1. Temat

Zgrzewanie elektryczne metali.

2. Literatura i materiały pomocnicze

    Leon Mistur – „Spawanie gazowe i elektryczne”

    Grzegorz Szwed - „Technologia obróbki metali”

    Internet

3. Krótka teoria

Zgrzewanie jest to trwałe łączenie materiałów (metali, tworzyw sztucznych) przez silne dociśnięcie do siebie łączonych części, bez podgrzania lub z wcześniejszym podgrzaniem miejsc łączonych.

Najczęściej stosuje się zgrzewanie: oporowe (elektryczne), gazowe (za pomocą palników acetylenowo-tlenowych), termitowe (termit), indukcyjne (elektryczne), tarciowe, dyfuzyjne oraz zgniotowe i ultradźwiękowe.

Zgrzewanie znajduje szerokie zastosowanie m.in. w przemyśle samochodowym i lotniczym.

4. Rodzaje zgrzewania

Zgrzewanie ogniskowe

Części łączone nagrzewa się w ognisku kowalskim do temperatury białego żaru, czyli do stanu ciastowatego. Następnie łączy się je za pomocą kucia młotami ręcznymi lub mechanicznymi.

W miejscu wykonanego złącza pozostawia się grubszą zgrzeinę dla zwiększenia wytrzymałości złącza.

Zgrzewanie gazowe

Przy tym rodzaju zgrzewania źródłem ciepła jest płomień gazu wodnego lub płomień acetylenowo-tlenowy, który przy miejscowym nagrzaniu doprowadza metal do stanu ciastowatego. Przez młotkowanie uzyskuje się połączenie trwałe.

Zgrzewanie termitowe

Ten rodzaj zgrzewania polega na wykorzystaniu do nagrzewania łączonych metali ciepła, które wydziela się w reakcji chemicznej podczas spalania termitu, tj. proszku składającego się z tlenku żelazawego i aluminium (FeO+Al).

Zgrzewanie oporowe

Wpływ na nagrzewanie strefy zgrzeiny ma natężenie prądu oraz wielkość całkowitego oporu strefy zgrzeiny.

Fazy zgrzewania oporowego elektrycznego:

-          po włączeniu prądu następuje wstępne nadtopienie materiałów na styku (wydzielane ciepło jest w tym czasie zużywane na stapianie materiału,

-          powiększa się ilość płynnego materiału , przy stałej temperaturze styku,

-          zatrzymanie przepływu prądu w momencie gdy jądro zgrzeiny osiągnie wymagany rozmiar,

-          krzepnięcie płynnego materiału jądra, a co za tym idzie trwałe połączenie zgrzewanych materiałów.

Zgrzewanie punktowe

Polega na przepływie prądu o wysokich natężeniach przez łączone elementy dociśnięte do siebie elektrodami o kołowym przekroju. Zgrzewane metale łączą się w obszarze styku elektrod.

Dzielimy ze względu na:

1.      Charakter przepływającego prądu:

-          jednoimpulsowe

-          wieloimpulsowe

2.      Sposób doprowadzenia prądu do zgrzewanych elementów

-          jednostronne

-          dwustronne

Fazy zgrzewania punktowego:

-          dociśnięcie do siebie elementów elektrodami zgrzewarki,

-          nagrzewanie elementów w miejscu łączenia do temperatury w której tworzy się płynne jądro zgrzeiny,

-          z chwilą wyłączenia prądu zachodzi stygnięcie jądra zgrzeiny i powstanie jednolitego połączenia

Zgrzewanie punktowe stosuje się przy łączeniu elementów wykonanych ze stali węglowych  i stopowych, niklu, tytanu, aluminium i ich stopów oraz niektórych stopów miedzi.

Zgrzewanie liniowe:

Polega na łączeniu elementów za pomocą zespołu zgrzein punktowych, ułożonych w linii zgrzewania. Stosuje się dwie elektrody dociśnięte do siebie przez łączone elementy, jedna z nich jest napędzana i powoduje przesuw łączonego materiału oraz obrót drugiej elektrody. Przed przystąpieniem do zgrzewania należy oczyścić łączone miejsca oraz dobrać następujące parametry:

-          siła docisku elektrod

-          natężenie prądu zgrzewania

-          czas przepływu prądu

-          czas przerwy w przepływie prądu

-          prędkość zgrzewania

Dzielimy ze względu na:

1.      Sposób doprowadzenia prądu do zgrzewanych elementów

-          jednostronne

-          dwustronne

2.      Ilość zgrzein liniowych wykonanych jednocześnie

-          jednoszwowe

-          wieloszwowe

3.      Charakter przebiegu impulsów, czasu ich trwania i sposobu obrotu elektrod

-          zgrzewanie liniowe ciągłe (obrót stały, prąd ciągły)

-          zgrzewanie liniowe przerywane (obrót stały, prąd z przerwami)

-          zgrzewanie liniowe skokowe (obrót i prąd z przerwami)

Zgrzewanie liniowe stosuje się do łączenia blach ze stali niskowęglowych o maksymalnej grubości do 3mm oraz do niektórych stali stopowych (kwasoodpornych).

Zgrzewanie doczołowe zwarciowe

Prąd przepływa przez przylegające i silnie dociśnięte do siebie końce łączonych części. Gdy metal w strefie zgrzewania osiąga wymaganą temp. pod działaniem siły ulega on spęcznieniu, a stykające powierzchnie łączą się. Prąd wyłącza się jeszcze przed całkowitym zakończeniem procesu spęczniania. Przygotowując powierzchnie należy pamiętać o:

-          dokładnym ich obrobieniu,

-          usunięciu zanieczyszczeń

-          osiowym zamocowaniu (uniknięcie nierównomiernego nagrzewania i utleniania styku)

Stosuje się do łączenia elementów wykonanych ze stali węglowych i stopowych, miedzi, aluminium i ich stopów o przekrojach zwartych (okrągłych, kwadratowych i zbliżonych do nich) o pow. 0,05 - 1000 mm2, natomiast elementów rurowych o śr. do 40mm, elementów płaskich oraz ogniw łańcuchowych wykonywanych z prętów o śr. do 20mm.

Zgrzewanie doczołowe iskrowe

Zgrzewanie doczołowe iskrowe z wyiskrzaniem ciągłym; etapy:

-          wyiskrzanie - przy powolnym zbliżaniu elementów (pod napięciem) dochodzi do styku nierówności na pow. łączonych przepływający prąd osiąga w tych miejscach wysoką koncentrację i metal topiąc się łączy w mostki, te nagrzewają się i w krótkim czasie ulegają zniszczeniu. Proces nagrzewania trwa tak długo, aż powierzchnie łączone pokryją się warstewką płynnego metalu, a dalsze warstwy osiągną temp. plastyczności.

-          spęcznienie następuje po zakończeniu procesu wyiskrzania. Początkowo prąd przepływa przy spęcznianiu, co ułatwia podtrzymywanie temp. i wyciśnięcie ciekłego metalu. W końcowej fazie spęczniania prąd zostaje wyłączony.

Stosuje się do zgrzewania stali węgl., stopowych, brązów, mosiądzów, moneli, stopów niklu, aluminium z miedzią itp. Powierzchnie zgrzewane 0,1 - 50000 mm2.

Zgrzewanie doczołowe z podgrzewaniem różni się od iskrowego tym, że przed rozpoczęciem fazy wyiskrzania elementy w strefie łączenia podgrzewa się przez wyiskrzanie prowadzone z rytmicznymi przerwami. Przeprowadza się 3 - 20 zwarć trwających 0,3 - 1,5 sek. , lub przez zetknięcie obu powierzchni łączonych i przepuszczanie serii impulsów łączonych.

Dane zgrzewarki punktowej

Typ                    ZPb 12 (transformatorowa jednofazowa)

Napięcie              400 V

Napieci wtorne                                 2,72V

Zakres              2,08 ¸ 4,1

Siła docisku              2000 N

Elekrody               miedziane

Materiał

Stal              St3S

Grubość              1,5 mm+1,5mm

Strefy wpływu w zgrzewanym materiale:

czas [s]              wielkość [mm]

0,15              6

0,25              7,5

0,35              9

4.       Wnioski

         Podczas ćwiczenia  zapoznaliśmy się z metodą elektrycznego zgrzewania metali. W porównaniu do spawania jest to bardziej wydajna metoda łączenia materiałów, nie wymaga dodatkowego materiału łączącego oraz zgrzeina jest o wiele wytrzymalsza od spoiny.

1