmieszczenie w linii jest zależne od pręd-
kości liniowej przemieszczania się elektrod oraz od częstotliwości załączanych
impulsów prądu zgrzewania. Przy odpowiednio dobranych parametrach mogą być
wykonywane tą metodą również połączenia hermetycznie szczelne.
Rys. 10.31. Sposoby zgrzewania: a) punktowe, b) garbowe, c) liniowe
19
Podstawowe elementy mechanizmów zgrzewarek
Rys. 10.32. Podstawowe elementy mechanizmów zgrzewarek: a) punktowej, b) garbowej, c) liniowej;
1 - ramię górne, 2 - ramię dolne, 3 - korpus, 4 - mechanizm dociskowy, 5 - głowica elektrodowa, 6 - stół,
7 - płyta mocująca
Zgrzewarka punktowa
20
Schemat procesu zgrzewania tarciowego
Dwa łączone elementy są mocowane
osiowo w uchwytach maszyny, przy
czym jeden z nich jest nieruchomy,
a drugi wprowadza się w ruch obrotowy
wokół głównej osi. Między tymi elemen-
Rys. 11.1. Schemat prostego procesu zgrzewania
tami powstaje siła tarcia F oraz moment
tarciowego
tarcia. W wyniku tarcia na styku zgrze-
wanych powierzchni powstaje z
ródło
ciepła wywołujące szybkie lokalne na-
grzewanie niewielkich objętości metalu.
Pod wpływem temperatury metal prze-
Rys. 11.2. Zgrzewanie tarciowe dwóch nieobrotowych
chodzi w stan plastyczności i jest wyda-
elementów za pomocą wirującej wstawki
lany ze styku w kierunku radialnym na
skutek działania siły osiowej oraz sił
odśrodkowych powodujących również
spęczanie elementów w miejscu
łączenia.
Rys. 11.3. Zgrzewanie tarciowe wibracyjne
Podstawowe schematy zgrzewarek tarciowych
Zgrzewarka konwencjonalna skła-
da się z zespołu napędowego,
sprzęgła, hamulca, wrzeciona, su-
portu i siłownika pneumatycznego
lub hydraulicznego do wytwarzania
siły osiowej i docisku.
Zgrzewarka inercyjna różni się od
konwencjonalnej wyposażeniem
w koło zamachowe oraz brakiem
hamulca.
Oba rodzaje zgrzewarek są wypo-
sażone w układy sterowania napę-
dem oraz siłownikiem pneuma-
tycznym lub hydraulicznym oraz
w systemy bieżącej kontroli jakości
Rys. 11.4. Podstawowe schematy zgrzewarek tarciowych:
a) konwencjonalnej, b) inercyjnej; 7 - silnik napędowy,
połączeń zgrzewanych.
2 - sprzęgło, 3 - hamulec, 4 - wrzeciono, 5 - elementy
zgrzewane, 6 - suport, 7 - siłownik docisku, 8 - koło
zamachowe
21
Zgrzewarka tarciowa
Zalety i wady zgrzewarek tarciowych
Zalety zgrzewarek tarciowych:
" duża wydajność procesu przy małych stratach materiałów, zależna od
gatunku i przekroju zgrzewanych elementów,
" małe zużycie mocy i energii związane z małą objętością nagrzewanych
elementów i dużą sprawnością energetyczną procesu,
" równomierne obciążenie sieci energetycznej w porównaniu z innymi
metodami zgrzewania,
" dobra jakość uzyskiwanych połączeń,
" duża powtarzalność połączeń dobrej jakości.
Wady zgrzewania tarciowego:
" ograniczona forma połączenia (praktycznie tylko połączenia doczołowe),
" ograniczona forma przekroju (połączenia głównie elementów okrągłych),
" ograniczona powierzchnia przekroju zgrzewanych elementów.
22
Maszyny i urządzenia do cięcia termicznego
W zależności od sposobu wytwarzania i skoncentrowanego strumienia
ciepła rozróżnia się cięcie tlenowe, plazmowe lub laserowe. Podstawo-
wym zadaniem maszyn i urządzeń do cięcia termicznego jest przemie-
szczanie z wymaganą prędkością i dokładnością skoncentrowanego
strumienia ciepła wzdłuż określonej trajektorii.
Automaty do cięcia tlenowego przeznaczone są do wycinania elemen-
tów ze stali węglowych i niskostopowych o rozmiarach uwarunkowanych
długością wysięgnika. W zależności od zastosowanego palnika i dysz
gazowych grubość wycinanych elementów wynosi 3-100 mm przy pręd-
kości cięcia 0,1-0,8 m/min.
Automaty do cięcia plazmowego umożliwiają wycinanie części o dowol-
nym kształcie z blach ze stali stopowych oraz metali nieżelaznych i ich
stopów według stalowego wzornika w podziałce 1:1. Grubość przecina-
nych materiałów zależy od zastosowanego palnika oraz gazu plazmowe-
go i wynosi 5-120 mm przy zastosowaniu mieszanki argonowo-wodorowej
oraz 5-40 mm przy zastosowaniu powietrza.
Półautomat do cięcia tlenowego
23
Automat do spawania i cięcia laserowego
Manipulowanie laserową głowicą optyczną polega na wykorzystaniu robota prze-
mysłowego. Głowica optyczna jest wówczas mocowana na ramieniu robota, podob-
nie jak uchwyt spawalniczy lub palnik do cięcia termicznego. Robot musi mieć
wówczas takie ograniczenia ruchów, aby promień laserowy nie mógł być wyprowa-
dzony poza ściśle określoną strefę pracy, szczególnie w przypadkach awarii lub
pomyłek programowych.
Rys. 15.4. Automat do spawania i cięcia laserowego z ruchomą głowicą optyczną
System laserowy do cięcia metalu
24