Wiadomo ści ogólne o łączeniu metali · Spawanie metod ąTIG (Tungsten Inert Gas) jest procesem...

1

Wiadomości ogólne o łączeniu metali

Połączenia części maszyn dzieli się na nierozłączne, wktórych części złączone lub łączniki (części łączące)ulegają uszkodzeniu przy rozłączaniu połączenia, orazrozłączne, które można rozłączać i łączyć ponownie bezuszkodzenia części łączonych i łączników. Do najczęściejspotykanych połączeń nierozłącznych należą połączeniaspawane, lutowane, zgrzewane, skurczowe, wtłaczane initowane, zaś do połączeń rozłącznych — klinowe,wpustowe, wielowypustowe, sworzniowe, kołkowe,gwintowe, sprężyste i rurowe.

2

Spawanie

Wiadomości ogólne

Spawanie polega na łączeniu materiałów przez ichnagrzanie i stopienie w miejscu łączenia z dodaniem lubbez dodania spoiwa. Metal części łączonych nazywa sięmetalem rodzimym. Stopione spoiwo łącznie zestopionymi brzegami części łączonych, czyli materiałemrodzimym, tworzą po ostygnięciu spoin ę.W zależności od źródła ciepła użytego do stopieniamateriału rodzimego złącza i spoiwa rozróżnia się:spawanie elektryczne (łukowe, elektronowe,elektrożużlowe), gazowe i termitowe . Najbardziejrozpowszechnione jest spawanie elektryczne łukowe orazgazowe.

3

Wiadomości ogólne

Nie wszystkie metale nadają się w jednakowym stopniu dospawania. Szczególnie łatwo spawalne są stale o małejzawartości węgla (do 0,27%) oraz ołów, aluminium i stopymagnezu. Do metali trudno spawalnych zalicza się stalewysokowęglowe i stopowe, żeliwo, brązy i nikiel.

Wiadomości ogólne

Spawanie elektryczne łukowe polega na wytworzeniumiędzy elektrodą spawalniczą a materiałem spawanymłuku elektrycznego wydzielającego ciepło, pod wpływemktórego topią się brzegi łączonych części i dodawanezwykle spoiwo, oraz na tworzeniu złącza, zwanego spoin ą.Złącze tworzy się przy przesuwaniu odpowiednim ruchemelektrody wzdłuż łączonych brzegów.

4

Wiadomości ogólne

Spoina składa się ze stopionego metalu rodzimego oraz zestopionego spoiwa. Stopiony w obszarze spoiny metal naskutek stygnięcia krzepnie i łączy trwale obie części metalurodzimego.Spoiny krzepną stosunkowo szybko po wykonaniu zpowodu ich niewielkiej objętości. Układanie spoin polegana wypełnieniu przestrzeni pomiędzy łączonymimateriałami roztopionym stopiwem. W zależności od tego,jak grube elementy są łączone, spoinę można układaćjednym ściegiem (mamy wtedy do czynienia ze spoinąjednowarstwową) lub przy pomocy wielu ściegów (spoinawielowarstwowa).

Wiadomości ogólne

Ze względu na kształt spawanego złącza spoiny dzielimyna: doczołowe, kątowe, narożne, teowe, krzyżowe,zakładkowe, nakładkowe i przylgowe. Spoiny w różnychrodzajach spawanych złącz mają taki sam kształt. Mówiącinaczej, różne złącza można wykonać tymi samymispoinami. Jeżeli elementy łączy się na całym przekroju,wówczas mówi się o spoinach czołowych. W przypadkułączenia elementów konstrukcji pod kątem, gdy wtopobejmuje ich powierzchnie boczne, mówimy o spoinachpachwinowych. Szczególnym rodzajem są spoinyotworowe. Można powiedzieć, że zastępują one nitowanielub zgrzewanie, a stosuje się je w wyjątkowych wypadkach.

5

Wiadomości ogólne

Rodzaje spoin:a) czołowe,b) pachwinowe,c) otworowe,d) grzbietowe

Wiadomości ogólne

Rodzaje złącz spawanych Rodzaje spoin

6

Wiadomości ogólne Rodzajów spawania

Ze względu na rodzaj elektrody i osłony łuku procesyspawania łukowego dzieli się na:

Spawanie elektrod ą topliw ą gol ą i lukiem nieosłoni ętym— obecnie już prawie nie stosowane, gdyż metal spoinypod wpływem tlenu i azotu z powietrza staje się porowaty ikruchy.

Spawanie łukowe samoosłonowe jest procesemspawania łukowego z dodawaniem spoiwa w postacielektrody topliwej o rdzeniu proszkowym - drutuproszkowego. Taki proces spawania nie wymagadodatkowej osłony gazowej.


Spawanie łukowe r ęczne elektrod ą otulon ą (ManualMetal Arc Welding) jest rozpowszechnioną metodąłączenia metali. Łączenie tą metodą polega na tym, żeciepło wydzielające się z łuku elektrycznego, jarzącego siępomiędzy końcem elektrody otulonej a elementamispawanymi, stapia koniec rdzenia elektrody otulonej ibrzegi łączonych elementów. Topiący się metal z końcówkielektrody otulonej spływa do jeziorka spawalniczego.

7


Ze stopionej elektrody otulonej i z nadtopionychbrzegów ł ączonych elementów metalowych (materiałupodstawowego) powstaje spoina.

Spawanie łukowe elektrodami otulonymi


Spawanie metod ą MIG (Metal Inert Gas) jest procesemspawania łukowego elektrodą topliwą w postaci litego drutuw osłonie gazów obojętnych, takich jak argon i hel. W tymprocesie spawania lity drut pełni jednocześnie funkcjęelektrody spoiwa, stąd jego nazwa „drut elektrodowy". Drutelektrodowy jest podawany mechanicznie do uchwytuelektrodowego. Końcówka drutu, wysuwającego się zuchwytu elektrodowego, stapia się w łuku, jarzącym sięmiędzy drutem i elementami spawanymi. Jeziorko ciekłegometalu i strefa łuku są osłonięte przed dostępem tlenu iazotu z powietrza strumieniem gazu osłonowego,przepływającego od butli przez uchwyt elektrody do strefyjarzenia łuku elektrycznego.

8


Spawanie metod ą MAG (Metal Active Gas) jest procesemspawania łukowego elektrodą topliwą w osłonie aktywnychchemicznie gazów lub w osłonie mieszanek gazowych, wktórych skład zwykle wchodzą: argon, dwutlenek węgla itlen. Funkcję elektrody topliwej pełni drut. Dodatkowo drutpełni rolę spoiwa.Łuk elektryczny, jarzący się między elektrodą topliwą aelementami spawanymi, tworzy jeziorko ciekłego metalu itopi wysuwającą się z uchwytu elektrodowego końcówkędrutu elektrodowego. Wypływający z uchwytu elektrodystrumień gazu osłonowego zabezpiecza jeziorko ciekłegometalu i końcówkę drutu elektrodowego przed działaniemtlenu i azotu z powietrza atmosferycznego.


Gaz ten wykazuje jednocześnie pewną aktywność wkierunku utleniania powstającej spoiny. W temperaturzełuku spawalniczego zachodzi częściowy rozkład dwutlenkuwęgla na tlenek węgla i tlen. Powstały z tego rozkładu tlensprzyja częściowemu utlenianiu stopionego materiałuspawanego i stopiwa. Jednakże zawarte w drucieelektrodowym dodatkowe składniki odtleniającenatychmiast wiążą powstające tlenki, tworząc z nich napowierzchni spoiny cienką warstwę żużla. Zatemzachodzącego zjawiska nie można uznać za procesnegatywny

9


W metodzie MIG gazem osłonowym jest argon lub hel.W metodzie MAG gazem osłonowym jest dwutlenek węglalub mieszanka gazowa CO2+Av

Spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazu obojętnego (metodą MIG, MAG).


Spawanie metod ą TIG (Tungsten Inert Gas) jest procesemspawania łukowego nietopliwą elektrodą wolframową wosłonie gazów obojętnych, np. argonu i helu. Źródłemciepła w tym procesie jest łuk elektryczny, jarzący sięmiędzy elektrodą wolframową, zamocowaną w uchwyciespawalniczym, a elementami spawanymi. Elektrodawolframowa jest metalem trudno topliwym. Dodane dowolframu składniki zwiększają odporność elektrod nawysoką temperaturę i zmniejszają ich zużycie w procesiespawania.

10


Strumień argonu, przepływający od butli przez uchwytelektrody do strefy łuku elektrycznego, chroni jeziorkociekłego metalu, końcówkę elektrody nietopliwej i przyległąstrefę przed działaniem tlenu i azotu z powietrza.

Proces spawania metodą TIG wymaga najczęściejręcznego dodawania spoiwa. Spawanie tą metodą możesię również odbywać bez dodawania spoiwa.


Spawanie elektrodą nietopliwą w osłonie gazu obojętnego(metodą TIG)

11


Spawanie plazmowe (Plasma Arc Welding) jest procesemspawania łukowego elektrodą nietopliwą w atmosferzegazów ochronnych. Proces ten polega na stapianiułączonych elementów za pomocą plazmy. Plazmę stanowistrumień zjonizowanego w strefie łuku elektrycznego gazu,elektrycznie obojętnego, w którym silna koncentracjamieszaniny jonów, elektronów i pojedynczych atomówwytwarza bardzo wysokie temperatury, osiągające15 000°C i wi ęcej. Gazem tym jest argon. Strumień plazmywypływa z dyszy palnika z bardzo dużą prędkością,przekraczającą 500 m/s. W procesie spawania jeziorkociekłego metalu jest zabezpieczone przed działaniempowietrza atmosferycznego osłoną argonową lub azotowąz dodatkiem wodoru.


Stosowane elektrody otulone składają się z metalowegordzenia i warstwy otuliny. Otulina elektrody zawieraskładniki ułatwiające zajarzenie i utrzymujące stabilnejarzenie łuku. Inne składniki otuliny uzupełniają składchemiczny stopiwa, osłaniają przestrzeń łuku, kroplestopiwa i jeziorko spawalnicze przed dostępem powietrzaatmosferycznego. Dodawane składniki formujące ułatwiająpowstanie gładkiego lica spoiny. Do spawania łukowegostosuje się prąd stały i przemienny. Prądem stałympraktycznie można spawać wszystkie metale przy użyciuwszelkiego rodzaju elektrod otulonych.

12


Spawanie łukiem krytym elektrodą gołą topliwą podwarstwą topnika w proszku spełniającym podobne zadaniejak otulina; jest stosowane głównie jako spawanieautomatyczne (maszynowe).

Spawanie elektrod ą goł ą topliwą lub nietopliwą w osłoniegazów szlachetnych (argonu lub helu). Jest stosowane dospawania stali stopowych, np. nierdzewnych,kwasoodpornych, żaroodpornych oraz metali nieżelaznych(aluminium, magnez, miedź) i ich stopów; elektroda jestumieszczona w rurce, przez którą dopływa do łuku gazszlachetny.


Spawanie elektrod ą topliw ą w osłonie dwutlenku w ęgla(CO2) wykonywane podobnie jak spawanie w osłoniegazów szlachetnych. Jest stosowane w budowie kotłówparowych, okrętów, konstrukcji budowlanych.

13


Spawanie dwiema elektrodami wolframowymi, międzyktórymi jarzy się łuk, w osłonie wodoru; jest to tzw.spawanie atomowe. Elektrody umieszczone są w rurkach,przez które dopływa wodór; podczas jego przejścia przezłuk elektryczny cząsteczki wodoru rozczepiają się naatomy, pochłaniając ciepło. W pobliżu spawanegoprzedmiotu atomy wodoru łączą się w cząsteczki, oddającciepło i wytwarzając wysoką temperaturę w miejscuspawania. Metoda ta jest stosowana do spawania stalistopowych, m.in. do naprawy narzędzi skrawających,matryc itp


Spawanie elektronowe polegające na wykorzystaniuenergii wiązki elektronów, wysyłanych w próżni przezżarzącą się elektrodę wolframową, do wytwarzania ciepłapotrzebnego do spawania. Metoda ta jest stosowana dołączenia bardzo cienkich blach z metali trudno spawalnych,np. beryl, cyrkon, molibden, tantal, tytan, wolfram

14


Spawanie żużlowe stosowane do łączenia grubych blachstalowych, ustawianych zwykle pionowo z pozostawieniemodpowiedniego odstępu między brzegami. Zamiana energiielektrycznej w ciepło odbywa się w warstwie żużla, któryspełnia zadanie elementu grzejnego. Przestrzeń, w którejma powstać spoina, zamyka się nakładkami miedzianymichłodzonymi wodą. Do przestrzeni tej wprowadza sięelektrodę i wsypuje porcjami topnik. Ciepło wytwarza sięwskutek oporu elektrycznego, jaki stawia żużel.


Spawanie gazowe polegające na łączeniu przez stopieniemateriału łączonych części i spoiwa płomieniem gazowym,otrzymywanym przez spalanie gazu palnego, najczęściejacetylenu, rzadziej wodoru lub propanu, zmieszanego ztlenem. Spawanie to stosuje się do spawania przedmiotówstalowych o niewielkiej grubości, żeliwa oraz metali istopów nieżelaznych. Płomień wodorowo-tlenowy jeststosowany również do spawania aluminium, ołowiu i cynku.Obecnie spawanie gazowe jest coraz mniej stosowane wprodukcji przemysłowej, natomiast szerokorozpowszechnione w pracach remontowych.

15


Spawanie termitowe stosowane np. do łączenia szyntramwajowych i kolejowych. Źródłem ciepła jest reakcjachemiczna zachodząca w mieszaninie sproszkowanychtlenków żelaza i aluminium, tzw. termicie. W wynikuzaistniałej w tyglu reakcji otrzymuje się ciekłe żelazo (nadnie tygla) i tlenek glinu. Żelazo spuszcza się do formyodlewniczej, w której są ujęte końce łączonychprzedmiotów, np. szyn.

Wiadomości ogólne

Spawalno ścią nazywa się zespół cech, dzięki którymuzyskuje się poprawne spoiny o dobrych właściwościach.Pojęcie spawalności wiąże się nie tylko z materiałem istanem materiału, z którego jest wykonana danakonstrukcja, ale również z jej ukształtowaniem i z metodąspawania oraz warunkami, w których proces byłprowadzony. Spośród stopów żelaza najłatwiej spawa sięstale niskowęglowe o zawartości węgla do 0,25% C(zwłaszcza St0S, St3S, St4S - przeznaczone nakonstrukcje spawane). Stale o wyższej zawartości węgla(do 0,4% C) wymagają podgrzewania przy spawaniu dotemperatury 200÷300°C; po spawaniu wskazane jestwyżarzenie gotowego wyrobu.

Spawalność metali i ich stopów

16

Wiadomości ogólne

Staliwa na ogół dają się spawać tak samo, jak stale opodobnych składach chemicznych. Z uwagi na większąniejednorodność struktury (wtrącenia niemetaliczne, pory)oraz istniejące w odlewie naprężenia własne zaleca sięwyżarzanie odprężające przed spawaniem. Do materiałówtrudne spawalnych należą stale wysokostopowe, żeliwoszare, stopy miedzi i aluminium. Spawanie żeliwa jeststosowane wyłącznie do naprawy uszkodzonych odlewów.

Spawalność metali i ich stopów c.d.

Materiały i urz ądzenia do spawania łukowego

Elektrody do spawania elektrycznego łukowego dzieli sięna topliwe i nietopliwe. Do elektrod nietopliwych zaliczasię elektrody wolframowe, węglowe i grafitowe. Elektrodywolframowe o średnicy 1÷8 mm stosuje się do spawania icięcia metali w atmosferze gazów ochronnych, natomiastelektrody w ęglowe i grafitowe o średnicy 4÷25 mmstosuje się do spawania cienkich blach stalowych, miedzii aluminium.

Elektrody do spawania łukowegoElektrody do spawania łukowego

17


Obecnie do spawania elektrycznego łukowego używa sięprzeważnie metalowych elektrod topliwych, które dzieli sięna: nie otulone i otulone.

Elektrody nie otulone (goły drut) nie są zalecane dospawania elektrycznego ręcznego w atmosferze powietrza,gdyż dają spoinę o bardzo niskich własnościachmechanicznych. Elektrody te są używane do spawania podtopnikiem i w atmosferze gazów ochronnych, tj. argonu idwutlenku węgla (CO2).

Elektrody do spawania łukowego c.d.


Elektrody otulone są stosowane najczęściej dospawania elektrycznego. W zależności od grubościotulin dzieli się je na cienko otulone, średnio otulone igrubo otulone.

� Elektrody cienko otulone stosuje się przeważnie dospawania cienkich blach. Mają one otulinę, którejdwustronna grubość nie przekracza 20% średnicyrdzenia.

� Elektrody średnio otulone, o dwustronnej grubości otulin20÷40% średnicy rdzenia, są stosowane często do pracmontażowych.

� Elektrody grubo otulone mają otulinę o grubościdwustronnej ponad 40% średnicy rdzenia.


18


W zależności od składu chemicznego otulin elektrody doręcznego spawania elektrycznego dzieli się na elektrody ootulinie: kwaśnej (A), zasadowej (B), rutylowej (R),celulozowej (C), utleniaj ącej (O).Otulina chroni stapiane spoiwo i metal przed dostępemtlenu i azotu z powietrza, a ponadto tworzy ze spalającychsię składników warstwę żużla, który chroni stopiony metalprzed zbyt szybkim stygnięciem oraz wiąże ze sobąniepożądane składniki (tlenki). Poza tym otulina uzupełniaskładniki stopowe w metalu spawanym, które ulegająwypaleniu w czasie spawania oraz wprowadza dodatkowepierwiastki, które polepszają wytrzymałość i ciągliwośćspoiny.



Stosowane obecnie elektrody do spawania są najczęściejwykonane z drutu o składzie chemicznym podobnym dospawanego materiału. W niektórych przypadkach składchemiczny drutu elektrodowego i spawanego może byćróżny.


19


Do maszyn spawalniczych zalicza się: przetwornice,transformatory i prostowniki spawalnicze.

Przetwornica spawalnicza składa się z dwóchzasadniczych zespołów, tj. silnika napędowego i prądnicyspawalniczej. Silnikiem napędowym jest najczęściejtrójfazowy asynchroniczny silnik elektryczny, rzadziej silnikspalinowy. Przetwornice spawalnicze mogą byćjednostanowiskowe i wielostanowiskowe.

Maszyny spawalnicze do spawania elektrycznego


Przetwornica spawalnicza, zwana również spawalnic ą(spawark ą) prądu stałego, wchodzi w skład stanowiskaroboczego spawacza. Daje ona prądy o natężeniu odkilkuset do kilku tysięcy amperów przy napięciu 20÷70 V.


Przetwornice spawalnicze:

a) typu EW-23u, b) typu EW-32a

20


Transformator spawalniczy, zwany również spawalnic ą(spawark ą) prądu przemiennego, otrzymuje prąd z sieci iprzetwarza go na prąd odpowiedni do spawania. A więcdziałanie transformatora polega na przekształceniu prąduprzemiennego sieciowego o wyższym napięciu na prądspawania o dużym natężeniu i niskim napięciu. Regulacjaprądu spawania odbywa się przez zmianę szczelinypowietrznej częścią ruchomą w obwodzie uzwojeniadławiącego.



W transformatorach spawalniczych zostaje obniżonenapięcie sieciowe, wynoszące zazwyczaj 220 lub 380 V, donapięcia około 70V potrzebnego do zajarzenia łukuelektrycznego.W czasie spawania napięcie jest mniejsze i wynosi około20V. Natężenie szczytowe prądu pobieranego ztransformatora spawalniczego wynosi od kilkuset do kilkutysięcy amperów


21


Prostownik spawalniczy służy do przetwarzania prąduprzemiennego sieciowego na prąd pulsujący stały.Prostownik spawalniczy składa się z transformatora iregulatora służącego do zmiany natężenia prądu oraz zurządzenia prostującego prąd. Urządzenie prostująceprzepuszcza prąd tylko w jednym kierunku, dzięki działaniuzespołu płytek selenowych lub półprzewodnikowych.


Organizacja stanowiska pracy spawacza

Stanowisko robocze powinno być odgrodzone od otoczeniazasłonami zabezpieczającymi przed działaniemszkodliwych promieni. Podczas wykonywania pracmontażowych ustawia się zasłony przenośne, wykonane ztkaniny, blachy lub drewna względnie z tworzywsztucznych. Wysokość zasłon powinna wynosić około 2 m.

Stanowisko robocze spawacza elektrycznego

22


Spawacze w czasie pracy powinni mieć (oprócz ubraniaroboczego) rękawice i fartuch skórzany, a także okrytągłowę czapką bez daszka. Stałe stanowisko roboczespawacza powinno się znajdować w osobnej kabinie zdobrą wentylacją. Każde stanowisko do spawaniaelektrycznego powinno być wyposażone w tarczę lubprzyłbicę, uchwyt do elektrod, przewody niskiego napięcia,dziobak (młotek do odbijania żużlu ze spoiny), szczotkędrucianą do oczyszczania spawanego materiału z żużla,zgorzeliny i korozji.

Stanowisko robocze spawacza elektrycznego


W skład tego stanowiska wchodzą butle tlenowe iacetylenowe, stół roboczy narzędzia pomocnicze orazodzież robocza (ochronna). Niektóre stanowiska robocze,zamiast butli z acetylenem, mają wytwornicę acetylenową,wyposażoną przeważnie w oczyszczacz gazu orazbezpiecznik wodny.Podstawowymi narzędziami pomocniczymi na stanowiskuroboczym spawacza gazowego są: młotek, szczotkistalowe i komplet kluczy do zamocowywania zaworów nabutlach oraz do otwierania butli z acetylenem.

Stanowisko robocze spawacza gazowego

23

Przygotowanie materiału do spawania

Przed przystąpieniem do spawania przygotowuje sięodpowiednio krawędź łączonych blach, oczyszcza je iustawia. Przygotowanie krawędzi polega na odpowiednimodgięciu łączonych blach cienkich o grubości poniżej 2 mm(lub odpowiednim zukosowaniu blach o grubości powyżej 4mm). Wygięte blachy cienkie o grubości poniżej 2 mmspawa się bez dodatku spoiwa; spoinę tworzy przetopionybrzeg blachy wygięty do góry. Przy łączeniu blach o różnejgrubości wysokość wywinięcia przyjmuje się zwykle równąpotrójnej grubości cieńszej blachy.

Czynności przygotowawcze


Przy spawaniu blach o grubości 2 + 4 mm nie wygina sięich, lecz rozsuwa na odległość równą połowie ich grubości.Blachy o grubości 4+12 mm ukosuje się w kształcie litery Vpod kątem 50 + 60°, a blachy grubsze ukosuje si ę wkształcie litery X pod kątem 50 + 60°.Krawędzie łączonych blach muszą być starannieoczyszczone z tlenków, zgorzeliny i tłuszczów.


24


Przygotowanie materiału do spawania:a) cienkich blach o grubości do 2 mm,b) blach o różnej grubości,c) o grubości 4÷12 mm,d) ponad 12 mm



Elektrody dobiera się w zależności od wymagańwytrzymałościowych spoiny, rodzaju połączenia, pozycjispawania oraz względów ekonomicznych. Do spawa-niapołączeń mało odpowiedzialnych używa się elektrodniskowartościowych, tj. elektrod gołych lub cienkootulonych.

Natężenie prądu dobiera się w zależności od średnicyelektrody. Dla elektrod o średnicy do 3,25 mm przyjmujesię natężenie około 30 A na 1 mm elektrody, a dla elektrodo średnicach większych - około 40 A na 1 mm.


25


Elektrody nie otulone wymagają mniejszego natężeniaprądu niż elektrody grubo otulone. Poza tym im grubszymateriał będzie poddawany spawaniu, tym większe musibyć natężenie prądu.



Spawając prądem stałym trzeba zwrócić uwagę na sposóbpodłączenia elektrody. Przy spawaniu miękkiej stalielektrodę podłącza się tak, aby stanowiła biegun ujemnyłuku, a przedmiot spawany biegun dodatni. Przy spawaniuelektrodami otulonymi trzeba się stosować do wskazańwytwórcy podanych na opakowaniu i stosowaćbiegunowość określoną przez producenta.

Biegunowość

26


Spawanie można przeprowadzać elektrod ą topliw ą lubelektrod ą nietopliw ą - elektrodą wolframową. Przyspawaniu elektrodą topliwą jest ona jednocześnie spoiwemi ulega stopieniu podczas spawania. Spawając elektrodąnietopliwą wytwarza się łuk elektryczny pomiędzyprzedmiotem spawanym a elektrodą wolframową, która nieulega stopieniu. Spoiwo w postaci pręta (drutu) topi się wtym łuku wytwarzając spoinę. Spawacz w tym przypadkutrzyma w jednej ręce elektrodę wolframową w uchwycie, aw drugiej drut lub pręt. Metoda ta jest bardzo rzadkostosowana.

Spawanie elektryczne


Na rysunku przedstawiono stanowiskospawania łukowego. Przewód dodatniC jest doprowadzony i połączonyzaciskiem D do metalowego stołu, naktórym kładzie się spawany przedmiotE. Przewód ujemny A zakończonyuchwytem trzyma spawacz. Wuchwycie zamocowana jest elektrodaG, a rękojeść B dobrze izolowana.Tarcza F chroni oczy pracownika przedblaskiem łuku. Położenie elektrody iruchy wykonywane elektrodą w czasiespawania są zależne od rodzajuspoiny, rodzaju elektrody, grubościłączonych blach i rodzaju złącza.

Spawanie elektryczne c.d.

Stanowisko spawania łukowego

27


Spawanie powinno się przeprowadzać w pozycji podolnej,czyli poziomo, gdyż jest to pozycja najdogodniejsza inajbardziej ekonomiczna. Spoiny wykonane w innychpozycjach mogą mieć gorsze własności mechaniczne idlatego należy spawać poziomo, a inne pozycje stosowaćtylko w montażu.



Elektroda powinna być pochylona pod kątem α. Dlaelektrod nie otulonych i cienkich kąt α wynosi 10 ÷ 30°, adla elektrod średnio i grubo otulonych - 20 ÷ 50°.


28


Podczas spawania koniec elektrody można prowadzićściegiem prostym lub zakosowym. Przy spawaniu blach ogrubości powyżej 20 mm należy koniecznie stosować ściegzakosowy z uwagi na mniejsze odkształcenia. Istniejezasada: układać możliwie płaskie ściegi, ażeby uniknąćostrych wgłębień, w których gromadzi się trudny dousunięcia żużel.



Dobór grubości elektrody ma również duży wpływ najakość wykonywanej spoiny. W spoinach w kształcie X i Vpierwsze ściegi wykonuje się cieńszą elektrodą, a w miaręprzechodzenia do szerszej części spoiny należy stosowaćelektrody coraz grubsze.Łuk elektryczny zajarza się przez dotknięcie elektrodąprzedmiotu spawanego ruchem przypominającymzapalenie zapałki. W czasie spawania trzeba utrzymaćprawidłową długość łuku, tj. nie przekraczającą grubościelektrody. Zbyt długi łuk powoduje dostanie się do spoinytlenu i azotu, zmniejsza głębokość wtopienia, daje dużyrozprysk metalu.


29

Spawanie gazowe

Do spawania gazowego są stosowane: tlen, acetylen,wodór, gaz koksowniczy i gaz świetlny, propan i butan, gazziemny — metan, argon, azot i inne. Karbid (CaC2) jeststosowany do wytwarzania acetylenu.

Do spawania gazowego stosuje się spoiwa w postacistalowych drutów i prętów o różnym składzie chemicznymw celu dobrania ich do spawanych elementów. Druty sądostarczane w kręgach, a pręty w wiązkach o długości 1 m.

Materiały do spawania gazowego

Spawanie gazowe

Najczęściej jest używany drut stalowy o małej zawartościwęgla do spawania stali konstrukcyjnej węglowej. Dospawania części stalowych o wymaganej twardości używasię drutu o zawartości 0,6 ÷ 1,7% węgla i 0,7 ÷1,7%manganu. Do spawania żeliwa używa się prętów żeliwnycho zawartości 3 ÷ 4% węgla z dodatkiem krzemu i manganu.Do spawania aluminium lub stopów aluminium sąstosowane spoiwa w postaci drutów lub prętów z prawieczystego aluminium, względnie ze stopów aluminium zmagnezem, manganem, krzemem, chromem i tytanem

Materiały do spawania gazowego c.d.

30

Spawanie gazowe

Topniki do spawania gazowego stosuje się w nielicznychprzypadkach przy połączeniowym spawaniu staliwysokostopowych nierdzewnych i kwasoodpornych orazżaroodpornych. Działanie topnika w tych przypadkachpolega na rozpuszczeniu w topniku trudno topliwychtlenków chromu, których temperatura topnienia wynosi2050°C. Podstawowymi składnikami tych topników s ą:boraks, sól, kwarcyt, fluoryt, kreda, żelazokrzem.Do lutospawania żeliwa stosuje się topniki produkcjikrajowej Uni-Lut lub Ms-Gaz.

Materiały do spawania gazowego c.d.

Spawanie gazowe

Najczęściej stosowane wspawalnictwie gazy sprężone (tlen iacetylen) są przechowywane wodpowiednich butlach .Butla tlenowa składa się z korpusu1 (cylindra), szyjki, na którą jestwciągnięty na gorąco pierścień 2(zewnętrznie gwintowany), kołpakaochronnego 3 oraz stopy 4. Stopaumożliwia ustawienie butli w pozycjipionowej.

Urządzenia do spawania gazowego

a) Butla tlenowab) Butla acetylenowa

31

Spawanie gazowe

W kraju produkuje się butle tlenowe o pojemności 0,5÷50 l.Pojemność najbardziej rozpowszechnionych butli dotransportu tlenu wynosi 40 l. Ciśnienie robocze butli wynosi15 MPa przy 15°C.Butle tlenowe maluje się niebieską farbą olejną i oznaczasię czarnym napisem „Tlen O"

Urządzenia do spawania gazowego c.d.

Spawanie gazowe

Butle acetylenowe, ciągnione bez szwu ze stali, sąprodukowane najczęściej o pojemności 40 l. Dopuszczalneciśnienie robocze w butlach wynosi 1,5 MPa. Wnętrze butliacetylenowej jest wypełnione masą porowatą 5, którejzadaniem jest zapobieganie rozprzestrzenianiu się acetonu(produktu rozpadu acetylenu) pod wpływem np. wstrząsów.Aceton rozpuszcza acetylen. W jednym litrze acetonu podciśnieniem 0,1 MPa rozpuszcza się 23 litry acetylenu i wmiarę wzrostu ciśnienia wzrasta proporcjonalnie ilośćpochłoniętego acetylenu.Butle acetylenowe są malowane białą farbą olejną zczerwonym napisem „Acetylen C 2H2”


32

Spawanie gazowe

Pobieranie gazu z butli wymaga zastosowania tzw.reduktorów, których zadaniem jest obniżenie ciśnieniawylotowego gazu przez cały czas pracy, mimo że ciśnieniew butli maleje, w miarę jej opróżniania.Reduktory do tlenu i acetylenu różnią się tylko sposobemmocowania ich na zaworze butli.


Spawanie gazowe

Służą one do spalania gazów dobrze wymieszanych ztlenem. Rozróżnia się palniki wysokiego ci śnienia orazpalniki niskiego ci śnienia. W palnikach wysokiegociśnienia doprowadzenie gazów odbywa się prawie podjednakowym ciśnieniem wynoszącym 0,01÷0,1 MPa. Palnikniskiego ciśnienia jest palnikiem smoczkowym, w którympodczas przepływu gazu (tlenu) o wyższym ciśnieniu przezśrodkową dyszę następuje zasysanie gazu drugiego zezbiornika o niskim ciśnieniu.

Palniki

33

Spawanie gazowe

Palniki:a) acetylenowo-tlenowy na

niskie jiśnienie,b) palnik na wysokie ciśnienie,c) komplet palników niskiego

ciśnienia typu Normus-bisprodukcji krajowej

Palniki c.d.

Spawanie gazowe

Palnik nie może być zanieczyszczony olejem ani smarem.Aby zapalić palnik, trzeba najpierw otworzyć zawór dotlenu, a następnie do acetylenu. W przypadku zatkania sięwylotu dzioba palnika w czasie pracy trzeba natychmiastzamknąć najpierw zawór do acetylenu, a następnie dotlenu.

Palniki c.d.

34

Spawanie gazowe

Poprawne wyregulowanie płomienia maistotne znaczenie dla przebiegu iwyników spawania. Płomieńacetylenowo-tlenowy można podzielićna trzy strefy: jądro, stożek oraz kitę.Spawacz powinien tak regulowaćpłomień, aby spawanie odbywało siępłomieniem redukującym, tj. takim, wktórym w najgorętszej strefie środkowejnie ma swobodnego węgla ani tlenu.Regulację płomienia rozpoczyna się odregulacji dopływu acetylenu. Trzebadodać, że płomień chroni spoinę przeddostępem powietrza.

Palniki c.d.

Spawanie gazowe

Dokładne wyregulowanie płomienia redukującego(normalnego) jest łatwe i polega na uzyskaniu ostregozarysu jądra. W czasie spawania przedmiot powinien sięznajdować w odległości 2 — 5 mm od jądra, co jestuzależnione od wielkości palnika.

Palniki c.d.

35

Spawanie gazowe

Wytwornicami acetylenu nazywa się urządzenia dowytwarzania acetylenu przez działanie wody na karbid.Wytwornice dzieli się na: niskiego i wysokiego ci śnieniaprzenośne i stałe, a ze względu na konstrukcję na:wsypowe, dopływowe i wyporowe.Każda wytwornica acetylenu składa się z reaktora, gdzieodbywa się reakcja między karbidem a wodą, pojemnika nakarbid, oczyszczacza, bezpiecznika wodnego, manometru izaworu bezpieczeństwa.

Wytwornice acetylenowe

Spawanie gazowe

Wytwornicę uruchamia się przez przesunięcie do dołurączki 2 do opuszczania kosza 1 z karbidem. Wytwarzanyacetylen zbiera się w górnej części reaktora do zbiornikawyporowego 4. Gdy po zużyciu acetylenu ciśnienie gazuobniży się, to poziom wody w reaktorze podniesie się

Wytwornice acetylenowe c.d.

i produkcja acetylenurozpocznie się nanowo. W przypadkugdy ciśnienie gazuwzrośnie powyżej0,15 MPa, zaczynadziałać bezpiecznik5.

36

Spawanie gazowe

Przedmioty przeznaczone do spawania należy oczyścić zrdzy, farby i tłuszczów oraz innych zanieczyszczeń. Ważnączynnością poprzedzającą spawanie jest prawidłowewyregulowanie płomienia acetylenowo-tlenowego, anastępnie wybranie odpowiedniej pozycji spawania.Najlepszą spoinę można wykonać w pozycji podolnej.

Technika spawania acetylenowego

Spawanie gazowe

Pozycje spawania:a) podolna,b) naboczna,c) naścienna,d) okapowa,e) pułapowa,f) pionowa

Technika spawania acetylenowego c.d.

37

Spawanie gazowe

Znane są trzy metody spawania gazowego: w lewo, wprawo i w gór ę. Przy każdej metodzie palnik trzyma się wprawej ręce, a drut do spawania w lewej. Przy metodziespawania w lewo palnik przesuwa się z prawej strony dolewej bez ruchów poprzecznych. Płomień osłania stopionymetal i podgrzewa brzegi blach przed ich stopieniem.Metoda ta nadaje się do spawania blach cienkich ogrubości do 4 mm. Blachy grubsze spawa się metodą wprawo, natomiast metoda spawania w górę jest stosowanaprzede wszystkim do takich przedmiotów, które możnaustawić pionowo.


Spawanie gazowe


38

Spawanie gazowe

Cięciem termicznym nazywa się sposób cięciamateriałów, głównie metali i ich stopów, polegający namiejscowym utlenieniu lub wytopieniu w odpowiedniowysokiej temperaturze. Zależnie od źródła ciepła rozróżniasię cięcia: gazowe, łukowe, gazowo-łukowe.

Cięcie termiczne

Spawanie gazowe

Cięcie gazowe (ci ęcie tlenowe) polega na miejscowymspalaniu materiału. w strumieniu czystego tlenu przyodpowiednim miejscowym ogrzaniu metalu do temperaturyspalania. Cięcie to odbywa się za pomocą palnika, któryprzypomina palnik do spawania, lecz jest wyposażony wdodatkową dyszę tlenową. Jeżeli spawacz zwiększydopływ tlenu do płomienia palnika, to płomień taki będziespala nagrzewany metal wypalając w nim wąską szczelinę.Cięcie samym tlenem stosuje się do stali konstrukcyjnychwęglowych i niskostopowych, natomiast żeliwo, sąaustenityczne oraz metale nieżelazne można przecinaćtym sposobem przez wprowadzenie do strumienia tlenutopników, np. proszku żelaza.

Cięcie termiczne c.d.

39

Spawanie gazowe

Cięcie łukowe elektrodą węglową lub metalową polega nawytapianiu szczeliny w pełnym metalu ciepłem łukuelektrycznego.

Cięcie gazowo-łukowe polega na podgrzaniu metaluciepłem łuku elektryczne i jednoczesnym miejscowymspalaniu metalu w strumieniu czystego tlenu.


Spawanie gazowe

Obecnie można ciąć termicznie wszystkie metale i stopystosowane w przemyśle a nawet beton i kamień. Grubośćprzecinanego metalu może wynosić do 3 m zależności odstosowanych urządzeń rozróżnia się cięcie termiczneręczne i maszynowe. Cięcie może być wykonywane wsposób zautomatyzowany za pomocą mechanizmówprowadzących palniki wg określonych linii.


40

Nowoczesne metody spawania

Do nowoczesnych metod spawania zalicza się:

1. spawanie elektronowe,

2. spawanie laserowe,

3. spawanie plazmowe


Metoda ta polega na wykorzystaniu strumienia elektronówjako źródła ciepła do miejscowego nadtapiania łączonychelementów. Elektrony emitowane z katody z dużąprędkością przepływają w kierunku anody, którą jestspawany przedmiot. Maksymalne skupienie wiązkielektronów osiąga się za pomocą dodatkowej anody orazsoczewek elektromagnetycznych.

Spawanie elektronowe

Przykład elementów spawanych wiązką elektronów

41


Do zalet spawania elektronowego zaliczamy:

� możliwość spawania materiałów różniących sięwłasnościami fizycznymi,

� możliwość spawania materiałów o bardzo małychprzekrojach,

� uzyskiwanie spoin o bardzo dużym stopniu czystości,� małe odkształcenia spawalnicze w złączu,� bardzo małą strefę wpływu ciepła,� możliwość spawania we wszystkich pozycjach.

Spawanie elektronowe c.d.


Do wad można zaliczyć:

� wysoki koszt stanowiska,

� ograniczoną wielkość spa-wanych przedmiotów,

� konieczność zabezpiecze-nia przed promieniowaniem.


42


Metodę tę stosuje się wszędzie tam, gdzie wymagane sąpołączenia o wysokich własnościach, tzn. w przemyśleelektrotechnicznym, samochodowym, technice jądrowej ienergetyce. Grubość spawanych materiałów wynosi od0,05 do 300 mm. Metodą elektronową można spawaćmetale trudnotopliwe i stopy o dużej wytrzymałości. Niewolno natomiast spawać cynku i jego stopów, żeliwaszarego oraz niskowęglowych stali nieuspokojonych.



Metoda ta jest obecnie najnowocześniejszym procesemłączenia. Polega ona na topieniu łączonych przedmiotówciepłem otrzymanym w wyniku doprowadzenia do złączaskoncentrowanej wiązki światła o dużej gęstości energii.Do celów spawalniczych najczęściej stosuje się laserygazowe CO2.

Spawanie laserowe

43


Zalety spawania laserowego, w porównaniu zelektronowym, są następujące:

�wiązkę laserową można w powietrzu przesyłać naduże odległości,

�wiązka nie podlega oddziaływaniu polamagnetycznego,

�nie powstaje promieniowanie X.

Do jego wad należą:�wyższy koszt,�mniejsza grubość spawania (do 15 mm).

Spawanie laserowe c.d.


Wszystkie materiały spawane elektronowo można teżspawać laserowo. Naprężenia i odkształcenia spawalniczepraktycznie nie występują. Zastosowanie: przemysłko-smiczny, lotniczy, samochodowy, elektroniczny imedyczny.

Spawanie laserowe c.d.

44


Cechą charakterystyczną tej metody jest wykorzystaniełuku elektrycznego, który od elektrody wolframowejprzechodzi do przedmiotu przez dyszę o małym przekrojupoprzecznym i nie może się rozszerzać, jak przy łukuswobodnym. Słupek łuku ma kształt stożka o bardzo małejzbieżności i dysponuje dużą gęstością energii, któraumożliwia zmianę otaczającego gazu w plazmę. Dziękizmianom warunków jarzenia i zjawiskom zachodzącym włuku odznacza się on wysoką temperaturą (równomiernierozłożoną na całym przekroju poprzecznym), szybkimnagrzewaniem przedmiotu, dużą stabilnością,umożliwiającą jarzenie się łuku nawet przy minimalnychnatężeniach prądu.

Spawanie plazmowe


Stosując łuk mikroplazmowy, można spawać foliemetalowe, elementy cienkościenne itp. Spawaniemikroplazmowe odbywa się przez przetapianie brzegówłączonych części bez dodatku stopiwa.

Spawanie plazmowe c.d.

45

Cięcie

Palniki acetylenowo-tlenowe znalazły szerokiezastosowanie w metodach cięcia termicznego metali,ponieważ pozwalają na uzyskanie dużej - w porównaniu zobróbką skrawaniem - wydajności przy rozdzielaniumateriałów. Źródłem ciepła jest przy cięciu najczęściej:płomień acetylenowo-tlenowy, łuk elektryczny, strumieńplazmy lub wiązka laserowa.Sam proces cięcia acetylenowo-tlenowego polega nautlenianiu metalu podgrzanego do odpowiednio wysokiejtemperatury. Powstałe tlenki metalu usuwa strumień gazu.

Cięcie termiczne

Cięcie

Kolejne partie materiału są podgrzewane ciepłemwydzielanym przez palący się materiał. Przecinane mogąbyć tylko metale i stopy, które spełniają następującewarunki:

� temperatura utleniania metalu (stopu) jest niższa odtemperatury jego topnienia (spełnia to stal ozawartości do 0,7% C);

� temperatura topnienia tlenków jest niższa odtemperatury topnienia metalu (stopu);

� reakcje utleniania są egzotermiczne, co umożliwiaciągłość procesu cięcia;

�metale (stopy) mają jak najmniejsze przewodnictwocieplne.


46

Cięcie

Rozróżniamy cięcie gazowe ręczne, półautomatyczne iautomatyczne. Do cięcia ręcznego stosowane są palniki zdodatkowym przewodem tlenowym. Charakteryzuje się onostosunkowo małą dokładnością, lecz dużą swobodą woperowaniu urządzeniem. Bardzo dużą dokładność cięciauzyskuje się natomiast przy automatycznym cięciumaszynowym.


Cięcie

Ciąć należy zawsze z optymalną prędkością, gdyżogranicza się wówczas powstawanie tzw. progu cięcia.Występowanie progu nie przeszkadza przy cięciuprostoliniowym i na dużych krzywiznach, natomiast przycięciu kształtowym w ogóle nie powinien on występować.Palnik ma być prowadzony równomiernie przy zachowaniuodpowiedniego odstępu od powierzchni metalu, couzyskuje się przez zamocowanie go na odpowiednimwózku prowadzącym.


47

Cięcie

Proces cięcia rozpoczyna się od nagrzewania płomieniemacetylenowo-tlenowym krawędzi materiału do odpowiedniejtemperatury. Po jej osiągnięciu otwiera się dopływ tlenutnącego i rozpoczyna przecinanie. Palnikiem ręcznymmożna przecinać elementy o grubości do 300 mm.


Cięcie

Większości wysokostopowych stali i metali nieżelaznychnie można ciąć za pomocą tlenu ze względu napowstawanie wysokotopliwych tlenków. Podczas cięciastali wysokostopowych i metali nieżelaznych oraz ichstopów stosuje się metody, które pozwalają dostarczyć domiejsca cięcia jak największą ilość ciepła koniecznego dostopienia metalu, a nie do jego spalenia.

Specjalne metody cięcia

48

Cięcie

Najczęściej stosowane są następujące metody cięcia:

� tlenowo-proszkowe - w których źródłem ciepła jestpro-szek żelaza spalający się w atmosferze tlenu;

� łukowe i tlenowo-łukowe - w których tnie sięelektrodami metalowymi lub węglowymi, stosującniekiedy dla zintensyfikowania procesu dodatkowynadmuch tlenu w miejsce cięcia;

Specjalne metody cięcia c.d.

Cięcie

� tzw. lanc ą - rurą ze stali niskowęglowej, wypełnionądrutami z takiej samej stali, w której źródłem ciepłajest spalanie się końcówki lancy w strumieniu tlenu(niekiedy druty zastępuje się proszkiem żelaznym,podawanym strumieniem tlenu). Lance stosuje sięzarówno do przecinania materiałów metalicznych, jaki do niemetalicznych.

Specjalne metody cięcia c.d.

49

Cięcie

Cięcie plazmowePozwala ono ciąć wszelkie metale i ich stopy orazceramikę. Metoda ta polega na tym, że pomiędzy elektrodąwolframową a materiałem przecinanym przepływa strumieńplazmy, utworzony przez łuk elektryczny i doprowadzanegazy. Strumień plazmy, którego temperatura wynosi ponad14 000 K, topi i odparowuje materiał cięty, a następniewydmuchuje ciekły materiał i jego pary na zewnątrz,tworząc szczelinę o szerokości 3-4 mm.

Cięcie metodami wysokoenergetycznymi

Cięcie

Rozróżnia się dwa rodzaje palników: o łuku wewnętrznym izewnętrznym. Przy wewnętrznym łuk jarzy się miedzyelektrodą a miedzianą dyszą. Palniki te są przeznaczonedo przecinania materiałów nie przewodzących prąduelektrycznego. W palnikach o łuku zewnętrznym jarzy sięon między elektrodą a przecinanym materiałemprzewodzącym prąd elektryczny.Obecnie gazy plazmotwórcze zastępowane są powietrzemi stąd pochodzi nazwa „plazma powietrzna". W tymwypadku elektrodę wolframową zastępuje elektrodacyrkonowa - mniej podatna na utlenianie.

Cięcie metodami wysokoenergetycznymi c.d.

50

Cięcie

Cięcie laserem

Przy tej metodzie materiał cięty zostaje miejscowonagrzany do wysokiej temperatury przez absorpcjępromieniowania laserowego, a następnie odparowany.Laserem można ciąć blachy stalowe, blachy pokrywanewarstwami ochronnymi, drewno, tworzywa sztuczne itp.materiały. Metoda ta pozwala bardzo dokładniekontrolować moc promieniowania oraz ilośćdoprowadzonego ciepła. Jest ona jednak stosunkowodroga.

Cięcie metodami wysokoenergetycznymi c.d.

Wiadomo ści ogólne o łączeniu metali · Spawanie metod ąTIG (Tungsten Inert Gas) jest procesem...

Documents

Transcript of Wiadomo ści ogólne o łączeniu metali · Spawanie metod ąTIG (Tungsten Inert Gas) jest procesem...