2
TECHNIKUM MECHANICZNE
Spis treści
1. Rodzaje procesów spajania metali i procesy pokrewne spajaniu...............4
2. Ogólna charakterystyka oraz metody spawania w osłonie gazów
ochronnych.......................................................................................................5
a) Spawanie elektroda topliwą w osłonie gazów metody MAG...........................6
b) Spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazów metody MIG.............................6
c ) Spawanie elektrodą nietopliwą w osłonie gazów metody TIG........................7
3. Łuk elektryczny...............................................................................................8
a) Zajarzenie łuku..................................................................................................8
b) Charakterystyka łuku elektrycznego.................................................................8
c) Temperatura łuku............................................................................................10
d) Ugięcie i elastyczność łuku elektrycznego.....................................................10
4. Procesy metalurgiczne zachodzące podczas spawania metodą MAG,
MIG, TIG.......................................................................................................12
a) Procesy fizykochemiczne zachodzące w łuku elektrycznym..........................12
b) Wpływ parametrów spawania na kształt spoiny.............................................13
c) Spawanie prądem pulsującym.........................................................................17
d) Wpływ składników stopowych na spawalność stali.......................................19
5. Urządzenia do spawania metodą MAG, MIG, i TIG.................................22
a) Urządzenia do spawania elektrodą topliwą i nietopliwą w osłonie gazów.....22
b) Podajnik drutu elektrodowego w urządzeniach typu MAG i MIG.................36
c) Uchwyty spawalnicze, końcówki prądowe i dysze gazowe............................40
d) Wyposażenie dodatkowe.................................................................................44
e) Obsługa i konserwacja urządzeń spawalniczych metody MIG, MAG, TIG...50
6. Stanowisko do spawania i wyposażenie pomocnicze..................................52
7. Materiały dodatkowe do spawania metodą MAG, MIG, TIG..................60
a) Gazy techniczne: ............................................................................................60
b) Druty do spawania metodą MIG, MAG i TIG................................................68
c) Kontrola drutów i ich magazynowanie...........................................................71
8. Technologia spawania metodą MAG, MIG i TIG......................................72
a) Przygotowanie materiału do spawania............................................................72
b) Elementy rowka i spoiny, rodzaje złączy spawanych.....................................76
c) Technika spawania..........................................................................................78
d) Spawanie punktowe i przerywane...................................................................85
e) Spawanie metodą TJME..................................................................................86
f) Spawanie wąskoszczelinowe...........................................................................88
g) Spawanie z wykorzystaniem programów komputerowych.............................91
9. Spawanie stali metodą MAG, MIG i TIG...................................................93
a) Spawalność stali..............................................................................................93
b) Spawanie rożnych rodzajów stali....................................................................97
c) Dobór drutów elektrodowych do stali...........................................................103
d) Struktura złącza spawanego..........................................................................104
10. Naprężenia spawalnicze i sposoby ich zapobiegania..............................108
a) Rozszerzanie się i skurcz materiału przy spawaniu......................................108
b) Zapobieganie odkształceniom spawalniczym...............................................108
11. Wady spoin i przyczyny ich powstawania...............................................110
a) Wady zewnętrzne..........................................................................................110
b) Wady wewnętrzne.........................................................................................117
12. Kontrola złączy spawanych......................................................................121
a) Badania niszczące..........................................................................................122
b) Badania nieniszczące....................................................................................124
13. Bezpieczeństwo i higiena pracy podczas spawania.................................129
14. Spawanie laserowe.....................................................................................132
15. Spawanie plazmowe...................................................................................135
16. Urządzenia do elektrolitycznego oczyszczania spoin.............................137
1. Rodzaje procesów spajania metali i procesy
pokrewne spajaniu.
Spawalnictwo jest działem technologii mechanicznej obejmujący łączenie metali przez spawanie i zgrzewanie oraz procesy pokrewne
(cięcie gazowe i łukowe, natopienie, metalizowanie natryskowe itp.)
przy których wykorzystuje się te same urządzenia i te same źródła energii. procesy spajania dzieli się na: spawanie – jest to łączenie materiałów które polega na tym że brzegi łączonych części oraz spoiwo doprowadza się do stanu ciekłego za pomocą dostarczanego ciepła. Spoiwo po stopnieniu nazywa się stopiwem. Stopiwo ze stopionymi brzegami łączonych części tworzy po zastygnięciu spoiny. Natomiast złączem spawanym nazywa się spoinę wraz
z przyległym materiałem rodzimym (rys. la). Złącze spawane można także wykonać bez dodatkowego spoiwa np. po wywinięciu brzegów przy spawaniu cienkich blach np. (rys. 1b). Spawanie według cech energetycznych procesu dzieli się na: gazowe, łukowe, żużlowe, elektronowe, wiązkom promieni, egzotermiczne.
Rys 1. Złącze spawane: a) wykonane z dodatkowym spoiwem,
b) wykonane bez dodatkowego spoiwa.
Zgrzewanie - jest to łączenie materiałów przez docisk w wyniku.
W wyniku zgrzewania następuje (w przypadku zgrzewania metali) zrastanie się części kryształów metali na styku części łączonych. W celu ułatwienia przejścia metalu w stan plastyczny stosuje się zazwyczaj podgrzewanie części łączonych w miejscu styku. Przy zgrzewaniu doprowadza się do łączonych części tylko tyle ciepła aby w miejscu łączenia metal znajdował się w stanie ciastowatym. Rozgrzane części dociska się do siebie i następuje połączenie, czyli powstaje złącze zgrzewane.
Lutowanie - jest to łączenie materiałów przy którym materiał rodzimy łączonych: części pozostaje w stanie stałym. Lut o temperaturze topnienia niższej od materiału rodzimego, podgrzany do stanu topnienia dyfunduje
(przenika) do materiału rodzimego i w ten sposób powstaje złącze.
2. Ogólna charakterystyka oraz metody spawania
w osłonie gazów ochronnych.
Spawanie w osłonie gazów ochronnych odbywa się tylko prądem stałym. Przetwornice i prostowniki spawalnicze muszą mieć specjalną charakterystykę. Napięcie powinno być prawie stale, niezależnie
od wielkości pobieranego prądu. spawanie w osłonie gazów jest
od dwu - do czterokrotnie wydajniejsze od spawania elektrodami otulonymi. Spawanie to można podzielić na następujące metody:
a) Spawanie elektrody topliwą w osłonie gazów metody MAG.
Skrót MAG pochodzi od angielskiego Metal Activ Gas.
W tej metodzie spawania drut odwijany z bębna jest mechanicznie przesuwany do uchwytu elektrodowego. Prąd jest doprowadzany
do wylotu drutu z uchwytu i dlatego może być znacznie większy niż podczas spawania elektrodami otulonymi. Krótki odcinek drutu nie zdąży się przegrzać gdyż jest przesuwany i stapia się. CO2 lub mieszanka gazowa stosowana w tej metodzie powoduje wypalanie niepotrzebnych składników lub też zapobiega przed działaniem niepotrzebnych składników z powietrza (rys. 2b).
b) Spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazów metodą MIG.
Skrót MIG pochodzi od angielskiego Metal Inert Gas . W tej metodzie spawania drut elektrodowy rozwija się z bębna i mechanicznie podawany do uchwytu elektrodowego. Krotki odcinek drutu stapia się w jarzącym łuku, miedzy częścią spawaną a tym drutem. Argon lub mieszanka gazowa stosowana w tej metodzie zapobiega przed działaniem niepotrzebnych składników z powietrza (rys. 2b).
c ) Spawanie elektrodą nietopliwą w osłonie gazów metody TIG.
Skrót TIG pochodzi od angielskiego Tungsten Inert Gas. W tej metodzie spawania prąd doprowadza się do spawanego zespołu i do uchwytu z elektrodą wolframową. Stosuje się wolfram, gdyż jest metalem o wysokiej temperaturze topnienia, która wynosi 3410 0C. Argon lub mieszanka gazowa podobnie
jak w metodzie MIG zapobiega przed dostępem niepotrzebnych składników
z powietrza (rys. 2a).
Rys. 2a Spawanie elektrodą nietopliwą w osłonie argonu, 1 - elektroda wolframowa,
2 – zacisk prądowy elektrody, 3 – dysza gazowa, 4 – gaz ochronny, 5 - spoiwo
Rys. 2b Spawanie elektrodą topliwą w osłonie argonu, 1 – drut elektrodowy,
2 – końcówka prądowa, 3 – dysza gazowa, 4 – gaz ochronny
3. Łuk elektryczny.
a) Zajarzenie łuku.
W łuku elektrycznym następuje zamiana energii elektrycznej w cieplną.
Aby łuk elektryczny mógł się zajarzyć przestrzeń powietrza pomiędzy elektrodą a materiałem musi być zjonizowana ponieważ, w normalnych warunkach powietrze nie przewodzi prądu elektrycznego i jest doskonałym izolatorem. zjonizowanie przestrzeni łukowej następuje w wysokiej temperaturze, w której cząsteczki gazów i powietrza rozpadają się na jony naładowane elektrycznie,
co umożliwia przepływ prądu. Jony będące w ciągłym ruchu przenoszą ładunki elektryczne i powodują przepływ prądu elektrycznego, a w konsekwencji jarzenie się łuku miedzy elektrodą a materiałem spawanym.
b) Charakterystyka łuku elektrycznego.
Źródło prądu musi mieć odpowiednie napięcie, aby łuk elektryczny mógł się jarzyć napięcie to nazywa się napięciem zapłonowym łuku i wynosi dla prądu stałego 40 - 50V, a dla prądu zmiennego 50 - 90V. Zależność miedzy napiciem
a natężeniem prądu podczas jarzenia się łuku określa się jako charakterystykę łuku, którą można podzielić na cztery okresy (rys. 3).
Rys 3. Wartość napięcia i natężenia prądu od biegu jałowego spawarki do spawania.
W pierwszym okresie (I) spawarka jest w biegu jałowym, czyli istnieje napięcie biegu jałowego spawarki, a natężenie równe jest zeru. W drugim okresie (II) następuje zajarzenie łuku przez zwarcie elektrody z materiałem spawanym. Napięcie prądu spada do zera, a natężenie prądu rośnie maksymalnie,
czyli o 10 - 30% w stosunku do natężenia nastawionego na spawarce.
W trzecim okresie (III) następuje spawanie. Wartość napięcia prądu podnosi się do ok. 25V, a natężenie spada do wartości nastawionej na spawarce. W procesie spawania często metal przechodzi kroplami z elektrody do płynnego jeziorka. Wtedy ma miejsce czwarty okres (IV). W tym okresie wartość prądu podnosi się 10 – 30% w stosunku do nastawionego na spawarce, a napięcie spada do zera.
c) Temperatura łuku.
Rozkład temperatury w łuku jest nierównomierny. W łuku elektrycznym, wytworzony przez prąd stały, najwyższa temperatura panuje w części środkowej i wynosi ok. 50000C. W miarę zbliżania się do biegunów temperatura opada.
Na biegunie dodatnim (anodzie) panuje temperatura ok. 26000C a na biegunie ujemnym (katodzie) ok. 21000C. W czasie spawania prądem przemiennym na obu biegunach temperatura jest równa wynosi 2200 - 23000C. Podczas spawania w gazach ochronnych parametry takie, jak natężenie prądu na 1 mm średnicy elektrody i atmosfera w łuku znacznie się zmieniają. 0 temperaturze łuku decyduje natężenie i napięcie prądu oraz atmosfera w słupie łuku.
d) Ugięcie i elastyczność łuku elektrycznego.
W procesie spawania prąd płynie przez przewody spawalnicze, przedmiot spawany, łuk elektryczny i drut. Wszystkie te elementy są przewodnikami, wokół których powstaje pole magnetyczne. Jarzący się łuk elektryczny dąży
do zachowania kierunku zgodnego z osią drutu elektrodowego. (rys. 4a). Podczas spawania prądem stałym następuje ugięcie łuku spawalniczego,
które może uniemożliwić prawidłowe wykonanie spoiny. Przyczyną tego zjawiska jest nierównomierny rozkład sil pola magnetycznego wokół łuku.
Łuk ugina się w kierunku rozrzedzenia sil pola magnetycznego. Im większe jest natężenie prądu, tym większe występuje ugięcie łuku, ponieważ pole magnetyczne wokół łuku jest silniejsze. Na zaburzenia pola magnetycznego,
a tym samym na łuk elektryczny wpływają: kształt spawanego przedmiotu, spoina, masywna część metalowa, oraz miejsce połączenia bieguna prądu (masy) (rys. 4b). Ugięcie łuku, a nawet jego zagęszczenie może być także wywołane silnym strumieniem powietrza.
Ugięcie łuku wzrasta wraz ze wzrostem natężenia prądu, a zapobiega się przez: utrzymanie jak najkrótszego łuku, właściwe podłączenie drugiego bieguna masy), zachowanie ciągłości prądowej materiału spawalniczego (łączenie spoinami szczepnymi).
Rys. 4 Ugięcie łuku pod wpływem pól magnetycznych: a) zależnie od umocowania
...
kaka93pl