Spawanie stali nierdzewnych

Spawanie stali nierdzewnych

Seria: materiały i zastosowania, księga 3

S P A W A N I E S T A L I N I E R D Z E W N Y C H

Euro Inox

Euro Inox jest stowarzyszeniem zajmującym sięrozwojem europejskiego rynku stali nierdzewnych.Członkami Euro Inox są następujące organizacje iinstytucje:• europejscy producenci stali nierdzewnych• krajowe organizacje zajmujące się rozwojem stali

nierdzewnych• stowarzyszenia zajmujące się wprowadzaniem

dodatków stopowychGłównym celem działania Euro Inox jest rozwijanieświadomości na temat wyjątkowych własności stali specjalnych i propagowanie ich szerszegozastosowania oraz zdobywanie nowych rynków. Abyosiągnąć ten cel, Euro Inox organizuje konferencje iseminaria oraz wydaje przewodniki w formiedrukowanej i elektronicznej, co umożliwi architektom,projektantom, zaopatrzeniowcom, producentom orazużytkownikom lepsze zaznajomienie się z tymmateriałem. Euro Inox wspiera również techniczne irynkowe prace badawcze.

Nota redakcyjna

Spawanie stali nierdzewnychWydanie drugie, kwiecień 2002© Euro Inox, BrukselaMateriały i zastosowania, księga 3 ISBN 2-87997-009-1

WydawcaGłówne biuro: Euro Inox 241 Route d'Arlon1150 Luksemburg, Wielkie Księstwo LuksemburgaTelefon +352 261 03 050Telefaks +352 261 03 051Biuro wykonawcze:Euro InoxDiamant Building, Bd. A.Reyers 80,1030 Bruksela, BelgiaTelefon +32 2 706 82 67Telefaks +32 2 706 8269E-mail: [email protected]: www.euro-inox.org

AutorPierre-Jean Cunat, Euro-Inox, Bruksela


Spis treści

1. Ogólna informacja o stalach nierdzewnych 22. Metody spawania stali nierdzewnych 33. Spawalność stali nierdzewnych 234. Dobór gazów ochronnych do spawania

stali nierdzewnych 245. Dobór materiałów dodatkowych do

spawania stali nierdzewnych 256. Przygotowanie do spawania łukowego 267. Obróbka wykończeniowa złączy spawanych 288. Bezpieczeństwo pracy 309. Glosariusz: terminy i definicje 32

Rozdziały zaznaczone (*) w tekście są wzięte zopracowania "Praca ze stalą nierdzewną", Paryż (SIRPE), 1998.

Euro Inox dołożył wszelkich starań, aby informacjeprzedstawione w niniejszym opracowaniu byłytechnicznie poprawne. Jednakże, zwraca się uwagęczytelnika, że materiał zawarty w opracowaniu stanowitylko informację ogólną. Euro Inox i jego członkowie,personel i konsultanci nie przyjmują żadnejodpowiedzialności za jakiekolwiek straty, uszkodzenialub szkody wynikające z wykorzystania informacjizawartych w niniejszym opracowaniu.

1


2

1. Ogólna informacja o stalach nierdzewnych

1.3 Austenityczno-ferrytycznestale nierdzewne typu Duplex: Fe-Cr-Ni (Mo)-N

Mikrostruktura stali nierdzewnych typuDuplex składa się z mieszaniny austenitu iferrytu. Stale te charakteryzują się cechamitych obu faz - podwyższoną wytrzymałościąi plastycznością. Dodatek azotu podnosiwytrzymałość i poprawia spawalność. Są tostale magnetyczne; nie utwardzają się wwyniku obróbki cieplnej.

Skład chemiczny: C ≤ 0,03% - 21% ≤ Cr ≤ 26% - 3,5% ≤ Ni ≤ 8% - (Mo ≤ 4,5%) - N ≤ 0,35%

1.4 Martenzytyczne stalenierdzewne: Fe-Cr-(Mo-Ni-V)

Aby uzyskać szeroką gamę twardości stopyte mogą podlegać obróbce cieplnej.

Uzyskana struktura martenzytyczna jestmagnetyczna.

Skład chemiczny: C ≤ 1,2% - 11,5% ≤ Cr ≤ 17% - (Mo ≤ 1,8% - Ni ≤ 6% - V ≤ 0,2%)

1.1 Austenityczne stalenierdzewne: Fe-Cr-Ni (Mo)

Stopy te są najbardziej popularnymigatunkami stali nierdzewnych, ze względuna ich doskonałą zdolność do odkształceńplastycznych, odporność na korozję oraz spawalność. Wszystkie one sąniemagnetyczne w stanie wyżarzonym.

Skład chemiczny: C ≤ 0,10% - 16% ≤ Cr ≤ 28% - 3,5% ≤ Ni ≤ 32% - (Mo ≤ 7%)

1.2 Ferrytyczne stale nierdzewne:Fe-Cr-(Mo)

Ferrytyczne stale nierdzewne charakteryzująsię niską zawartością węgla, z chromem (imolibdenem) jako głównymi dodatkamistopowymi.

Utwardzają się w wyniku obróbki cieplnej izawsze są magnetyczne.

Skład chemiczny: C ≤ 0,08% - 10,5% ≤ Cr ≤ 30% - (Mo ≤ 4,5%)

2.1 Metody elektrycznegospawania łukowego

2.1.1 Metody z zastosowaniemelektrody z metalu trudnotopliwego

2.1.1.1 Spawanie łukowe elektrodąwolframową w osłonie gazuobojętnego: GTAW (*)

Na powyższym rysunku przedstawiona jestmetoda spawania GTAW (Gas Tungsten ArcWelding), znana również jako metoda TIG(Tungsten Inert Gas) lub WIG (Wolfram InertGas). Energia niezbędna do stopieniametalu jest dostarczana przez łukelektryczny zajarzony i utrzymywanypomiędzy elektrodą wolframową lub ze stopu wolframowego i elementemspawanym, w atmosferze gazu obojętnegolub lekko redukującej. Stale nierdzewnespawa się zawsze prądem stałym przy


3

2. Metody spawania stali nierdzewnych

biegunowości ujemnej (DCEN – DirectCurrent Electrode Negative lub DCSP - DirectCurrent Straight Polarity).W tych warunkach,strumień elektronów uderza w spawanyelement, co zwiększa wtopienie, podczasgdy elektroda, wykonana zazwyczaj zwolframu torowanego (2% ThO2) ulegabardzo małemu zużyciu. Jeżeli stosuje sięspoiwo, to jest ono albo w postaci gołychprętów albo w postaci drutu w kręgach do spawania automatycznego. Przepływgazu obojętnego, który chroni strefę łuku

Kierunek przesuwu

70 – 90°

20°

Wlot gazu ochronnego

Podkładka miedziana

+ gaz osłaniający

grań spoiny

SpoiwołukGaz ochronny Źródło

energii spawania

Uchwyt

Dysza ceramiczna

Elektroda z materiału trudno topliwego

Zasada ręcznegospawania łukowegoelektrodą wolframową wosłonie gazu obojętnego

+

+

--

--

Źródło energii

spawania

Ga

z o

chro

nn

y

Ga

z o

chro

nn

y

Wo

da

Wo

da

Katoda (torowany wolfram)

Kierunek przesuwuJeziorko spawalnicze

Strumień plazmy

Zakrzepła spoina Element spawany

H. F.


4

rozprysków i ponieważ nie ma potrzebystosowania topnika w tej metodzie,wyeliminowane są pozostałościutleniania, co upraszcza znacznieproblem końcowego czyszczenia,

• doskonała jakość metalurgiczna zdokładną kontrolą wtopienia i kształtuspoiny we wszystkich pozycjachspawania,

• dobre spoiny wolne od porów,• bardzo małe zużycie elektrod,• łatwość opanowania techniki spawania.

Grubość spawanych elementów wynosizazwyczaj od 0,5 mm do 3,5/4,0 mm.

Spawanie plazmowe jest podobne dospawania metodą GTAW. Istotna różnicamiędzy tymi metodami polega na tym, że

plazma łuku jest zawężona dyszą w celuwytworzenia strumienia plazmy owysokiej energii, w której uzyskuje się

Zasada spawaniaplazmowego z oczkiem

od otaczającego powietrza, umożliwiautrzymanie bardzo stabilnego łuku. Wzależności od materiału podstawowego, gazochronny składa się głównie z mieszaninyargonu (Ar), helu (He) oraz wodoru (H2)(patrz część 4 - "Dobór gazów ochronnychdo spawania stali nierdzewnych").

Główne zalety tej metody zastosowanej dostali nierdzewnych można podsumować wsposób następujący:

• skoncentrowane źródło ciepła powodującepowstanie wąskiej strefy stopienia,

• bardzo stabilny łuk i spokojne, niewielkiejeziorko spawalnicze; nie ma

2.1.1.2 Spawanie łukiem plazmowym(PAW) (*)


5

temperatury pomiędzy 10.000°C a20.000°C.

W procesie spawania powszechniewykorzystuje się zwężony łuk ‘bezpośredni’utworzony pomiędzy elektrodą a elementemspawanym, podczas gdy w innychzastosowaniach stosuje się częściejzwężony łuk ‘niezależny’.

Ponieważ strumień plazmy jest wyjątkowowąski, nie może on zapewnić wystarczającejochrony dla jeziorka spawalniczego,dlatego więc konieczne jest dodaniepierścieniowego strumienia gazu ochronnegoo większej średnicy.

Gazy stosowane zarówno w tym celu, jak idla tworzenia plazmy są podobne do gazówstosowanych w metodzie GTAW, mianowicieczysty argon (Ar), mieszanki Ar - wodór (H2)do 20% H2 i Ar- hel (He) - H2. Mieszankizawierające wodór są zalecane do spawaniaaustenitycznych stali nierdzewnych, leczpodobnie jak w przypadku spawaniametodą GTAW są również stosowane dostali martenzytycznych, ferrytycznych orazstali typu Duplex. Jeżeli chodzi o te ostatniemateriały, aby zachować właściwą proporcjęaustenitu i ferrytu w spoinie zaleca siędodatek azotu (patrz część 4 - "Dobórgazów ochronnych do spawania stalinierdzewnych").

Przy ręcznym spawaniu plazmowym, gdyuchwyt jest trzymany w ręce, stosowane sąprocesy 'mikroplazmowe' i 'miniplazmowe'dla prądów pomiędzy 0,1 i 15 amperów oraztechnika ‘z jeziorkiem’ dla prądów od około15 do 100 amperów.

Przy spawaniu automatycznym, gdy uchwytjest zamontowany na wózku, stosowanajest tak zwana metoda 'oczka'. Poprzezzwiększenie prądu spawania (powyżej 100 amperów) oraz przepływu gazuplazmowego, tworzy się wiązka plazmy odużej mocy, która może wniknąć na pełnągłębokość elementu spawanego. W trakciespawania, oczko stopniowo przecina metal,a za nim spływa jeziorko spawalnicze,tworząc spoinę.

Główną zaletą metody PAW w stosunku doGTAW jest szczególna stabilność łuku, którapowoduje:

• powstawanie 'sztywnego' łuku, któryumożliwia lepszą kontrolę wprowadzanejenergii,

• większą tolerancję na zmiany odległościpomiędzy dyszą a spawanym elementem,bez istotnej zmiany budowy spoiny,

• wąską strefę wpływu ciepła i ogólniewiększą prędkość spawania,

• większą tolerancję na wadliwe przygo-towanie, szczególnie w przypadkuspawania z oczkiem.

Normalne grubości elementów spawanychwynoszą:

• od 0,1 mm do 1,0 mm w przypadkumetod mikroplazmowych i miniplaz-mowych,

• od 1,0 mm do 3,5 mm w przypadkustosowania techniki ‘z jeziorkiem’,

• od 3,5 mm do 10 mm w przypadkuspawania z oczkiem (dla jednej warstwyspoiny).


6

2.1.2 Metody spawania elektrodątopliwą

2.1.2.1 Spawanie łukowe elektrodąmetalową w osłonie gazu (GMAW) (*)

W metodzie GMAW, znanej również jakometoda MIG (Metal Inert Gas - spawanieelektrodą topliwą w osłonie gazowej),ciepło spawania jest wytwarzane przez łukzajarzony pomiędzy podawanym w sposóbciągły metalowym drutem elektrodowym aelementem spawanym.

W przeciwieństwie do metod spawaniaGTAW i PAW, elektroda tutaj zużywa się, ałuk jarzy się w osłonie gazu ochronnegopomiędzy topliwym drutem spawalniczym aelementem spawanym.

Podstawowe cechy tej metody to:

• zastosowanie bardzo dużej gęstościprądu w drucie elektrodowym (> 90A/mm2), około 10 razy większej niż w

metodzie spawania elektrodą otuloną(SMAW),

• szybkie topienie się drutu elektrodowego(prędkość topienia wynosi około 8 m/min) z racji wysokiej temperaturyłuku wymaga stosowania automa-tycznego podawania drutu ze szpuli ociężarze 12 kg,

• stale nierdzewne spawa się zawszeprądem stałym przy biegunowościdodatniej (DCEP lub DCRP); biegundodatni generatora podłączony jest doelektrody,

• uchwyt spawalniczy jest zazwyczajtrzymany w ręku (tak zwana metoda‘półautomatyczna’), lecz dla wysokiejmocy spawania jest on zamocowany dowózka (metoda ‘automatyczna’).

+

+

+

--

Źródło energii

spawania

Szpula drutu do spawania

Reduktor gazu ochronnego

Podawanie gazu ochronnego

Kierunek przesuwu

Element Spawany

Dysza

Końcówka stykowa

220/380V

Rolki podające

Pulpit sterowniczy

}Przewód sterujący

Przewód prądowy

Metalowa koszulka

Drut spawalniczy

Wlot gazu ochronnego

Zespół podawania drutu elektrodowego obejmujący:

Podajnik drutu: silnik napędu drutu i rolki podające

Pulpit sterowniczy: elektromagnetyczny zawór gazowy, przekaźniki sterowaniai elektroniczne sterowniki

❚

❚

Zasada spawania łukowegoelektrodą metalową wosłonie gazu


7

Mechanizm przenoszenia metalu w łukujest istotnym parametrem procesu irozróżnia się tutaj jego trzy zasadniczerodzaje :

• Sposób spawania łukiem krótkim lub zezwarciowym przenoszeniem metalu, wktórym metal topi się tworząc dużekrople o średnicy często większej niżśrednica drutu elektrodowego. Gdy nakońcu elektrody tworzy się kropla, stykasię ona z jeziorkiem spawalniczym itworzy zwarcie z nagłym wzrostem prądu.Napięcie powierzchniowe powodujeefekt ściśnięcia, który oddziela kroplę odelektrody. Częstotliwość tego zjawiskajest rzędu od 20 Hz do 100 Hz, coodpowiada czasowi cyklu od 0,01 s do0,05 s.

• Sposób przenoszenia kroplowego lubgrawitacyjnego. Podobnie jak wpoprzednim przypadku, topienie odbywasię w postaci dużych kropli, któreodrywają się, gdy ich ciężar jestwystarczający dla pokonania sił napięciapowierzchniowego i z racji większejdługości łuku spadają swobodnie zanimzetkną się z jeziorkiem spawalniczym.

• Sposób przenoszenia natryskowegoobejmuje gęstości prądu powyżejpewnego poziomu przejścia, rzędu 200A/mm2. Elektroda topi się dając strumieńmałych kropelek. Gdy gęstość prądudalej się zwiększa, koniec elektrody stajesię stożkowy i strumień jeszczemniejszych kropelek uwalnia się osiowo.

Metoda spawania GMAW wymaga gazuochronnego aby zapobiec utlenianiu w łukuspawalniczym (patrz część 4 "Dobór gazów

ochronnych do spawania stali nierdzewnych").Argon z dodatkiem 2% tlenu (O2) dajestabilny łuk i nadaje się do większościzastosowań. Argon z dodatkiem 3%dwutlenku węgla (CO2) przynosi podobnywynik. Prędkość spawania i głębokośćwtopienia można czasami zwiększyć przezdodanie helu (He) i wodoru (H2) domieszanki argon + O2 lub argon + CO2, jako gazu ochronnego. Gazy o większejzawartości CO2 (metoda MAG) majątendencję do znacznego nawęglaniajeziorka spawalniczego łącznie z utlenianiemchromu. Z tego więc powodu nie są onezalecane.

Rozmiar kropli i wielkość wtopieniazmieniają się w zależności od gatunku stali elementu spawanego (ferrytyczna,austenityczna itp.), rodzaju złącza, sposobuprzenoszenia metalu oraz kwalifikacjispawacza. Dla złączy czołowych ze spoinamiV i I spawanych jednym przejściem, normalnyzakres grubości elementów wynosi od 1,0mm do 5,0 mm.

Uwaga : Metoda GMAW jest często określana jakospawanie MIG. Metody spawania MIG i MAG są częstoniewłaściwie rozumiane. W rzeczywistości, w metodzieMIG, utleniający charakter gazu ochronnego (patrzrozdział "Dobór gazów ochronnych do spawania stalinierdzewnych") jest nieznaczny, natomiast jest onwyraźnie zwiększony w metodzie MAG. Jednakże, wmetodzie GMAW/MIG często potrzebny jest w gazieochronnym (argon) niski procent tlenu lub dwutlenkuwęgla, aby poprawić zarówno stabilność łuku, jak izwilżanie stopionym metalem. Normalne zawartościto : 2% O2 lub 3% CO2. Wyższe ilości O2 i CO2powodują nadmierne utlenianie chromu (Cr), manganu(Mn) i krzemu Si) oraz nadmierne nawęglanie jeziorkaspawalniczego. Na przykład, zawartość węgla wmetalu spoiny, która wynosi 0,025% dla gazuochronnego zawierającego 2% CO2, mogłaby osiągnąć0,04% przy zawartości 4% CO2.

Metalowa powłoka Rdzeń = proszek metalowy, topniki materiały żużlotwórcze

Rdzeń

Rdzeń


8

Przykład drutuproszkowego z rdzeniemtopnikowym

2.1.2.2 Spawanie łukowe drutemproszkowym z rdzeniemtopnikowym: FCAW (*)

Metoda spawania łukowego drutemproszkowym z rdzeniem topnikowym (FluxCored Arc Welding - FCAW) stanowi odmianęmetody spawania GMAW. Jest to metoda, wktórej drut spawalniczy składa się zmetalowej powłoki ze stali nierdzewnejwypełnionej stałym topnikiem, którego rolajest podobna do roli otuliny elektrody wmetodzie spawania ręcznego SMAW. Rdzeńzapewnia środki odtleniające orazmateriały żużlotwórcze jak również możezapewnić gazy ochronne w wypadkusamoosłonowych drutów proszkowych FCAW.

Z uwagi na możliwość ciągłego podawaniadrutu spawalniczego metoda FCAWłączy zalety metody SMAW z wysokąwydajnością procesu automatycznego lubpółautomatycznego. W porównaniu zkonwencjonalną litą elektrodą, topnikzapewnia pokrycie żużlowe i podnosiwydajność.

Tak więc, w wypadku prądu powyżej 200 A,współczynnik stapiania wynosi około 100 g/min dla drutu litego o średnicy 1,6mm zawierającego 20% Cr i 10% Ni, wporównaniu do około 170 g/min w wypadkudrutu proszkowego o tej samej średnicy.Tak duża różnica wynika z faktu, że w drucieproszkowym elektryczność przewodzi tylkometalowa powłoka, ponieważ rdzeń,złożony z mieszaniny proszków metalowychi mineralnych, prawdopodobnie związanychw alkaliczny krzemian, ma wysoką opornośćelektryczną.

Zarówno metoda FCAW, jak i GMAW mająpodobną wielkość ściegu. W wypadkuzłączy czołowych ze spoinami V i Ispawanych jednym przejściem, normalnyzakres grubości elementów spawanychwynosi od 1,0 mm do 5,0 mm.


9

podczas gdy funkcja fizyczna dotyczylepkości i napięcia powierzchniowegożużla, które regulują przenoszenie kroplimetalu, efektywnej ochrony jeziorkaspawalniczego oraz jego zwilżalności. Rolametalurgiczna obejmuje wymianę chemicznąpomiędzy jeziorkiem spawalniczym ażużlem, to znaczy rafinację metalu spoiny.

Otulina zawiera pewną ilość węglanuwapnia (CaCO3), który dysocjuje w łuku wtemperaturze około 900°C, tworząc CaO iCO2, z których ten ostatni zapewnia osłonęstrefy łuku. Poniżej podano typy najczęściejstosowanych elektrod otulonych:

• Elektrody rutylowe (dwutlenek tytanu):Tworzenie się żużla stanowi głównymechanizm ochronny w elektrodach

Zasada metodyspawania łukiemosłoniętym

2.1.2.3 Spawanie łukiem osłoniętymelektrodą metalową (elektrodaotulona) : SMAW (*)

Chociaż metoda SMAW (Shielded Metal ArcWelding), znana również jako MMA (ManualMetal Arc - ręczne spawanie łukowe), jestmetodą bardzo starą, gdyż jej pierwszezastosowanie zostało opisane przezKjelberga w roku 1907, jest ona w dalszymciągu powszechnie stosowana ze względuna jej wielką elastyczność i prostotę.

Elektroda składa się z rdzenia metalowegootulonego warstwą topnika. Rdzeń stanowizazwyczaj drut spawalniczy ze stalinierdzewnej. Otulina, która odgrywa w tymprocesie istotną rolę, jest prasowana nardzeń i nadaje każdej elektrodzie jejspecyficzne indywidualne cechy. Spełniaona trzy podstawowe funkcje : elektryczną,fizyczną i metalurgiczną. Funkcja elektrycznajest związana z inicjacją i stabilizacją łuku,

}Zastygły żużel

Strefa mieszania

Jeziorko spawalnicze

Spoina skrzepnięta

Krople stopionego metalu

Płynny żużel

Kierunek przesuwu

Element spawany

Elektroda otulona


10

rutylowych. Elektrody rutylowe są łatwew posługiwaniu się nimi, zapewniająmałą ilość rozprysków i dają spoiny ogładkiej powierzchni. Żużel powstający wtrakcie spawania jest łatwy do usunięcia.

• Elektrody zasadowe (wapienne): Wapieństanowi podstawowy składnik elektrod z otuliną zasadową z racji jegokorzystnego wpływu na stabilność łuku iprocesy metalurgiczne. Powoduje onrównież powstawanie dwutlenku węgla,który stanowi gaz ochronny. Dużąjednakże wadą wapienia jest jegowysoka temperatura topnienia. Możnatemu przeciwdziałać przez dodaniefluorytu (CaF2), który obniża temperaturętopnienia żużla. Otulina zasadowa

2.1.2.4 Spawanie łukiem krytym: SAW (*)

Kierunekprzesuwu


Skrzepnięta spoina

Spawany element

Topnik granulowany

Źródło energii

spawania

Krąg drutu

spawalniczego

++ +

--

Końcówka stykowa

Zestalony żużel

Rolki podające

Drut spawalniczy

Zasada metodyspawania łukiem krytym

wchłania wilgoć przy składowaniuelektrod na powietrzu i należy zadbać,aby elektroda pozostała sucha. Normalnyczas suszenia wynosi jedną godzinęprzy temperaturze rzędu 150-250°C.

• Elektrody z otuliną rutylową możnastosować zarówno przy prądzie stałym,jak i przemiennym, podczas gdy elektro-dami z otuliną zasadową (wapienną)zasadniczo spawa się prądem stałym zbiegunowością dodatnią na elektrodzie(DCEP).

Normalne grubości elementów spawanychsą rzędu 1,0 mm - 2,5 mm dla spawaniajednym przejściem i 3,0 mm - 10,0 mm dlaspawania wielościegowego.


11

W metodzie SAW (Submerged Arc Welding),ciepło spawania jest wytwarzane w wynikuprzechodzenia prądu o dużym natężeniupomiędzy jednym lub kilkoma drutamiciągłymi a elementem spawanym podsproszkowanym topnikiem, tworzącymochronną powłokę stopionego żużla.

Metoda ta może być w pełni automatycznalub półautomatyczna, jednakże w wypadkustali nierdzewnych większość prac jest wpełni zautomatyzowana.

W metodzie automatycznej, można spawaćbardzo dużym prądem, aż do 2000 amperówna jeden drut, co daje dużą wartośćwprowadzonej mocy i w konsekwencjiprowadzi do silnego wymieszania materiałurodzimego z materiałem dodatkowym.

Metoda ta nadaje się do wykonywaniaspoin czołowych i pachwinowych w pozycjipodolnej oraz spoin pachwinowych wpozycji nabocznej. Źródłem energii jestzazwyczaj prąd stały przy dodatniejbiegunowości na elektrodzie (DCEP), arzadziej prąd przemienny (AC), gdy stosujesię jednocześnie kilka drutów, aby uniknąćzjawiska ugięcia łuku. Dla źródeł prąduzarówno stałego, jak i przemiennego,prędkość podawania drutu spawalniczegomusi być równa prędkości topienia się, abyuzyskać łuk w pełni stabilny. Uzyskuje się topoprzez zastosowanie rolek podającychnapędzanych przez system przekładniowyz serwokontrolowaną prędkością. Dospawania stali nierdzewnych, najczęściejstosuje się topnik typu 'wapienno-fluorkowego', a jego typowy skład jestnastępujący:

25% ≤ CaO + Mg O ≤ 40%, SiO2 ≤ 15%, 20%≤ CaF2 ≤ 35%.

Istnieją dwie postacie topnika uzyskiwanealbo przez topienie albo przez spiekanie.Topione topniki powstają w wynikunagrzania do temperatury rzędu 1600 –1700°C i są przetwarzane na postaćproszkową albo przez rozpylanie przywyjściu z pieca do topienia lub przezkruszenie i przesiewanie zestalonegomateriału. Spiekane topniki sąprodukowane z surowców o odpowiednimuziarnieniu, spiekanych razem zalkalicznokrzemianowym spoiwem.Otrzymana mieszanina podlega suszeniua następnie obróbce mechanicznej w celuuzyskania pożądanego uziarnienia.

W trakcie spawania tylko część topnika ulegastopieniu i niezużyty materiał jest odciągany- zazwyczaj za pomocą węża ssawnego - iodprowadzany do zbiornika do dalszegowykorzystania. Stopiony topnik krzepnie zastrefą spawania, podczas stygnięcia kurczysię i może być łatwo usunięty.

W przypadku grubszych elementów, spoinysą zazwyczaj wykonywane za pomocąjednego lub dwóch ściegów, to znaczyjeden ścieg na ręcznie wykonanej spoiniegraniowej lub jako pojedynczy ścieg zkażdej strony płyty, ale można równieżzastosować technologię wielowarstwową.Przy cieńszym materiale, spoiny mogą byćwykonywane jednym ściegiem przyzastosowaniu rowkowanej podkładki.

Ponieważ metoda SAW jest stosowanagłównie do spawania grubej blachy z


12

nierdzewnej stali austenitycznej, należydołożyć szczególnych starań, aby uniknąćtworzenia się fazy sigma z racji stosowaniawysokiej energii spawania. Jest toszczególnie istotne w przypadku stopów ozawartości 25% Cr - 20% Ni ale również wprzypadku gatunków 18% Cr - 9% Ni owysokiej zawartości ferrytu. Przy spawaniuwielowarstwowym, tam gdzie temperaturaw zakresie 650 – 900°C jest przekraczanakilkakrotnie, występuje zwiększone ryzykotworzenia się fazy sigma. Wtedy bardzozalecane jest wyżarzanie w temperaturze1050°C (przesycanie).

Dostarczane topniki są całkowicie suche. Abyzabezpieczyć topniki przed wchłanianiemwilgoci, zaleca się przechowywać je wtemperaturze wyższej o 10°C od temperaturywarsztatu, a wilgotność względna nie możeprzekraczać 50%.

Jeżeli istnieje niebezpieczeństwo lub obawazawilgocenia, wskazane jest wysuszenieproszku w temperaturze 300°C przez okresco najmniej 2 godzin.

Metoda spawania łukiem krytym jestpowszechnie stosowana do łączenia ciężkichelementów o grubości w zakresie 10 mm - 80 mm, po wykonaniu ściegu graniowegoinną metodą spawania. Dolny ścieg można również wykonać przy zastosowaniurowkowanej podkładki spoiny.

2.1.2.5 Przypawanie kołków: SW

Przypawanie kołków polega na przymo-cowaniu metalowych sworzni do elementu

stalowego, zazwyczaj w postaci cienkiej lubgrubej blachy.

Stosowane są dwie odrębne metodyprzypawania kołków: przypawanie łukowe(ARC) i przypawanie kondensatorowe (CD).

1. Przypawanie łukowe kołków (ARC)obejmuje te same podstawowe zasady iaspekty metalurgiczne jak każda innametoda spawania łukowego. Kołek jestustawiany na elemencie metalowym zapomocą ręcznego narzędzia zwanegopistoletem do przypawania kołków i pozajarzeniu łuku następuje stopieniepodstawy kołka i przyległego obszarupodłoża. Przed spawaniem nasuwa się nakoniec kołka pierścień ceramiczny, w celuochrony łuku i ograniczenia metalu spoiny.

Następnie, kołek jest wciskany dojeziorka spawalniczego i utrzymywany namiejscu do czasu skrzepnięcia stopionegometalu i stworzenia jednorodnegopołączenia. Cykl kończy się w ciąguniecałej sekundy prowadząc do powstaniapołączenia o pełnej wytrzymałości. Po zdjęciu rozepchniętego pierścieniaceramicznego widoczna jest gładka ikompletna powierzchnia spoiny upodstawy kołka.

2. Przypawanie kondensatorowe (CD)obejmuje te same podstawowe zasadyi aspekty metalurgiczne jak każda inna metoda spawania łukowego. Pouruchomieniu pistoletu do przypawaniakondensatorowego, specjalna precyzyjnakońcówka spawalnicza inicjuje kontrolo-wany łuk elektryczny zasilany z baterii


13

Kołek i ceramiczny pierścień oparte o podstawę

Kołek opiera się o podstawę

Wyładowanie nagromadzonej energii i ruch kołka w dół

Kołek zostaje wciśnięty do płynnego metalu

Kołek się podnosi i łuk zostaje zajarzony

Po upływie założonego czasu kołek zanurza się w stopionej stali

Metal krzepnie i spoina jest gotowa w ułamku sekundy

Metal krzepnie i spoina jest gotowa w ułamku sekundy

1

2

3

4

Przypawanie łukowe kołków Przypawanie kondensatorowe kołków

kondensatorów spawarki, który topikoniec kołka i część podłoża. Kołek jestutrzymywany w miejscu do czasuskrzepnięcia stopionego metalu, tworzącnatychmiast złącze spawane o wysokiejjakości. Ponieważ cały cykl spawania jestzakończony w ciągu kilku milisekund,połączenia te mogą być wykonywanenawet w wypadku cienkich blach bez powodowania ich odkształcenia,przepalenia lub zmiany koloru i przymałych średnicach łączników (9 mm iponiżej). Przypawanie kondensatorowepozwala również na łączenie różnychstopów metali.

Czy metoda ARC czy CD?

Metoda łukowa jest zazwyczaj stosowana dokołków o średnicy od 6 mm i powyżej oraz

przy przypawaniu do grubszych elementówlub do zastosowań konstrukcyjnych.Metoda CD jest powszechnie stosowana doprzypawania kołków o średnicy do 9 mm igłównie do przypawania do cienkich blachmetalowych.

Kołki ze stali nierdzewnej

Kołki z większości stali nierdzewnychnadają się do przypawania. Do tego celuwykorzystywane są najczęściej kołki znierdzewnej stali austenitycznej, zwyjątkiem stali automatowych. Kołki ze stali nierdzewnej są zazwyczajprzypawane do stali nierdzewnych, alemogą być również przypawane do stalimiękkiej. W tym przypadku, ważne jest, abyzawartość węgla w metalu podstawowymnie przekraczała 0,20%.


14

Zasada rezystancyjnegozgrzewania punktowego

2.2 Metody rezystancyjne iindukcyjne

2.2.1 Zgrzewanie rezystancyjnepunktowe: RSW (*)

Metoda ta jest w dalszym ciągu szerokostosowana i nadaje się szczególnie do zgrzewania blach cienkich ze stalinierdzewnej. Proces topienia jestzapoczątkowany przez nagrzewanierezystancyjne wywołane przepływem prąduprzez zgrzewane materiały w miejscułączenia. Rozróżnia się ogólnie pięćodrębnych etapów w procesie zgrzewaniapunktowego, a mianowicie :

• Ustawianie łączonych blach;• Obniżenie górnej elektrody i wywarcie

siły docisku;• Zgrzewanie prądem przemiennym o

niskim napięciu poprzez wytworzenieenergii cieplnej W (dżule) = R (omy) x I2

(ampery);• Utrzymanie siły docisku lub zastosowanie

dodatkowej siły przekuwającej;• Podniesienie górnej elektrody przed

przejściem do następnego cyklu.

Jeżeli chodzi o materiały elektrod wwypadku stali nierdzewnych, najlepszepołączenie niskiej rezystancji i wysokiejwytrzymałości mechanicznej uzyskuje sięprzy zastosowaniu stopów miedź - kobalt -beryl. Końcówki elektrod mają zazwyczajkształt ściętego stożka o kącie rozwartym1200. Tworzenie się jądra zgrzeiny zależyod prądu zgrzewania i jego trwania oraz od siły docisku wywieranej przezelektrody.

Transformator zgrzewalniczy

Łączone blachy

Uzwojenie wtórneUzwojenie pierwotne

Wyłącznik automa-tyczny

Rezystancja styku

WytrzymanieF'= F

ZgrzewanieDociskanieUstawianie PrzekuwanieF'> F

R1

R2

R3

R4

R5

I

}FF F'

F

R4 i R5: rezystancja spawanych blach (zależna od ich rezystancji właściwej)

R2: rezystancja styku pomiędzy dwoma blachami (zależna od stanu powierzchni oraz siły docisku F)

R1 i R3: rezystancje styku pomiędzy elektrodami i blachami

F

W (dżule) = R (omy) xI (ampery) xt (sekundy)

R = R1 + R2 + R3 + R4 + R5

2


15

Poniższa tabela pokazuje parametryzgrzewania zalecane dla staliaustenitycznych 18% Cr - 9% Ni orazstabilizowanych gatunków ferrytycznych17% Cr.

Parametry podane w powyższej tabelimuszą być zoptymalizowane uwzględniającstan powierzchni (wytrawiona, szklista,wyżarzona na jasno, polerowana), która maduży wpływ na rezystancje styku, która zkolei odgrywa decydującą rolę w tworzeniusię jądra zgrzeiny.

W przeciwieństwie do procesów spawania,przy punktowym zgrzewaniu rezystancyjnymjeziorko ciekłego metalu nie może być

kontrolowane wizualnie. Jedyne wadypostrzegalne wzrokowo to nadmiernywgniot elektrody i rozprysk na powierzchni.Prostą, aczkolwiek niszczącą metodąbadania jest tak zwana próba odrywania,która umożliwia szybkie sprawdzeniejakości zgrzeiny punktowej. W próbie tej,jedna ze zgrzanych blach jest odrywana oddrugiej, tak że metal zgrzeiny wykazujetendencję do wyłuskiwania się z jednej lubdrugiej blachy.

Grubość blachy Średnica Siła docisku Prąd Czas(mm) końcówki elektrody zgrzewania zgrzewania

elektrody (mm) (daN) (A) (ilość okresów)

Gatunki austenityczne 18% Cr - 9% Ni

0,5 3,0 170 3.500 3

0,8 4,5 300 6.000 4

2,0 6,0 650 11.000 8

Stabilizowane gatunki ferrytyczne 17 % Cr

0,5 3,0 150 4.000 3

0,8 4,5 250 7.550 4


16

Zasadarezystancyjnegozgrzewania liniowego

2.2.2 Rezystancyjne zgrzewanieliniowe: RSEW (*)

Zasada zgrzewania liniowego jest podobnado zgrzewania punktowego, z tymwyjątkiem, że jest to proces ciągły. Głównaróżnica polega na rodzaju elektrod, którymisą dwa krążki ze stopu miedzi wyposażonew odpowiedni system napędu. Brzegikrążków albo są dwustronnie sfazowanealbo mają profil wypukły. W porównaniu do zgrzewania punktowego, gdziepodstawowymi parametrami procesu są

prąd zgrzewania, czas nagrzewania orazczas wytrzymania, dodatkowymi czynnikami,które należy wziąć pod uwagę przyzgrzewaniu liniowym są: stosowanie prądumodulowanego lub pulsacyjnego orazprędkość zgrzewania.

Poniższa tabela podaje parametryzgrzewania zalecane dla austenitycznychgatunków stali Fe - Cr - Ni.

Transformatorzgrzewalniczy

Uzwojeniepierwotne

Uzwojenie wtórne

Górna elektroda krążkowa

Kierunek przesuwu

Elementy zgrzewane

Dolna elektroda krążkowa

Górna elektroda krążkowa

Elementyzgrzewane

Dolna elektroda krążkowa

Nieciągłe zgrzewanie liniowe

Ciągłe zgrzewanie liniowe (nakładające się jądra zgrzeiny)

Kierunek przesuwu

Grubość Grubość Siła Czas Czas Prąd Prędkośćblachy krążka docisku zgrzewania przerwy zgrzewania zgrzewania(mm) (mm) (daN) (okresy) (okresy) (A) (cm/min)

0,5 3,0 320 3 2 7900 140

0,8 4,5 460 3 3 10600 120

1,5 6,5 80 3 4 15000 100

2,0 8,0 1200 4 5 16700 95

3,0 9,5 1500 5 7 17000 95


17

Zasady kształtowania garbu

Zarówno w zgrzewaniu punktowym, jak iliniowym, głównymi zaletami elektrycznegonagrzewania rezystancyjnego jestograniczona zmiana mikrostruktury wstrefie oddziaływania ciepła, niewystępujące praktycznie utlenianiepowierzchni, gdy blachy są właściwiechłodzone (przez strumień zimnej wody)oraz bardzo małe odkształcenie blach pozgrzewaniu.

2.2.3 Zgrzewanie garbowe: PW (*)

W procesie tym, małe przygotowane garbyna jednej lub dwóch powierzchniachzgrzewanych elementów topią się izapadają przy doprowadzeniu prądu przezpłaskie elektrody ze stopu miedzi. Garby sątworzone przez wygniatanie (części zblachy) lub obróbkę mechaniczną (grubeczęści metalowe), zazwyczaj na częścigrubszej lub o wyższej przewodnościelektrycznej złącza. Garby te są takzaprojektowane i umiejscowione, abyskoncentrować prąd i móc wykonywaćjednocześnie dużą ilość zgrzeinpunktowych. Stosuje się tu prądy o niższymnatężeniu i niższe naciski niż w wypadku

zgrzewania punktowego, aby uniknąćzapadnięcia się garbów przed stopieniempowierzchni drugiego elementu. Czaszgrzewania jest mniej więcej taki sam dlajednego lub wielu garbów o takim samymkształcie.

Zgrzewanie garbowe jest szczególnieużyteczne w celu uzyskania jednocześniekilku zgrzein punktowych.

Do pierścieniowego zgrzewania garbowegodostępne są różne rodzaje elementówmocujących, na przykład kołki, śruby,sworznie, nakrętki i podkładki.

e : grubość łączonych elementów: 0,3 mm - 3,0 mmH : wysokość garbu: 0,4 mm - 1,5 mmD : średnica garbu: 1,4 mm - 7,0 mm

e e

eeD D

H H


18

Zasada procesuspawaniaelektrożużlowego

Oscylacja

Elektroda

Stopiony żużel


Przykładka miedziana chłodzona wodą

Element spawany

Prowadnik elektrody i prądowa końcówka stykowa

Element spawany

Kierunek przesuwu

Przykładka miedzianachłodzona wodą

Skrzepnięty metal spoiny

Powierzchnia skrzepniętej spoiny

Podkładka

+

–

brzegi spawanej płyty i chroni stopionymetal przed wpływem atmosfery.Temperatura kąpieli wynosi około 1.900°C.

Aby rozpocząć proces elektrożużlowy, nadnie złącza umieszczany jest topnik izajarza się łuk pomiędzy elektrodami a blokiem lub podkładką, w celuprzygotowania kąpieli żużlowej.

W miarę postępu procesu spawania,przykładki miedziane oraz zespół podawaniadrutu przesuwają się w górę złącza zprędkością około 30 mm/min. Współczynnikstapiania metalu wynosi około 350 g/min.Skład drutu spawalniczego zazwyczajodpowiada składowi metalu podstawowego.Najczęściej spotykane wielkości średnicelektrod to : 1,6 mm, 2,4 mm i 3,2 mm.

Struktura metalograficzna połączeńelektrożużlowych jest odmienna niż winnych połączeniach spawanych. Powolnechłodzenie i krzepnięcie może prowadzić dopowstawania struktury gruboziarnistej. Ztego właśnie powodu, technologia ta jestzalecana tylko do stali austenitycznych.

2.2.4 Spawanie elektrożużlowe: ESW

Metoda spawania elektrożużlowego zostałaopracowana w Instytucie SpawaniaElektrycznego im. E.O.Patona na Ukrainie,na początku lat 50.

Spawanie elektrożużlowe jest procesemjednościegowym stosowanym dowykonywania spoin czołowych w pozycjipionowej. Złącza o grubości powyżej 15mm (bez górnego ograniczenia) mogą byćwykonywane jednym przejściem, przy czymwymagane jest przygotowanie prostegobrzegu złącza. Metoda ta jest podobna dopionowego odlewania, ponieważ stopionymetal spoiny jest zawarty pomiędzy dwomaspawanymi płytami i parą chłodzonychprzykładek miedzianych.

Oprócz samego momentu rozpoczęciaspawania elektrożużlowego, nie ma tutajzjawiska łuku. Elektrody podawane wsposób ciągły topią się w procesienagrzewania rezystancyjnego przyprzechodzeniu przez przewodzącą warstwęstopionego żużla (kąpiel żużlowa).

Kąpiel żużlowa topi również przylegające


19

PęknięciaZacisk ruchomej elektrody

Zacisk nieruchomej elektrody

Dobra: > ≈ 45°, obecność 3 rąbków zgrzeiny

Zła: < ≈ 30°, niedostateczna ilość wprowadzonej energii lub za mała siła spęczania

Zła: bardzo duże strefy plastyczne i obecność pęknięć z powodu niewystarczającego nagrzania

F F

metalu i skompensowana przez przesuwruchomych zacisków, czas trwania wyiskrza-nia oraz etap końcowego spęczania.Szorstkość początkowych powierzchnistykowych złącza musi być tego rzędu, abyzapewnić wystarczającą ilość dobrzerozłożonych punktów styku w celuwytworzenia równomiernego iskrzenia nacałej powierzchni złącza.

Po spęczeniu, profil złącza winien wykazywaćcharakterystyczny profil trójżebrowywskazujący na przeprowadzenie właściwejoperacji zgrzewania. Zalecane parametryzgrzewania stali austenitycznych w funkcjipowierzchni przekroju podano w poniższejtabeli.

Niektóre typowe zastosowania to : obręczekół (rowerów) wytwarzane z pierścienizgrzewanych iskrowo, prostokątne ramy(okien i drzwi) itp.

2.2.5 Zgrzewanie iskrowe: FW (*)

Technika ta jest stosowana przedewszystkim do długich elementów, naprzykład prętów, rur i kształtowników.Chociaż zgrzewanie iskrowe jest podobnedo doczołowego zgrzewania rezystancyjnego,jest ono w rzeczywistości całkowicie różne.W trakcie doczołowego zgrzewaniarezystancyjnego zaobserwowano, że ilekroćbrzegi czołowe nie są w doskonałymkontakcie, prąd przechodzi tylko przez kilkamałych obszarów, co prowadzi dointensywnego lokalnego nagrzewania iszybkiego topienia, tworząc łuki, któregwałtownie wyrzucają stopiony metal zezłącza, z powodu związanych z tym pólmagnetycznych (zjawisko wyiskrzania).

Do istotnych parametrów tej metody należą:prąd zgrzewania oraz napięcie, które musibyć wystarczające dla spowodowaniawyiskrzania, chwilowa prędkość wyiskrzenia,która musi być proporcjonalna do zużycia

Zasada zgrzewania iskrowego Wpływ parametrów zgrzewania na końcowy profil zgrzeiny


20

Zasada zgrzewaniaindukcyjnego prądamiwysokiej częstotliwości

2.2.6 Zgrzewanie indukcyjneprądami wysokiejczęstotliwości : HFIW (*)

Zgrzewanie indukcyjne prądami wysokiejczęstotliwości jest zasadniczo stosowanedo wytwarzania rur z taśm. Proces ten jestrealizowany przez system profilowaniawielorolkowego. Po wyjściu z ostatniegozestawu rolek rura zawiera podłużnąszczelinę, która jest zamykana przezzgrzewanie. Złącze jest formowane przezutworzenie styku w stanie stałym zpośrednim topieniem, gdy brzegi taśmyzostają zbliżone do siebie przez parępoziomych rolek (rolki dociskające).

Z powodu zjawiska naskórkowości, induko-

wany prąd wysokiej częstotliwości (140 Hzdo 500 Hz) podąża drogą minimalnejimpedancji, koncentrując ciepło na brzegach.

W przypadku ferrytycznych stalinierdzewnych, ta bardzo wydajna metodapozwala uniknąć zjawiska rozrostu ziarn, naktóre gatunki te są podatne.

W tym przypadku, stosuje się moczgrzewania od 150 kW do 300 kW wzależności od średnicy rur, a prędkośćzgrzewania waha się od 50 m/min do 90 m/min.

Zasilanie wysokiej

częstotliwościZgrzeina

Wierzchołek

Rolki zgrzewające lub dociskające

InduktorUrządzenie

impedancyjne

Linie przepływu prądu

Rurka

Urządzenie impedancyjne (rdzeń magnetyczny)

Przekrój a-a

a

a

Grubość Powierzchnia Początkowy Końcowy Ubytek materiału Czas(mm) przekroju odstęp szczęk odstęp szczęk (wyiskrzanie i iskrzenia

(mm2) zgrzewarki (mm) zgrzewarki (mm) spęczanie) (mm) (s)

2.0 40 13 5 8 2.2

5.0 570 25 7 18 6.0

10.0 1700 40 15 25 17.0


21

2.3 Metody wykorzystująceenergię promieniowania (*)

2.3.1 Spawanie laserowe: LBW

Efekt laserowy w zakresie długości falioptycznej został odkryty przez Maimana w1958 r. Natychmiast pojawiła się możliwośćwykorzystania wiązki laserowej wspawalnictwie jako bezstykowego źródłaenergii o dużym natężeniu i stopniuskupienia. Dostępne poziomy ciągłej mocysą szczególnie wysokie dla laserów CO2,chociaż należy pamiętać, że efektywna moc wykorzystana do spawania zależyod współczynnika odbicia spawanegomateriału, dla danej padającej długości fali.

Źródłami najczęściej stosowanymi dospawania są lasery gazowe CO2 oraz laserytypu YAG (laser itrowo-aluminiowy). Laserytypu YAG nadają się szczególnie dospawania cienkich blach ze stali nierdzewnej

(< 1,5 mm) w pulsacyjnym trybie pracy.Lasery CO2 są bardziej przydatne dospawania blach lub taśm ze stalinierdzewnej o większej grubości (1,5 - 6,0 mm).

Podobnie jak w przypadku zgrzewaniaindukcyjnego prądami wysokiejczęstotliwości (HFIW), metoda ta jestszeroko stosowana w produkcji rurwzdłużnie spawanych. Przy mocy około 6 kW, taśma o grubości 2 mm zestabilizowanej stali ferrytycznej ozawartości 17% chromu może być spawanaz prędkością około 7 m/min, a ponieważcykl cieplny jest bardzo krótki, zjawiskorozrostu ziarn w strefie wpływu ciepła jestwyjątkowo ograniczone.

Zasada lasera CO2 (CO2,N2, He) stosowanego dospawania

Rura chłodząca

Wlot gazuCO2, N2, He

Wlot gazu:CO2, N2, He

Lustro płaskielub wklęsłe

Rezonator rurowyŚrednica20-100 mm

Elektrodawzbudzająca

Wylot pompy próżniowej

Perforowane lustro płaskie

Okno NaCl

Argon

Gaz ochronny(Argon)



Ar

Zasilanie prądem wysokiego

napięcia≈ 10 to 20kV


22

Zasada spawania wiązkąelektronów

2.3.2 Spawanie wiązką elektronów:EBW

Do spawania wiązką elektronów wykorzystujesię energię ze skoncentrowanej wiązkielektronowej o wysokiej prędkości, którazderza się z materiałem podstawowym.Przy wysokiej energii wiązki, możnawytopić otwór na wskroś materiału iwykonywać spoiny z pełnym przetopem zprędkością rzędu 20 m/min.

Za pomocą spawania wiązką elektronówmożna wykonywać głębokie i cienkiespoiny z wąskimi strefami wpływu ciepła.Stosunek głębokości do szerokości jestrzędu 20:1.

Spoiny powstają w próżni, która eliminujezanieczyszczenie jeziorka spawalniczegoprzez gazy. Próżnia nie tylko zapobiegazanieczyszczeniu spoiny, ale równieżpozwala na powstanie stabilnej wiązki.Skoncentrowany charakter źródła ciepłapowoduje, że metoda ta szczególnie nadajesię do spawania stali nierdzewnych.Dostępna moc może tu być łatwokontrolowana, a ta sama spawarka może być wykorzystana do spawaniajednowarstwowego stali nierdzewnych ogrubości od 0,5 mm do 40 mm.

Cylinder Wehnelta

Zasilanie prądem stałym włókna żarzenia (katoda)

Zasilanie prądem stałym cylindra Wehnelta(1 - 3 kV)

Zasilanie elektryczne prądem stałym o wysokim napięciu15 - 150 kV

Elekromagnetycznasoczewka skupiająca

Cewka odchylająca

Przekrój poprzeczny spoinywykonanej wiązką elektronów

Uproszczone przedstawienie urządzeniado spawania wiązką elektronów

Układ próżniowy

Spawany element

Wózek

Anoda

Wiązka elektronów

+

+–

–


23

3. Spawalność stali nierdzewnych

3.1 Austenityczne stalenierdzewne: Fe-Cr-Ni (Mo)-(N)

➤ Struktury zawierające kilka procentferrytu (często spotykane)

• Niepodatne na gorące pękanie• Dobra odporność na korozję między-

krystaliczną w przypadku gatunkówniskowęglowych i stabilizowanych.

• Doskonała udarność i ciągliwość• Kruchość może pojawić się po dłuższej

ekspozycji na działanie temperaturymiędzy 550°C a 900°C z powodurozkładu ferrytu tworzącego fazę sigma.

➤ Struktury w pełni austenityczne(wyjątkowe)

• Podatne na gorące pękanie w trakciekrzepnięcia

• Dobra odporność na korozję między-krystaliczną w przypadku gatunkówniskowęglowych i stabilizowanych

• Doskonała udarność i ciągliwość.

3.2 Ferrytyczne stale nierdzewne:Fe-Cr-(Mo-Ni-V)

➤ Gatunki półferrytyczne: 0,04% C - 17% Cr• Skłonne do wzrostu kruchości w wyniku

rozrostu ziarn w temperaturze powyżej1150°C

• Niska udarność i ciągliwość• Skłonne do korozji międzykrystalicznej• Obróbka cieplna w temperaturze około

800°C przywraca własności mechanicznei odporność na korozję międzykrystaliczną.

➤ Gatunki ferrytyczne: 0,02% C – 17-30% Cr– (stabilizowane Ti, Nb)

• Podatne na kruchość poprzez rozrostziarn powyżej 1150°C

• Zadowalająca ciągliwość oraz lepszaudarność w porównaniu z gatunkamipółferrytycznymi

• Zazwyczaj niewrażliwe na rozrost ziarna.

3.3 Stale nierdzewneaustenityczno-ferrytycznetypu Duplex: Fe-Cr-Ni (Mo)-N

• Niepodatne na gorące pękanie• Doskonała udarność i dobra ciągliwość

w zakresie od – 40°C do 275°C• Podatne na wzrost kruchości w wyniku

obecności fazy sigma, gdy zostanąpoddane działaniu temperatury między500°C a 900°C.

3.4 Stale nierdzewnemartenzytyczne: Fe-Cr-(Mo-Ni-V)

• Podatne na pękanie na zimno, wzależności od zawartości węgla i wodoruoraz poziomu naprężenia pozostającego,w temperaturze poniżej około 400°C(zaleca się zazwyczaj wstępnepodgrzewanie i wygrzewanie pospawaniu)

• Wysoka wytrzymałość na rozciąganie itwardość. Dobra udarność, szczególniew przypadku gatunków niskowęglowych.


24

4. Dobór gazów ochronnych do spawaniastali nierdzewnych (1)

4.1 Wpływ gazu ochronnego naspawanie metodami: GTAW,PAW, GMAW, FCAW i LBW

Dobór gazów ochronnych ma istotny wpływna następujące czynniki :

• skuteczność ochrony (kontrolowanaatmosfera gazu ochronnego)

• metalurgię, własności mechaniczne(utrata pierwiastków stopowych,przechwytywanie gazów atmosferycznych)

• odporność na korozję (utrata pierwiastkówstopowych, przechwytywanie gazówatmosferycznych, utlenianie powierzchni)

4.2 Dobór gazów ochronnych

• geometrię spoiny ( kształt ściegu iwtopienia)

• wygląd powierzchni (utlenianie,rozpryski)

• stabilizację łuku i jego zajarzanie

• przenoszenie metalu (jeżeli występuje)

• środowisko naturalne (emisja dymów igazów)

Interakcja pomiędzy procesem spawaniaoraz gazem ochronnym została opisana wsposób bardziej szczegółowy w § 2.

Metoda spawania Metoda spawania Gaz chroniący grań spoinyGaz plazmowy

ArAr + H2 (do 20%) (1) Ar

GTAW Ar + He (do 70%) N2(2)

Ar + He + H2(1) N2 + 10% H2

(1)

Ar + N2(2)

PAW Jak dla GTAW Jak dla GTAW

98% Ar + 2% O297% Ar + 3% CO2

GMAW 95% Ar + 3% CO2 + 2% H2(1) Jak dla GTAW

83% Ar + 15% He + 2% CO269% Ar + 30% He + 1% O290% He + 7,5% Ar + 2,5% CO2

FCAW Bez osłony Bez osłony97% Ar + 3% CO2 Jak dla GTAW80% Ar + 20% CO2

LBW He Jak dla GTAWAr

Ar : argon; H2: wodór; He: hel; N2: azot; CO2: dwutlenek węgla

(1) Mieszanek zawierających wodór nie można stosować do spawania stali nierdzewnychferrytycznych, martenzytycznych i typu duplex.

(2) Do spawania nierdzewnych stali austenitycznych i typu duplex zawierających azot, do gazuochronnego można dodać azot.


25

(1) AISI : American Iron and Steel Institute (Amerykański Instytut Żelaza i Stali)(2) Elektrody otulone do ręcznego spawania łukowego stali nierdzewnych i żaroodopornych. Są

dwa podstawowe rodzaje otuliny: zasadowa (B) lub wapniowa (prąd stały) oraz rutylowa (R)lub zawierająca dwutlenek tytanu (prąd stały lub przemienny)

(3) Druty elektrodowe, druty i pręty do spawania łukowego stali nierdzewnych i żaroodpornych: G dla GMAW, W dla GTAW, P dla PAW, S dla SAW.

(4) Druty proszkowe z rdzeniem topnikowym do spawania łukowego z osłoną lub bez osłonygazowej stali nierdzewnych i żaroodpornych.

5. Proponowane materiały dodatkowe do spawaniastali nierdzewnych

Materiał podstawowy Materiały dodatkowe

EN 10088 AISI (1) EN 1600 EN 12072 EN 12073

Nazwa Numer Elektrody Druty i pręty Drut proszkowy zotulone (2) (3) rdzeniem topnikowym(4)

X5CrNi18-10 1.4301 304 E 19 9 G 19 9 L T 19 9 L

X2CrNi18-9 1.4307304 L E 19 9 L G 19 9 L T 19 9 L

X2CrNi19-11 1.4306

X5CrNiTi18-10 1.4541 321 E 19 9 Nb G 19 9 Nb T 19 9 Nb

X5CrNiMo17-12-2 1.4401 316 E 19 12 2 G 19 12 3 L T 19 12 3 L

X2CrNiMo17-12-2 1.4404 316 L E 19 12 3 L G 19 12 3 L T 19 12 3 L

X6CrNiMoTi17-12-2 1.4571 316 Ti E 19 12 3 Nb G 19 12 3 Nb T 19 12 3 Nb

X2CrNiMo18-15-4 1.4438 317 L E 19 13 4 N L G 19 13 4 L T 13 13 4 N L

X10CrNi18-8 1.4310 301 E 19 9 G 19 9 L T 19 9 L

X2CrNiN18-7 1.4318 301 L E 19 9 L G 19 9 L T 19 9 L

X12CrNi23-13 1.4833 309 S E 22 12 G 22 12 H T 22 12 H

X8CrNi25-21 1.4845 310 S E 25 20 G 25 20 T 25 20

X25CrNiMo18-15-4 1.4438 317 L E 19 13 4 N L G 19 13 4 L T 13 13 4 N L

X2CrTi12 1.4512 409 E 19 9 L G 19 9 L T 13 Ti

X6Cr17 1.4016 430 E 17 or 19 9 L G 17 or 19 9 L T 17 or 19 9 L

X3CrTi17 1.4510 430 Ti / 439 E 23 12 L G 23 12 L T 23 12 L

X2CrMoTi18-2 1.4521 444 E 19 12 3 L G 19 12 3 L T 19 12 3 L

X2CrTiNb18 1.4509 441 E 23 12 L G 23 12 L T 23 12 L

X6CrMo17-1 1.4113 434 E 19 12 3 L G 19 12 3 L T 19 12 3 Nb

X2CrNiN23-4 1.4362 – E 25 7 2 N L G 25 7 2 L T 22 9 3 N L

X2CrNiMoN22-5-3 1.4462 – E 25 7 2 N L G 25 7 2 L T 22 9 3 N L


X20Cr13 1.4021 – E 13 or 19 9 L G 13 or 19 9 L T 13 or 19 9 L



26

6. Przygotowanie do spawania łukowego

Typowe rodzaje złączy występujących przyspawaniu łukowym to: złącze doczołowe,złącze zakładkowe, złącze narożne, złączegrzbietowe i złącze teowe. Dobór właściwegozłącza do określonego zastosowania będziezależał przede wszystkim od następującychczynników:• wymaganych własności mechanicznych

złącza,• gatunku spawanej stali,• wielkości, kształtu i wyglądu spawanego

zespołu,• kosztu przygotowania i wykonania

złącza.

Bez względu na rodzaj złącza, zasadnicząsprawą jest właściwe oczyszczeniełączonego materiału przed jego spawaniem,co pozwoli uzyskać spoiny o estetycznymwyglądzie i dobrych własnościachmechanicznych. W przypadku małychelementów, wystarczające jest zazwyczajoczyszczenie za pomocą szczotki drucianejlub wełny ze stali nierdzewnej alborozpuszczalnika chemicznego. W przypadkuwiększych zespołów lub w produkcjifabrycznej bardziej ekonomiczne może byćodtłuszczanie parowe lub czyszczenie wzbiorniku. W każdym przypadku, niezbędnejest całkowite usunięcie z łączonychpowierzchni wszelkich tlenków, olejów,smarów, brudu oraz innych obcych ciał.

6.1 GTAW i PAW

Złącze doczołowe o prostopadłychbrzegach (spoina I) jest najłatwiejsze doprzygotowania i może być wykonane zzastosowaniem spoiwa lub bez niego, w

zależności od grubości spawanychelementów. Ustawienie elementów dospawania czołowego powinno zawsze byćtakie, aby zapewnić pełne (100%) wtopienie.Przy spawaniu materiału cienkiego bezdodatku spoiwa należy zwrócić szczególnąuwagę, aby nie wystąpił brak wtopienia iaby nie dopuścić do przepalenia.

Tam, gdzie wymagane jest pewnewzmocnienie winno być stosowane złączegrzbietowe z czołową spoiną brzeżnązamiast złącza doczołowego ze spoiną I.Spawanie to stosuje się praktycznie tylkodo stosunkowo cienkiego materiału (1,5 mmdo 2,0 mm).

Złącze zakładkowe ma tę zaletę, żecałkowicie eliminuje potrzebę przygotowaniabrzegów. Jedynym warunkiem wykonaniadobrego złącza zakładkowego jest ścisłeprzyleganie do siebie blach na całejdługości wykonywanego złącza.

Złącza narożne są często stosowane wprodukcji mis, skrzyń i wszelkiego rodzajukontenerów. Konieczność stosowania spoiwadla zapewnienia odpowiedniego nadlewuspoin na wszystkich narożnych złączachzależy od grubości materiału podstawowego.Należy zapewnić dobry styk łączonychelementów wzdłuż całej długości spoiny.

Wszystkie złącza teowe wymagajązastosowania spoiwa w celu uzyskaniapotrzebnego metalu spoiny. Gdy wymaganejest pełne (100%) wtopienie, należyzapewnić natężenie prądu spawaniaodpowiednie dla grubości materiałupodstawowego.


27

Złącza grzbietowe są stosowane tylko wprzypadku blach cienkich i nie wymagająużycia spoiwa. Przygotowanie tych złączyjest proste, lecz nie powinny być stosowanetam, gdzie będą poddane bezpośrednimobciążeniom rozciągającym, ponieważ tenrodzaj połączeń może ulec pęknięciu w grani, przy stosunkowo niewielkichnaprężeniach.

6.2 GMAW

W złączach spawanych metodą GMAWodstęp progowy jak również kąty rowka Vmogą być często zmniejszone w stosunkudo tych, które są stosowane przy spawaniumetoda SMAW. Umożliwia to zredukowanieilości metalu spoiny na jednostkę długości do30% poprzez odpowiednie zaprojektowanie,które wymaga mniej spoiwa. Przyprojektowaniu złączy spawanych metodąGMAW o wąskich rowkach, często należyzastosować wysoką gęstość prądu(przenoszenie natryskowe).

6.3 FCAW

W złączach ze spoinami czołowymi możnazmniejszyć odstęp progowy i kąty rowka V,co często umożliwia zaoszczędzenie około40% spoiwa użytego do wykonania złącza.Optymalny wybór złącza będzie częstozależał od łatwości usuwania żużla przyspoinach wielowarstwowych.

Przy wykonywaniu spoin pachwinowychmożna stosować mniejsze ich wymiary dlazapewnienia tej samej wytrzymałości.

Głębokie wtopienie, jakie uzyskuje się przyspawaniu drutem proszkowym daje takąsamą wytrzymałość jak spoina pachwinowao większej grubości wykonana metodąSMAW elektrodą o niewielkiej zdolnościwtopienia.

Druty proszkowe (FCAW) w porównaniu zelektrodami do spawania metodą SMAWczęsto dają znaczne oszczędności kosztowewynikające z : wyższego współczynnikastapiania, węższych rowków i czasami zwykonania dwóch ściegów przed przerwąna usunięcie żużla.

6.4 SAW

Otwarcia rowka są mniejsze w porównaniudo tych, jakie są wymagane dla innychmetod spawania łukowego. Ściegi spoin sągrubsze niż przy spawaniu elektrodamimetodą SMAW. Dla układu bez uprzedniegowykonania ściegu w grani, często pożądanejest zastosowanie poduszki topnikowejutrzymywanej w miejscu przez miedzianąpodkładkę chłodzącą lub przez podkładkęceramiczną.

We wszystkich metodach nie jestwymagane ukosowanie brzegów przygrubości elementów spawanych do 3 mm,ale grubszy materiał podstawowy winienbyć zukosowany dla utworzenia rowka wkształcie "V", "U" lub "J".


28

7. Obróbka wykończeniowa złączy

Potrzeba obróbki wykończeniowejpowierzchni odnosi się przede wszystkim dozłączy spawanych łukowo. Złącza wykonanemetodami zgrzewania rezystancyjnego, zwyjątkiem doczołowego zgrzewaniaiskrowego, zazwyczaj są użytkowane w staniejak po zgrzewaniu lub po lekkim oczyszczeniu.

Po zakończeniu operacji spawania łukowego,obszar spoiny i otaczający go materiałpodstawowy mogą być zanieczyszczoneprzez odpryski spawalnicze i powłokętlenkową, w zależności od rodzaju złącza,grubości materiału i zastosowanej technikispawania.

W celu uzyskania najwyższej odporności nakorozję należy zwrócić baczną uwagę naoperację wykończenia, aby usunąć wszelkiezanieczyszczenia powierzchni oraznieregularności, które mogłyby stanowićmiejsca działań korodujących przy ichużytkowaniu.

W pewnych zastosowaniach, tam gdziekwestie odporności na korozję, higieny iestetyki są najważniejsze, może byćkonieczne usunięcie nadmiaru metaluspoiny i wypolerowanie strefy spoiny, abynie odróżniała się od otaczającego metalupodstawowego.

Normalna obróbka wykończeniowa możestanowić jedną z poniższych operacji,zastosowanych pojedynczo lub w połączeniu,w zależności od techniki spawania iwymagań co do stopnia wykończenia:• wykończenie mechaniczne przez

młotkowanie, szczotkowanie, szlifowanieoraz polerowanie,

• trawienie kwasem, po którym następujepasywacja oraz mycie.

7.1 Usuwanie żużla, rozprysków itlenków

Żużel pozostały po spawaniu musi byćusunięty przez staranne młotkowanie zezwróceniem uwagi, aby nie powstawaływgniecenia lub szczerby na sąsiadującejpowierzchni metalu. Rozpryski spawalniczestanowią prawdopodobnie jedno znajtrudniejszych do usunięcia zanieczy-czeń, szczególnie w wypadku bardzowypolerowanych blach. Z tego powoduzaleca się zazwyczaj, aby chronićpowłokami z tworzyw sztucznychpowierzchnie blachy przylegające dospoiny. Metoda ta ogranicza do minimumpowierzchnię wymagającą obróbkiwykończeniowej.

Warstewki tlenków oraz rozpryskispawalnicze można usunąć za pomocąszczotki drucianej ze stali nierdzewnej.Jeżeli stosuje się szczotkę drucianą ze staliinnej niż nierdzewna, zanieczyszczeniecząstkami żelaza może prowadzić dopowstania rdzy i zmiany koloru w czasieużytkowania.

Inną metodą usuwania żużla spawalniczegoi rozprysków z ciężkich elementów jestpiaskowanie. W procesie tym, cząstkiścierne (krzemionka, korund itp.) uderzająo elementy zespawane pod wysokimciśnieniem powietrza lub wody.


29

7.2 Szlifowanie

Własności fizyczne stali nierdzewnychwymagają staranności w trakcie szlifowania,co zapobiegnie przegrzaniu i związanemu ztym przebarwieniu cieplnemu. Zjawisko topowstaje, gdy temperatura powierzchniprzekracza 200°C. W procesie tym,powierzchnia elementu spawanego jestścierana za pomocą tarczy szlifierskiejobracającej się z wysoką prędkościąobwodową od 20 m/s do 80 m/s. Cząstkamiściernymi są zazwyczaj tlenek glinu(korund) lub węglik krzemu (karborund). Dooperacji zgrubnego szlifowania, takich jakusuwanie nadmiaru grubości spoiny,stosuje się krążki cylindryczne o średnicy100 mm - 200 mm o wielkości ziarna wedługnumeru sita rzędu 40. W zależności odrodzaju spoiwa, prędkość obwodowa wahasię od 25 m/s do 60 m/s. Dla operacjiszlifowania wykończającego (na przykładdokładne wyrównywanie spoiny) stosujesię półsztywne lub elastyczne tarczeszlifierskie o średnicy od 150 mm do 250 mmi wielkości ziarna o numerze sita 80 - 120 iprędkości obwodowej od 12 m/s do 15 m/s.

7.3 Polerowanie

Polerowanie jest często spotykaną operacjąwykończenia powierzchni. Normalnaprocedura polega na usuwaniu śladówszlifowania przy zastosowaniu materiałuściernego o numerze 180 - 320. Stosowanenarzędzia (tarcze polerskie i krążkiszmaciane) muszą być wykorzystywanetylko do stali nierdzewnych, aby uniknąćryzyka zanieczyszczenia drobinami żelaza.

W porównaniu do innych materiałów,usuwanie materii wymaga w wypadku stalinierdzewnych dużej energii. Należy więcdołożyć starań aby uniknąć nadmiernegonagrzewania się (maksymalna temperaturarzędu 200°C), które może spowodowaćlekkie utlenianie powierzchni, couniemożliwi utworzenie warstwy pasywnej.Nacisk wywierany przez krążek lub taśmęnależy wyregulować na najniższympoziomie, tak aby uzyskać zadowalającepolerowanie bez lokalnego przegrzewania.

7.4 Obróbka chemiczna

7.4.1 Wytrawianie

Przy niektórych metodach spawania, złączezostaje pokryte warstwą kolorowego tlenku,który musi zostać usunięty, aby przywrócićzdolność do pasywacji. Można tuzastosować różne metody.

➤ Kąpiel trawiąca dla gatunków austeni-tycznych:

• kwas azotowy 52% (36° Baumégo) : 100 l• kwas fluorowodorowy 65%: 20 l• lub fluorek sodu: 30 kg• woda: 900 l

➤ Kąpiel trawiąca dla gatunków ferry-tycznych:

• kwas azotowy 52% (36° Baumégo): 100 l• kwas fluorowodorowy 65%: 10 l• lub fluorek sodu: 15 kg• woda: 900 l

Czas zanurzenia w temperaturze 20°Czazwyczaj wynosi od 15 minut do 3 godzin.


30

Aby zapobiec korozji metalu należystarannie kontrolować temperaturę kąpielioraz czas zanurzenia. Po wytrawieniu,części muszą być obficie spłukane wodąwolną od chloru.

➤ Pasty i żele wytrawiające:Stosowanie past lub żeli umożliwiaograniczenie obróbki do strefy spoiny. Ichskład może się różnić, ale często zawierająone kwas azotowy. Pasta lub żel jestnakładana pędzlem, a następnie strefa tajest czyszczona szczotką drucianą ze stalinierdzewnej. Po wytrawieniu, strefa ta jestspłukiwana wodą.

7.4.2 Pasywacja

Po wytrawieniu, metal nie jest chroniony imusi być utworzona nowa warstwapasywna dla przywrócenia odporności nakorozję.

➤ Kąpiele pasywacyjneCzęści są zanurzane w kwaśnej kąpieli onastępującym przybliżonym składzie :

• kwas azotowy 52% (36° Baumégo): 250 l• woda: 750 l

Czas zanurzenia w temperaturze 20°Czazwyczaj wynosi od 15 minut do 1 godziny.Po pasywacji części muszą być staranniespłukane wodą.

➤ Pasywacyjne pasty i żelePasty i żele są stosowane do lokalnejpasywacji strefy spawania. Środek oparty okwas azotowy jest nakładany na obrabianą

powierzchnię a następnie całkowicieusuwany przy pomocy szczotki ze stalinierdzewnej lub nylonowej, po czymnastępuje spłukanie wodą.

➤ DekontaminacjaRóżne operacje w stosunku do blachy mogąpozostawić na jej powierzchni drobinybogate w żelazo, które muszą być usunięte.Chociaż cel jest inny, metody dekontaminacjisą takie same jak przy pasywacji.

8.1 Porażenie elektryczne

Przy wszystkich operacjach ręcznego spawaniałukowego, głównym niebezpieczeństwemjest porażenie elektryczne wynikające zkontaktu z nieosłoniętymi elementamiobwodu spawania będącymi pod napięciem.Napięcie łuku wynosi od 10 do 40 woltów,ale ponieważ napięcie konieczne dlazajarzenia łuku może być wyższe, źródłamocy mają napięcie obwodu otwartegorzędu 80 V.

Chociaż napięcie to wydaje się niskie w stosunku do napięcia 220 V wgospodarstwach domowych, okazało się, żetylko napięcie poniżej 50 V prąduprzemiennego oraz 120 V prądu stałego niejest niebezpieczne dla zdrowych osób wsuchym środowisku.

8. Bezpieczeństwopracy


31

Poniższe wytyczne podają podstawowezasady bezpieczeństwa i higieny pracywymagane dla zapewnienia bezpiecznejpracy i zapobieżenia wypadkom.

• Obwody elektrody i części spawanej sąpod napięciem, gdy urządzeniespawalnicze jest włączone. Nigdy nienależy dopuszczać do zetknięcia częściobwodu będących pod napięciem zgołą skórą lub mokrym ubraniem.Spawacz może być zabezpieczonyprzed porażeniem elektrycznym przezodpowiednie ubranie, takie jak :rękawice, buty i kombinezon.

• Należy zawsze być odizolowanym odczęści spawanej i od ziemi, stosującsuchą izolację przy spawaniu w wilgotnympomieszczeniu lub na posadzcemetalowej, szczególnie podczas spawaniaw pozycji siedzącej lub leżącej, gdy dużyobszar ciała może być w kontakcie zprzewodzącą powierzchnią.

• W celu ochłodzenia uchwytu elektrodynigdy nie należy zanurzać go w wodzie.

• Gdy spawarka jest wykorzystywana jako źródło energii do spawaniazmechanizowanego, powyższe zasadyodnoszą się również do elektrody, szpuli drutu elektrodowego, głowicyspawalniczej, dyszy i uchwytu dospawania półautomatycznego.

Inny rodzaj niebezpieczeństwa elektrycznegomoże powstać w przypadku błądzącychprądów spawalniczych, które wracają doźródła innymi drogami niż przewód

spawalniczy. Na przykład, pomimo, żeprzewód powrotny jest odłączony,spawanie jest możliwe, gdy prąd powrotnypłynie przez zabezpieczający przewóduziemiający źródło zasilania. Prądybłądzące mogą być, jeżeli chodzi o ichnatężenie, porównywalne z prądemspawania, gdy izolacja przewodupowrotnego, który może mieć zwarcie przezinne przewody jest słaba lub wadliwa. Przyspawaniu konstrukcji budowlanych lubrurociągów, przewód powrotny prąduspawania winien być umieszczony jaknajbliżej strefy spawania.

8.2 Dymy i gazy

Podczas spawania mogą wydzielać siędymy i gazy niebezpieczne dla zdrowia,które zanieczyszczają powietrze w pobliżustanowiska pracy. Dla wyeliminowaniaspowodowanego tym ryzyka należyprzedsięwziąć odpowiednie środkiostrożności. Jeżeli się nie da, to dymy i gazymuszą być odprowadzane u źródła ich powstawania stosując wentylacjęmiejscową i/lub system odciągowy przyłuku, aby utrzymać je z daleka od strefyoddychania. Nie należy stosować aparatówdo oddychania, dopóki nie zostanąwykorzystane wszystkie inne możliwości.Ogólnie można stwierdzić, że aparatura do ochrony dróg oddechowych jestwykorzystywana tylko jako wyposażenietymczasowe, ale bywają takie okoliczności,w których oprócz wentylacji może byćkonieczne użycie środków ochronyosobistej.


32

9. Glosariusz: terminy i definicje

Prąd przemienny : Rodzaj prądu elek-trycznego, który odwraca okresowo swójkierunek. W przypadku prądu oczęstotliwości 50 Hz, prąd płynie najpierw wjednym kierunku a następnie w odwrotnym,zmieniając kierunek 50 razy na sekundę.

Ugięcie łuku : Odchylenie łuku od jegonormalnej drogi w wyniku sił magnetycznych.

Długość łuku: Odległość od końca elektrodydo punktu, w którym łuk styka się zpowierzchnią spawanego elementu.

Spoina łukowa liniowa : Spoina liniowawykonana metodą spawania łukowego (np.GTAW, PAW, GMAW, SMAW, SAW).

Spoina łukowa punktowa: Spoina punktowawykonana metoda spawania łukowego (np.GTAW, GMAW).

Spawanie łukowe: Grupa metod spawania,w których ciepło do spawania uzyskuje się złuku elektrycznego, z zastosowaniem lubbez zastosowania spoiwa.

Współczynnik czasu jarzenia łuku: Stosunekczasu jarzenia łuku do łącznego czasu, wktórym moc jest dostępna.

Spawanie automatyczne: Proces spawania,w którym operacja ta jest główniesterowana maszynowo.

Biegunowość ujemna elektrody prądustałego (DCEN) : Podłączenie przewodów wprocesie spawania łukowego prądemstałym w taki sposób, że element spawanystanowi biegun dodatni a elektroda –

Nie należy spawać w sąsiedztwie oparówchlorowanych węglowodorów pochodzącychz operacji odtłuszczania, czyszczenia lubnatryskiwania. Ciepło i promieniowaniepochodzące z łuku może reagować zoparami rozpuszczalnika i razem z innymizwiązkami drażniącymi tworzyć fosgen, gazsilnie toksyczny.

8.3 Promieniowanie łuku

Promieniowanie łuku może spowodowaćuszkodzenie oczu i oparzenia skóry.

• Podczas spawania lub obserwacjispawania łukiem otwartym należystosować tarczę z odpowiednim filtrem iokienkiem szklanym w celu ochronyoczu przed promieniowaniem i iskrami.Soczewki filtru winny odpowiadaćnormom europejskim.

• Dla ochrony skóry przed promieniowaniemłuku należy stosować odpowiednieubranie.

• Personel znajdujący się w pobliżu należychronić, stosując odpowiednie ekranyoraz należy ostrzec pracowników przedobserwowaniem łuku i narażaniem sięna jego promieniowanie i rozpryskigorącego metalu.


33

biegun ujemny łuku spawalniczego (np.GTAW, PAW).

Biegunowość dodatnia elektrody prądustałego (DCEP) : Podłączenie przewodów wprocesie spawania łukowego prądemstałym w taki sposób, że element spawanystanowi biegun ujemny a elektroda –biegun dodatni łuku spawalniczego.

Biegunowość odwrotna prądu stałego(DCRP) = DCEP

Biegunowość dodatnia prądu stałego(DCSP) = DCEN

Spawanie wiązką elektronów (EBW) :Metoda spawania, w której ciepło powstajew wyniku zderzenia się skoncentrowanejwiązki elektronów o wysokiej prędkości zelementem spawanym. Spawanie toodbywa się zazwyczaj w komorzepróżniowej.

Spawanie elektrożużlowe (ESW): Metodaspawania oparta na nagrzewaniu oporowym(RI2) stopionego żużla przewodzącegoelektryczność. Złącza (w układziepionowym) o grubości powyżej 15 mm (bezgórnej granicy ich grubości) mogą byćspawane jednym przejściem stosującprostopadłe przygotowanie brzegów.

Zgrzewanie iskrowe (FW) : Metodazgrzewania, w której elementy zgrzewane(pręty, rury) są mocowane w specjalnymuchwycie i lekko ze sobą zetknięte. Prąd owysokim natężeniu przechodzi przezzaciski i małe powierzchnie styku pomiędzyelementami zgrzewanymi są przegrzewane

do momentu, w którym następuje wyrzutstopionego metalu, to znaczy wyiskrzanie.Końcowym etapem jest wywarcie docisku ispęczenie złącza.

Spawanie łukowe drutem proszkowym zrdzeniem topnikowym (FCAW): Spawaniełukowe, w którym wykorzystywana jestciągła elektroda (drut proszkowy). Ochronałuku jest zapewniona przez topnik zawartyw drucie proszkowym. Dodatkową osłonęmoże stanowić mieszanka gazówdostarczana z zewnątrz.

Spawanie łukowe elektrodą metalową wosłonie gazu (GMAW): Spawanie łukowe, wktórym wykorzystywana jest ciągłaelektroda metalowa. Osłona łuku i jeziorkaspawalniczego jest zapewniona całkowicieprzez gaz dostarczany z zewnątrz.

Spawanie łukowe elektrodą wolframową wosłonie gazu obojętnego : GTAW lubspawanie metodą TIG: Metoda spawaniałukowego w osłonie gazu obojętnego przy zastosowaniu nietopliwej elektrodywolframowej. W metodzie tej możnastosować spoiwo lub nie.

Zgrzewanie indukcyjne (IW) : Metodazgrzewania, w której ciepło niezbędne jest uzyskiwane w wyniku rezystancjielementów łączonych wobec przepływuindukowanego prądu zgrzewania wysokiejczęstotliwości (IHFW) lub indukowanegoprądu zgrzewania niskiej częstotliwości(ILFW), przy zastosowaniu docisku. Efektemprądu zgrzewania wysokiej lub niskiejczęstotliwości jest koncentracja ciepła wżądanym miejscu.


34

Zgrzewanie rezystancyjne : Metodazgrzewania, w której ciepło jest uzyskiwaneprzez elektryczne nagrzewanie rezystancyjnepowierzchni styku łączonych elementówdociskanych do siebie i przez któreprzepływa prąd elektryczny.

Ścieg graniowy: Pierwszy ścieg wykonanyw grani spoiny wielowarstwowej.

Spawanie półautomatyczne : Processpawania, który jest częściowo sterowanymaszynowo, ale wymaga ręcznegoprowadzenia.

Spawanie łukiem osłoniętym elektrodąmetalową (SMAW) lub ręczne spawaniełukowe elektrodą metalową : Spawaniełukowe otuloną elektrodą metalową odługości nie przekraczającej 450 mm iwykonywane przez operatora. Osłonę łukuuzyskuje się w wyniku rozkładu otulinyelektrody.

Przypawanie kołków (SW) : Metodaspawania, w której ciepło pochodzi z łukuzajarzonego pomiędzy końcem kołka aelementem łączonym. Po osiągnięciuwłaściwej temperatury, dwa elementy sądociskane do siebie.

Spawanie łukiem krytym (SAW): Spawaniełukowe elektrodą metalową, w którymstosuje się drut elektrodowy. Łuk jestosłonięty topnikiem, którego część topi siętworząc usuwalny żużel pokrywającyspoinę.

Spawanie w osłonie gazów obojętnych :Spawanie łukowe, w którym zarówno łuk,jak i jeziorko spawalnicze są osłonięteprzed atmosferą przez medium, którym jestcałkowicie (metody spawania GTAW, PAW)lub głównie (metody spawania GMAW,FCAW) gaz obojętny.

Spawanie laserowe (LBW) : Metodaspawania, w której ciepło do spawaniauzyskuje się ze skoncentrowanej i spójnejwiązki światła zogniskowanej na złączu.

Spawanie łukiem plazmowym (PAW) :Metoda spawania łukowego w osłonie gazówobojętnych przy zastosowaniu nietopliwejelektrody wolframowej, w której plazma łukujest zawężona dyszą dla wytworzeniastrumienia plazmy o wysokiej energii.

Zgrzewanie garbowe (PW) : Metodazgrzewania, w której małe przygotowanegarby na powierzchni elementówzgrzewanych są stapiane i zapadają się przy doprowadzeniu prądu z dwóchprzeciwstawnych elektrod.

Rezystancyjne zgrzewanie liniowe (RSEW):Metoda zgrzewania, w której blachy sąściskane między dwoma elektrodamikrążkowymi przesuwającymi się wzdłużzłącza, tworząc ciąg zgrzein punktowych.

Rezystancyjne zgrzewanie punktowe (RSW):Metoda zgrzewania, w której łączoneblachy są zaciskane pomiędzy dwomaprzeciwległymi elektrodami, pomiędzyktórymi przez bardzo krótki czas następujeprzepływ prądu o wysokim natężeniu.


35

Złącze bez odstępu : Złącze, w którympowierzchnie łączone (brzegi dwóch części)stykają się ze sobą podczas spawania.

Wklęsła spoina pachwinowa : Spoinapachwinowa, której lico jest wklęsłe.

Złącze narożne: Złącze pomiędzy końcamilub brzegami dwóch części tworzącymi kątzawarty między 30° a 135°.

Złącze krzyżowe: Złącze, w którym dwiepłaskie płyty są spawane do innej płaskiejpłyty pod kątem prostym i w tej samej osi.

Spoina 2V (X) : Spoina czołowa, w którejprzygotowane brzegi obydwu elementów sąpodwójnie zukosowane, tak że strefastopienia tworzy w przekroju kształt X.

Złącze grzbietowe : Złącze pomiędzybrzegami dwóch elementów ustawionychwzględem siebie pod kątem bliskim 0°.

Przygotowanie brzegów : Nadawaniekształtu prostokątnego, rowkowanie lubukosowanie brzegu w celu przygotowaniado spawania.

Spoina pachwinowa: Spoina o przekrojupoprzecznym zbliżonym do trójkąta,łącząca dwie powierzchnie usytuowane podkątem zbliżonym do prostego w złączuzakładkowym, teowym lub narożnym.

Płaska spoina pachwinowa : Spoinapachwinowa, której lico jest wklęsłe.

Linia wtopienia: Połączenie metalu spoinyz niestopionym materiałem podstawowym.

Prędkość posuwu : Względna prędkośćprzemieszczania elektrody w stosunku dopowierzchni łączonego elementu.

Napięcie : Napięcie mierzone na zaciskachźródła prądu, które określa długość łuku.Rzeczywiste napięcie łuku będzie zawszemiało wartość niższą od zmierzonej nazaciskach.

Ruch wahadłowy : Technika układaniastopiwa, w której elektroda przemieszczasię ruchem wahadłowym.

Prąd spawania (ampery)

9.2 Rodzaje połączeń spawanych

Kąt ukosowania: Kąt, pod którym brzegelementu przygotowano do spawania.

Ukosowanie : Przygotowanie brzegu podkątem.

Podkładka płaska spoiny: Materiał ułożonyprzy grani i wykorzystywany do kontroliwtopienia spoiny.

Złącze doczołowe : Złącze pomiędzykońcami lub brzegami dwóch czołowousytuowanych elementów leżących w tejsamej płaszczyźnie, (tzn. tworzących kątpomiędzy jednym i drugim elementemzbliżony do 180°).

Spoina czołowa: Spoina, w której metal jestukładany między brzegami złączadoczołowego.


36

Odstęp lub odstęp rowka: Odległość wdowolnym przekroju poprzecznym międzybrzegami, końcami lub powierzchniamiprzeznaczonymi do połączenia.

Strefa wpływu ciepła (HAZ) : Częśćmateriału podstawowego bezpośrednioprzylegająca do linii wtopienia, która niezostała stopiona, lecz w której ciepłospawania miało wpływ na mikrostrukturę.

Złącze: Połączenie, które ma być spawanemiędzy dwoma lub większą ilościąelementów albo pomiędzy dwoma lubwiększą ilością części jednego elementu.

Złącze zakładkowe : Złącze pomiędzydwoma nakładającymi się elementami podwzajemnym kątem zbliżonym do 0°.

Złącze z odstępem : Złącze, w którymłączone elementy są oddzielone od siebie wtrakcie spawania za pomocą określonejszczeliny.

Nawis : Wystawanie metalu spoiny pozabrzeg spoiny lub powierzchnię grani spoiny.Wtopienie : Głębokość, do której sięgastrefa stopienia poniżej powierzchnispawanych elementów.

Gardziel rowka: Strefa, w której elementyłączone były najbliżej siebie przedspawaniem.

Spoina V : Spoina czołowa, w którejprzygotowane brzegi obydwu części sązukosowane w taki sposób, że przekrójstrefy stopienia tworzy kształt V.

Spoina I : Spoina czołowa, w którejpowierzchnie czołowe łączonych elementówsą mniej więcej prostopadłe do powierzchniłączonych elementów i są do siebierównoległe.

Złącze teowe: Złącze pomiędzy końcem lubbrzegiem jednego elementu a płaszczyznądrugiego elementu, usytuowanych podkątem zbliżonym do 90°.

Spoina sczepna: Mała spoina stosowana dowspomagania montażu lub do utrzymaniazestawienia brzegów elementów w trakciespawania.

Grubość spoiny: Minimalna grubość spoinymierzona na linii biegnącej od grani iprzechodząca przez punkt w środkupomiędzy jej brzegami.

Podtopienie : Rowek wytopiony w metalupodstawowym przyległy do brzegu spoiny iniewypełniony metalem spoiny.

Złącze na Y : Złącze między końcem lubbrzegiem jednego elementu a powierzchniączołową drugiego elementu, usytuowanychpod kątem między 10° a 70°.

Lico spoiny: Powierzchnia spoiny od tejstrony, od której spoina została wykonana.

Wtopienie spoiny: Głębokość wtopienia lubstopienia zmierzona od wyjściowejpowierzchni metalu podstawowego.

Nadlew spoiny: Metal spoiny natopiony nalicu ponad wymaganą grubość spoiny.


9.3 Materiały dodatkowe dospawania

Elektroda otulona : Pręt do spawaniaotulony topnikiem (dla metody SMAW)stosowany do spawania łukowego iskładający się z metalowego rdzenia, zestosunkowo grubą otuliną, która osłaniastopiony metal i stabilizuje łuk.

Spoiwo : Metal dodawany w trakciespawania (lutowania twardego lubnapawania).

Pręt do spawania: Spoiwo w postaci pręta(np. dla metody GTAW).

Drut do spawania: Spoiwo w postaci kręgudrutu (np. dla metody GMAW i SAW).

Topnik: Łatwotopliwy materiał stosowanydo ochrony spoiny przed zanieczyszczeniemz powietrza, do stabilizacji łuku orazdo spełniania funkcji metalurgicznych(zapobieganie powstawaniu tlenków iinnych niepożądanych substancji, ichrozpuszczanie i ułatwianie usuwania).

Drut proszkowy z rdzeniem topnikowym:Spoiwo w formie małej rurki z topnikiemzawartym w rdzeniu. Rdzeń dostarczaodtleniacze oraz materiały tworzące żużel,jak również może dostarczać gazy ochronne(niektóre druty proszkowe są drutamisamoosłonowymi).

Diamant Building · Bd A. Reyers 80 · 1030 Bruksela · Belgia · Telefon +32 2 706 82-67 · Fax -69 · e-mail [email protected] · www.euro-inox.org

ISBN 2-87997-009-1

Spawanie stali nierdzewnych

Documents

Transcript of Spawanie stali nierdzewnych