Spawanie to jeden z najbardziej znanych i rozpowszechnionych procesów technologicznych.doc

(267 KB) Pobierz

Spawanie to jeden z najbardziej znanych i rozpowszechnionych procesów technologicznych, z jakimi prawie każdy z nas miał do czynienia

Spawanie to jeden z najbardziej znanych i rozpowszechnionych procesów technologicznych, z jakimi prawie każdy z nas miał do czynienia. Spawaniem nazywamy łączenie ze sobą kawałków metalu za pomocą obróbki cieplnej. Powierzchnie metali rozgrzewa się tak, że ulegają nadtopieniu, po czym łączy się je ze sobą. Po usunięciu źródła ciepła metale stygną i zestalają się, trwale połączone.

Przygotowanie materiału do spawania uzależnia się od rodzaju i grubości materiału. Przy spawaniu blach o grubości do 2 mm należy zagiąć krawędzie blachy na wysokość trzech grubości blachy, do takiego spawu nie jest wymagana spoina. Podczas spawania elementów, których grubość waha się pomiędzy 2-4 mm odsuwa się je od siebie na odległość równą pół grubości materiału. Spawanie metali grubszych, między 4-12 mm, krawędzi tych elementów ukosuje się jednostronnie w kształcie litery „V”. Przy spawaniu elementów grubych, powyżej 12 mm, krawędzi materiałów ukosuje się obustronnie, w kształcie litery „X”.

Podczas spawania możemy również nakładać dodatkową warstwę metalu zwaną „spoiwem”. Zwykle stosowane są trzy rodzaje spoin:

1) spoiny czołowe;

2) spoiny pachwinowe;

3) spoiny otworowe;

W technologii spawania gazowego do rozgrzania łączonych elementów wykorzystuje się ciepło płomienia powstałego w skutek spalania mieszanki acetylenu lub propanu z tlenem. Gaz spawalniczy i tlen są podawane do palnika z osobnych butli ciśnieniowych. W butli tlenowej tlen przechowywany jest pod ciśnieniem 15 MPa, czyli 150 atmosfer. W butli acetylenowej acetylen przechowuje się pod znacznie mniejszym ciśnieniem w stosunku do ciśnienia przechowywania tlenu i wynosi 1,5 MPa, czyli 15 atmosfer. Taki wynik sprężania acetylenu osiąga się dzięki temu, że wewnętrzne ścianki butli wyłożona jest masą porowatą nasączoną acetonem. Temperatura płomienia spalanej mieszanki przekracza 3000 oC, co zupełnie wystarcza, aby stopić stal i wiele innych materiałów. Obie butle posiadają zawór, na który nakręca się reduktor.

Reduktor służy do obniżenia ciśnienia panującego w butli do ciśnienia roboczego i utrzymania tego ciśnienia na jednym poziomie. Z reduktorów obu butli oba gazy płyną osobnymi przewodami dostarczane są do komory mieszania w palniku, a następnie już wymieszane gazy przez dyszę. Rozróżnia się dwa typy palników: palnik wysokiego ciśnienia oraz palnik niskiego ciśnienia.

Palniki wysokiego ciśnienia stosowane są tylko wtedy, gdy ciśnienie obu gazów doprowadzanych do palnika jest jednakowe. Gdy ciśnienia doprowadzanych gazów różnią się, stosowane są palniki niskiego ciśnienia. Jest on palnikiem uniwersalnym, może pracować przy jednakowym ciśnieniu lub gdy ciśnienie tlenu jest większe od ciśnienia acetylenu. Wtedy wypływający z dyszy tlen zasysa acetylen doprowadzany pod mniejszym ciśnieniem.

Niekiedy zespawane elementy są przycinane na żądany wymiar natychmiast po złączeniu. Palniki acetylenowe używane do spawania mogą być również z powodzeniem wykorzystywane do cięcia metali, szczególnie stali i żeliwa. Podczas cięcia tych materiałów zachodzi proces topnienia metalu, a jednocześnie pewna jego część ulega spaleniu. Gaz wylatujący z palnika pod wysokim ciśnieniem wydmuchuje z miejsca cięcia roztopiony metal i powstający tlenek, dzięki czemu pozostaje ono stosunkowo czyste.

Wyróżniamy 3 najczęściej stosowane metody spawanie gazowego: MIG, MAG i TIG.

Spawanie półautomatyczne MIG (metal inert gas) i MAG (metal active gas) to metody najczęściej stosowane w procesach spawalniczych. Wysoka wydajność spawania, poprawa środowiska pracy spawacza oraz łatwość automatyzacji to główne źródła popularności tych procesów.

W metodzie MIG/MAG łuk jarzy się pomiędzy materiałem rodzimym a drutem spawalniczym automatycznie podawanym przez podajnik drutu. Przestrzeń łukowa i spawany materiał są osłaniane gazem obojętnym (MIG) lub aktywnym (MAG), dobranym odpowiednio do rodzaju spawanego metalu. Gazem obojętnym jest argon, natomiast dla polepszenia wtopienia i zwiększenia prędkości spawania można zastosować obojętny chemicznie hel, jako jednorodny gaz, bądź jako składnik mieszanin spawalniczych. Argon jest głównym składnikiem większości gazów osłonowych do spawania metodą MAG. W związku z dużą niestabilnością łuku przy zastosowaniu samego argonu dodawany jest składnik utleniający - dwutlenek węgla, tlen lub kombinacja obu tych gazów. Dla ograniczenia wielkości i ilości odprysków oraz ze względu na niższe prędkości spawania, gorsze własności mechaniczne, powstawanie większych ilości pyłów i dymów, a także na ograniczenia w wyborze sposobu przenoszenia metalu w łuku, coraz rzadziej stosowany jest dwutlenek węgla jako gaz osłonowy do metody MAG.

Dla uzyskania dużych prędkości spawania, przy zachowaniu wymaganych własności złącza, stosuje się specjalnie dobrane dwu- lub wieloskładnikowe osłonowe mieszaniny gazowe.

W celu zwiększenia prędkości spawania i ograniczenia kosztów procesu stosuje się często metodę szybkiego spawania RAPID PROCESSING. Korzyści z zastosowania tej metody najlepiej uwidaczniają się w spawaniu zmechanizowanym i zrobotyzowanym, możliwe są także w spawaniu ręcznym, prowadzą do poprawy wydajności i ekonomiki procesów spawalniczych oraz bezpiecznego posługiwania się gazami.

Spawanie TIG (tungsten inert gas) jest metodą pozwalającą na uzyskiwanie najwyższej jakości spoin w stalach niestopowych i niskostopowych, stalach nierdzewnych i innych stalach wysokostopowych oraz w takich materiałach jak aluminium, miedź, tytan i ich stopach, a także w stopach niklu.

W metodzie TIG łuk jarzy się pomiędzy materiałem rodzimym a nietopliwą elektrodą wolframową. Ta metoda wykorzystywana jest do spawania zarówno z podawanym ręcznie materiałem dodatkowym jak i bez niego. Przestrzeń łukowa i spawany materiał są osłaniane gazem obojętnym dobranym odpowiednio do rodzaju spawanego metalu. Najczęściej stosowanym gazem obojętnym jest argon. Dla polepszenia kształtu spoiny i zwiększenia prędkości spawania w wielu przypadkach możliwe jest zastosowanie obojętnego chemicznie helu jako składnika mieszanin spawalniczych lub niekiedy jako jednorodnego gazu.

Minimalny dodatek tlenku azotu (NO) jaki występuje w gazie MISON® ma działanie stabilizujące na łuk elektryczny i jest gazem osłonowym stosowanym do wszystkich grup materiałowych w metodzie TIG. Ponadto redukuje emisję ozonu w strefie oddychania spawacza.

W przypadku spawania stali austenitycznych oraz stopów niklu stosuje się dodatek wodoru, a przy spawaniu metodą TIG bez materiału dodatkowego dodaje się niewielką ilość azotu.

Do ochrony grani spoiny przed wpływem otaczającego powietrza w wielu przypadkach konieczne jest stosowanie gazów formujących.

W celu poprawy wydajności procesu spawania, metodę TIG można łatwo zautomatyzować przy spawaniu płaskich elementów oraz doczołowych połączeń rurowych (spawanie orbitalne).

Fragment palnika do spawania gazowego oraz sam proces spawania przedstawiono na zdjęciu poniżej.

Z uwagi na stały wzrost znaczenia konstrukcji spawanych w przemyśle oraz potrzebę zwiększenia wydajności produkcji przy jednoczesnej możliwie największej dokładności wykonania spawanie należy do grupy najczęściej zrobotyzowanych procesów przemysłowych.

Dodatkowe korzyści płynące z zastosowania zautomatyzowanej linii spawalniczej to:

- Zwiększenie wydajności pracy 2 ÷ 3 krotnie (możliwość pracy w cyklu 24 godzinnym);

- Zwiększenie jakości wykonania połączeń(duża dokładność i powtarzalność);

- Zwiększenie wykorzystania wyposażenia spawalniczego do 90% (normalnie 30 ÷ 40%);

- Odsunięcie ludzi od szkodliwych warunków pracy(oślepiające światło łuku, wysoka temperatura, zapylenie).

Jednak decydując się na technologię spawania zrobotyzowanego musimy liczyć się z wysokim kosztem wdrożenia stanowiska zrobotyzowanego; koszt stanowiska może przekroczyć dwukrotnie lub trzykrotnie koszt robota. Należy również zwiększyć dokładność przygotowania wstępnego złączy. Spawana konstrukcja musi umożliwiać dostęp ramieniu robota. Trudniej jest wyeliminować odkształcenia elementów spawanych wywołanych nagrzaniem oraz trzeba dodatkowo przeszkolić personelu.