4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Rodzaje połączeń nierozłącznych 4.1.1. Materiał nauczania
Połączenia nierozłączne są to takie połączenia elementów, których nie moŜna rozdzielić bez uszkodzenia części łączonych lub elementów łączących. NaleŜą do nich połączenia:
spawane, zgrzewane, lutowane, nitowane i klejone. Sposób łączenia elementów musi być dostosowany do rodzaju materiałów łączonych.
Spawanie metali polega na miejscowym rozgrzaniu metali do stanu topienia za pomocą prądu elektrycznego (spawanie łukowe) lub gazu (spawanie gazowe). Spawanie odbywa się z dodawaniem lub bez dodawania spoiwa. Spoiwo po stopieniu nazywa się stopiwem, które po zastygnięciu wraz ze stopionymi brzegami łączonych części tworzy spoinę. Typowe kształty spoin i oznakowanie stosowane na rysunkach technicznych przedstawia tabela 1.
Tabela 1. Typowe kształty i znaki spoin [8, s. 267].
Do spawania nadają się stale o małej zawartości węgla (do 0,27%), ołów, aluminium i stopy magnezu. Do metali trudnospawalnych zalicza się stale wysokowęglowe i stopowe, Ŝeliwo, brązy i nikiel.
Zgrzewaniem nazywa się proces łączenia metali przez nagrzanie obu łączonych części do stanu ciastowatości i następnie dociśnięcie ich do siebie. Powstałe w ten sposób połączenie nazywa się zgrzeiną. Kształty zgrzein oraz ich oznaczenia na rysunkach przedstawia tabela 2.
Tabela 2. Oznaczenie zgrzein na rysunkach [8, s. 270].
Za pomocą zgrzewania moŜna łączyć stale i metale nieŜelazne (blachy i pręty).
Lutowanie polega na łączeniu metali, pozostających w stanie stałym, za pomocą roztopionego metalu (lub stopu) zwanego lutem. Podczas lutowania nie zachodzi nadtapianie łączonych części. Roztopiony lut łączy metale dzięki zjawisku spójności międzycząsteczkowej (kohezji) i nieznacznemu przenikaniu (dyfundowaniu) w głąb materiału rodzimego.
Za pomocą lutowania moŜna łączyć ze sobą róŜne metale i stopy o róŜnych własnościach.
Lutowanie stosuje się do łączenia cienkich blach i przewodów elektrycznych. Połączenia lutowane nie mogą przenosić duŜych obciąŜeń, ale dobrze przewodzą prąd elektryczny.
Sposób oznaczenia połączeń lutowanych i klejonych przedstawia tabela 3.
Klejenie jest to połączenie metali za pomocą substancji zwanej klejem. Polega ono na rozprowadzeniu cienkiej warstwy substancji klejącej na uprzednio przygotowanej powierzchni. Po nałoŜeniu substancji klejącej naleŜy ją podsuszyć, a następnie docisnąć do siebie łączone elementy.
Tabela 3. Oznaczenie połączeń lutowanych i klejonych [12, s. 80].
Metodą klejenia łączyć moŜna ze sobą metale, metale z niemetalami, metale z tworzywami sztucznymi, szkłem lub porcelaną.
Nitowanie polega na łączeniu części metalowych najczęściej blach przy pomocy nitów o róŜnych kształtach. Podczas nitowania swobodny koniec nitu jest spęczany i kształtowany
w zakuwkę.
Typowe kształty łbów nitów i oznakowanie stosowane na rysunkach technicznych przedstawia tab. 4.
Tabela 4. Przykłady uproszczeń rysunkowych połączeń nitowych [1, s. 209].
Nitowanie znajduje zastosowanie do połączeń metali, które są trudnospawalne lub niespawalne. Nitowane są głównie dźwigary mostów drogowych i kolejowych oraz konstrukcje ze stopów aluminium.
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie połączenia nazywamy nierozłącznymi?
2. Jakie znasz połączenia nierozłączne?
3. Czym charakteryzuje się proces spawania?
4. Czym charakteryzuje się proces zgrzewania?
5. Czym charakteryzuje się proces lutowania?
6. Czym charakteryzuje się proces klejenia?
7. Czym charakteryzuje się proces nitowania?
8. Jakie właściwości mają materiały stosowane do połączeń nierozłącznych?
9. Jak oznacza się w dokumentacji technicznej sposoby łączenia blach?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Rozpoznaj rodzaje połączeń nierozłącznych pokazane na modelach. Wypisz nazwy połączeń na kartkach i przyporządkuj do przedstawionych pomocy. Określ właściwości materiałów stosowanych do połączeń nierozłącznych.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zorganizować stanowisko pracy,
2) zaplanować przebieg wykonania ćwiczenia – plan zapisać w zeszycie, 3) przestrzegać zasad bezpieczeństwa i higieny pracy,
4) nazwać poszczególne rodzaje połączeń nierozłącznych, 5) posegregować rysunki połączeń nierozłącznych,
6) utworzyć plakat odpowiednio układając rysunki z rozpoznanymi połączeniami, 7) umieścić podpisy pod modelami,
8) określić właściwości materiałów stosowanych do połączeń nierozłącznych, 9) sporządzić w zeszycie notatkę z przeprowadzonego ćwiczenia,
10) sformułować wnioski z realizacji ćwiczenia, 11) zaprezentować efekty swojej pracy,
12) dokonać samooceny pracy.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
− plansze z rysunkami lub zdjęciami rodzajów połączeń nierozłącznych,
− modele połączeń nierozłącznych,
− tablica o miękkim podłoŜu, w które łatwo wbijać szpilki,
− zestawy kartek o róŜnych kolorach i róŜnym kształcie,
− arkusze papieru,
− przybory do pisania,
− szpilki,
− literatura z rozdziału 6 dotycząca połączeń nierozłącznych.
Ćwiczenie 2
Rozpoznaj oznaczenia połączeń nierozłącznych pokazanych na rysunkach. Wypisz ich nazwy na kartkach i przyporządkuj do rysunków.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zorganizować stanowisko pracy,
2) zaplanować przebieg wykonania ćwiczenia – plan zapisać w zeszycie, 3) przestrzegać zasad bezpieczeństwa i higieny pracy,
4) nazwać poszczególne symbole połączeń nierozłącznych,
5) posegregować rysunki z odpowiednimi symbolami połączeń nierozłącznych,
6) utworzyć plakat układając rysunki połączeń z symbolami, przypisując je do odpowiednich grup,
7) umieścić podpisy pod rysunkami,
8) sporządzić w zeszycie notatkę z przeprowadzonego ćwiczenia, 9) sformułować wnioski z realizacji ćwiczenia,
10) zaprezentować efekty swojej pracy, 11) dokonać samooceny pracy.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
− plansze z rysunkami lub zdjęciami rodzajów połączeń nierozłącznych,
− tablica o miękkim podłoŜu, w które łatwo wbijać szpilki,
− zestawy kartek o róŜnych kolorach i róŜnym kształcie,
− arkusze papieru,
− przybory do pisania,
− szpilki,
− literatura z rozdziału 6 dotycząca połączeń nierozłącznych.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie 1) zdefiniować jakie połączenia nazywamy nierozłącznymi?
2) określić jakie znasz połączenia nierozłączne?
3) określić czym charakteryzuje się proces spawania?
4) określić czym charakteryzuje się proces zgrzewania?
5) określić czym charakteryzuje się proces lutowania?
6) określić czym charakteryzuje się proces klejenia?
7) określić czym charakteryzuje się proces nitowania?
8) określić właściwości materiałów stosowanych do połączeń nierozłącznych?
9) rozpoznać oznaczenia połączeń nierozłącznych blach zamieszczone w dokumentacji technicznej?
4.2. Spawanie elektryczne i gazowe blach 4.2.1. Materiał nauczania
Połączenie dwóch lub więcej części metalowych spoinami tworzy złącze spawane.
Podstawowe rodzaje złączy spawanych pokazane zostały na rysunku 1.
Rys. 1. Rodzaje złączy spawanych: a) doczołowe na I i Y, b) kątowe, c) teowe, d) naroŜne, e) krzyŜowe, f) zakładkowe, g) nakładkowe, h) przylgowe, i) otworowe [10, s. 62 i 64].
Pozycja spawania jest to połoŜenie spawanego przedmiotu podczas spawania (rys. 2).
Rys. 2. Pozycje spawania blach według PN-EN-287-1 [10, s. 67].
RozróŜnia się spoiny: czołowe i pachwinowe (rys. 3).
Rys. 3. Podstawowe typy spoin i ich elementy a) czołowa, b) pachwinowa [10, s. 63].
Na rysunkach technicznych elementy spawane muszą zawierać oznaczenia dotyczące rodzaju złącza i spoiny oraz wymiary i przekroje spoin (rys. 5).
Rys. 4. Rowki łączonych części ukosowanych i nieukosowanych oraz ich nazwy techniczne [10, s. 63].
Rys. 5. Rysunkowe symbole oznaczenia spoin: a) czołowych, b) pachwinowych. 1) rowek ukosowania na Y, 2) spoina czołowa, 3) oznaczenia przygotowania do spawania [10, s. 70].
Przed przystąpieniem do spawania powierzchnie materiałów muszą być oczyszczone tak, aby miały metaliczny połysk. Czynności te moŜna wykonać metodą obróbki skrawaniem, metodą chemiczną (trawienie) lub termiczną (opalanie płomieniem).
Rys. 6. Kształty przygotowania blach do spawania w zaleŜności od ich grubości [10, s. 54].
Brzegi elementów łączonych o grubości powyŜej 4 mm do spawania naleŜy ukosować. Kąt ukosowania w blachach grubszych (10–20 mm) powinien wynosić około 40°, a w blachach cieńszych do 60°.
Przed rozpoczęciem spawania materiały łączone naleŜy dokładnie sczepić i ułoŜyć w pozycji dogodnej dla spawacza.
Rys. 7. Sczepianie blach przed spawaniem: a) prawidłowe, b) nieprawidłowe [10, s. 60].
Sczepianie rozpoczyna się w środku blach, a następnie spoiny sczepne wykonuje się raz z jednej, raz z drugiej strony (rys. 7). Odległość między punktami sczepnymi powinna wynosić 20 – 30 grubości spawanego metalu, a długość spoin sczepnych 2–5 grubości materiału.
Rys. 8. Odkształcenie złączy teowych: a) połoŜenie przed spawaniem, b) złącze teowe spawane jednostronnie, c) złącze teowe spawane dwustronnie [10, s. 77].
Podczas spawania następuje szybkie, miejscowe nagrzanie łączonych elementów a następnie ich szybkie chłodzenie. Nagłe zmiany temperatury powodują powstawanie wewnętrznych napręŜeń, odkształceń a nawet pęknięć (rys. 8).
Rys. 9. Odkształcenia powstające przy spawaniu i sposób zapobiegania ich powstawaniu [10, s. 77].
Wystąpienie napręŜeń podczas spawania oraz odkształceń spowodowane jest przez zmianę struktury krystalicznej w spawanym materiale pod wpływem wysokiej temperatury.
W materiałach stalowych sprzyja temu większa zawartość węgla i dodatków stopowych.
Aby ograniczyć powstawanie napręŜeń i odkształceń w złączach spawanych, naleŜy przed przystąpieniem do spawania opracować plan technologiczny spawania. Dotyczy on sposobu układania części (rys. 9), spoin, liczby ściegów, pozycji spawania, kształtu i kątów
ukosowania, zastosowania odpowiedniej metody spawania, jak równieŜ temperatury materiałów spawanych. Bardzo często zachodzi konieczność spawania w podwyŜszonej temperaturze.
Rys. 10. Skurcz poprzeczny wywołany spoiną: a) złącze swobodnie podparte, b) złącze sztywno zamocowane [10, s. 74].
W celu zminimalizowania powstających podczas spawania odkształceń, wykorzystuje się róŜnego rodzaju uchwyty i przyrządy (rys. 11).
1 2 3 4
Rys. 11. Uchwyty pomocnicze do spawania: 1) klinowe, 2, 3, 4) śrubowe [10, s. 79, 80].
Zespoły spawane, które podczas spawania uległy zdeformowaniu, poddaje się prostowaniu sposobami mechanicznymi lub termicznymi. Małe zniekształcenia w elementach drobnych, cienkich moŜna usunąć przez prostowanie młotkiem na zimno. Większe krzywizny w grubszych elementach usuwa się za pomocą maszyn przeznaczonych do prostowanie jak walcarki, prasy śrubowe, prasy kuźnicze.
Prostowanie termiczne wykonuje się przez nagrzewanie odkształconych elementów, palnikiem acetylenowo-tlenowym. Niewłaściwie przeprowadzone prostowanie moŜe doprowadzić do skomplikowanych odkształceń i uszkodzenia konstrukcji.
Aby zlikwidować napręŜenia spawalnicze jakie powstają podczas spawania, elementy i zespoły spawane poddaje się wyŜarzaniu: zmiękczającemu, odpręŜającemu, normalizującemu, rekrystalizującemu. Pod wpływem temperatury, struktura metali lub stopów jest zbliŜona do stanu pierwotnego, przez co ustępują napręŜenia spawalnicze.
Spawanie elektryczne łukowe moŜna wykonywać prądem stałym lub przemiennym.
Prąd stały uzyskuje się z przetwornic spawalniczych (rys. 12) lub prostowników a prąd przemienny z transformatorów spawalniczych.
Rys. 12. Stanowisko robocze do spawania prądem stałym [7, s. 352].
Przetwornica spawalnicza składa się z silnika elektrycznego i prądnicy spawalniczej.
Silnikiem napędowym jest silnik trójfazowy lub spalinowy. Przetwornica spawalnicza jest nazywana spawarką prądu stałego. Daje ona prąd o napięciu 20–70 V i natęŜeniu od kilkuset do kilku tysięcy amperów.
Prostownik spawalniczy słuŜy do przetwarzania prądu sieciowego przemiennego na prąd stały pulsujący. Składa się z transformatora, regulatora natęŜenia i urządzenia prostującego. Urządzeniem prostującym prąd jest zespół diod który przepuszcza prąd tylko w jednym kierunku.
Transformator spawalniczy, nazywany jest spawarką prądu przemiennego (rys. 13).
ObniŜa on napięcie z sieci 230 V lub 400 V na napięcie odpowiednie do spawania, czyli około 70 V, potrzebne do zajarzenia łuku elektrycznego.
Rys. 13. Schemat transformatora spawalniczego: 1) uzwojenie pierwotne, 2) uzwojenie wtórne, 3) urządzenie dławiące, 4) część ruchoma [2, s. 203].
Do powstania łuku elektrycznego dochodzi podczas spawania w wyniku potarcia elektrody o spawany przedmiot, następnie odsunięcie jej na odległość nie przekraczającą grubości drutu. Towarzyszy temu wydzielanie się duŜej ilości ciepła i światła.
Rys. 14. Schemat jarzenia się łuku elektrycznego: 1) elektroda, 2) materiał spawany, 3) jeziorko metalu, 4) stoŜek łuku, 5) strefa katodowa, 6) strefa anodowa [10, s. 213].
Aby łuk mógł się jarzyć, warstwa powietrza w przestrzeni łukowej musi być zjonizowana, aby dobrze przewodzić prąd elektryczny. Zjonizowaniu pod wpływem wysokiej temperatury ulegają cząsteczki powietrza, gazów wydzielanych z otuliny i par metali ulegających topieniu. Elektrony są przyciągane przez anodę (+), którą jest materiał spawany, a jony dodatnie wędrują do katody (-), którą jest elektroda.
Podczas spawania prądem stałym, temperatura anody, czyli materiału spawanego jest o około 500°C wyŜsza niŜ katody, co ma znaczenie przy wyborze metody spawania. Przy spawaniu prądem przemiennym, temperatura obu elektrod jest wyrównana.
Rodzaj elektrody, drutu, metody spawania i parametrów spawania naleŜy dobrać według odpowiednich tabel, w zaleŜności od rodzaju materiału spawanego i rodzaju konstrukcji.
Do podstawowych metod spawania elektrycznego łukowego moŜna zaliczyć:
− spawanie elektrodami otulonymi,
− spawanie w osłonach gazowych metodami MIG/ MAG,
− spawanie metodą TIG.
Elektrody do spawania elektrycznego łukowego dzieli się na nietopliwe i topliwe. Do elektrod nietopliwych zalicza się elektrody wolframowe i węglowe. Elektrod wolframowych uŜywa się do spawania metali w atmosferze gazów ochronnych, elektrod węglowych do spawania cienkich blach.
Spawanie elektrodami otulonymi polega na stapianiu metali w miejscu wytworzenia łuku elektrycznego, który powstaje między przedmiotem spawanym a elektrodą. Temperatura łuku elektrycznego wynosi od 2600–6000°C.
Do spawania łukowego uŜywa się przewaŜnie elektrod topliwych, które dzieli się na nieotulone i otulone. Elektrody nieotulone nie są zalecane do spawania bez gazów ochronnych, gdyŜ w atmosferze powietrza dają spoinę o niskich własnościach wytrzymałościowych.
W zaleŜności od grubości otuliny elektrody otulone dzielą się na: cienko otulone, średnio otulone i grubo otulone. Elektrody cienko otulone mają grubość otuliny nie przekraczającą 20% obustronnej grubości rdzenia i uŜywane są do spawania cienkich elementów. Elektrony średnio otulone mają obustronnej grubość otuliny 20 ÷40 % grubości rdzenia, grubo otulone – ponad 40%. Stopiona otulina tworzy ze spalającymi się składnikami ŜuŜel, który chroni roztopioną spoinę przed działaniem azotu i tlenu z powietrza oraz zapobiega przed zbyt szybkim studzeniem. Ponadto składniki otuliny wzbogacają spoinę w składniki stopowe, które podczas spawania ulegają wypaleniu. Elektrody dobiera się tak, by ich skład był podobny do składu materiału spawanego.
W zaleŜności od składu otuliny, elektrody dzielimy na elektrody o otulinie:
− kwaśnej (A),
− zasadowej (B),
− rutylowej (R),
− celulozowej (C),
− utleniającej (O),
− innej (V).
Do spawania stali niestopowych stosuje się między innymi elektrody: EA146, ER146, EB146. Do spawania stali niskostopowych (18G2A, 10H, 15HM) moŜna uŜyć elektrod:
EB150 i EB155 a spawane elementy naleŜy podgrzać do temperatury 100–300°C.
Elektrody mocuje się w uchwycie, który ma kształt szczypiec, o rękojeści izolowanej. Do rękojeści dołączony jest przewód doprowadzający prąd.
Rys. 15. Uchwyt do elektrod [3, s. 946].
Elektrody do spawania naleŜy dobierać na podstawie tabel. Zawierają one informacje jakie elektrody zastosować w zaleŜności od rodzaju konstrukcji i materiału spawanego.
Elektrody przed uŜyciem naleŜy wysuszyć. JeŜeli temperatura otoczenia jest niska, elementy spawane naleŜy podgrzać, aby pozbyć się wilgoci ze strefy spawania. Woda niekorzystnie wpływa na jakość spoiny.
Spawanie elektrodami otulonymi jest mało wydajne i tam, gdzie jest to moŜliwe zostaje wypieranie przez spawanie drutem w osłonie gazów ochronnych.
Do spawania elektrycznego moŜna stosować prąd stały i przemienny. Prąd stały jest
korzystniejszy do spawania, gdyŜ moŜna nim spawać wszystkie metale, wszystkimi elektrodami.
Spawanie w osłonie gazów osłonowych pozwala na zabezpieczenie stopionego metalu i drutu elektrodowego przed działaniem powietrza. W metodzie MAG gazem osłaniającym jest CO2 lub mieszanki CO2 z agonem, helem i tlenem. Rodzaj stosowanego gazu osłaniającego zaleŜy od gatunku materiałów spawanych. CO2 stosowany w metodzie MAG częściowo utlenia spoinę, ale dzięki składnikom odtleniającym zawartym w drutach, powstające tlenki są wiązane w ŜuŜel, który cienką warstewką pokrywa powierzchnię spoiny.
W metodzie MIG gazem osłonowym jest czysty argon lub hel.
Podczas spawania łukowego w atmosferze gazów ochronnych elektrodami topliwymi mogą występować trzy postacie przechodzenia stopionego metalu z drutu do spoiny:
drobnokroplowy, mieszany lub natryskowy. ZaleŜy to od wszystkich warunków spawania i spawacz musi je tak dobrać, aby uzyskać odpowiednią postać łuku.
Rys. 16. Urządzenie do spawania elektrodą topliwą metodą MIG/MAG : 1) podłączenie do sieci, 2) prostownik, 3) szpula z drutem elektrodowym, 4) podajnik drutu, 5) drut, 6) butla z gazem ochronnym, 7) podgrzewacz gazu, 8) reduktor gazu, 9) zawór sterujący gazem ochronnym, 10) przewód gazu ochronnego, 11) przewód prądu spawania, 12) przewód prądu masy, 13) uchwyt spawalnicy, 14) łącznik [5, s. 7].
Spawanie w osłonie gazów elektrodą topliwą jest wykonywane przy pomocy półautomatów lub automatów spawalniczych, w których podawanie drutu jest zmechanizowane. W półautomatach prowadzenie drutu jest ręczne, a w automatach głowica spawalnicza jest prowadzona mechanicznie. Pozostałe elementy są jednakowe.
Rys. 17. Uchwyt spawalniczy do spawania metodą TIG prądem do 200 A: 1) korek, 2) dysza wymienna, 3) rękojeść z przyciskiem sterującym, 4) elektroda wolframowa, 5) przewody z przyłączami [10, s. 319]
Uchwyty spawalnicze produkowane są z lekkich materiałów elektroizolacyjnych. Do spawania prądem o natęŜeniu do 200A chłodzenie uchwytu jest naturalne, a powyŜej 200 A – uchwyt ma chłodzenie wodą destylowaną w układzie zamkniętym.
Dysza uchwytu podczas spawania zanieczyszcza się odpryskami ciekłego metalu i moŜe
powstać zwarcie między dyszą a końcówką prądową umieszczoną w dyszy. Aby temu zapobiec, dyszę naleŜy czyścić z odprysków. Końcówki prądowe muszą być dobrane do średnicy drutu. Końcówka o zbyt duŜym lub wyrobionym otworze naleŜy wymienić, gdyŜ powstaje większy opór elektryczny i grzanie się końcówki.
Mieszanki gazowe i gazy magazynuje się i transportuje w butlach stalowych o podwyŜszonej wytrzymałości. Butle na gazy techniczne malowane są na odpowiednie kolory zgodnie z normą: PN-EN-ISO 13769:2006(U), która zastępuje normę PN-EN 1089-3:1999.
− dwutlenek węgla (CO2) – szara,
− acetylen (C2H2) – kasztanowata,
− tlen (O2) – niebieska, w górnej części biała,
− argon (Ar) – szara, w górnej części ciemno-zielona.
Rys. 18. Butle: a) tlenowa, b) acetylenowa: 1) korpus, 2) pierścień, 3) kołpak ochronny, 4) stopa, 5) masa porowata [2, s.208]
Butle podlegają kontroli przez rzeczoznawców dozoru technicznego co 5 lat. Obsługę butli do gazów technicznych i ich magazynowanie podają specjalne przepisy.
Gaz znajdujący się w butli pod wysokim ciśnieniem nie moŜe być uŜyty bezpośrednio do spawania, lecz musi przejść przez reduktor, który redukuje ciśnienie butlowe do ciśnienia roboczego. Reduktor utrzymuje ciśnienie gazu w palniku na stałym poziomie, a zawór bezpieczeństwa wypuszcza nadmiar gazu w miarę wzrostu ciśnienia w butli.
Reduktor butli z dwutlenkiem węgla jest zaopatrzony w podgrzewacz elektryczny, który zabezpiecza go przed zamarznięciem. Instalowany jest między zaworem butli i reduktorem.
Zasilany jest prądem 24 V i podgrzewa reduktor do 60°C.
Druty uŜywane do spawania elektrycznego w osłonie gazów mogą być pełne (lite) lub proszkowe (rdzeniowe) (rys. 19).
Druty elektrodowe rdzeniowe mają w swym składzie zwiększone zawartości składników stopowych o działaniu odtleniającym jak: krzem, mangan, aluminium, tytan. WiąŜą one tlen z rozkładu CO2 w ŜuŜel i zapobiegają tworzeniu się tlenków metali, co mogło by niekorzystnie wpłynąć na wytrzymałościowe własności spoiny. śuŜel gromadzi się na powierzchni spoiny i jest usuwany z powierzchni spoiny szczotką drucianą.
Druty do spawania stali konstrukcyjnych niskowęglowych to: SpG3S1, SpG4S1, SpG2S1. Powierzchnia drutów zabezpieczona jest przed korozją przez miedziowanie lub pokrycie warstewką tlenków.
Druty proszkowe (rys. 19) mają w środku rdzeń, wypełniony składnikami spełniającymi rolę jak otulina w elektrodzie. Są nazywane samoosłonowymi, gdyŜ w czasie spawania wydzielają się gazy osłaniające łuk i roztopiony metal. JeŜeli osłona gazowa elektrody proszkowej nie daje wystarczającego zabezpieczenia przed szkodliwym działaniem powietrza, wówczas spawanie wykonuje się drutem proszkowym w osłonie CO2 lub mieszankach gazowych.
Rys. 19. Przekroje drutów rdzeniowych (proszkowych) do spawania w osłonach gazowych [10, s.263].
Jest kilka rodzajów drutów proszkowych o róŜnym składzie otoczki metalowej i rdzenia oraz zalecanych do róŜnych pozycji spawania. Druty proszkowe są droŜsze od drutów litych i mniej wydajne.
Rys. 20. Wolny wylot drutu elektrodowego między prądową a jeziorkiem materiału spawanego
[10, s. 279].
Rys. 21. PołoŜenie uchwytu spawalniczego względem przedmiotu przy spawaniu w osłonie gazowej [10, s. 281].
Rys. 22. Sposoby prowadzenia drutu elektrodowego przy spawaniu w gazach ochronnych [5, s. 91].
Spawanie elektrodą nietopliwą (rys. 23) w osłonie argonu lub helu nazywane jest metodą TIG.
W metodzie tej stosuje się teŜ podawanie dodatkowego spoiwa (rys. 24).
Rys. 23. Przyrząd do spawania metodą łukowego w osłonie argonu TIG [11, s. 140].
Tabela 5. Sposoby przygotowania materiałów do spawania metodą TIG i MIG [10, s. 326].
Rys. 24. Zasada procesu spawania elektrodą nietopliwą w osłonie argonu: a) bez dodatkowego spoiwa, b) z dodatkowym spoiwem; 1) elektroda, 2) uchwyt elektrody, 3) dysza, 4) łuk, 5) jeziorko, 6) spoiwo dodatkowe [10, s. 307].
Elektrodą nietopliwą jest elektroda wolframowa. Jest to pręt o średnicy 0,5–10 mm i długości 50–175 mm zaostrzony pod kątem 30–40°. Podczas spawania następuje zuŜycie elektrody, ostry koniec tępi się. Ma to ujemny wpływ na warunki spawania. Elektrody ostrzy się za pomocą specjalnych szlifierek.
Spawanie w osłonie argonu stosuje się do spawania stali stopowych, metali nieŜelaznych i ich stopów.
Aluminium, magnez i ich stopy spawane są prądem stałym, pozostałe metale spawa się prądem przemiennym. Przy spawaniu metodą TIG, stosuje się metodę spawania w lewo (analogicznie jak przy spawaniu gazowym – rys. 28). NaleŜy zwracać uwagę, aby elektroda wolframowa nie dotknęła do roztopionego metalu.
Spawanie gazowe polega na stapianiu brzegów metali łączonych i spoiwa płomieniem gazowym, otrzymanym przez spalenie acetylenu w atmosferze dostarczonego tlenu. przy pomocy zestawu urządzeń pokazanych na rysunku 25.
Rys. 25. Zespół urządzeń do spawania gazowego: 1) palnik, 2) przewody gumowe, 3, 4) reduktory, 5) butla tlenowa, 6) butla acetylenowa [11, s. 132].
Spawanie gazowe stosuje się do wszystkich rodzajów stali i metali nieŜelaznych.
Palnik słuŜy do spalania gazów dobrze wymieszanych z tlenem. RozróŜnia się palniki wysokiego ciśnienia i niskiego ciśnienia (rys. 26). W palnikach niskiego ciśnienia następuje zasysanie gazu przez płynący pod ciśnieniem tlen. W palnikach wysokiego ciśnienia doprowadzenie obu gazów odbywa się pod jednakowym ciśnieniem.
Rys. 26. Palnik acetylenowo-tlenowy: a) na niskie ciśnienie, b) na wysokie ciśnienie [2, s. 209].
Acetylen, spalając się w atmosferze tlenu daje płomień o temperaturze około 3100°C (rys. 27) i moŜe tworzyć wewnątrz płomienia atmosferę odtleniającą, utleniającą lub nawęglającą. Odpowiedni płomień moŜna uzyskać przez dobranie składu mieszaniny tlen – gaz.
Spawacz powinien tak wyregulować płomień, aby spawanie odbywało się płomieniem redukującym. Płomień chroni spoinę przed dostępem powietrza. Regulację płomienia rozpoczyna się od regulacji dopływu acetylenu.
Rys. 27. Wykres płomienia acetylenowo-tlenowego [10, s 95].
Spawanie gazowe jest stosowane do spawania materiałów cienkich i do lutowania twardego.
Materiały o grubości do 4 mm moŜna spawać we wszystkich pozycjach metodą w lewo (rys. 28), a materiały grubsze metodą w prawo (rys. 29). Metoda spawania w prawo daje lepsze wyniki, gdyŜ wolniejsze jest studzenie spoiny.
Rys. 28. Metoda spawania w lewo: a) kąt pochylenia palnika i drutu w czasie spawania, b) ruchy prowadzenia palnika i drutu [10, s. 94].
Rys. 29. Metoda spawania w prawo: a) kąt pochylenia palnika i drutu w czasie spawania, b) ruchy prowadzenia palnika i drutu [10, s. 95].
W skład wyposaŜenia stanowiska roboczego do spawania gazowego wchodzą: butle tlenowe i acetylenowe, stół roboczy, narzędzia pomocnicze oraz odzieŜ ochronna.
Niektóre stanowiska robocze zamiast butli z acetylenem są wyposaŜone w wytwornice acetylenowe z oczyszczaczem gazu oraz bezpiecznik wodny.
Podstawowymi narzędziami pomocniczymi na stanowisku roboczym spawacza są:młotek, szczotki druciane i komplet kluczy do zamocowywania zaworów na butlach oraz do otwierania butli z acetylenem.
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Czym charakteryzuje się proces spawania?
2. Jak przebiega proces spawania elektrycznego?
3. Jakie znasz metody spawania elektrycznego?
4. Jaka jest zasada działania urządzeń do spawania?
5. Gdzie naleŜy podłączyć przewody spawalnicze?
6. Jak mocuje się elektrodę do spawania?
7. Jak zbudowana jest elektroda otulona?
8. Jaką rolę spełnia otulina w elektrodach?
9. Jak odbywają się spawania metodami: TIG, MIG, MAG?
10. Jakich gazów osłaniających uŜywamy w spawaniu metodami: TIG, MIG, MAG?
11. Na czym polega spawanie gazowe?
12. Jakie gazy spawalnicze stosuje się najczęściej do spawania gazowego?
13. Jak przechowuje się gazy spawalnicze?
4.3. Zgrzewanie blach
4.3.1. Materiał nauczania
ZaleŜnie od źródła ciepła uŜytego do nagrzania łączonych części rozróŜnia się zgrzewanie: ogniskowe, gazowe i elektryczne. Zgrzewanie elektryczne dzieli się na:
− doczołowe,
− punktowe,
− liniowe,
− garbowe.
Źródłem ciepła w zgrzewaniu elektrycznym oporowym jest prąd elektryczny, który w miejscu największego oporu zamienia się w ciepło. Miejsce styku metali wykazuje znaczny opór dla przepływającego prądu. Przy dostatecznym natęŜeniu prądu w miejscu styku metal staje się plastyczny. Po wywarciu nacisku stykające się ze sobą części łączą się ze sobą. Do zgrzewania stosuje się prąd o niskim napięciu, lecz o natęŜeniu do kilku tysięcy amperów.
Zgrzewanie doczołowe stosuje się do łączenia części przekrojami poprzecznymi (wałki, rury, kształtowniki). RozróŜnia się zgrzewanie zwarciowe i iskrowe (rys. 30). Podczas zgrzewania zwarciowego części łączone są dociśnięte do siebie podczas całego czasu przepływu prądu. W metodzie iskrowej materiały dociska się do siebie dopiero po nadtopieniu powierzchni łączonych. Końce elementów nadtapia łuk elektryczny.
Zgrzewanie doczołowe ma zastosowanie między innymi w produkcji wierteł, gdzie zgrzewa się dwie części wiertła z róŜnych gatunków stali. Część chwytową wiertła wykonuje się ze stali zwykłej a część roboczą (skrawającą) ze stali szybkotnącej.
Rys. 30. Zgrzewanie doczołowe: a) zwarciowego, b) iskrowego: 1) zgrzewany metal, 2) szczęki zaciskowe chłodzone wodą, 3) miejsce zwarcia lub łuk iskrowy, 4) transformator, 5) zgrzeina [10, s. 114].
Zgrzewanie punktowe stosuje się do łączenia cienkich blach. Łączone blachy zaciska się dwiema elektrodami w kształcie kłów, które zapewniają jednocześnie docisk oraz przepływ prądu przez złącze. Końcówki elektrod wykonane są z miedzi.
W przemyśle stosuje się zgrzewarki wielopunktowe, gdzie nie zachodzi konieczność stałego przesuwania przedmiotu. Najlepszy efekt zgrzewania uzyskuje się przy duŜym natęŜeniu prądu i krótkich czasach nagrzewania. Główną częścią zgrzewarki jest transformator, który prąd sieciowy o duŜym natęŜeniu i małym napięciu zamienia na prąd o małym napięciu i duŜym natęŜeniu. Układ dźwigni (rys. 31) pozwala na równoczesne, krótkotrwałe włączenie prądu i nacisku. Blachy przeznaczone do zgrzewania są umieszczone między elektrodami 2 i 3. Naciśnięcie pedału 4 powoduje przesunięcie się do góry pręta 5, który za pośrednictwem spręŜyny 6 oraz dźwigni 7 powoduje zaciśniecie się elektrod. Dalsze
dociskanie pedału powoduje włączenie napięcia na pierwotne uzwojenie transformatora 8.
Zwarcie wtórnego obwodu transformatora przez zgrzewane blachy powoduje w tym obwodzie przepływ prądu. Regulacja natęŜenia prądu odbywa się stosownie do grubości blach, przez zmianę liczby zwojów w uzwojeniu pierwotnym transformatora.
Rys. 31. Schemat zgrzewarki punktowej: 1) blachy, 2, 3) elektrody, 4) pedał, 5) pręt, 6) spręŜyna, 7) dźwignia, 8) transformator [11, s. 147].
Parametry zgrzewania są uzaleŜnione od rodzaju i grubości blach i średnicy elektrod.
Zgrzewanie punktowe ma szerokie zastosowanie w przemyśle samochodowym, lotniczym i kolejowym.
Rys. 32. Schemat zgrzewania punktowego: 1) blachy zgrzewane, 2) elektrody kłowe, 3) zgrzeina punktowa, 4) transformator, F – siła docisku [10, s. 116].
Zgrzewanie garbowe jest odmianą zgrzewania punktowego. Wymaga ono wcześniejszego przygotowania jednej z blach przez wytłoczenie garbów w kształcie stoŜka lub rowka. Do zgrzewania garbowego uŜywa się elektrod płaskich.
Rys. 33. Schemat zgrzewania garbowego: a) zgrzewanie jedną płaską elektrodą kilku garbów jednocześnie, b) dwóch garbów jednocześnie, c) technologiczny przebieg zgrzewania jednej zgrzeiny [10, s. 116]
Zgrzewanie liniowe polega na zastosowaniu obracających się elektrod w kształcie krąŜków (rys. 34). KrąŜki z których górny jest napędzany silnikiem, obracając się przesuwają
między sobą łączone blachy. KrąŜki zasilane są impulsowo prądem elektrycznym o duŜym natęŜeniu.
Rys. 34. Schemat zgrzewania liniowego: 1) blachy zgrzewane, 2) elektrody krąŜkowe, 3) zgrzeina liniowa, 4) transformator [10, s. 117].
Zgrzewanie liniowe wykonuje się zwykle na zakładkę. Metodę tą stosuje się tam, gdzie wymagana jest szczelność połączenia. Zgrzewanie liniowe stosowane jest w produkcji rur ze szwem.
4.3.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Czym charakteryzuje się zgrzewanie?
2. Jak przebiega proces zgrzewania?
3. Jakie znasz metody zgrzewania?
4. Jak zbudowana jest zgrzewarka punktowa?
5. Jakie znasz metody zgrzewania doczołowego?
6. Gdzie stosuje się zgrzewanie doczołowe?
7. Na czym polega zgrzewanie garbowe?
8. Kiedy stosowane jest zgrzewanie liniowe?
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wykonaj przedmiot z blachy (skrzynka na licznik, szafka itp.) wykonując połączenie zgrzewarką punktową według rysunku dostarczonego przez nauczyciela.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zorganizować stanowisko pracy,
2) zaplanować przebieg wykonania ćwiczenia – plan zapisać w zeszycie, 3) przestrzegać zasad bezpieczeństwa i higieny pracy,
4) wytrasować i wyciąć elementy składowe wyrobu, 5) ukształtować elementy blaszane,
6) przygotować blachy do zgrzewania,
7) zapoznać się z instrukcją obsługi zgrzewarki, 8) przygotować zgrzewarkę,
9) wykonać połączenie posługując się zgrzewarką punktową, 10) wyłączyć i oczyścić zgrzewarkę,
4.4. Lutowanie blach lutem miękkim i twardym 4.4.1. Materiał nauczania
Za pomocą lutowania moŜna łączyć prawie wszystkie metale w róŜnych kombinacjach.
Luty są to materiały o temperaturze topnienia niŜszej od materiału części łączonych.
RozróŜnia się luty miękkie o temperaturze topnienia poniŜej 500°C (tabela 6) i luty twarde, które charakteryzują się temperaturą topnienia powyŜej 550°C.
Luty miękkie są stopami cyny, antymonu i ołowiu o temperaturze topnienia 183–300°C.
Stosuje się równieŜ luty niskotopliwe (t = 70–150°C), przeznaczone do łączenia materiałów o niskiej temperaturze topnienia lub elementów, które nie powinny się nagrzewać podczas lutowania.
Luty miękkie są wykonywane w postaci odlewanych prętów i pałeczek (lasek) oraz ciągnionych drutów, które mają w środku topnik w postaci Ŝyłki.
Tabela 6. Właściwości i zastosowanie spoiw cynowo-ołowiowych miękkich [9, s. 115].
Cecha
Temperatura topnienia [°C]
Wytrzymałość na
rozciąganie[MPa] Metale
łączone Zastosowanie
LC 30 183–260 35,3
miedź, mosiądz, stal, cynk
spoiwo powszechnego uŜytku;
lutowanie blach stalowych czarnych, ocynkowanych, lutowanie kąpielowe
LC30A2 185–250 39,2
miedź, stal lutowanie połączeń pracujących w podwyŜszonej temperaturze; uzwojeń silników elektrycznych, urządzeń chłodniczych
LC40 183–238 37,3 miedź,
mosiądz, stal
LC40A 183–235 39,2 miedź, stal
lutowanie blach stalowych i ocynkowanych, pobielanie i lutowanie aparatury elektrotechnicznej oraz chłodnic i innych części maszyn
LC60 183–190 36,3
miedź, mosiądz, stal
lutowanie – w przemyśle elektronicznym – elementów z pokryciami cynowo- ołowiowymi i srebrnymi
Luty twarde są stopami miedzi z cynkiem i innymi składnikami. RozróŜnia się luty twarde łatwo topliwe (t = 550–875°C) i trudno topliwe (t = 875–1100°C).
Luty do lutowania twardego metali moŜna podzielić na cztery zasadnicze grupy:
miedziane, mosięŜne, srebrne i specjalne.
Luty do lutowania twardego mogą mieć róŜną postać zewnętrzną. Do prac wykonywanych ręcznie uŜywa się przewaŜnie drutu lub prętów. ZaleŜnie od typu złącza i metody lutowania stosuje się luty w innej postaci, jak blaszki, kształtki, ziarna, proszek lub pasta.
Połączenie trwałe uzyskuje się dzięki przyczepności lutu do materiałów łączonych, dlatego warunkiem otrzymania prawidłowego połączenia jest staranne oczyszczenie powierzchni lutowanych. Przygotowanie łączonych powierzchni polega na oczyszczeniu mechanicznym i chemicznym.
Oczyszczanie mechaniczne odbywa się przez piłowanie, skrobanie, ścieranie, szczotkowanie i inne podobne zabiegi.
Oczyszczanie chemiczne polega na odtłuszczaniu lub trawieniu. Odtłuszczanie moŜna wykonać z uŜyciem rozpuszczalników organicznych, roztworów alkalicznych, elektrolitycznie oraz ultradźwiękowo. Do trawienia słuŜą wodne roztwory kwasu siarkowego, solnego, azotowego lub inne. Po trawieniu zwilŜone powierzchnie naleŜy zobojętnić, zmywając je wodą.
Bezpośrednio przed lub w czasie lutowania łączone powierzchnie oczyszcza się za pomocą topników. Usuwa się wówczas powstałe juŜ po oczyszczeniu powierzchni tlenki lub inne trudnotopliwe związki utrudniające zwilŜanie lutem łączonych części.
Najczęściej lutowanie znajduje zastosowanie w przemyśle elektrotechnicznym, elektronicznym i telekomunikacyjnym do łączenia przewodów elektrycznych. Jest stosowane teŜ podczas prac blacharskich, szczególnie do lutowania blach ocynkowanych: w produkcji rynien, obróbkach blacharskich, do zamykania konserw. Ponadto lutowanie stosuje się w blacharstwie samochodowym przy wypełnianiu wgłębień oraz wykonywaniu i naprawie chłodnic samochodowych. Przykłady złącz lutowanych pokazane są na rysunku 35.
Rys. 35. Przykłady złącz lutowanych [11, s. 155]
Lutowanie lutem miękkim stosuje się do łączenia części o nieduŜych napręŜeniach w złączu i niewysokiej temperaturze pracy, jak równieŜ do uszczelniania połączeń zawalcowanych i innych (na przykład cienkościennych zbiorników, pojemników, rynien i rurociągów).
Do oczyszczania przedmiotów stalowych, z miedzi i mosiądzu, przed lutowaniem stosuję się wodę lutowniczą (chlorek cynku rozpuszczony w wodzie), do lutowania blach ocynkowanych – rozcieńczony kwas solny, do innych metali – płyny lub pasty lutownicze.
Kwas naleŜy rozcieńczać przez dolewanie stęŜonego kwasu do wody, a nie odwrotnie.
Metale pokrywające się trudnotopliwymi tlenkami niekiedy przed lutowaniem cynuje się, czyli powleka cienką warstewką cyny. Chroni to powierzchnię łączonego metalu przed utlenianiem podczas lutowania, polepszając zwilŜalność lutów. Cynowanie powierzchni przed lutowaniem w przypadku produkcji małoseryjnej wykonuje się za pomocą lutownicy.
W produkcji seryjnej i masowej cynowanie wykonywane jest przez zanurzenie w stopach cyny lub przez cynowanie galwaniczne.
Narzędziem do lutowania miękkiego jest lutownica, która zawiera końcówkę miedzianą, do roztopienia cyny (rys. 36 i 37). Miedzianą końcówkę lutownicy nagrzewa się:
− w ognisku kowalskim,
− w płomieniu lampy lutowniczej lub palnika
− prądem elektrycznym (rys. 37).
Rys. 36. Lutownice: a), b) zwykłe, c) benzynowa. [2, s. 159].
Obecnie najczęściej stosuje się lutownice elektryczne o mocy dostosowanej do grubości i wielkości łączonych elementów. Moc lutownic elektrycznych do prac blacharskich powinna wynosić, co najmniej 400 W.
Rys. 37. Lutownica elektryczna: 1) końcówka miedziana, 2) spirala grzejna, 3) rękojeść, 4) przewód elektryczny.
[2, s. 159].
Przed przystąpieniem do lutowania rozgrzewa się lutownicę do temperatury nie przekraczającej 350°C, co poznaje się po szybkim topieniu okruchów cyny połoŜonych na grocie. Po nagrzaniu lutownicy wykonuje się jej bielenie przez pocieranie rozgrzanego grotu o kawałek salmiaku, na którym leŜy kilka kropel cyny. Pod wpływem ciepła salmiak rozkłada się na amoniak i kwas solny, który czyści lutownicę, a rozpuszczona cyna pokrywa ją, nadając białe zabarwienie.
Podczas lutowania nagrzaną lutownicę trzyma się w jednej ręce, a pałeczkę lutu w drugiej. Lut po zetknięciu z gorącym grotem lutownicy zostaje stopiony i ścieka na złącze, gdzie zostaje lutownicą rozprowadzony i wyrównany. Ewentualny nadmiar lutu usuwa się pilnikiem lub skrobakiem. Po wykonaniu połączenia resztki kwasu lub pasty wyciera się suchą szczotką lub przemywa bieŜącą wodą.
Lutowane elementy w czasie lutowania trzeba dobrze docisnąć, aby ściśle do siebie przylegały. UŜywa się do tego kleszczy, ścisków lub noŜyc lutowniczych (rys. 38).
Rys. 38. Zaciskanie blach w noŜycach lutowniczych. [9, s. 118].
Lutowanie lutem twardym
Lutowanie to daje połączenie nie tylko szczelne, lecz równieŜ o duŜej wytrzymałości na rozciąganie. Jest uŜywane do połączeń ślusarskich, w budowie ram rowerowych, w kołnierzach połączeń rurociągów, do łączenia części mechanizmów precyzyjnych oraz
w produkcji narzędzi skrawających. Do lutowania twardego jako topniki najczęściej są uŜywane: boraks lub kwas borny, fluorek potasu, tlenek boru i fluorek wapnia.
Powierzchnie łączone powinny być dokładnie dopasowane do siebie i bardzo dobrze oczyszczone. Następnie smaruje się je pędzlem zanurzonym w roztworze boraksu i kładzie się między te powierzchnie blaszkę lutu, a potem wiąŜe się obie części drutem. Po posypaniu boraksem związanych części nagrzewa się je w ognisku kowalskim, w płomieniu palnika gazowego lub lampy lutowniczej tak długo, aŜ lut się roztopi i zwiąŜe części łączone.
W niektórych przypadkach lut umieszcza się na zewnątrz, wzdłuŜ szwu. Po zlutowaniu wyjmuje się połączone części z płomienia i odkłada w celu powolnego ostygnięcia, a następnie przemywa się szew wodą zakwaszoną i usuwa nadmiar lutu pilnikiem.
Do lutowania lutem twardym często wykorzystuje się płomień gazowy wytwarzany w palniku acetylenowym. Metoda jest bardzo podobna do omówionego wcześniej spawania gazowego, gdyŜ uŜywa się tego samego sprzętu. RóŜnica polega na tym, Ŝe przy spawaniu nadtapia się części łączone, a przy lutowaniu wprowadza się spoiwo pomiędzy rozgrzane powierzchnie łączone. Do lutowania ręcznego stosuje się palniki pojedyncze, a w liniach produkcyjnych zestawy palników.
Podczas lutowania palnikiem bardzo waŜny jest sposób nagrzewania złącza lutowanego.
Elementy lutowane naleŜy nagrzewać w okolicy miejsca złącza, a lut powinien nagrzewać się od części łączonych (rys. 39). Wówczas roztopiony lut wpływa w szczelinę pomiędzy częściami lutowanymi i wypełnia ją szczelnie. Najlepsze wyniki otrzymuje się przy złączach okrągłych, gdy lut układa się w szczelinę w postaci pierścienia.
Rys. 39. Lutowanie palnikiem gazowym: (1) i (2) kolejność grzania [4, s. 284].
Podczas nagrzewania palnikiem nie jest konieczne wiązanie drutem łączonych elementów. MoŜna je zamocować w imadle, połoŜyć na stalowej płycie lub stole spawalniczym. Trzeba wtedy bardzo uwaŜać, aby łączone elementy i lut nie zmieniły swojego połoŜenia podczas lutowania. Zaleca się tutaj stosowanie róŜnych ścisków stosownych do łączonych elementów.
Lutospawanie jest to lutowanie twarde wykonywane z uŜyciem mosiądzu jako lutu.
Materiał do lutospawania naleŜy ukosować jak przy spawaniu. Dlatego złącza lutospawania mają kształt litery V lub X. Pozostaje nadal waŜna zasada nie nadtapiania elementów łączonych i wypełnianie szczeliny lutem. Złącze lutospawanie odznacza się dobrymi własnościami mechanicznymi i plastycznymi, lepszymi od złączy spawanych.
4.4.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Czym charakteryzuje się lutowanie?
2. Na czym polega lutowanie miękkie?
3. Jakie rodzaje lutu stosuje się do lutowania miękkiego?
4.5. Nitowanie blach
4.5.1. Materiał nauczania
Ze względów konstrukcyjnych połączenia nitowe dzieli się na zakładkowe i nakładkowe.
Połączenia nitowe wykonane za pomocą szeregu nitów nazywa się szwem nitowym.
W zaleŜności od sposobu rozstawienia nitów rozróŜnia się połączenia nitowe jednorzędowe i wielorzędowe (rys. 40).
Rys. 40. Rodzaje połączeń nitowych: a) zakładkowe, b) nakładkowe jednostronne, c) nakładkowe dwustronne, d) jednorzędowe, e) dwurzędowe równoległe, f) dwurzędowe przestawne [4, s. 24].
Nit jest to okrągły metalowy sworzeń, który składa się z łba, trzpienia i zakuwki.
Zakuwka powstaje po zamknięciu nitu. Kształty nitów pokazuje rysunek 41.
Rys. 41. Kształty nitów: nity: a) – e) zwykłe, f) – h) drobne; łby nitów: a) kulisty, b) grzybkowy, c) soczewkowy, d) płaski, e) trapezowy; trzonki nitów: a) – f) pełny, g) drąŜony, h) rurkowy [opracowanie własne].
Nitowanie moŜe być wykonywane na zimno i na gorąco. Nity stalowe o średnicy trzonu większej niŜ 10 mm zamyka się na gorąco. Nity wykonane są z metali o duŜej plastyczności jak: miękka stal, miedź, mosiądz, aluminium. Powinny być z tego samego materiału co elementy nitowane. Nitowanie wykonuje się przy uŜyciu kompletu narzędzi (rys. 42).
Rys. 42. Narzędzia do nitowania [6, s. 60]
Nitowanie moŜe być wykonywane ręcznie lub maszynowo. Kolejne fazy nitowania ręcznego pokazuje rysunek 43. Do otworów łączonych części zakłada się nit 2, którego łeb 1
opiera się o przypór 3. Po oparciu łba nitu na przyporze, nakłada się dociskacz 4 i mocnymi uderzeniami młotka w łeb dociskacza, dociska się do siebie blachy nitowane. Po zdjęciu dociskacza uderzeniami młotka kształtuje się zakuwkę 6 i wykańcza ją nagłówniakiem 6.
Rys. 43. Kolejne fazy nitowania: 1) łeb, 2) trzon, 3) przypór, 4) dociskacz, 5) nagłówniak, 6) zakuwka [2, s. 89].
Nity z łbem kulistym są stosowane w konstrukcjach metalowych do połączeń trwałych oraz w zbiornikach z ciśnieniem wewnętrznym. Nity z łbem płaskim oraz soczewkowym stosuje się wówczas, gdy powierzchnie części łączonych powinny być gładkie (rys. 44). Do nitowania blach cienkich oraz materiałów niemetalowych uŜywa się nitów rurkowych oraz drąŜonych (rys. 45).
Rys. 44. Rodzaje nitowania: a) zwykłe, b) dwustronnie kryte, c) jednostronnie kryte, d) półkryte [6, s.57].
Rys. 45. Nitowanie nitami: a) rurkowym, b) drąŜonym [6, s.57].
Rys. 46. Błędy przy nitowaniu: a) za długi nit, b) za krótki nit, c) za duŜy otwór, d) źle wykonany otwór, e) źle dociśnięte blachy, f) krzywo przyłoŜony nagłówniak [6, s. 61].
Nity źle wykonane naleŜy usunąć. Najprostszym sposobem usuwania nitów jest ścięcie łba przecinakiem i wybicie pozostałej części nitu przebijakiem. JeŜeli zaleŜy nam, aby przy usuwaniu nitu nie uszkodzić blach to stosujemy nawiercanie łba nitu odpowiednio dobranym wiertłem. resztę nitu wybijamy przebijakiem.
Rys. 47. Usuwanie źle załoŜonych nitów: a) ścięcie przecinakiem, b) nawiercenie łba odpowiednio dobranym wiertłem, c) wybicie pozostałej części młotkiem [6, s. 61].
Nity zrywalne słuŜą do łączenia blach w miejscach, w których nie jest moŜliwe umieszczenie wspornika (przyporu). Nit zrywalny jest to nit rurkowy z umieszczonym wewnątrz otworu trzpieniem (rys. 48). Na trzpieniu wykonane jest przewęŜenie, które
zapewnia jego zerwanie po uformowaniu główki nitu.
Nitowanie to wykonuje się przy uŜyciu nitownicy z wymiennymi końcówkami, do róŜnych średnic nitów (rys. 49). Zadaniem nitownicy jest ściśnięcie trzpienia nitu twardymi, karbowanymi szczękami i wciąganie go w głąb tulejki.
Rys. 48. Nit zrywalny [14, s. 100]. Rys. 49. Nitownica do nitów zrywalnych [opracowanie własne].
Przed nitowaniem, w elementach łączonych wykonuje się otwory odpowiednie do średnicy nitów. Nit umieszcza się w otworze a na trzpień nakłada się końcówkę nitownicy.
Przez ściskanie ramion nitownicy, wciągany trzpień formuje główkę nitu a następnie ulega zerwaniu w miejscu przewęŜenia (rys. 50).
a) b)
Rys. 50. Nit zrywalny łączący blachy: 1) trzpień nitu, 2) tulejka nitu, 3) łączone elementy a) przed zerwaniem, b) po zerwaniu [opracowanie własne].
4.5.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Czym charakteryzuje się nitowanie?
2. Jak zbudowany jest nit?
3. Jakie znasz rodzaje nitów?
4. Jakich narzędzi uŜywa się do nitowania?
5. Jak przebiega proces nitowania?
6. Jakie występują błędy podczas nitowania?
7. Jak zbudowane są nity zrywalne?
8. Jakie narzędzie uŜywane jest do nitów zrywalnych?
9. Jak wykonuje się nitowanie nitami zrywalnymi?
4.5.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wykonaj połączenie blach metodą nitowania uŜywając nitów:
a) pełnych jak na rysunku 44 (poradnik ucznia).
b) rurkowych lub drąŜonych jak na rysunku 45 (poradnik ucznia).
4.6. Klejenie blach
4.6.1. Materiał nauczania
Łączenie elementów za pomocą klejenia jest coraz częściej stosowane ze względu na duŜą wytrzymałość połączenia, brak napręŜeń w złączu oraz niskie koszty tej technologii łączenia.
Klejenie w technice, przemyśle i Ŝyciu codziennym coraz częściej zastępuje inne operacje, ale tylko wówczas, gdy potrafimy precyzyjnie dobrać klej do zamierzonej pracy.
Odpowiednio dobrany klej rozprowadzony cienką warstwą na uprzednio przygotowanych powierzchniach przewidzianych do połączenia części odznacza się dobrą przyczepnością (adhezją), utrzymującą się po zastygnięciu.
Metodą klejenia łączyć moŜna ze sobą nie tylko metale i stopy, ale takŜe metale z nie metalami, metale z tworzywami sztucznymi, szkłem, porcelaną, tkaninami i innymi materiałami. W tym poradniku zostaną omówione głównie kleje do metali.
Klejenie metali jest stosowane w produkcji nowych wyrobów oraz w naprawie maszyn i urządzeń.
Niektóre kleje są mało odporne na działanie wody, mimo Ŝe są jednocześnie odporne na działanie benzyny i olejów. MoŜna jednak połączenie uodpornić na działanie wody przez pomalowanie złącza.
Rodzaje klejów
Kleje moŜna podzielić na dwie wielkie grupy:
− kleje rozpuszczalnikowe – np. Butapren.
− kleje utwardzalne na zimno lub na gorąco – np. Epidian 5, Epidian 51, BWF – 21, Cyjanopan, Hermetikol.
Kleje rozpuszczalnikowe twardnieją wskutek wyparowania lub wsiąkania rozpuszczalnika w powierzchnię klejoną.
Z innego punku widzenia wszystkie kleje do metali moŜna podzielić na dwie grupy:
− kleje jednoskładnikowe,
− kleje dwuskładnikowe.
Kleje jednoskładnikowe są łatwiejsze i szybsze w zastosowaniu, bo są zawsze gotowe do uŜytku. Jednym z najbardziej wszechstronnych klejów jednoskładnikowych do metali dostępnych na naszym rynku jest klej utwardzany na zimno „Cyjanopan”. Utwardza się on pod wpływem śladów wilgoci znajdującej się w powietrzu.
Innym klejem jednoskładnikowym do metali jest „Hermetikol”, który słuŜy do przyklejania uszczelek oraz uszczelniania styku powierzchni metalowych w silnikach pompach i przewodach.
Kleje dwuskładnikowe wymagają bezpośrednio przed klejeniem wymieszania zasadniczej Ŝywicy klejowej z utwardzaczem lub jeszcze dodatkowo z innymi składnikami.
Kleje dwuskładnikowe dają spoiny o większej wytrzymałości i odporności chemicznej.
Najczęściej stosowanym w Polsce klejem dwuskładnikowym jest klej epoksydowy produkowany pod nazwą „Epidian”. Kleje te są oznaczone róŜnymi numerami zaleŜnie od zastosowania i własności.
Innym dwuskładnikowym klejem epoksydowym jest „Distal”. Kleje są na ogół dostarczane w zestawach i zawierają dokładny opis przygotowania kleju i technologii klejenia.
Rodzaje złącz klejonych metali
Złącze klejone jest tym trwalsze, im powierzchnia klejenia jest większa (rys. 51 i 52).
Powinniśmy unikać złącz czołowych. Lepsze są złącza skośne, a jeszcze lepsze złącza
zakładkowe i z nakładkami lub wzmocnione. Największą wytrzymałość mają złącza wpuszczane.
Rys. 51. Rodzaje złącz: 1) czołowe (niewłaściwe), 2) czołowe skośne, 3), 4), 5) zakładkowe, 6), 7), 8) wzmocnione nakładką, 9) wpuszczane [13, s. 33].
Rys. 52. Sposób kątowego łączenia klejem blach: a) niewłaściwe, b) poprawne, c) najtrwalsze [13, s. 33].
Proces technologiczny klejenia dzieli się na kilka następujących po sobie operacji:
− przygotowanie powierzchni metalu do klejenia,
− przygotowanie masy klejącej,
− klejenie,
− oczyszczanie sklein.
Przygotowanie do klejenia powierzchni metalu
Powierzchnie klejone powinny być bez ciał obcych i jednorodne. Powierzchnie pokryte smarem lub w jakikolwiek inny sposób zanieczyszczone nie nadają się do klejenia. Złe oczyszczenie powierzchni klejonych znacznie zmniejsza wytrzymałość połączenia.
Powierzchnie łączone przygotowuje się najpierw mechanicznie, a następnie chemiczne.
Przygotowanie mechaniczne ma na celu usunięcie zanieczyszczeń znajdujących się na powierzchni łączonych materiałów jak na przykład: rdzy. Przygotowanie powierzchni metali do klejenia polega na mechanicznym oczyszczeniu powierzchni za pomocą szlifierki lub za pomocą piaskowania.
Przygotowanie chemiczne polega na wytrawieniu powierzchni łączonych, aby zwiększyć zwilŜalność łączonych materiałów.
Przygotowanie masy klejącej
Niektóre kleje są dwu lub więcej składnikowe, wówczas masę klejącą uzyskuje się przez wymieszanie ich w odpowiednich proporcjach. Gdy zaś mamy do czynienia z klejami termoutwardzalnymi wówczas naleŜy substancję ciekłą połączyć z utwardzaczem.
Przygotowanie innych klejów polega na rozpuszczeniu suchego kleju w rozpuszczalniku lub podgrzaniu go do temperatury, w której staje się ciekły.
Klejenie
Proces klejenia metali składa się z dwóch operacji.
a) naniesienia kleju na powierzchnię elementów łączonych,
b) dociśnięcia klejonych powierzchni do siebie i utrzymania docisku, aŜ do doprowadzenia lepkiej masy kleju do postaci nieodwracalnie utwardzonej.
Klej na powierzchnie łączone nanosi się za pomocą pałeczki szklanej, pędzla lub pistoletu natryskowego. Powierzchnię najczęściej pokrywa się dwiema warstwami. Właściwa ilość nałoŜonego kleju decyduje o wytrzymałości połączenia klejonego. Zbyt mała ilość kleju powoduje obniŜenie wytrzymałości połączenia klejonego. Trzeba tu pamiętać, Ŝe duŜa ilość kleju wcale nie gwarantuje większej wytrzymałości, lecz wręcz przeciwnie.
Przed sklejeniem części naleŜy pamiętać o wstępnym podsuszeniu warstwy naniesionego kleju do stanu największej przylepności. Po ustawieniu i dociśnięciu sklejanych elementów naleŜy uniemoŜliwić ich wzajemne przesuwanie się. Proces sklejania (utwardzania klejów) jest zaleŜny od temperatury, ciśnienia i czasu. Dlatego sklejania dokonuje się w prasach.
Utwardzanie warstwy klejowej w złączu zaleŜy w znacznej mierze od kształtu klejonych części. Najprościej proces ten przebiega, gdy mamy do czynienia z klejem utwardzalnym w temperaturze pokojowej i bez udziału ciśnienia. W tym przypadku do prawidłowego sklejenia części płaskich wystarczy zastosowanie zwykłych zacisków lub belek dociskowych.
Elementy łączone uwaŜa się za sklejone wówczas, gdy klej dobrze stwardnieje. NaleŜy przestrzegać ściśle czasu wymaganego do utwardzenia, który jest dla kaŜdego kleju ściśle określony i podany w opisie uŜywania kleju. Dopiero po upływie tego czasu moŜna uŜytkować element klejony.
Oczyszczanie sklein moŜe się odbywać – po stwardnieniu wycieków – za pomocą skrobaków ręcznych lub przyrządów zmechanizowanych. Lepiej jednak jest usunąć nadmiar kleju przed jego utwardzeniem poprzez potarcie tkaniną umoczoną w odpowiednim rozpuszczalniku.
Kontrola końcowa polega na kontroli gotowego zespołu. W przypadku wykonania lub naprawy zbiorników metodą klejenia kontrola polega równieŜ na sprawdzaniu ich szczelności.
RóŜne firmy pod róŜnymi nazwami oferują równieŜ kleje, uszczelniacze, kity i silikony do:
− napraw blacharki samochodowej,
− uszczelnień chłodnic i instalacji wodnych,
− uszczelnień pokryć dachowych z blachy, papy, gontów itp.,
− kitów do uzupełniania brakujących fragmentów w częściach maszyn,
− wypełniania pustych przestrzeni w czasie montaŜu,
− wielu innych zastosowań.
Kit jest równieŜ substancją organiczną lub nieorganiczną mającą tę samą właściwość co klej i dodatkowo charakteryzującą się duŜą lepkością, która jest przede wszystkim wynikiem znacznej ilości napełniacza proszkowego. Dzięki napełniaczom kity podczas schnięcia czy twardnienia nie zmniejszają swej objętości, niektóre nawet nieznacznie ją zwiększają. Kleje natomiast odwrotnie – bardzo silnie się kurczą.
Epoksydowe kity naprawcze dają się po stwardnieniu obrabiać mechanicznie i malować.
Naprawa części maszyn klejeniem i kitowaniem z uŜyciem kitów, najczęściej epoksydowych, ma wiele zalet:
a) technologia klejenia i kitowania jest bardzo prosta, bez konieczności stosowania specjalnych maszyn i narzędzi,
b) istnieje moŜliwość dokonania naprawy bez demontaŜu lub przy częściowym demontaŜu maszyn czy urządzeń,
c) moŜna dokonać naprawy w miejscu wystąpienia awarii, d) obróbka wykańczająca po naprawie jest prosta,
e) naprawy moŜna dokonać w miejscach trudno dostępnych, f) połączenie odznacza się dobrą szczelnością.
Aby uzyskać dobre wyniki, przy stosowaniu kitów obowiązują te same zasady przygotowania łączonych powierzchni, jak przy klejeniu. Łączone czy uszczelniane kitem powierzchnie musza być suche, dokładnie oczyszczone z kurzu, brudu, produktów korozji i odtłuszczone. Ten ostatni warunek dotyczy zwłaszcza szkła i metali. JeŜeli jest to moŜliwe, na gładkich powierzchniach metali przed kitowaniem powinno się zwiększyć szorstkość (papierem ściernym).
W zaleŜności od składu chemicznego kity twardnieją dzięki odparowaniu bądź wsiąkaniu rozpuszczalnika, albo dzięki zachodzącym reakcjom chemicznym.
4.6.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Czym charakteryzuje się klejenie?
2. Jakie rodzaje klejów stosuje się do łączenia blach?
3. Jakie znasz kleje rozpuszczalnikowe?
4. Jakie znasz kleje jednoskładnikowe?
5. Czym charakteryzują się kleje dwuskładnikowe?
6. Jak przygotowuje się powierzchnie do klejenia?
7. Czym charakteryzują się kity?
8. Gdzie stosuje się kity?
4.6.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wykonaj połączenie klejem jednoskładnikowym elementów obróbki blacharskiej ze sobą oraz do muru, według rysunku dostarczonego przez nauczyciela. Zapoznaj się z instrukcją klejenia i zasadami bezpieczeństwa i higieny pracy zamieszczonymi na opakowaniu kleju.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zorganizować stanowisko pracy,
2) zaplanować przebieg wykonania ćwiczenia – plan zapisać w zeszycie, 3) przestrzegać zasad bezpieczeństwa i higieny pracy,
4) dobrać klej zapewniający szczelność połączenia, 5) zapoznać się z instrukcją klejenia na opakowaniu, 6) dobrać przyrządy i narzędzia do wykonania połączenia,
7) przygotować elementy obróbki blacharskiej i podłoŜe do łączenia, 8) rozprowadzić klej według zaleceń instrukcji klejenia,
9) ustawić łączone elementy zgodnie z rysunkiem,
10) docisnąć łączone elementy i utrzymać docisk według zaleceń instrukcji klejenia,
