Kl. II TM
Temat:
Spawanie metali i stopów metali.Sposoby spawania metali
Spawanie to proces spajania metali, który jest możliwy dzięki użyciu ciepła, nadtapianiu bądź też zastosowaniu specjalnego środka spawalniczego. To te czynniki w głównej mierze determinują konkretne sposoby spawania. Każdy z nich posiada swoje właściwości, pozwalające na łączenie różnego rodzaju materiałów i zastosowanie ich w konkretnym obszarze.
Spawanie łukowe
To jedna z najpowszechniej stosowanych metod spawania, wykorzystywana w ślusarstwie, produkcji przemysłowej czy nawet kowalstwie artystycznym. Pozwala łączyć duże elementy metalowe dzięki generowaniu bardzo wysokiej temperatury,
wynoszącej minimalnie 3000 stopni Celsjusza. Ciepło to wytwarzane jest w łuku elektrycznym między elektrodą a częścią roboczą. Spawanie elektrodą otuloną pozwala na swobodne łączenie stali, żelaza, stopów miedzy, glinu czy niklu – w tym także materiałów nierdzewnych.
Spawanie łukowe w osłonie gazowej
W tej metodzie również wykorzystywany jest łuk elektryczny, wytwarzany pomiędzy elektrodą a spawanym materiałem. Kluczową rolę odgrywa jednak strumień gazu osłonowego, który chroni łuk oraz jeziorko ciekłego metalu. Rozróżnić możemy 3 sposoby spawania łukowego w osłonie gazowej:
- MIG oraz WIG, czyli spawanie w gazie obojętnym, używane do metali nieżelaznych i stopów takich jak aluminium i miedź,
- a także MAG, czyli spawanie w gazie aktywnym, używane głównie do łączenia stali konstrukcyjnych.
Spawanie łukiem krytym
To sposób, który wykorzystuje się często do automatycznego łączenia metali na specjalnych liniach spawalniczych. Zastosowanie tej metody pozwala na swobodne napawanie, spawanie blach o dużej grubości (powyżej 10 milimetrów) oraz jest niezastąpione przy montażu dużych konstrukcji stalowych. Materiały łączone są przy użyciu elektrody w otulinie, którą stanowi granulowany proszek. Proces ten może być realizowany zarówno ręcznie, jak i automatycznie.
Spawanie drutem rdzeniowym samoosłonowym
Ta metoda jest z kolei najczęściej wykorzystywana w przemyśle stoczniowym, gdzie niezbędny jest proces spawania wielu konstrukcji stalowych. Jednocześnie stanowi ona jeden z łatwiejszych i wydajniejszych sposobów spawania, dzięki temu, że nie wymaga częstej wymiany elektrody. W przeciwieństwie do metod MIG, MAG i WIG, łączenie metali odbywa się bez udziału gazu osłonowego.
Pozostałe
Do czynienia mamy również z nieco mniej powszechnymi sposobami. Zaliczyć do nich możemy chociażby metodę spawania hybrydowego, które stanowi połączenie spawania łukowego i laserowego, oraz metodę plazmową, która polega na ogniskowaniu łuku elektrycznego. Samo spawanie laserowe, które wykorzystuje stapianie wiązką promieni laserowych, znane jest przede wszystkim z produkcji wielkoseryjnych. Z kolei metale, których nie możemy połączyć żadną inną metodą (np.
wolfram-miedź i niob-miedź), możemy zespolić za pomocą spawania elektronowego.
Do najmniej popularnych metod zaliczymy natomiast spawanie elektrogazowe, łukowo-wodorowe, termitowe i żużlowe.
Spawanie polega na łączeniu materiałów przez ich nagrzanie i stopienie w miejscu łączenia z dodaniem lub bez dodania spoiwa. Źródłem ciepła jest zwykle łuk
spawalniczy tworzony przez prąd generowany przez spawalnicze źródło prądu.
Spawanie z użyciem łuku elektrycznego to spawanie łukowe.
Do spawania łukowego można wykorzystywać jedynie ciepło generowane przez łuk, które powoduje, że spawane elementy stapiają się razem. Tak wygląda na przykład spawanie elektrodą wolframową w osłonie gazów obojętnych (TIG).
Zwykle jednak do spoiny stapia się również materiał dodatkowy. Jest on podawany przez podajnik drutu, do którego podłączony jest uchwyt spawalniczy (spawanie MIG/MAG), lub ręcznie w postaci elektrody otulonej. Materiał dodatkowy musi mieć mniej więcej tę samą temperaturę topnienia, co materiał spawany.
Przed rozpoczęciem spawania krawędzie spawanych elementów należy
przygotować, aby uzyskać odpowiedni rowek spawalniczy, np. V-kształtny. Podczas spawania łuk topi krawędzie rowka i materiału spawalniczego. W ten sposób
powstaje jeziorko spawalnicze.
Najczęściej spawa się metale, np. aluminium, stal węglową i stal nierdzewną (inaczej wysokostopową). Ale spawać można także tworzywa sztuczne – wtedy źródłem ciepła jest gorące powietrze lub rezystor elektryczny.
ŁUK SPAWALNICZY
Łuk spawalniczy to impuls elektryczny przepływający pomiędzy elektrodą
spawalniczą a elementem spawanym. Powstaje, gdy pomiędzy oboma elementami generowane jest odpowiednio duże napięcie (zapłon bezdotykowy) lub gdy
użytkownik uderzy elektrodą w materiał spawany (zapłon przez potarcie).
Łuk elektryczny to fundament spawania łukowego. Łączy materiał bazowy spawanych elementów z materiałem dodatkowym, tworząc spoinę.
Po zajarzeniu napięcie – podobnie do błyskawicy – przepływa przez przerwę
powietrzną i tworzy łuk o temperaturze kilku tysięcy stopni (do 10 000°C). Ponieważ pomiędzy spawanym elementem a elektrodą stale przepływa prąd, przed
rozpoczęciem pracy spawany element trzeba uziemić kablem masy podłączonym do urządzenia spawalniczego.
Żeby uzyskać gładką i trwałą spoinę, łuk spawalniczy musi być stabilny. Dlatego też napięcie spawania i prędkość podawania drutu trzeba dostosować do materiału spawanego oraz jego grubości.
Technika spawacza wpływa na to, czy łuk jest miękki czy twardy, a co za tym idzie – także na jakość spoiny. Duże znaczenie ma też odległość elektrody spawalniczej od rowka oraz utrzymanie stałej prędkości przesuwania uchwytu. Dobór odpowiedniego napięcia i prędkości podawania drutu to dla każdego spawacza podstawowa
umiejętność.
Współczesne urządzenia spawalnicze oferują jednak wiele funkcji ułatwiających spawaczom pracę, m.in zapisywanie poprzednich ustawień spawania lub
wywoływanie gotowych linii synergicznych, co znacznie upraszcza dostosowywanie parametrów pracy urządzenia do zadania.
GAZ OSŁONOWY
Gaz osłonowy ma często duży wpływ na wydajność i jakość spawania. Jak sama nazwa wskazuje, gaz osłonowy chroni stopioną spoinę przed utlenianiem się, jak również przed zanieczyszczeniami i wilgocią w powietrzu. W przeciwnym wypadku czynniki te mogą obniżać odporność spoiny na korozję, zwiększać jej porowatość oraz osłabiać jej trwałość poprzez zmianę geometrii połączenia. Gaz osłonowy chłodzi także uchwyt spawalniczy. Najczęściej w jego skład wchodzą argon, hel, dwutlenek węgla i tlen.
Gaz osłonowy może być obojętny lub aktywny. Gaz obojętny nie wchodzi w reakcję z jeziorkiem spawalniczym. Natomiast gaz aktywny bierze udział w procesie
spawania – stabilizuje łuk i upłynnia podawanie materiału do spoiny. Gaz obojętny jest wykorzystywany do spawania MIG (spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazów obojętnych), a gaz aktywny do spawania MAG (spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazów aktywnych).
Hel (He) jest popularnym obojętnym gazem osłonowym. Hel oraz mieszanina helu i argonu są wykorzystywane do spawania metodami TIG i MIG. Hel przyczynia się do uzyskania większego wtopienia oraz pozwala uzyskać wyższą prędkość
spawania niż argon.
Dwutlenek węgla (CO2) i tlen (O2) to gazy aktywne wykorzystywane w roli składnika utleniającego do stabilizacji łuku oraz upłynnienia procesu podawania materiału
podczas spawania MAG. Dokładne proporcje składników gazu osłonowego zależą od typu stali.
NORMY, STANDARDY I BEZPIECZEŃSTWO SPAWANIA
Procesy spawalnicze oraz budowa, funkcjonalność urządzeń i akcesoriów spawalniczych podlegają różnym międzynarodowym normom. Zawierają one
definicje, instrukcje i ograniczenia dotyczące procedur i budowy maszyn, mające na celu zwiększenie bezpieczeństwa oraz zapewnienie wysokiej jakości produktów.
Maszyny spawalnicze w ogólnym ujęciu podlegają normie IEC 60974-1, natomiast techniczne warunki dostawy oraz formy, wymiary, tolerancje i etykiety produktów określa norma SFS-EN 759.
BEZPIECZEŃSTWO PODCZAS SPAWANIA
Spawanie wiąże się z szeregiem zagrożeń. Łuk elektryczny emituje bardzo jasne światło i promieniowanie UV, które mogą uszkadzać wzrok. Odpryski ze stopionego metalu i iskry mogą powodować poparzenia skóry oraz pożar, a opary emitowane podczas spalania mogą być niebezpieczne dla układu oddechowego.
Wszystkich tych zagrożeń można jednak uniknąć dzięki odpowiedniemu przygotowaniu i właściwemu sprzętowi ochronnemu.
Aby ograniczyć ryzyko pożaru, należy przed rozpoczęciem pracy sprawdzić otoczenie miejsca spawania prac i usunąć z niego wszelkie materiały łatwopalne.
Należy również przygotować środki gaśnicze. Miejsce pracy powinno być także niedostępne dla osób z zewnątrz.
Oczy, uszy i skórę należy chronić przy użyciu odpowiednich środków ochrony indywidualnej. Przyłbica spawalnicza ze ściemnianym filtrem chroni oczy, włosy i uszy. Skórzane rękawice spawalnicze i wytrzymały, niepalny kombinezon chronią ręce i resztę ciała przed iskrami i ciepłem.
Miejsce pracy powinno być też wyposażone w odpowiednią wentylację, która będzie usuwać opary spawalnicze.
KLASYFIKACJA SPAWANIA
Metody spawania klasyfikuje się na podstawie metody generowania ciepła oraz sposobu podawania materiału dodatkowego. Wybór konkretnej techniki zależy od materiału spawanego oraz jego grubości, wymaganej wydajności pracy, pożądanych walorów estetycznych i docelowej jakości spoiny.
Najpopularniejsze metody spawania to MIG/MAG, TIG i MMA (spawanie elektrodą otuloną). Najstarszą, najbardziej znaną i najczęściej stosowaną metodą jest
spawanie MMA. Jest ona powszechnie stosowana podczas prac instalacyjnych oraz prac na zewnątrz wymagających urządzeń łatwych do przenoszenia i użycia.
Wolniejsze spawanie TIG pozwala uzyskiwać bardzo ładne spoiny, dlatego też ta metoda jest wykorzystywana w przypadku spoin widocznych lub wymagających wyjątkowej precyzji.
Spawanie MIG/MAG jest niezwykle wszechstronne, ponieważ nie ma potrzeby oddzielnego dostarczania materiału dodatkowego do jeziorka. Zamiast tego z uchwytu spawalniczego drut spawalniczy jest podawany w osłonie gazu bezpośrednio do jeziorka spawalniczego.
Występują także inne metody spawania do zastosowań specjalnych, takie jak spawanie laserowe, plazmowe, łukiem krytym, ultradźwiękowe oraz zgrzewanie punktowe i tarciowe.
PRODUKTY I USŁUGI
