Wszystko o spawaniu.doc

Połączenia nierozłączne

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

Lutowanie

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

Zgrzewanie

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

Spawanie

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

METODY SPAWANIA

Spawanie łukowe ręczne

·         Inne nazwy-spawanie łukowe elektrodą otuloną, spawanie elektryczne.

·         Sposób pracy- ręczny

·         Źródło ciepła- łuk elektryczny

·         Osłona jeziorka- głównie topnik, częściowo gaz wytwarzany przez topnik.

·         Zakres prądu- 25¸350A

·         Moc cieplna-0,5¸11kJ/s

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

Charakterystyka metody

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

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

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

Zasadnicze funkcje otuliny to:

·         Osłona łuku przed dostępem atmosfery,

·         Wprowadzenie do obszaru spawania pierwiastków odtleniających, wiążących azot i rafinujących ciekły metal spoiny,

·         Wytworzenie powłoki żużlowej nad ciekłym jeziorkiem i krzepnącym metalem spoiny,

·         Regulacja składu chemicznego spoiny.

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

W skład stanowiska do spawania łukowego ręcznego elektrodą otuloną wchodzą:

·         Źródło prądu stałego lub przemiennego,

·         Uchwyt elektrody doprowadzający prąd spawania do elektrody,

·         Przewody spawalnicze doprowadzające prąd spawania ze źródła prądu do uchwytu i do spawanego przedmiotu,

·         Układ sterowania zdalnego źródłem prądu,

·         Oprzyrządowanie konstrukcji spawanej,

·         Odciąg dymów spawalniczych(w energetyce w związku ze specyfiką pracy jest to warunek trudny do spełnienia).

Parametry spawania

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

Do podstawowych parametrów spawania elektrodą otuloną należą:

·         Rodzaj natężenia prądu spawania,

·         Napięcie łuku,

·         Prędkość spawania,

·         Średnica elektrody i jej położenie względem złącza.

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

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

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

Prędkość przesuwania łuku wzdłuż złącza zależy od:

·         Rodzaju prądu, jego biegunowości i natężenia,

·         Napięcia łuku,

·         Pozycji spawania,

·         Prędkości stapiania elektrody,

·         Grubość spawanego materiału i kształtu złącza,

·         Dokładności dopasowania złącza,

·         Wymaganych ruchów końcówki elektrody.

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

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

Zajarzenie łuku

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

Urządzenia do spawania łukowego elektrodą otuloną

Do spawania łukowego elektrodą otuloną wykorzystuje się:

·         transformatory spawalnicze,

·         prostownikowe zasilacze spawalnicze,

·         przetwornice spawalnicze,

·         prądnice spawalnicze.

Spawanie acetylenowo-tlenowe

·         Inna nazwa-spawanie gazowe

·         Sposób pracy-ręczny

·         Źródło ciepła-płomień gazowy

·         Osłona jeziorka -produkty spalania; topnik w przypadku innych metali niż stal.

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

Płomień acetylenowo - tlenowy

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

      Niestety przy spalaniu większości mieszanin gazowych płomień ma zbyt niskie temperatury niewystarczające do spawania wielu metali z wyjątkiem kilku o niskiej temperaturze topnienia. Jedynym wyjątkiem jest acetylen. Zmieszany z tlenem we właściwym stosunku tworzy płomień o temperaturze...