ściąga 2.docx

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. Połączenia nierozłączne – spawane: Połączenia spawane polegają na łączeniu elementów wykonanych
z takich samych lub podobnych materiałów za pomocą miejscowego
nadtopienia. Proces łączenia nazywamy spawaniem. Często podczas
spawania do połączenia doprowadzany jest dodatkowy materiał
w postaci tzw. drutu spawalniczego, który też ulega stopieniu. Nadtopione
miejsca łączonych części wraz z materiałem dodatkowym tworzą tzw.
spoinę. Rozróżniamy dwie zasadnicze metody spawania:Spawanie elektryczne (łukowe), Spawanie gazowe. Spawanie gazowe polega na nadtopieniu elementów łączonych w obrębie spoiny za pomocą palnika gazowego, do którego płomienia wprowadza się materiał dodatkowy w postaci drutu spawalniczego. Najczęściej stosowanym gazem palnym jest acetylen C2H2. Ogólnie można stwierdzić, że spawanie gazowe jest droższe od elektrycznego,niemniej jednak czasami jest ono konieczne, gdyż spawanie elektryczne można stosować tylko do metali. Charakterystyka spawalniczych źródeł energii: Podstawowymi cechami źródeł energii są:

•   Stopień koncentracji energii,

•   Rodzaj emitowanej energii,

•   Sprawność źródła energii .

Koncentracja energii jest określona przez moc właściwą w miejscu nagrzewania / zaleca się nie przekraczanie 108÷ 10 10 W/m2 / Źródła energii można usystematyzować następująco:

•   Płomień gazowy 50x107 W/m2 

•   Łuk elektryczny 106÷109 W/ m2

•   Strumień plazmy   1012   W/m2

Spawanie  gazowe metali: Gazy spawalnicze Acetylen, wodór, propan i butan (mieszanina) oraz gaz  ziemny. Do gazów niepalnych używanych przy spawaniu gazowym należy tlen.

Acetylen C2H2 otrzymuje się z karbidu (węglika wapnia) w wyniku rozkładu go w wodzie według reakcji:

 CaC2 + 2H2O  ® C2H2 + Ca(OH)2 + Q1

 Karbid CaC2  otrzymuje się przez stopienie koksu (antracytu) z wapnem niegaszonym w specjalnych piecach, według reakcji: CaO + 3C ® CaC2 + CO ­

Płomień acetylenowo – tlenowy: Spalając mieszaninę tlenu z gazem palnym u wylotu dyszy palnika można otrzymać dość wysokie temperatury. SFERY PŁOMIENIA

1 – jądro płomienia – kolor niebieski, 2 – redukcyjna, bezbarwna – służy do spawania, 3 – kita płomienia – pomarańczowo czerwona, składa się z dwutlenku węgla, osłania jeziorko ciekłego metalu i spoinę przed wpływem powietrza atmosferycznego.

Niestety przy spalaniu większości mieszanin gazowych płomień ma zbyt niskie temperatury niewystarczające do spawania wielu metali z wyjątkiem kilku o niskiej temperaturze topnienia. Jedynym wyjątkiem jest acetylen. Zmieszany z tlenem we właściwym stosunku tworzy płomień o temperaturze ok. 3100°C co jest wystarczające w licznych zastosowaniach spawalniczych. Rodzaje płomieni acetylenowo-tlenowych: a) normalny, b) nawęglający,  c) utleniający; 1 - kita, 2 - jądro, 3 - strefa redukcyjna, 4 ‑ stożek nawęglający. Metody spawania gazowego

Rozróżniamy trzy zasadnicze metody spawania gazowego:

•   Spawanie w lewo do materiałów o grubości poniżej 3mm.

•   Spawanie w prawo do materiałów o grubości powyżej 3mm.

•   Spawanie w górę do materiałów wszystkich grubości.

•   a) Spawanie metodą w lewo polega na prowadzeniu palnika od strony prawej do lewej, przy pochyleniu palnika pod kątem od 60°(przy materiałach grubszych), do 10°(przy materiałach cieńszych). Spoiwo podczas spawania prowadzi się pod kątem około 45°. Przy spawaniu metodą w lewo spoiwo jest prowadzone przed palnikiem. Płomień palnika roztapia brzegi metalu, tworząc otworek w dolnej części spawanego materiału. Spawacz prowadzi palnik prawą ręką, postępowym ruchem w lewo nie czyniąc nim żadnych ruchów bocznych. Bardzo ważne jest aby spoiwo cały czas było w obrębie płomienia, gdyż rozgrzany jego koniec w zetknięciu z powietrzem szybko się utlenia i spawacz wprowadza do spoiny tlenki. b) Spawanie metodą w prawo stosuje się przeważnie do grubszych materiałów (ponad 3mm) wymagających ukosowania brzegów. Przy spawaniu w prawo palnik prowadzi się pod kątem 55°,a spoiwo pod kątem 45°. Spoiwo posuwa się za palnikiem od strony lewej do prawej. Palnikiem nie wykonuje się żadnych ruchów poprzecznych, lecz prowadzi się go równomiernie ruchem prostoliniowym wzdłuż brzegów spawanych. Spoiwem trzymanym w jeziorku stopionego metalu wykonuje się ruch(w kształcie półksiężyca lub elipsy) w kierunku poprzecznym do spoiny. Metodę spawania w prawo stosuje się do robót odpowiedzialnych, zwłaszcza rurociągów przeznaczonych do pracy na wysokie ciśnienie i trudne warunki eksploatacyjne (częste zmiany temperatury i ciśnienia). c) Metodę spawania w górę stosujemy do wszystkich grubości materiału, przy czym materiał o grubości powyżej 4mm powinien być spawany przez dwóch spawaczy jednocześnie. Palnik należy prowadzić pod kątem 30° do osi pionowej, a drut pod kątem około 20°. Palnik prowadzi się równomiernym ruchem prostoliniowym, a spoiwo ruchem skokowym. Metoda ta pozwala na łatwiejsze utrzymanie oczka oraz mniejsze zużycie gazów. Typowe problemy spawania gazowego: Cechą charakterystyczną spawania gazowego jest szeroka strefa wpływu ciepła (SWC). Skutki oddziaływania dużej ilości ciepła: •negatywny - pofałdowanie przy spawaniu cienkich blach;  •pozytywny - niska skłonność do utwardzania i tworzenia pęknięć w związku z wolnym stygnięciem. Przykłady zastosowań spawania gazowego: a) Najczęściej za pomocą spawania gazowego dokonuje się napraw zbiorników po materiałach łatwopalnych, rurociągów oraz elementów mosiężnych i żeliwnych (przeważnie metodą „na gorąco").b) spawanie rurociągu w trudno dostępnym miejscu. Spawanie rurociągu przy użyciu lusterka:

  1- palnik 2- rura

  3- spoiwo 4- lustro

Proces żłobienia: polega na nagrzaniu materiału do odpowiednio wysokiej temperatury i wypaleniu metalu po otwarciu strumienia tlenu tnącego. Charakterystyka: Źródłem ciepła przy spawaniu łukowym jest łuk elektryczny, jarzący się pomiędzy końcem elektrody a przedmiotem spawanym. Ciepło jarzącego się łuku powoduje topienie się elektrody i brzegów przedmiotu spawanego. Stopiony metal elektrody oraz stopiony metal przedmiotu spawanego tworzą  jeziorko ciekłego metalu, które po zakrzepnięciu stanowi spoinę, łączącą oba brzegi przedmiotu.
Połączenia nierozłączne – spawane: Spawanie elektryczne polega na wytworzeniu łuku elektrycznego
w miejscu tworzenia spoiny. Temperatura w środku łuku rzędu 3800 K powoduje topnienie materiału spawanego, który jest biegunem dodatnim oraz materiału dodatkowego w postaci drutu spawalniczego, który jest podłączony do ujemnego bieguna  źródła prądu. Drut spawalniczy jest nazywany elektrodą spawalniczą. Schemat stanowiska do spawania ręcznego elektrodą otuloną:

•   1- źródło prądu,  2 - przewody obwodu spawania,  3 ‑ zacisk prądowy,  4 - uchwyt elektrody,  5 - elektroda otulona,  6 - łuk elektryczny,  7 - ułożona spoina,  8 - elementy spawane. Parametry procesu spawania: W przypadku spawania ręcznego elektrodami otulonymi parametry procesu są następujące:

gatunek i średnica elektrody;   rodzaj i biegunowość prądu;  natężenie prądu;liczba warstw w spoinie;pozycja spawania.

•   Dobór elektrod polega na wyborze gatunku elektrody i jej średnicy. Gatunek elektrody dobiera się odpowiednio do gatunku spawanego materiału, tj. jego składu chemicznego i własności mechanicznych. Obowiązuje zasada, że wytrzymałość stopiwa nie może być mniejsza od wytrzymałości materiału rodzimego. Średnicę elektrody uzależnia się od grubości materiału spawanego. Grubszy materiał pozwala na stosowanie elektrod o większych średnicach. Dobór prądu spawania; Natężenie prądu można orientacyjnie dobrać z zależności: Jsp = k × del gdzie: Jsp -              natężenie prądu spawania [A];

              del -              średnica elektrody [mm];

              k -              współczynnik zależny od średnicy elektrody; k = 25 ¸ 30 [A /mm]   dla  del = 2 mm;

k = 30 ¸ 40 [A /mm]   dla  del = 2 ¸ 4 mm; k = 40 ¸ 60 [A /mm]   dla  del = 4 ¸ 6 mm.

Urządzenia spawalnicze:

Schemat transformatora :U1 - napięcie na zaciskach strony pierwotnej, U2 - napięcie na zaciskach strony wtórnej,  I1 - prąd strony pierwotnej,  I2 - prąd strony wtórnej,  F - strumień magnetyczny w magnetowodzie transformatora. Prostowniki spawalnicze  przekształcają prąd przemienny na wyprostowany o odpowiednio ukształtowanej charakterystyce zewnętrznej i o wy-maganym zakresie prądu spawania. Składają się one z: transformatora, zespołu prostowniczego, układu sterująco - nastawczego i innych elementów. Przetwornice spawalnicze są to zespoły dwumaszynowe, składające się z silnika napędowego i prądnicy spawalniczej. Silnikiem napędowym jest najczęściej asynchroniczny trójfazowy silnik elektryczny. Może nim być także silnik prądu stałego lub silnik spalinowy. Prądnice spawalnicze są maszynami prądu stałego lub przemiennego o zwiększonej częstotliwości. ELEKTRODY:

•   TOPLIWE Otulone, nieotulone (gołe)

•   Cienko otulone, średniootulone, grubo otulone

•   Kwaśne, zasadowe, rutulowe [TiO2]

1. Ciągliwe (drut obwijany z bębna, nieskończona długość), krótkie

2. Specjalne – utleniające, do napawania, do żłobienia itd.

•   NIETOPLIWE. Wolframowe, węglowe

FUNKCJE OTULINY:

•   Umożliwić zajarzenie łuku przez zjonizowanie przestrzeni łukowej

•   Prawidłowe i spokojne przenoszenie kropli z elektrody do jeziorka ciekłego metalu

•   Ochrona kropli oraz jeziorka ciekłego metalu przed wpływami atmosferycznymi (N2, H2, O2)

•   Gwarantować prawidłowy skład chemiczny spoiny (dostarczać wypalone podczas spawania dodatki stopowe)

•   Wytworzyć żużel, którego zadaniem jest kształtowanie lica spoiny oraz spowolnienie stygnięcia spoiny i ochrona

•   Podczas spawania topi się rdzeń elektrody i w postaci kropel przenoszony jest do spoiny. Znaczne siły działające w łuku elektrycznym na krople spoiwa powoduje, że można prowadzić spawanie w dowolnej pozycji, także z dołu do góry.

•   Przy spawaniu stali węglowej rdzeń (drut) wykonany jest najczęściej ze stali ST3S.

•  

Topi się także otulina elektrody. Część stopionej otuliny odparowuje tworząc osłonę łuku, część w postaci kropel opada na jeziorko spoiny. Formowanie spoiny przy spawaniu elektrycznym łukowym elektroda otuloną:

PRZYGOTOWANIE BRZEGÓW DO SPAWANIA – ROWKI SPAWALNICZE

Przed przystąpieniem do spawania materiał musi być przygotowany tzn. odpuszczony, oczyszczony i zukosowany. Muszą być usunięte zabrudzenia mechaniczne: farba, korozja, smary, brudy tłuste i wykonany rowek spawalniczy (gwarantuje to wytrzymałość spoiny).  Spoina czołowa (złącze doczołowe) – blachy przycięte na równo.

Kształt i wymiary ukosowania zależą od zastosowanej metody spawania i od grubości łączonych przedmiotów w miejscu łączenia. Na rysunku przedstawiono przykłady, zalecanego przez PN-EN 29692, ukształtowania brzegów przy spawaniu łukowym elektrodami otulonymi. BUDOWA ZŁĄCZA SPAWANEGO : 1. Strefa metalu rodzimego – jest częścią materiału spawanego, która pod wpływem spawania nie uległa zmianom chemicznym ani takiemu nagrzaniu, które by wywołało zmiany w budowie krystalicznej materiału.

2. Strefa wpływu ciepła – zwana inaczej strefą przejściową, jest to ta część materiału, która nie ulega zmianom chemicznym, ale została nagrzana do tak wysokiej temperatury, że nastąpiła zmiana struktury materiału.3. Strefa wtopienia – jest to stosunkowo wąska strefa materiału rodzimego, który uległ podczas spawania przetopieniu, w wyniku czego nastąpiło częściowe wymieszanie się materiału spoiwa z materiałem rodzimym. 4. Strefa spoiny – część złącza, która powstała głównie z materiału spoiwa, który przeszedł w czasie spawania w stan płynny, a następnie zakrzepł w spoinie. Jonizacja przestrzeni międzyelektrodowej:

Przenoszenie zwarciowe:

Przenoszenie bezzwarciow...