SPAWALNICTWO

       Do procesów technologicznych łączenia (spajania) metali zaliczamy między innymi połączenia cieplne, do których można zaliczyć: lutowanie, zgrzewanie, spawanie i napawanie.

Lutowanie

Lutowanie jest procesem technologicznym polegającym na łączeniu części metalowych za pomocą specjalnych stopów, zwanych lutami, które mają niższą od lutowanych metali temperaturę topnienia. Rozróżniamy dwa rodzaje lutowania: miękkie (temperatura topnienia lutu do 450 stopni ) i twarde (temperatura topnienia lutu powyżej 450 stopni). Zjawisko spajania, zachodzące między nagrzanym metalem lutowanym a stopionym spoiwem, polega na ścisłym przyleganiu ciekłego lutu do oczyszczonej powierzchni łączonych metali (zjawisko adhezji ). Cząsteczki ciekłego lutu przenikają w głąb łączonych metali wskutek dyfuzji. Proces ten jest związany z siłą przyciągania między atomami ciekłego lutu a atomami lutowanego metalu. Siła przyciągania atomów metalu lutowanego musi być większa niż siła topionego lutu, aby lut dobrze pokrywał (zwilżał) materiał lutowany. Proces ten jest zależny od rodzaju metalu lutowanego i lutu oraz czystości lutowanej powierzchni, temperatury nagrzania, przewodności cieplnej i czasu nagrzewania.

Zgrzewanie

Zgrzewanie to sposób łączenia metali polegający na tym, że części metalowe w miejscu łączenia doprowadza się przez nagrzewanie do stanu plastycznego ( ciastowatego ) lub do nadtopienia powierzchni łączonych przekrojów ( zgrzewanie iskrowe ) i następnie łączy się je z zastosowaniem odpowiedniej siły, np. przez kucie, prasowanie lub zgniatanie, bez używania metalu dodatkowego, tj. spoiwa. Zależnie od źródła ciepła, które służy do nagrzania części łączonych do stanu plastycznego lub do nadtopienia powierzchni łączonych, rozróżniamy następujące zasadnicze rodzaje zgrzewania : elektryczne oporowe, tarciowe, zgniotowe i wybuchowe.

Spawanie

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

Spawanie łukowe ręczne

Inne nazwy-spawanie łukowe elektrodą otuloną, spawanie elektryczne. Sposób pracy- ręczny Źródło ciepła- łuk elektryczny Osłona jeziorka- głównie topnik, częściowo gaz wytwarzany przez topnik. Zakres prądu- 25¸350A Moc cieplna-0,5¸11kJ/s

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

Charakterystyka metody

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

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

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

Zasadnicze funkcje otuliny to:

Osłona łuku przed dostępem atmosfery, Wprowadzenie do obszaru spawania pierwiastków odtleniających, wiążących azot i

rafinujących ciekły metal spoiny, Wytworzenie powłoki żużlowej nad ciekłym jeziorkiem i krzepnącym metalem spoiny, Regulacja składu chemicznego spoiny.

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

W skład stanowiska do spawania łukowego ręcznego elektrodą otuloną wchodzą:

Źródło prądu stałego lub przemiennego, Uchwyt elektrody doprowadzający prąd spawania do elektrody, Przewody spawalnicze doprowadzające prąd spawania ze źródła prądu do uchwytu i do

spawanego przedmiotu, Układ sterowania zdalnego źródłem prądu, Oprzyrządowanie konstrukcji spawanej, Odciąg dymów spawalniczych(w energetyce w związku ze specyfiką pracy jest to warunek

trudny do spełnienia).

Parametry spawania

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

Do podstawowych parametrów spawania elektrodą otuloną należą:

Rodzaj natężenia prądu spawania, Napięcie łuku, Prędkość spawania, Średnica elektrody i jej położenie względem złącza.

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

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

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

Prędkość przesuwania łuku wzdłuż złącza zależy od:

Rodzaju prądu, jego biegunowości i natężenia, Napięcia łuku, Pozycji spawania, Prędkości stapiania elektrody, Grubość spawanego materiału i kształtu złącza, Dokładności dopasowania złącza, Wymaganych ruchów końcówki elektrody.

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

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

Rodzaj spoiny

Pozycja spawania

Pochylenie elektrody w stosunku do płaszczyzny

złącza

Pochylenie elektrody w stosunku do osi

prostopadłej spoiny

Skierowanie elektrody w stosunku do kierunku

spawania

Czołowa Podolna 905 - 10 lub 10 - 30

Przeciwnie

Czołowa Naścienna 80 - 100 5 - 10 Przeciwnie

CzołowaPionowa z dołu do góry

90 5 - 10 Zgodnie

Czołowa Pułapowa 90 5 - 10 Przeciwnie

Pachwinowa Naboczna 455 - 10 lub 10 - 30

Przeciwnie

PachwinowaPionowa z dołu do góry

35 - 55 5 - 10 Zgodnie

Pachwinowa Pułapowa 30 - 45 5 - 10 Przeciwnie

Zajarzenie łuku

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

Urządzenia do spawania łukowego elektrodą otuloną

Do spawania łukowego elektrodą otuloną wykorzystuje się:

transformatory spawalnicze, prostownikowe zasilacze spawalnicze, przetwornice spawalnicze, prądnice spawalnicze.

Spawanie acetylenowo-tlenowe

Inna nazwa-spawanie gazowe Sposób pracy-ręczny Źródło ciepła-płomień gazowy Osłona jeziorka -produkty spalania; topnik w przypadku innych metali niż stal.

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

Płomień acetylenowo - tlenowy

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

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

Ciepło w spawaniu acetylenowo - tlenowym

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

Metody spawania gazowego

Rozróżniamy trzy zasadnicze metody spawania gazowego:

Spawanie w lewo-do materiałów o grubości poniżej 3mm. Spawanie w prawo-do materiałów o grubości powyżej 3mm. Spawanie w górę-do materiałów wszystkich grubości.

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

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

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

Spawanie TIG

Sposób pracy-ręczny, Źródło ciepła-łuk elektryczny, Osłona jeziorka-gaz obojętny, Zakres natężenia prądu-10-300A

      Zasada działania-łuk jarzy się między końcem elektrody wolframowej a metalem rodzimym złącza. Elektroda się nie stapia, ,a spawacz utrzymuje stałą długość łuku. Wartość natężenia prądu jest nastawiana na źródle prądu. Spoiwo zwykle jest dostępne w postaci drutu o długości 1m. Doprowadza się je w miarę potrzeby do przedniego brzegu jeziorka. Jeziorko jest osłaniane przez gaz obojętny wypierający powietrze z obszaru łuku. Jako gaz ochronny najczęściej stosowany jest argon.

Charakterystyka metody

      Obecnie spawanie TIG jest jednym z podstawowych procesów wytwarzania konstrukcji, zwłaszcza ze stali wysokostopowych, stali specjalnych, stopów niklu, aluminium, magnezu, tytanu i innych. Spawać można w szerokim zakresie grubości złączy, od dziesiętnych części mm do nawet kilkuset mm. Spawanie TIG prowadzone może być prądem stałym lub przemiennym.

      Urządzenia do spawania TIG są tanie i łatwe w obsłudze. W procesie spawania łukowego elektrodą nietopliwą w osłonie gazowej, połączenie spawane uzyskuje się przez stopienie metalu spawanych przedmiotów i materiału dodatkowego ciepłem łuku elektrycznego jarzącego się pomiędzy nietopliwą elektrodą i spawanym przedmiotem w osłonie gazu obojętnego lub redukcyjnego. Jest to "najczystszy" z wszystkich procesów spawania łukowego, porównywany z metalurgicznego punktu widzenia do mikroodlewania łukowego w osłonach gazowych. Elektroda nietopliwa wykonana jest z wolframu i zamocowana jest w specjalnym uchwycie palnika, umożliwiającym regulację położenia elektrody i jej wymianę. Koniec elektrody wystaje poza dyszę gazową od kilku do nawet kilkudziesięciu milimetrów, w zależności od warunków technologicznych spawania. Powłoka gazu ochronnego, podawana przez dyszę palnika wokół elektrody nietopliwej, chłodzi elektrodę i chroni ciekły metal spoiny i nagrzaną strefę spawania łączonych przedmiotów przed dostępem gazów z atmosfery. Jeziorko ciekłego metalu tworzone jest bez udziału topnika, niema więc wtrąceń niemetalicznych w spoinie i na jej powierzchni, a stopienie materiału rodzimego i dodatkowego odbywa się bez istotnych zmian w składzie chemicznym. Równocześnie nie ma rozprysku metalu, typowego dla innych procesów spawania łukowego, a możliwości podawania z zewnątrz łuku materiału dodatkowego, pozwala na niezależne sterowanie energią liniową łuku i ilością podawanego do obszaru spawania materiału dodatkowego. Przepływ prądu w łuku odbywa się w zjonizowanym gazie, a głównymi nośnikami prądu są elektrony wybite z atomów gazu ochronnego. Zajarzenie łuku odbywa się przez

krótkotrwałe zwarcie elektrody nietopliwej z przedmiotem lub specjalną płytką startową i szybkie jej cofnięcie. Drugim sposobem jest zastosowanie łuku pomocniczego między elektrodą a spawanym przedmiotem, utworzonego w wyniku przepływu prądu o małym natężeniu i wysokiej częstotliwości oraz wysokim napięciu.

Parametry spawania

Podstawowymi parametrami spawania TIG są:

Rodzaj i natężenie prądu, Napięcie łuku, Prędkość spawania, Rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego, Rodzaj materiału i średnica elektrody nietopliwej, Średnica (wymiary) materiału dodatkowego.

Spawanie TIG przeprowadzone może być prądem stałym oraz prądem przemiennym.

      a) Spawanie prądem stałym -przebiegać może z biegunowością dodatnią lub ujemną. Gdy elektroda podłączona jest do bieguna dodatniego (biegunowość dodatnia). Aby przenieść natężenie prądu z biegunowością dodatnią, elektroda musi mieć znacznie większą średnicę niż przy podłączeniu do bieguna ujemnego. Stosowane jest przy spawaniu w osłonie argonu lub helu prawie wszystkich metali i stopów z wyjątkiem cienkich blach z aluminium i jego stopów.

      b) Spawanie prądem przemiennym -pozwala na wykorzystanie zalety spawania prądem stałym z biegunowością dodatnią (zjawisko rozpylania powierzchniowej warstwy tlenków) bez specjalnych ograniczeń prądowych, wymaganych przy spawaniu prądem stałym z biegunowością dodatnią. Gorsza jest jednak stabilność łuku.

      c) Natężenie prądu - decyduje o głębokości wtopienia i szerokości spoiny, ale z drugiej strony oddziałuje na temperaturę końca elektrody nietopliwej. Wzrost natężenia prądu spawania zwiększa głębokość wtopienia i umożliwia zwiększenie prędkości spawania. Nadmierne natężenie prądu powoduje, że koniec elektrody wolframowej ulega nadtopieniu i pojawia się niebezpieczeństwo powstania wtrąceń metalicznych w spoinie.

      d) Napięcie łuku - decyduje w zależności od rodzaju gazu ochronnego o długości łuku oraz o kształcie spoiny i ściśle zależy od zastosowanego natężenia prądu oraz rodzaju materiału elektrody. Wzrost napięcia łuku zwiększa szerokość lica spoiny, maleje przy tym głębokość wtopienia i pogarszają się warunki osłony łuku i ciekłego metalu spoiny. Argon ma niski potencjał jonizacyjny -15,7 V, łuk jarzy się więc bardzo stabilnie

      e) Prędkość spawania - przy stałym natężeniu prądu i napięciu łuku, decyduje o energii liniowej spawania, a więc ilości wprowadzanego ciepła do obszaru złącza. Przez zmianę prędkości spawania regulować można nie tylko przemiany strukturalne w złączu, ale wielkość i rozkład naprężeń i odkształceń spawalniczych. Prędkość spawania wpływa równocześnie na głębokość przetopienia i szerokość spoiny parametr ten jest również ważny z uwagi na koszt procesu spawania. W przypadku spawania ręcznego TIG prędkość spawania jest parametrem wynikowym, zależnym od umiejętności operatora oraz wymaganego kształtu ściegu spoiny, przy danym natężeniu prądu i napięciu łuku.

Podstawowe gazy ochronne

Gazy ochronne do spawania TIG, to gazy obojętne Ar i He lub ich mieszanki z ewentualnym dodatkiem H2 (tab.2). niekiedy do gazu obojętnego dodawany jest azot, którego zadaniem jest podwyższenie temperatury łuku i umożliwienie dzięki temu spawania z dużymi prędkościami miedzi i jej stopów, często bez podgrzania wstępnego. Inne reaktywne gazy ochronne, jak np. CO2, powodują szybkie zużycie elektrody lub niestabilne jarzenie się łuku. W żadnym wypadku nie należy stosować dodatku CO2 lub O2 do argonu lub helu, gdyż powoduje to bardzo szybkie zużycie drogiej elektrody nietopliwej.

     a) Własności fizyczne gazów ochronnych. Gaz ochronny ma za zadanie nie tylko osłaniać elektrodę nietopliwą i obszar spawania przed dostępem atmosfery, ale decyduje również o energii liniowej spawania(napięcie łuku) ,kształcie spoiny i nawet składzie chemicznym stopiwa.

Podstawowymi własnościami fizycznymi gazów ochronnych, decydującymi o ich wpływie na proces spawania TIG, są:

potencjał jonizacji przewodnictwo cieplne ciężar właściwy punkt rosy dysocjacja i rekombinacja gazu

Rodzaj metalu spawanego

Rodzaj procesu spawania

Rodzaj gazu ochronnego

Opis podstawowych własności

Aluminium i stopy aluminium

Ręczne Ar Łatwe zajarzenie łuku i duża czystość spoiny

Automatyczne He , He+ArDuże prędkości spawania, możliwość spawania bez podgrzewania wstępnego

Magnez i stopy magnezu

Grubość złącza poniżej 1,5mm

ArŁatwość regulacji przetopienia i duża czystość spoiny

Grubość złącza powyżej 1,5mm

HeDobre przetopienie, najlepsze wyniki przy spawaniu prądem stałym

Stal węglowaRęczne Ar

Łatwość regulacji kształtu spoiny i zajarzenia łuku, możliwość spawania we wszystkich pozycjach

Automatyczne Ar+He Zwiększone przetopienie i szybkość spawania

Stale Cr-Ni Austenityczne

Ręczne Ar Ułatwiona regulacja przetopienia cienkich blach

Automatyczne

Ar+HeZwiększona głębokość przetopienia i szybkość spawania

Ar+max 35% H2Unika się podtopień, wymagane jest mniejsze natężenie przepływu niż czystego Ar

HeNajwiększe głębokości przetopienia i energie liniowe spawania

Cu, Ni i ich stopyRęczne i automatyczne

ArDuża łatwość spawania cienkich blach i ściegów graniowych cienkich rur

Ar+He Zapewnione wyższe energie liniowe spawania

HeMożliwość spawania grubych blach z dużymi prędkościami bez podgrzewania wstępnego

Tytan i jego stopyRęczne i automatyczne

Ar Duża czystość spoiny

HeWiększa głębokość przetopienia przy spawaniu grubych blach

Potencjał jonizacji gazu ochronnego decyduje o łatwości zajarzenia łuku, przewodzeniu prądu przez łuk(oporności łuku) i o napięciu łuku.

Przewodnictwo cieplne gazu ochronnego decyduje o kształcie ściegu spoiny. Ciężar właściwy gazu decyduje o stopniu ochrony jeziorka spawalniczego. Punkt rosy gazu ochronnego - określa koncentracje wody w gazie. Im niższy jest punkt rosy,

tym niższa jest zawartość wody, a przez to mniejsze niebezpieczeństwo tworzenia się pęcherzy gazowych w spoinie.

Elektrody nietopliwe.

      Elektrody nietopliwe do spawania TIG są podstawowym elementem obwodu spawania i od ich cech eksploatacyjnych zależy w dużym stopniu jakość spawania oraz ekonomiczność procesu. Cechy te to łatwość zajarzenia łuku i stabilność jarzenia się łuku, trwałość oraz szybkość zużycia elektrody. Elektrody nietopliwe wytwarzane są z czystego wolframu lub ze stopów wolframu.

Materiał dodatkowy

      Materiał dodatkowy do spawania TIG może mieć postać drutu, pałeczki, taśmy lub wkładki stapianej bezpośrednio w złączu. Do spawania ręcznego stosowane są druty lub pręty proste o średnicy 0,5 ¸ 9,5 mm i o długości 500-1000mm. Jako materiały dodatkowe do spawania TIG w większości przypadków stosowane są materiały o tym samym składzie chemicznym, co spawany materiał. W niektórych przypadkach konieczne jest zastosowanie materiału dodatkowego o wyraźnie różnym składzie chemicznym od spawanego materiału. I tak np. do spawania stali odpornych na korozję typu 9% Ni stosuje się stopy niklu; mosiądze spawa się brązami aluminiowymi, fosforowymi lub krzemowymi. Zazwyczaj dąży się jednak do tego, aby materiał dodatkowy miał lepsze własności niż materiał spawany.

Urządzenia do spawania TIG

Prostowniki tyrystorowe lub inwersyjne, Transformatory spawalnicze, Źródła zasilania stosowane powszechnie do spawania elektrodami otulonymi są stosowane

do spawania TIG po wyposażeniu stanowiska spawalniczego w dodatkowe zespoły.(rys 9). Poza składanymi stanowiskami używa się też źródeł zasilania wyposażonych we wszystkie zespoły, spełniające funkcje pomocnicze montowane we wspólnej obudowie. Takie urządzenia są przeznaczone tylko do spawania metodą TIG.

Proces spawania metodą TIG jest sterowany za pomocą złożonych układów montowanych w tzw. przystawce do zasilacza lub razem z zasilaczem w jednej obudowie.

Spawanie MIG/MAG

Inne nazwy- spawanie łukowe w osłonie gazowej, spawanie półautomatyczne, spawanie w osłonie CO2.

Sposób pracy - ręczny, z możliwością użycia mechanicznego przemieszczania prowadnika elektrody.

Źródło ciepła - łuk elektryczny. Osłona jeziorka - gaz nie reagujący z metalem spawanym. Zakres natężenia prądu - 60 ¸ 500A. Moc cieplna - 1¸25kJ/s.

      Zasada działania - łuk jarzy się między końcem elektrody a metalem rodzimym w linii złącza. Elektroda jest przesuwana ze stałą prędkością za pomocą silnika o nastawnej prędkości obrotowej. Prąd zależy od prędkości podawania elektrody. Długość łuku jest utrzymywana przez źródło prądu, a spawacz powinien prowadzić wylot prowadnika elektrody na stałej wysokości nad jeziorkiem(zwykle kilkanaście mm). Przestrzeń łukowa i spawany metal są osłaniane gazem dobranym odpowiednio do spawanego metalu. Gazami powszechnie używanymi są: argon, argon z dodatkiem 5% tlenu lub 20% dwutlenku węgla albo czysty dwutlenek węgla. Typowe zastosowani - wyrób o średniej grubości łączonych elementów, cienkie blachy.

Charakterystyka metody

      Spawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonach gazowych (MIG-spawanie w osłonach gazów obojętnych, MAG-spawanie w osłonach gazów aktywnych), jest obecnie jedną z najpowszechniej stosowanych metod spawania konstrukcji. Dokładna osłona łuku jarzącego się między elektrodą topliwą a spawanym materiałem zapewnia, że spoina formowana jest w bardzo korzystnych warunkach. Spawanie MIG/MAG zastosowane więc może być do wykonania wysokiej jakości połączeń wszystkich metali, które mogą być łączone za pomocą spawania łukowego. Należą do nich stale węglowe i niskostopowe, stale odporne na korozję, aluminium, miedź, nikiel i ich stopy. Spawanie MIG/MAG polega na stapianiu materiału spawanego i materiału elektrody topliwej ciepłem łuku elektrycznego jarzącego się pomiędzy elektrodą topliwą i spawanym przedmiotem, w osłonie gazu obojętnego lub aktywnego. Metal spoiny formowany jest z metalu stapiającego się drutu elektrodowego i nadtopionych brzegów materiału spawanego. Podstawowe gazy ochronne stosowane do spawania MIG/MAG to gazy obojętne argon, hel oraz gazy aktywne; CO2, H2, O2, N2, i NO, stosowane oddzielnie lub tylko jako dodatki do argonu czy helu. Elektroda topliwa w postaci drutu pełnego, zwykle o średnicy od 0,5¸4,0 mm, podawana jest w sposób ciągły przez specjalny system podający, z prędkością w zakresie od 2,5¸50 m/min. Palnik chłodzony może być wodą lub powietrzem.

      Spawanie MIG/MAG prowadzone może być prądem stałym lub przemiennym we wszystkich pozycjach. Obecnie prawie wyłącznie stosuje się spawanie MIG/MAG prądem stałym z biegunowością dodatnią. Spawanie prowadzone jest jako półautomatyczne zmechanizowane, automatyczne lub w sposób zrobotyzowany. Dzięki dużej uniwersalności procesu, łatwość regulacji , spawanie MIG/MAG

pozwala na wykonywanie różnorodnych konstrukcji z różnych metali i stopów w warunkach warsztatowych i montażowych, we wszystkich pozycjach.

Parametry spawania

Podstawowymi parametrami spawania MIG/MAG są:

Rodzaj i natężenie prądu(prędkość podawania drutu), Napięcie łuku, Prędkość spawania, Rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego, Średnica drutu elektrodowego, Długość wolnego wylotu elektrody, Prędkość podawania drutu elektrodowego, Pochylenie złącza lub elektrody.

      a) Spawanie prądem stałym z biegunowością dodatnią jest najpowszechniej stosowanym sposobem spawania MIG/MAG. Przy małych natężeniach prądu, elektroda stapia się w osłonie gazów obojętnych grubokroplowo bez rozprysku, natomiast w osłonie CO2 ze znacznym rozpryskiem, nawet do kilkunastu procent. Odrywanie kropli od końca elektrody jest utrudnione, a przenoszenie przez łuk nieosiowe.

      b) Spawanie prądem stałym z biegunowością ujemną w osłonie gazów obojętnych i aktywnych umożliwia tylko spawanie z grubokroplowym i nieosiowym przenoszeniem metalu w łuku, bez względu na wielkość natężenia prądu. Rozprysk metalu jest znaczny, a głębokość przetopienia znacznie mniejsza niż przy biegunowości dodatniej; choć wydajność stapiania elektrody jest nawet o 100% wyższa

      c) Spawanie prądem przemiennym wymaga użycia źródeł prądu o wysokim napięciu biegu jałowego w celu zapewnienia stabilnego jarzenia się łuku i grubokroplowego przenoszenia metalu w łuku. Gdy prąd przemienny ma biegunowość ujemną, przenoszenie metalu jest utrudnione i występuje rozprysk, natomiast przy biegunowości dodatniej łuk jarzy się stabilnie. Naniesienie powłoki emulsyjnej na elektrodę topliwą zapewnia, podobnie jak przy spawaniu prądem stałym z biegunowością ujemną, stabilne i natryskowe przenoszenie metalu w łuku. Spawanie prądem przemiennym ma niewielkie zastosowanie w przemyśle.

      d) Natężenie prądu - jest ściśle powiązane ze zmianą szybkości podawania drutu, która musi być równa prędkości stapiania drutu. Wzrost natężenia prądu powyżej wartości krytycznej, dla danej średnicy elektrody, zmniejsza wielkość kropli, zwiększa częstotliwość ich przejścia i poprawia stabilność łuku.

Przy dużych gęstościach prądu, rzędu 600-700 A/mm2, uzyskuje się najlepsze wyniki spawania, wysoka jest wydajność spawania dochodząca do ponad 20 kg stopiwa na godzinę. Równocześnie duża jest głębokość wtopienia, lecz spawanie ograniczone jest tylko do pozycji podolnej i nabocznej. Przy stałym natężeniu prądu głębokość wtopienia zwiększa się wraz z obniżeniem średnicy elektrody.

      e) Napięcie łuku - ściśle zależy od składu gazu ochronnego. Wzrost napięcia łuku sprawia, że wzrasta szerokość ściegu spoiny i obniża się głębokość wtopienia. Nadmierne napięcie łuku prowadzi do powstania rozprysku, porowatości i podtopień lica spoiny. Zbyt niskie napięcie łuku powoduje, że spoiny są porowate i pojawiają się nacieki lica.

      f) Prędkość spawania - jest parametrem wynikowym dla danego natężenia prądu i napięcia łuku, przy zachowaniu właściwego kształtu spoiny. Gdy prędkość spawania ma być nawet nieznacznie zmieniona, należy zmienić natężenie prądu lub napięcie łuku w celu utrzymania stałego kształtu spoiny.

Gaz ochronny

Gaz ochronny - decyduje o sprawności osłony obszaru spawania, ale i o sposobie przenoszenia metalu w łuku, prędkości spawania i kształcie spoiny.

Gazy obojętne, argon i hel, choć doskonale chronią ciekły metal spoiny przed dostępem atmosfery, nie są odpowiednie we wszystkich zastosowaniach spawania MIG/MAG

Gaz ochronnyDziałanie

chemiczneSpawane metale

Ar obojętny Zasadniczo wszystkie metale poza stalami węglowymi.

He obojętnyAl., Cu, stopy Cu, stopy Mg, zapewniona duża energia liniowa spawania.

Ar+20-80% He obojętnyAl., Cu, stopy Cu, Mg, zapewnione duże energie liniowe spawania, mała przewodność cieplna gazu.

N2 redukujący Spawanie miedzi z dużą energią liniową.

Ar+20-25% N2 redukującySpawanie miedzi z dużą energią liniową łuku, lepsze jarzenie się łuku niż w osłonie 100% N2.

Ar+1-2% O2 słabo utleniającyZalecana głównie do spawania stali odpornych na korozję i stali stopowych.

Ar+3-5% O2 utleniający Zalecana do spawania stali węglowych i niskostopowych.

CO2 utleniający Zalecana wyłącznie do spawania stali niskowęglowych.

Ar+20-50% CO2 utleniający Zalecana wyłącznie do spawania stali węglowych i niskostopowych.

Ar+10% CO2+5% O2 utleniający Zalecana wyłącznie do spawania stali węglowych i niskostopowych.

CO2+20% O2 utleniającyZalecana wyłącznie do spawania stali niskowęglowych i niskostopowych.

90% He+7,5% Ar+2,5% CO2

slabo utleniający Stale odporne na korozję.

60% He+35% Ar+5%CO2

utleniający Stale niskostopowe o wysokiej udarności.

Przez zmieszanie w odpowiednich proporcjach helu lub argonu z gazami aktywnymi chemicznie uzyskuje się zmianę charakteru przenoszenia metalu w łuku i wzrasta stabilność łuku i pojawia. Równocześnie możliwe jest znaczne ograniczenie lub całkowite wyeliminowanie rozprysku.

Podstawowymi gazami aktywnymi są: CO2, O2, NO, N2, H2.

Natężenie przepływu gazu ochronnego dobrane musi być tak, aby zapewniona była stała osłona obszaru spawania, nawet podczas przeciągów czy wiatru. Natężenie przepływu powinno ustawiać się tak, aby na jeden milimetr średnicy dyszy gazowej przypadał 1,0 l/min.

Druty elektrodowe

      a) Średnica drutu elektrodowego - decyduje o gęstości prądu, a w efekcie o głębokości wtopienia i o charakterze przenoszenia metalu w łuku. Dla danej wartości natężenia prądu wydajność stapiania wzrasta ze zmniejszeniem się średnicy drutu. Druty o małej średnicy, do 1,2 mm, zaleca się stosować do spawania złączy cienkich blach oraz przy spawaniu w pozycjach przymusowych. Większe średnice drutów od 1,2 mm¸4,0 mm stosowane są w spawaniu półautomatycznym lub automatycznym, w pozycji podolnej.

      b) Długość wolnego wylotu elektrody - wpływa na intensywność podgrzania drutu na długości między końcówką prądową a stapiającym się końcem drutu, a więc o jego temperaturze i prędkości stapiania. W związku z tym, ze wzrostem długości wolnego wylotu elektrody , przy tym samym natężeniu prądu, znacznie wzrasta wydajność stapiania elektrody, a więc wyższe są prędkości układania ściegów wypełniających przy spawaniu wielowarstwowym.

Urządzenia do spawania MIG/MAG

      a) zasilacze łuku spawalniczego

Podstawowymi zespołami w urządzeniach do spawania elektrodami topliwymi w osłonach gazowych są zasilacze łuku spawalniczego, dostarczające energię do łuku.

Jako zasilacze są stosowane prostowniki:

diodowe, tyrystorowe, inwersyjne.

      b) podajniki drutu elektrodowego

Drugim ważnym zespołem stosowanym w urządzeniach do spawania elektrodą topliwą w osłonach gazowych jest podajnik drutu elektrodowego. Istnieją dwa sposoby podawania drutu elektrodowego: klasyczny (stosowany od dawana) za pomocą rolek napędzanych poprzez przekładnię klasyczną oraz nowszy z przekładnią planetarną. Podajnik drutu elektrodowego składa się z silnika napędowego, przekładni mechanicznej, rolek napędzających drut, szpuli z drutem oraz układu sterowania.

      c) uchwyty spawalnicze

Uchwyty spawalnicze są wykonywane w dwóch odmianach: fajkowe- chłodzone naturalnie lub wodą oraz pistoletowe- wyposażone w zespół napędowy elektrody typu "ciągnij", chłodzone wodą. Uchwyty powinny być łatwe i wygodne w użyciu, a ich masa nie powinna przekraczać 0,4 kg. Do zapewnienia dobrego przepływu prądu do ruchomej elektrody w postaci drutu służy rurka kontaktowa, której otwór musi być dopasowany do średnicy tego drutu. Uchwyt spawalniczy jest połączony z podajnikiem za pomocą przewodu giętkiego. W przypadku uchwytów chłodzonych wodą przewód ten składa się z powłoki ochronnej, węża doprowadzającego gaz, przewodu prądowo wodnego, węża doprowadzającego wodę, węża z wkładką wewnętrzną do transportu elektrody drutowej oraz żył sterujących.

Spawanie w energetyce

Stosowane materiały

Ze względu na zalety ( szczelność, wytrzymałość) spawanie zajmuje szczególne miejsce w energetyce. Metody, które zostały opisane we wstępie, w różnym stopniu mają swoje zastosowanie w energetyce. W związku z tym postaramy się pokrótce przedstawić sposoby przygotowania brzegów materiałów oraz wykonania złączy spawanych. Wybór technologii spawania zależy od bardzo wielu czynników i tak z punktu widzenia technologii spawania rur za najważniejsze należy uważać następujące czynniki:

materiały rur oraz spoiwa, przygotowanie do spawania konstrukcji rurowej (trasowanie, obcinanie, przygotowanie złącza,

oznakowanie i spawanie sczepiające), plan operacji spawalniczych, a więc proces spawania, wykonanie warstwy przetopowej oraz

kolejność układania poszczególnych ściegów, opracowanie procesów cieplnych, przepisy dotyczące znakowania spoin, zapewnienie doprowadzenia ciepła do miejsca spawania, przeprowadzenie odpowiedniej obróbki w czasie spawania lub po spawaniu, ustalenie rodzajów i metod badania spoiny.

Stosowane materiały

      W energetyce najczęściej mamy do czynienia z połączeniami rur lub zbiornikami. Najczęściej stosowanymi materiałami na rury są K18, 16M, 15HM, 10H2M, 13HMF.

K18 - rura kotłowa o zawartości węgla do 0,18 % 16M - stal niskostopowa o zawartości węgla do 0,16% oraz molibdenu do 1% 15HM - stal stopowa o zawartości węgla do 0,15% oraz chromu do 1% i molibdenu do 1% 10H2M - stal stopowa o zawartości węgla do 0,1% oraz chromu do 1% i molibdenu do 2% 13HMF - stal stopowa o zawartości węgla do 0,13% oraz chromu, molibdenu i wanadu do 1%.

Druty i elektrody

      Obecnie w energetyce najczęściej stosuje się elektrody i druty takich producentów jak:

elektrody - Baildon, Esab, Bohler, druty do spawania gazowego - Bohler, Phoeniks-Union oraz producentów krajowych, druty do spawania TIG, MIG/MAG - Bohler, Phoeniks-Union, Esab oraz producentów

krajowych,

W związku z tym oznaczenia drutów i elektrod przedstawione zostaną w formie tabel.

Porównanie oznaczeń drutów do spawania gazowego

Oznaczenia Drutów i Elektrod stosowanych w Energetyce.Pn-88/M-69420

Bohler Phoeniks-Union Stal

SpG1 DMO Union Mo K18

SpG1M DMO Union Mo 16M

SpG1h1M DCMS Union Cr - Mo 15HM

SpG1H2M CM - 2 Union CrMo 9.10 10H2M

SpG1H1MF DMV - 83 UnionMo-V2 13HMF

Porównanie oznaczeń elektrod otulonych

Baildon Esab Bohler Stal

ER3.46 OK 46.00 FOX DMO TiK18

EB1.46 OK 48.00 FOX DMO Kb

ESMoR OK 74.41 FOX DMO Ti16M

ESMoB OK 74.78 FOX DMO Kb

ESCrMo R ---------- FOX DCMS Ti15HM

ESCrMo B OK 76.18 FOX DCMS Kb

ES2CrMo R ---------- FOX CM 2 Ti10H2M

ES2CrMo B OK 76.28 FOX CM 2 Kb

ESMoCrV R ---------- FOX DMV83 Ti13HMF

ESMoCrV B ---------- FOX DMV83 Kb

Porównanie oznaczeń drutów do spawania TIG,MIG i MAG

PN-88/M-69420 Bohler Phoenix-Union ESAB UWAGI STAL

---------- DMO-IG ----------OK. Tigtrod 12.64 OK. Autrod 12.51

TIG MIG MAG

K18

---------- DMO-IG Union J MoOK. Tigtrod 13.09 OK. Autrod 13.09

TIG MIG MAG

16M

---------- DCMS - IG Union J CrMoOK. Tigtrod 13.12 OK. Autrod 13.12

TIG MIG MAG

15HM

---------- CM2 - IGUnion J CrMo9.10

OK. Tigtrod 13.22 OK. Autrod 13.22

TIG MIG MAG

10H2M

SpG3S\H1MF DMV83 -Kb Union J MoV2 ---------- TIG 13HMF

Przygotowanie do spawania

      Przed przystąpieniem do spawania należy najpierw przygotować złącze do spawania czyli obciąć na żądany wymiar, oczyścić, przygotować brzegi oraz sczepić złącze spoinami sczepnymi lub zakołkować złącze. Cięcie materiałów może być wykonane termicznie lub mechanicznie. Przy cięciu termicznym stali skłonnych do hartowania należy zastosować podgrzewanie wstępne. Po obcięciu rury na właściwy wymiar należy przygotować brzegi do spawania nadając im odpowiedni kształt za pomocą obróbki mechanicznej. Kształty brzegów są określone w karcie technologicznej złącza. Podczas projektowania i wytwarzania urządzeń technicznych należy przyjąć minimalną ilość połączeń spawanych, a ich rozmieszczenie powinno umożliwiać:

wykonanie złączy z uwzględnieniem wszystkich ustalonych wcześniej wymagań przeprowadzenie miejscowej obróbki cieplnej, jeśli taka będzie wymagana przeprowadzenie kontroli jakości złączy wszystkimi przewidzianymi metodami.

Należy również pamiętać że:

Przy spawaniu połączeń elementów o różnej grubości powinny być zastosowane łagodne przejścia od jednego elementu do drugiego przez ścienianie elementu grubszego pod kątem nie większym niż 15°, a w przypadku technicznie uzasadnionym, za zgodą właściwego organu dozoru technicznego, pod kątem nie większym niż 30°. Spoiny wzdłużne powinny być przesunięte względem siebie na odległość nie mniejszą niż trzykrotna nominalna grubość elementu i nie mniejsza niż 100 mm. Odległość między osiami sąsiednich złączy obwodowych elementów rurowych nie powinna być mniejsza od trzykrotnej nominalnej grubości ścianki i nie mniejsza niż 100 mm. Po uwzględnieniu tych i jeszcze wielu innych zasad dotyczących spawania można przystąpić do wykonania spoin sczepnych, które wykonuje się

ściśle według technologii wykonania złącza a wykonać je może tylko spawacz, który został wyznaczony do spawania całego złącza.

Plan operacji spawalniczych

      Wszystkie operacje związane z wykonaniem złączy spawanych należy wykonać zgodnie z kartą technologiczną.Spawacz może rozpocząć spawanie dopiero po tym jak przygotowanie złącza zostanie odebrane przez pracownika kontroli technicznej. Gatunek spoiwa, natężenie prądu, oraz sposób układania poszczególnych warstw jest ściśle określony w karcie technologicznej i spawacz powinien wykonywać spawanie zgodnie ze wskazówkami tam zawartymi.

Warstwę graniową należy wykonać ze szczególną starannością a przy układaniu warstw następnych należy dbać o uzyskanie dobrego wtopu między warstwami oraz brzegami łączonych elementów.

Łuk elektryczny należy zajarzać w rowku. Przy spawaniu wielowarstwowym spawacz powinien prowadzić układanie ściegów tak aby miejsca rozpoczęcia i zakończenia kolejnego ściegu były w stosunku do siebie przesunięte o około 20 -30 mm.Warstwy kryjące należy układać prosto, o równej wysokości i szerokości, bez nadmiernego rozlewania na szerokości lica, bez podtopień i ostrych przejść. Spawanie powinno być wykonywane bez przerw.Bezpośrednio po zakończeniu spawania, każdy spawacz biorący udział w wykonywaniu złącza musi wybić swój znak na jednej stronie złącza, w odległości nie większej niż 50 mm od osi spoiny. Jeżeli złącze wykonywało dwóch spawaczy, znak wybijają obaj spawacze. Po wykonaniu tych czynności i oczyszczeniu złącza z odprysków i żużli, spawacz powinien wezwać kontrolera robót spawalniczych celem dokonania oględzin złącza i zlecenia wykonania stosownych badań.

W energetyce oprócz typowych konstrukcji rurowych wykonuje się także inne prace spawalnicze takie jak:

naprawa uszkodzeń walczaków spawanie naderwań i pęknięć spawanie wżerów korozyjnych i ubytków erozyjnych

      Do każdej z tych prac są opracowywane odpowiednie karty technologiczne. Oprócz informacji zawartych w karcie technologicznej, spawacz, powinien stosować ogólne wytyczne dotyczące określonych konstrukcji i tak; zakres naprawy uszkodzeń walczaków mogą być przeprowadzone tylko na podstawie pisemnego zalecenia IDT (inspektora dozoru technicznego) zamieszczonego w książce rewizyjnej kotła. Przed przystąpieniem do naprawy specjalista spawalnik przeprowadza rozeznanie techniczne na podstawie wyników badań oraz oględzin miejscowych i określa możliwości oraz szczegóły dotyczące sposobu naprawy.Przygotowywanie złącza oraz samo spawanie wykonywać należy tylko w obecności kontrolera robót spawalniczych. W trakcie wykonywania naprawy kontroler robót sporządza plan usytuowania ubytków, który będzie później podstawą do opracowania technologii spawania. W przypadku wymiany króćców, należy je usuwać przez wyszlifowanie, frezowanie lub wyżłobienie spoin łączących króciec z płaszczem lub dennicą walczaka. Przygotowanie nowych króćców powinno być zgodne z dokumentacją techniczną walczaka lub w przypadku króćców z przetykanych na nasadowe, zgodnie z odrębną dokumentacją dostarczoną lub zatwierdzoną przez wytwórcę walczaka. Miejsce płaszcza walczaka, gdzie zostaną ułożone spoiny łączące króciec z płaszczem oraz powierzchnie w bezpośrednim sąsiedztwie tych miejsc należy zbadać metodą magnetyczną lub ultradźwiękową.

Po zakończeniu spawania należy miejsce spawania poddać obróbce cieplnej a następnie zgłosić zakończenie kontrolerowi robót celem przeprowadzenia kontroli. Miejscem występowania naderwań i pęknięć są najczęściej wyoblenia kotłów den o małej wypukłości, płomienic przy pierścieniach usztywniających, kołpaków, gardzieli łączących, spoiny łączące wzmocnienia z płaszczyznami itp. Miejsce pęknięcia powinno być starannie oczyszczone z obu stron. Przed przystąpieniem do spawania należy dokładnie określić wielkość i głębokość pęknięć. Końce pęknięć należy nawiercić, celem uniemożliwienia dalszego pękania podczas spawania, natomiast same pęknięcie należy

wyszlifować lub wydłutować. Proces spawania tak jak w pozostałych przypadkach należy prowadzić zgodnie z kartą technologiczną oraz wskazówkami specjalisty spawalnika. Naprawa wżerów i ubytków polega na wypełnieniu ich za pomocą spawania łukowego ręcznego. Miejsca przeznaczone do naprawy powinny być starannie oczyszczone z kamienia kotłowego, korozji i innych zanieczyszczeń - do metalicznego połysku. Czyszczeniu podlega również powierzchnia sąsiadująca z wżerem lub ubytkiem na odległość min. 15 mm. Naprawa głębokich wżerów i ubytków na dużej powierzchni wywołuje duże naprężenia spawalnicze, które mogą spowodować trwałe odkształcenie blachy. Zmniejszenie tych naprężeń można uzyskać przez stosowanie mniejszych energii liniowych łuku (np. cieńsze elektrody, mniejsze prądy itd.), oraz spawanie z częstymi przerwami, tak aby materiał rodzimy nie uległ dużemu nagrzaniu. Wżery i ubytki o małej powierzchni należy przygotować tak do spawania, aby zapewnić łatwy dostęp elektrody do rowka.Naprawianie ubytków i wżerów na dużych powierzchniach wykonuje się metodą szachownicy.Przed spawaniem powierzchnię dzieli się na kwadraty o wielkości pól nie przekraczającej 100 x 100 mm. Kolejność spawania poszczególnych kwadratów powinna być taka aby nie dopuścić do zbyt dużego miejscowego nagrzania materiału. Kierunek układania ściegów w poszczególnych kwadratach powinna być taka aby sąsiednie kwadraty miały różne kierunki ułożenia ściegów. Dopuszcza się również ukośne układanie ściegów. Przy spawaniu wielowarstwowym ściegi układa się w taki sposób aby kierunki ściegów warstw górnych były prostopadłe do kierunku ściegów warstw dolnych. Końce poszczególnych ściegów powinny być przesunięte względem siebie o około 30 mm. Należy unikać ostrych przejść ściegu do materiału z uwagi na zjawisko karbu. Wyrównania ściegów za pomocą szlifowania nie jest wskazane, ponieważ spoina nie szlifowana jest bardziej odporna na korozję niż spoina szlifowana. Po zakończeniu spawania należy oczyścić spoinę z resztek żużla i odprysków a następnie odbić stempel w odległości nie większej niż 50 mm od krawędzi złącza.

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.

Szczegółowe dane dotyczące obróbki cieplnej dla stali najczęściej stosowanych w energetyce podaje tabela

Obróbka cieplna złączy spawanych

Gatunek Podgrzewanie wstępne Obróbka cieplna po spawaniu UWAGI

staliSzybkość

(*C/h)Temperatura docelowa (*C)

Grzanie Wytrzymanie Studzenie

Szybkość (*C)

Temperatura docelowa (*C)

Czas (min/1mm grubości ścianki)

Szybkość (*C)

K18Nie określa się

200Nie określa się

600-650 2Powolne w spokojnym powietrzu

Zabiegi cieplne pow. 36mm

16MNie określa się

150-200Nie określa się

620-6602 (lecz nie mniej niż 30min.

do 400*C 150*/h następnie w spokojnym powietrzu

Zabiegi cieplne pow. 25mm

15HM 200 250-350 200 680-7202 (lecz nie mniej niż 30min.)

do 400*C 100*/h następnie w spokojnym powietrzu

Zabiegi cieplne pow. 4mm

10H2M 200 250-350 200 730-7703 (lecz nie mniej niż 30min.)

do 400*C 100*/h następnie w spokojnym powietrzu

----------

13HMF 200 250-350 200 680-7203 (lecz nie mniej niż 30min.)

do 300*C 100*/h następnie w spokojnym powietrzu

Zabiegi cieplne pow. 20mm

Metoda mieszana

      Rodzaj metody spawania dobierany jest przez technologa (spawalnika), który metodę dobiera biorąc pod uwagę wiele czynników a do najważniejszych należą:

średnica rury grubość ścianki rodzaj czynnika jaki będzie przenoszony przez rurociąg ciśnienie pod jakim będzie sprężony czynnik warunki zewnętrzne w jakich będzie pracować urządzenie.

      Najnowsze technologie przewidują zastosowanie dwóch metod spawania do jednego złącza. Warstwa przetopowa jest najtrudniejsza do wykonania i dlatego dla złączy, które powinny być wykonane w wysokiej klasie dokładności, do jej wykonania stosuje się metodę TIG. Wykonanie warstwy przetopowej tą metodą, jak już wcześniej zostało napisane, jest łatwiejsze do wykonania niż wykonanie tej samej warstwy za pomocą "elektrody otulonej". Poza tym jest to "najczystsza" metoda, a więc o najlepszych własnościach mechanicznych. Warstwy następne, wymagające dużej wydajności, oraz łatwiejsze do wykonania wykonuje się "elektrodą otuloną". W ten sposób możemy uzyskać złącze o wysokiej klasie dokładności, wykonać je szybko nie podnosząc nadmiernie kosztów.

Złącza spawane w energetyce

      Jeżeli przyjrzymy się złączą spawanym to stwierdzimy, że istnieje bardzo dużo typów spoin, w zależności od rodzaju złącza. Dokładniejszy ich przegląd doprowadzi nas do spostrzeżenia, że spoiny i złącza można podzielić na określone grupy.

Stwierdzimy wtedy, że występują cztery podstawowe typy złączy:

Doczołowe Teowe Narożne Zakładkowe

Złącze doczołowe

Charakteryzuje się tym, że łączone elementy stykają się czołami, a obciążenie jest przenoszone wzdłuż wspólnej osi. Złącze to jest szczególnie ważne w energetyce; stosowane jest między innymi do łączenia odcinków rur, blach oraz konstrukcji.

Spina czołowa między dwoma odcinkami rur

Złącza teowe

Jest drugim po doczołowym najczęściej stosowanym rodzajem połączenia w energetyce. Typowymi przykładami są połączenia belki z kolumną, rur z kolektorem , usztywnienia z płytą.

Usztywnienie przyspawane do płyty

Połączenie belki z kolumną

Odgałęzienie przyspawane do rury

Złącze narożne

Może być wykonane ze spoiną czołową lub pachwinową zależnie od zastosowania. Złącza narożne zwykle kojarzymy z budową skrzynkową, ale występuje też w postaci połączenia kołnierza z rurą co stanowi bardzo ważny przykład tego złącza często stosowany w energetyce.

Spawanie kołnierzy ze spoiną niewpuszczaną

Złącze zakładkowe

Rzadziej stosowane w energetyce stanowi jednak interesującą odmianę, ponieważ może być wykorzystane w złączach doczołowych, teowych lub narożnych. Połączenie w złączu zakładkowym stanowi zwykle niewielką część powierzchni zakładki. Złącza zakładkowe stosowane są przede wszystkim w złączach z cienkich blach.

Złącze zakładkowe