Charakterystyka procesu i rodzaje spawania Wiadomości ogólne Spajanie jest to metoda łączenia materiałów, w wyniku, której uzyskuje się połączenie o fizycznej ciągłości materiałowej. Pojęcie spajania obejmuje spawanie, zgrzewanie, lutowanie, klejenie i inne. Spawanie polega na łączeniu materiałów przez ich nagrzanie i stopienie. w miejscu łączenia z dodaniem lub bez dodania spoiwa. Metal części łączonych nazywa się metalem rodzimym. Stopione spoiwo łącznie ze stopionymi brzegami części łączonych, czyli materiałem rodzimym, tworzy po ostygnięciu spoinę. W zaleŝności od źródła ciepła uŝytego do stopienia materiału rodzimego złącza i spoiwa rozróŝnia się: spawanie elektryczne (łukowe, elektronowe, elektroŝuŝlowe), gazowe i termitowe. Najbardziej rozpowszechnione jest spawanie elektryczne łukowe oraz gazowe. Nie wszystkie metale nadają się w jednakowym stopniu do spawania. Szczególnie łatwo spawalne są stale o małej zawartości węgla (do 0,27%) oraz ołów, aluminium i stopy magnezu. Do metali trudno spawalnych zalicza się stale wysokowęglowe i stopowe, Ŝeliwo, brązy i nikiel. Spawanie elektryczne łukowe polega na wytworzeniu między elektrodą spawalniczą a materiałem spawanym łuku elektrycznego wydzielającego ciepło, pod wpływem, którego topią się brzegi łączonych części i dodawane zwykle spoiwo, oraz na tworzeniu złącza, zwanego spoiną (rys. 176-01). Złącze tworzy się przy przesuwaniu odpowiednim ruchem elektrody wzdłuŝ łączonych brzegów. Spoina składa się ze stopionego metalu rodzimego oraz ze stopionego spoiwa. Rys. 176-01 Złącze spawane Stopiony w obszarze spoiny metal na skutek stygnięcia krzepnie i łączy trwale obie części metalu rodzimego. ZaleŜnie od wzajemnego ustawienia spawanych części rozróŝnia się spoiny: czołowe, pachwinowe, otworowe, grzbietowe (rys. 176-02). Spoiny te tworzą złącza o róŝnych nazwach. Na przykład rys. 176-02a przedstawia złącze doczołowe, mimo Ŝe spoina nazywa się czołową. Za pomocą spoin otworowych (rys. 176-02c) tworzy się złącza przylgowe, gdyŝ łączy się w ten sposób blachę do blachy.
Rys. 176-02 Rodzaje spoin: a) czołowe, b) pachwinowe, c) otworowe, d) grzbietowe Przedmioty przeznaczone do spawania naleŝy oczyścić z rdzy, farby i tłuszczów oraz innych zanieczyszczeń. WaŜną czynnością poprzedzającą spawanie jest prawidłowe wyregulowanie płomienia acetylenowo-tlenowego, a następnie wybranie odpowiedniej pozycji spawania (rys. 176-03). Najlepszą spoinę moŝna wykonać w pozycji podolnej. Rys. 176-03. Pozycje spawania: a) podolna, b) naboczna, e) naścienna, d) okapowa, e) pułapowa, f) pionowa Stosuje się trzy kierunki spawania gazowego: w lewo, w prawo i w górę (rys. 176-04). W kaŝdym przypadku palnik trzyma się w prawej ręce, a drut do spawania w lewej. Podczas spawania w lewo palnik przesuwa się z prawej strony do lewej bez ruchów poprzecznych. Płomień osłania stopiony metal
Rys. 176-04. Kierunki spawania gazowego: a) w lewo, b) w prawo, e) w górę i podgrzewa brzegi blach przed ich stopieniem. Metoda ta nadaje się do spawania blach cienkich o grubości 4mm. Blachy grubsze spawa się metodą w prawo, natomiast metoda spawania w górę jest stosowana przede wszystkim do takich przedmiotów, które moŝna ustawić pionowo. Cięcie termiczne Cięciem termicznym nazywa się sposób cięcia materiałów, głównie metali i ich stopów, polegający na miejscowym utlenieniu lub wytopieniu w odpowiednio wysokiej temperaturze. ZaleŜnie od źródła ciepła rozróŝnia się cięcia: gazowe, łukowe, gazowołukowe. Cięcie gazowe (cięcie tlenowe) polega na miejscowym spalaniu materiału w strumieniu czystego tlenu przy odpowiednim miejscowym ogrzaniu metalu do temperatury spalania. Cięcie to odbywa się za pomocą palnika, który przypomina palnik do spawania, lecz jest wyposaŝony w dodatkową dyszę tlenową. JeŜeli spawacz zwiększy dopływ tlenu do płomienia palnika, to płomień taki będzie spalał nagrzewany metal wypalając w nim wąską szczelinę. Cięcie samym tlenem stosuje się do stali konstrukcyjnych węglowych i niskostopowych, natomiast Ŝeliwo, stale austenityczne oraz metale nieŝelazne moŝna przecinać tym sposobem przez wprowadzenie do strumienia tlenu topników, np. proszku Ŝelaza. Cięcie łukowe elektrodą węglową lub metalową polega na wytapianiu szczeliny w pełnym metalu ciepłem łuku elektrycznego. Cięcie gazowo-łukowe polega na podgrzaniu metalu ciepłem łuku elektrycznego i jednoczesnym miejscowym spalaniu metalu w strumieniu czystego tlenu. Obecnie moŝna ciąć termicznie wszystkie metale i stopy stosowane w przemyśle, a nawet beton i kamień. Grubość przecinanego metalu moŝe wynosić do 3m. W zaleŝności od stosowanych urządzeń rozróŝnia się cięcie termiczne ręczne i maszynowe. Cięcie moŝe być wykonywane w sposób zautomatyzowany za pomocą mechanizmów prowadzących palniki wg określonych linii. Zgrzewanie elektryczne RozróŜniamy następujące sposoby zgrzewania: - zgrzewanie ogniskowe - zgrzewanie elektryczne a) zgrzewanie punktowe, b) zgrzewanie liniowe, c) zgrzewanie garbowe, d) zgrzewanie doczołowe - zgrzewanie termitowe - zgrzewanie tarciowe - zgrzewanie zgniotowe - zgrzewanie wybuchowe - zgrzewanie dyfuzyjne Najczęściej stosowane jest zgrzewanie elektryczne i o nim nieco szerzej. Zgrzewanie elektryczne dzieli się na: doczołowe, punktowe, liniowe i garbowe. Źródłem ciepła w zgrzewaniu elektrycznym oporowym jest prąd elektryczny, który w miejscu największego oporu powoduje przyrost ciepła. Miejsce styku dwóch metali wykazuje tak duŝy opór dla przepływającego prądu, Ŝe przy dostatecznym natęŝeniu prądu nagrzewa się ono do wysokiej temperatury, a materiał staje się plastyczny. Po wywarciu nacisku stykające
się ze sobą części łączą się bez trudu. Do zgrzewania stosuje się prąd o stosunkowo niskim napięciu, lecz o duŝym natęŝeniu dochodzącym do kilku tysięcy amperów. Rys. 176-05. Schemat zgrzewania punktowego Zgrzewanie punktowe stosuje się do łączenia cienkich blach. Łączone brzegi blachy zaciska się dwiema elektrodami dociskowymi 1 w kształcie kłów (rys. 176-05), które zapewniają jednocześnie docisk łączonych części i przepływ prądu przez złącze. Złącze powstaje w jednym punkcie wskutek połączenia się uplastycznionego pod wpływem ciepła metalu. Zgrzewanie liniowe jest stosowane tam, gdzie zaleŝy nam na szczelności szwu. Wykonuje sieje za pomocą specjalnych zgrzewarek liniowych, w których elektrody mają kształt krąŝków (rys. 176-04). KrąŜki, z których górny jest napędzany silnikiem, obracają się i przesuwają między sobą łączone blachy. Rys. 176-06. Schemat zgrzewania liniowego. Zgrzewanie garbowe wymaga uprzedniego przygotowania części zgrzewanych. W tym celu w jednej z blach wytłacza się garby w kształcie stoŝka (rys. 176-06).
Rys. 176-07. Przykłady zastosowania zgrzewania garbowego Bhp podczas spawania i zgrzewania metali Podczas spawania elektrycznego w łuku powstają trzy rodzaje promieni:: widzialne promienie świetlne, niewidzialne promienie cieplne oraz niewidzialne promienie ultrafioletowe. Te ostatnie są bardzo niebezpieczne, poniewaŝ działają szkodliwie na oczy, podraŝniają spojówkę i powodują jej zapalenie. Nie naleŝy więc patrzeć na łuk elektryczny wprost, lecz przez szkło w tarczy ochronnej lub przyłbicy, ewentualnie przez odpowiednie okulary. Przy spawaniu gazowym w pobliŝu stanowiska roboczego powinno stale znajdować się napełnione wodą naczynie słuŝące do ochładzania palnika. Wytwornice przenośne powinny być w miarę moŝliwości ustawione w oddzielnych pomieszczeniach. Odległość butli od płomienia palnika spawacza powinna wynosić co najmniej l m. Zawory redukcyjne wolno odmraŝać tylko za pomocą pary lub gorącej wody. WęŜe doprowadzające gazy do palnika powinny mieć długość co najmniej 5 m. Nie wolno smarować części palników i zaworów butli smarem lub oliwą. Do oczyszczania wylotu końcówki palnika z osadu tlenków trzeba uŝywać kawałka zwęglonego drewna. Jest zabronione przechowywanie w spawalni materiałów łatwo palnych oraz wykonywanie prac spawalniczych w odległości mniejszej niŝ 5m od materiałów łatwo palnych. Spawaczowi nie wolno spawać lub ciąć bez okularów ochronnych, tarczy lub przyłbicy. Pytania kontrolne 1. Metalem rodzimym nazywa się: (dopuszczający) a) metal części łączonych? b) metal ze stopionego spoiwa? c) metal ze stopionej elektrody? 2. Elektrody cienko otulone stosuje się przewaŝnie do spawania: (dopuszczający) a) blach grubych? b) blach cienkich? c) materiałów pod topnikiem w atmosferze gazów ochronnych? 3. Spawanie atomowe jest spawaniem: (dostateczny) a) elektrodą topliwą w osłonie dwutlenku węgla?
b) dwiema elektrodami wolframowymi, między którymi jarzy się łuk w osłonie wodoru? c) łukiem krytym pod warstwą topnika? 4. W transformatorach spawalniczych napięcie sieciowe (220 lub 380 V) zostaje obniŝone do napięcia: (dopuszczający) a) 120 V? b) 45 V? c) 70 V? d) 150 V? 5. Dla elektrod o średnicy do 3,25 mm przyjmuje się natęŝenie prądu: (dopuszczający) a) około 40 A na l mm elektrody? b) około 50 A na l mm elektrody? c) około 30 A na l mm elektrody? 6. Które promienie łuku elektrycznego są bardzo szkodliwe dla spawacza: (dopuszczający) a) promienie cieplne? b) promienie ultrafioletowe? c) promienie świetlne? 7. Dopuszczalne ciśnienie robocze w butlach acetylenowych wynosi: (dopuszczający) a) 1,5 MPa? b) 2,5 MPa? c) 5 MPa? d) 0,5 MPa? 8. W jednym litrze acetonu pod ciśnieniem 0,1 MPa rozpuszcza się: (dobry) a) 50 litrów acetylenu? b) 30 litrów acetylenu? c) 23 litry acetylenu? d) 16 litrów acetylenu? 9. Aby zapalić palnik trzeba: (dopuszczający) a) najpierw otworzyć zawór acetylenu, a następnie tlenu? b) najpierw otworzyć zawór tlenu, a następnie acetylenu? c) jednocześnie otworzyć zawór tlenu i acetylenu? 10. Spawanie powinno się odbywać płomieniem: (dostateczny) a) utleniającym? b) nawęglającym? c) redukującym? 11. Przy metodzie spawania w lewo palnik przesuwa się: (dopuszczający) a) z prawej strony do lewej b) z lewej strony do prawej? c) z lewej strony do dołu? 12. WęŜe doprowadzające gazy do palnika powinny mieć długość, co najmniej: (dopuszczający) a) 10m? b) 5 m?
c) 7 m? d) 3 m?