Katedra Inżynierii Materiałowej	Laboratorium Spajalnictwa	Nazwisko i imię Kwasowiec Paweł Cisek Bernadetta
				Data 05.10.2002
Grupa MD 105.3a			ocena
Temat: Zgrzewanie

Cel ćwiczenia: Zapoznanie sie z metodami i urządzeniami do zgrzewania materiałów. Dobór optymalnych parametrów w zgrzewaniu elektrycznym oporowym punktowym.

Literatura:

K. Marcolla - „Zarys spawalnictwa”

Wojciechowski - „Techniki wytwarzania t.III”

Krótka teoria:

Zgrzewanie polega na uplastycznieniu brzegów elementów łączonych, silnym docisku, tak aby znalazły się one w odległości parametru sieci przestrzennej. Uplastycznienie odbywa się na skutek wydzielenia się ciepła w wyniku:

1. przepływu prądu przez miejsce styku (zgrzewanie elektryczne),

2. wzajemnego tarcia łączonych elementów (zgrzewanie tarciowe),

3. zjawisko magnetostrykcj i związanych z nią drgań mechanicznych (zgrzewanie ultradżwiękowe),

4. działania docisku (statycznego lub dynamicznego) - zgrzewanie zgniotowe,

5. na zimno lub działania docisku wraz z zewnętrznym źródłem ciepła - zgrzewanie zgniotowe na gorąco (kuźniowe).

Zgrzewanie elektryczne ma bardzo szerokie zastosowanie, począwszy od maszynowego i budowlanego oraz przemysłu precyzyjnego. Punktowo można zgrzewać blachy o grubości nawet 40 mm. Najważniejszym elementem jest zgrzewarka składająca się z 3 następujących zespołów:

1. energetycznego - (transformator o dużym przełożeniu nawet do 200). Transformator ma zadanie obniżyć napięcie sieciowe do napięcia zgrzewania (1 - 10V), a co za tym idzie zwiększyć wtórny prąd zgrzewania (1 - 100.000A). W tym celu uzwojenie pierwotne posiada dużą liczbę zwojów, podczas gdy na uzwojeniu wtórnym występuje najwyżej kilka uzwojeń.

2. dociskowego - docisk może być realizowany w sposób mechaniczny, hydrauliczny lub pneumatyczny,

3. sterowniczego - który realizuje wcześniej ustalony czas zgrzewania, a także steruje ruchem elektrod.

Innym istotnym elementem niezbędnym do zaistnienia procesu zgrzewania są elektrody. Wykonane są z miedzi elektrolitycznej, która odznacza się dobrym współczynnikiem przewodności elektrycznej i cieplnej. W celu lepszego odprowadzania ciepła (a także zwiększenia trwałości) elektrody są chłodzone wewnętrznie za pomocą wody.

Istota zgrzewania elektrycznego - na skutek przepływu prądu na styku dwuch łączonych metali wydziela się ciepło Q wg. zależności:

Q=I²Rt

I - natężenie przepływającego prądu,

R - rezystancja materiałów

t - czas przepływu

ciepło to jest pomniejszone o straty związane przewodnością cieplną materiałów. Jedna z elektrod jest ruchoma, tak więc po silnym dociśnięciu jej do materiałów następuje przepływ prądu powodujący uplastycznienie łączonych elementów. Docisk w dalszym ciągu jest kontynuowany aż do momentu uzyskania zgrzeiny.

Fazy zgrzewania oporowego elektrycznego:

• po włączeniu prądu następuje wstępne nadtopienie materiałów na styku (wydzielane ciepło jest w tym czasie zużywane na stapianie materiału,

• powiększa się ilość płynnego materiału , przy stałej temperaturze styku,

• zatrzymanie przepływu prądu w momencie gdy jądro zgrzeiny osiągnie wymagany rozmiar,

• krzepnięcie płynnego materiału jądra, a co za tym idzie trwałe połączenie zgrzewanych materiałów.

Fazy zgrzewania punktowego:

• dociśnięcie do siebie elementów elektrodami zgrzewarki,

• nagrzewanie elementów w miejscu łączenia do temperatury w której tworzy się płynne jądro zgrzeiny,

• z chwilą wyłączenia prądu zachodzi stygnięcie jądra zgrzeiny i powstanie jednolitego połączenia

Zgrzewanie punktowe stosuje się przy łączeniu elementów wykonanych ze stali węglowych i stopowych, niklu, tytanu, aluminium i ich stopów oraz niektórych stopów miedzi.

Oprócz ww. metody stosuje się również zgrzewanie tarciowe, w którym w wyniku zmiany energiimechanicznej obracających się ciał na tarcie i ciepło. Metoda ta jest najczęściej stosowana w przemyśle narzędziowym, gdyż za pomocą tej metody można łączyć stale niespawalne ze stalami konstrukcyjnymi.

Schemat zgrzewania tarciowego.

W procesie tym występują trzy szybko następujące po sobie czynności:

1) nagrzanie metalu do stanu plastyczności poprzez tarcie dwuch elementów,

2) unieruchomienie obracającej się części,

3) wywarcie docisku i zgrzaniełączonych elementów.

Zgrzewanie ultradżwiękowe wykorzystuje zjawisko magnetostrykcji, czyli powstawanie odkształceń sprężystych na skutek zmian pola magnetycznego. Elektrodą odkształcającą się jest tzw. synotroda z częstotliwością 100 kHz. Wykonana jest ze stopu: 49% żelaza, 49% kobaltu i 2% wanadu. Zgrzewanie to znalazło zastosowanie także do zgrzewania tworzyw sztucznych oraz cermetali.

Zgrzewanie zgniotowe jest głównie stosowane dla aluminium i miedzi. Pod wpływem bardzo silnego docisku (przekraczającego Re metalu) w temperaturze pokojowej metal „płynie”, elementy łączą się na odległość parametru sieci krystalograficznej. Odmianą tej metody jest zgrzewanie kuźniowe, które należy do najstarszych sposobów łączenia. Odbywa się ono w temp. okolo 1300°C przy pomocy topników: piasku zawierającego krzemionkę.

Rzadziej stosowanymi metodami zgrzewania są:

- dyfuzyjne,

- wybuchowe,

- łukiem wirującym,

- termitowe,

- gazowe,

- zwarciowe.

Schemat zgrzewarki elektrycznej oporowej

Dane zgrzewarki punktowej

Typ ZPb 12 (transformatorowa jednofazowa)

Moc znamionowa 12 kW

Moc maksymalna 60 kW

Prąd zmienny 50 Hz

Napięcie 380 V

Maksymalny prąd zwarcia

Pierwotny 200 A

Wtórny 18000 A

Zakres 2,08 ÷ 4,1

Nacisk max. 2500 N

Elekrody miedziane

Parametry zgrzewania:

Rodzaj zgrzewanego materjału Grubość Czas Napięcie

Blachy nierdzewne 0,1 2,12 połązcone

St3S+blacha nierdzewna 0,1 2,12 połączone

Blachy mosiężne 0,5 0,2 2,72 nie połączone

Blachy mosiężne 0,5 0,3 3,75 nie połączone

Blachy mosiężne 0,5 0,3 4,03 nie połączone

Blachy miebziana+mosiężna 0,2 2,72 połączone

Analiza wykonanej zgrzeliny:

Zgrzelina punktowa posiada dobre właściwości mechaniczne, a także ładny wygląd. Widoczna jest promieniście rozchodząca się strefa wpływu ciepła, której rozmiary zależą od długości przepływu prądu. SWC ma odpowiednią wielkość, zbyt duża mogłaby pogorszyć właściwości wytrzymałościowe

Wnioski:

Zgrzewanie elektryczne jest bardzo dobrą metodą łączenia materiałów. Góruje nad spawaniem szybkością i wydajnością. Możliwe jest również łączenie takich materiałów, których nie możnaby złączyć przy pomocy żadnej z metod spawania np. stali z miedzią. W celu wykonania złącza o odpowiednich właściwościach konieczne jest zastosowanie odpowiednich parametrów: napięcia wtórnego (wpływa na prąd zgrzewania) oraz czasu cyklu zgrzewania. Czynniki te zależą w głównej mierze od sumy grubości łączonych blach oraz materiałów jakie chcemy złączyć. Przykładem tego jest próba zgrzewania blachy mosiężnej M63 wraz ze stalą podczs której dopiero zastosowane napięcie V i czasu sec przyniosły spodziewany efekt. Wcześniejsze podejścia zakończyły się niepowodzeniem. Tak więc w tej metodzie konieczne jest doświadczalne wyznaczenie parametrów, co było jednym z celów labolatorium. Zastosowanie zespołu sterowniczego oraz docisku maszynowego umniejsza rolę pracy ludzkiejpodczas procesu. Proces zgrzewania może więc być zautomatyzowany. Stosowanie liniowej metody zgrzewania pozwala na zastąpienie w wielu zastosowaniach spawanie.

1

1

p

n

---