LUTOWANIE.
Zasada lutowania. Lutowanie polega na łączeniu materiałów za pomocą stopionego spoiwa (lutu). Lutowanie miękkie i twarde. Lutowanie dzielimy ze względu na temperaturę topnienia spoiwa na miękkie i twarde. Do miękkich należy lutowanie za pomocą: cyny, ołowiu, cynku, kadmu, bizmutu i irydu. Górna granica temperatury topnienia sięga tu rzędu 470oC a dolna 40oC. Lutowanie twarde to łączenie materiałów za pomocą: miedzi, srebra, złota, aluminium oraz magnezu. Górna granica temperatury topnienia sięga 1200oC a dolna 420oC. Własności lutu. W procesie lutowania wykorzystuje się niektóre zjawiska fizyczne takie jak zwilżalność lutu, włoskowatość (kapilarność – dzięki niej możliwe jest wypełnienie szczelin w materiale przez lut) oraz dyfuzję (przenikanie cząstek lutu i materiału). Luty i topniki. Luty mogą występować w różnych formach. Od ich własności zależą własności złącza. Lutowanie żaroodporne i nierdzewne to lutowanie za pomocą niklu, manganu, palladu, kobaltu i żelaza. Zadaniem topników jest polepszanie warunków lutowania celem uzyskania jeszcze lepszych własności połączenia. Topniki wchodzą w reakcję z tlenkami usuwając je z powierzchni i chroniąc tym samym przed utlenianiem. Podstawowym topnikiem jest chlorek cynku ZnCl2. Otrzymuje się go przez rozpuszczenie cynku w wodzie. Innymi stosowanymi topnikami są kalafonia i łój. Metody lutowania: kolbą lutowniczą; palnikiem gazowym; w piecach; zanurzenie w ciekłym lutowiu lub ciekłych solach; elektryczne łukowe, oporowe lub indukcyjne; ultradźwiękowe. Lutospawanie: jest to odmiana lutowania twardego. Wykorzystuje się je do naprawy odlewów żeliwnych. Cechy wspólne ze spawaniem to: zastosowanie palnika, otrzymuje się spoiwa o dobrych właściwościach, kształt przypomina spoiwo spawane.
Klasyfikacja procesów spawalniczych. Procesy spawalnicze dzielimy na: spawanie (spawanie, zgrzewanie, lutowanie, spajanie mechaniczne); nakładanie (napawanie i natapianie); procesy pokrewne (cięcie, żłobienie, metalizacja natryskowa, klejenie metali).
Spawalność stali. Zdolność tworzenia połączeń spawanych o z góry określonych właściwościach. Jest to zespół cech decydujących o możliwości utworzenia połączenia w wyniku procesów fizykochemicznych. O możliwości spawania decyduje skład chemiczny metalu. Stosuje się tu chemiczny równoważnik węgla. Jeżeli jest on mniejszy od 0,4% to materiał jest dobrzespawalny. Metale można podzielić na: łatwospawalne – nie wymagane są dodatkowe zabiegi, aby móc spawać (jeżeli długość nie przekracza 40 mm); są to stale niskowęglowe (C < 0,25%); średniospawalne – stosuje się takie zabiegi jak: większe średnice elektrod, większe natężenie prądu, mniejsze prędkości spawania, podgrzewanie przed spawaniem; są to metale niskostopowe lub kolorowe; trudnospawalne – oprócz w/w zabiegów wymagają także obróbki cieplnej po spawaniu; są to stale wysokostopowe oraz żeliwa; niespawalne – pomimo wszystkich zabiegów nie pozwalają uzyskać połączenia; są to niektóre stopy aluminium. Wyróżniamy spawalność: metalurgiczną – bierze pod uwagę skład chemiczny, strukturę, zawartość gazów oraz obecność naprężeń; technologiczną – zależy od metody spawania i temperatury; konstrukcyjną – zależy od wielkości łączonych elementów, rozkładu naprężeń i rodzaju sztywności naprężeń.
SPAWANIE GAZOWE.
Gazy techniczne stosowane w spawalnictwie. Źródłem ciepła przy spawaniu gazowym jest płomień acetylenowo-tlenowy. Temperatura płomienia sięga 3100oC. Płomień powstaje z tlenu O2 i acetylenu C2H2. Acetylen daje wysokie temperatury i szybko się spala. Można stosować również wodór. Daje on niższe temperatury i spala się wolniej. Do spawania ołowiu używa się propan butanu. Jako ochronne stosuje się gazy: CO2, Ar, He, N2. Własności acetylenu. Acetylen z powietrzem tworzy materiał wybuchowy. Można go podgrzewać tylko do 120oC. Czysty acetylen można podgrzewać do 300oC. Można go sprężać tylko do 0,15 MPa. Łatwo reaguje z Cu, Hg, Ag. Wybucha! Otrzymuje się go z karbitu (węglan wapnia). Zanieczyszczenia acetylenu w postaci amoniaku, fosforo-wodoru, siarkowodoru, powietrza i wody usuwa się poprzez przepuszczanie przez płuczki wodne. Sjotol – pochłaniacz wody. Płomień acetylenowo-tlenowy. Wyróżniamy trzy rodzaje płomienia: normalny – stosunek zawartości tlenu do acetylenu jest rzędu 1 - 1,2; utleniający – stosunek tlenu do acetylenu jest większy od 1,2 (do spawania mosiądzu); nawęglający – stosunek tlenu do acetylenu jest mniejszy od 1,2 (do spawania aluminium). Wyróżniamy trzy strefy płomienia: strefa jądra (temperatura 600oC), strefa redukująca (temperatura 3100oC), kita płomienia (temperatura 2000oC). Spawa się płomieniem 3–4mm od jądra. Najkorzystniejsza jest strefa redukująca. Urządzenia acetylenowe. Reakcję wytwarzania acetylenu prowadzi się w wytwornicach. Są wytwornice stałe i przenośne, wysokiego i niskiego ciśnienia, dopływowe, wsypowe i kontaktowe. Budowa wytwornicy dopływowej ECHA-1: zbiornik, automatyczny regulator wody, zawór przelewowy, komora reakcyjna, korytko, przewód doprowadzający acetylen z komory reakcyjnej do zbiornika głównego z karbitem, przewody doprowadzające acetylen do bezpiecznika wodnego, bezpiecznik wodny, zbiornik wody uzupełniającej. Palniki. Wyróżniamy palniki smoczkowe (inżektorowe) i bezsmoczkowe (równoprężne). Smoczek zasysa jeden gaz drugim mieszając w ten sposób tlen i acetylen. Najpierw otwiera się tlen a potem acetylen, bo tlen musi go zassać. Przechowywanie acetylenu i tlenu. Acetylen i tlen przechowuje się w specjalnych butlach bezszwowych o określonych grubościach ścianek. Tlen przechowuje się pod ciśnieniem do 15 MPa. Butla musi stać i być opatrzona metryczką (ciężar, przeznaczenie, zawartość, wytrzymałość). Głowica butli powinna być zabezpieczona kołpakiem. Tlen znajduje się w butlach koloru niebieskiego. Ze względu na niskie dopuszczalne ciśnienie sprężania acetylenu istnieje konieczność jego rozpuszczania. Dlatego butla na acetylen wypełniona jest porowatą masą acetonu. W 1 litrze acetonu rozpuszcza się od 20 do 25 litrów acetylenu. Ciśnienie przechowywania acetylenu wynosi wtedy 1,5 MPa. Butli z acetylenem nie można wykorzystywać do końca, bo zacznie się wydzielać aceton. Metody spawania acetylenowego. „W prawo” – do 4–12mm; lepsze własności wytrzymałościowe; krawędzie spawane są skośne. „W lewo” – do 3–4mm ; do spawania cienkich blach; krawędzie są proste. „W górę” – metoda przymusowa stosowana w szczególnych warunkach.
SPAWANIE ŁUKOWE ELEKTRODAMI OTULONYMI.
Powstawanie łuku elektrycznego. Źródłem cieplnym jest łuk elektryczny powstały między elektrodą a materiałem. Łuk jest to świetlne wyładowanie elektryczności w ochronie gazowej. Do zajarzenia łuku potrzebne jest napięcie powyżej 30-50V. Podczas jarzenia się łuku napięcie spada do ok. 16-24V. Stosuje się natężenia prądu rzędu 30-40 A/mmØ. Dla prądu przemiennego napięcie potrzebne do zajarzenia wynosi ponad 50V. Temperatura łuku. Na biegunie ujemnym powstaje temperatura 2150oC, a na dodatnim ok. 2600oC. W słupie łuku występuje temperatura 4000-6000oC. Źródła prądu. Źródłem prądu są spawarki, które podczas procesu muszą zapewniać odpowiednie warunki spawania oraz odpowiedni czas powrotu zwarcia do stabilnego jarzenia (mniejszy od 0,05s). Wyróżniamy spawarki do wytwarzania prądu stałego (przetwornice i prostowniki) oraz do wytwarzania prądu przemiennego (transformatory). Rodzaje złączy spawanych, rodzaje spoin, elementy spoiny czołowej, pozycje spawania, podział elektrod otulonych. Elektrody to materiały służące do zajarzenia i utrzymania łuku. Dzielimy je na: nietopliwe – wolframowe i grafitowe (jarzą i utrzymują), należy zastosować dodatkowe spoiwo; wolframowe o średnicy 1 – 6mm, długość ok. 175mm; często stosuje się elektrody wolframowe z dodatkiem ThO2 lub CeO2; topliwe – zajarzają i utrzymują łuk, a jednocześnie topią się tworząc spoinę. Stosuje się elektrody otulane, na których rdzeń metalowy naprasowano otulinę. Podstawowe zadanie otuliny to zabezpieczenie jeziorka spawalniczego przed utlenianiem. W skład otuliny wchodzą materiały gazotwórcze. W skład otuliny wchodzą również materiały poprawiające jarzenie łuku. Często dodaje się TiO2 zwany rutylem. Są też składniki regulujące skład chemiczny spoiny przez co poprawiają jej właściwości. Mogą występować składniki powodujące odtlenianie spoiny: Mn, Si, Ti, Ge, C. Istnieją też składniki żużlotwórcze. Ważną rzeczą jest aby otulina przylegała do rdzenia i topiła się równomiernie wraz z nim. Elektrody otulane dzieli się na: EA 1.46 – elektrody kwaśne zawierające pierwiastki o odczynie kwaśnym; 1 garb otuli to 46 – 460 MPa wytrzymałości; EB 1.50 – elektrody zasadowe zawierające powyżej 50% składu o charakterze zasadowym. Zapewniają najlepsze własności wytrzymałościowe. Wymagają stosowania biegunowości dodatniej; ER 1.46 – elektrody rutylowe, zapewniające przeciętną wytrzymałość; EC – elektrody celulozowe i EO – elektrody utleniające, zapewniające przeciętną wytrzymałość; ES – elektrody specjalne przeznaczone do spawania stali stopowych np. CrMoB – do spawania stali chromowej ES18-8B; EN – elektrody do napawania, np. EN600B, gdzie 600 określa twardość HB; EŻO i EŻM – elektrody do spawania żeliw; ECu/Sn – elektrody do spawania stopów miedzi z cyną; EAl – elektrody do spawania materiałów kolorowych. Oznaczanie elektrod otulonych. Przykład: E222 B33. Cyfry 222 oznaczają własności mechaniczne, przy czym pierwsza dwójka to wartość RM, druga to wydłużenie A5, a trzecia to udarność. B oznacza charakter otuliny. Pierwsza trójka to pozycja spawania elektrodą, a druga to zastosowany prąd.
SPAWANIE W OSŁONIE GAZÓW OCHRONNYCH.
Metoda MAG. (Metal Active Gaz). Oznacza spawanie elektrodą topliwą w atmosferze CO2 (gazu aktywnego). Często stosuje się mieszanki takich gazów jak Ar+CO2+O2 lub Ar+CO2. Metodą tą spawa się stale niskowęglowe i niskostopowe. Parametry: źródło prądu – prostownik spawalniczy, napięcie – 16-30V, prąd – 400-700A, średnica elektrod – 0,6-2,4mm, szybkość spawania – 700m/h. Metoda TIG. W tej metodzie wykorzystuje się elektrodę wolframową w atmosferze argonu. Jest to najdroższa metoda. Wykorzystuje się ją do stali wysokostopowych i metali kolorowych. Stosuje się prąd stały lub przemienny. Dla prądu stałego stosujemy biegun ujemny. Taki rodzaj spawania wykorzystuje się do wszystkich materiałów z wyłączeniem aluminium i magnezu. Stosując prąd przemienny możemy spawać aluminium i magnez. Parametry: średnica elektrod – 1-6mm, napięcie – 16-24V, prąd – 700A, ilość podawanego gazu – 5-15l/min. Metoda MIG. (Metal Invert Gaz). Jest to spawanie w atmosferze Ar i H. Stosuje się ją do stali wysokostopowych oraz metali kolorowych.
SPAWANIE ŁUKIEM KRYTYM.
W metodzie tej łuk zasypywany jest warstwą topnika, w taki sposób, że jest on niewidoczny. Topnik chroni w podobny sposób jak otulina. Dzięki temu łuk jest dobrze chroniony. Można spawać grube materiały (stale niskowęglowe) oraz stale zwykłe i stopowe. Przy zastosowaniu tej metody udział materiału rodzimego w spoinie sięga 70-80%, co polepsza jej właściwości. Parametry: prąd – 1200A, średnica elektrod – 3mm, duża szybkość spawania. Tą metodą spawa się np. kadłuby statków.
ZGRZEWANIE ELEKTRYCZNE OPOROWE I TARCIOWE.
Zastosowanie zgrzewania. Tą metodę łączenia elementów stosuje się przede wszystkim przy wyrobie zbiorników, karoserii samochodowych, rur, narzędzi oraz siatek zbrojeniowych, itp. Parametry zgrzewania: grubość materiału – przy zgrzewaniu liniowym do 4mm, a przy punktowym do 8mm, natężenie prądu – do 100 MA, napięcie – 1-10V, siła docisku – do 600 daN, czas zgrzewania – do kilku sekund. Miękkie parametry zgrzewania: długi czas, ale mały prąd i mała siła docisku. Twarde parametry zgrzewania: krótki czas, ale duże natężenie prądu i duża siła docisku. Zasada zgrzewania oporowego. Polega na rozgrzaniu materiałów za pomocą przepływającego prądu i wykonaniu docisku. Zgrzewanie punktowe. Jest to rodzaj zgrzewania oporowego. Wyróżniamy trzy typy tej metody: dwustronne, jednostronne i garbowe. Polega ono na umocowaniu materiałów przeznaczonych do zgrzewania z dociskiem wstępnym. Następnie włączany jest prąd i rozgrzewany materiał. Potem następuje docisk właściwy. W ostatniej fazie wyłącza się prąd i ściąga docisk. Zgrzewanie garbowe. W tej metodzie zgrzanie materiału dokonuje się w miejscach, w których wcześniej wykonano niewielkie karby. Zgrzewanie liniowe. W tej metodzie spoina ma charakter linii ciągłej i odznacza się dobrą szczelnością. Wyróżniamy trzy typy tej metody: dwustronne, jednostronne i skokowe. Zgrzewanie doczołowe. Dzieli się na iskrowe, zwarciowe i z folią. Metoda ta polega na tym, że jeden z łączonych materiałów łączy się całą swoją powierzchnią. Zgrzewanie doczołowe iskrowe polega na rozgrzaniu materiału za pomocą wyiskrzenia, po którym następuje nadtopienie materiału i wykonaniu docisku. Zaletami tego rodzaju spawania jest mniejsze zużycie materiału na tzw. Naddatek materiału oraz fakt, iż nie trzeba czyścić powierzchni zgrzewanych, gdyż wszystkie zanieczyszczenia ulegają wytopieniu. Zgrzewanie tarciowe. Polega na tym, że elementy wprowadza się w ruch obrotowy przy docisku wstępnym. Następuje tarcie elementu ruchomego o nieruchomy. Po rozgrzaniu materiałów zatrzymuje się je i wykonuje docisk właściwy. Ważną rolę odgrywa w tej metodzie czas docisku i tarcia oraz siła docisku spęczającego.
CIĘCIE TERMICZNE.
Cięcie tlenowe. Polega na wypalaniu otworów w materiale dzięki doprowadzeniu dodatkowego „tlenu tnącego”. Palnik podgrzewa materiał do temperatury zapłonu, po czym następuje jego spalenie w atmosferze tlenu i wydmuchanie go z miejsca cięcia. Cięcie takie jest znacznie szybsze od mechanicznego, a gładkość ciętych elementów jest duża. Tą metodą można ciąć bez trudu stale niskowęglowe. Należy jednak zwrócić uwagę, aby temperatura zapłonu materiału była niższa od temperatury topnienia, aby materiał posiadał niskie przewodnictwo cieplne, temperatura topnienia tlenków musi być niższa od temperatury topnienia materiału, proces spalania powinien być egzoteryczny, czyli z wydzieleniem ciepła. Parametry: grubość materiału – do 1500mm, ciśnienie tlenu, moc mieszanki podgrzewającej, szybkość cięcia, czystość tlenu, odległość palnika od powierzchni, kształt płomienia. Cięcie plazmowe. W tej metodzie stosuje się łuk plazmowy. Elektroda wytwarza łuk elektryczny, przez który przepuszcza się gaz plazmotwórczy. Wzbudzony gaz tworzy plazmę, która wytapia szczelinę w materiale. Temperatura łuku sięga 25000K. Ograniczenie grubości do 40mm.
KONTROLA JAKOŚCI SPOIN.
Metody badania jakości spoin dzielą się na zewnętrzne (penetracyjne i magnetyczne) i wewnętrzne (ultradźwiękowe). Do metod niszczących złącze spawane należą: badanie składu chemicznego, badanie metalograficzne, mechaniczne, zmęczeniowe oraz technologiczne. Do metod nieniszczących złącz spawanych należą: ultradźwiękowe, rentgenograficzne, radiolograficzne oraz badanie szczelności.
arasybo