POŁĄCZENIA ZGRZEWANE

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Charakterystyka

zgrzewania

Zgrzewaniem

nazywamy

nierozłączne

połączenie

materiałów przez miejscowe ogrzanie łączonych części do stanu
ciastowatości  i  dociśnięcie  ich  do  siebie.  Przy  zgrzewaniu  nie
stosuje  się  spoiwa  obcego,  a  zgrzeinę  tworzy  po  ostygnięciu
metal  rodzimy  obu  łączonych  części,  w  którym  w  wyniku
bezpośredniego  kontaktu  pod  wpływem  silnego  docisku
zachodzą procesy dyfuzyjne i rekrystalizacyjne.

Przebieg  procesu  i  jakość  zgrzeiny  zależą  głównie  od
właściwego  doboru  siły  docisku  i  czynników  wyznaczających
ilość ciepła wydzielanego w złączu. Należy podkreślić, że tylko
niewielka  ilość  ciepła  zostaje  użyta  na  wytworzenie  zgrzeiny,
resztę  ciepła  pochłaniają  metale  łączone  oraz  elektrody
chłodzone  wodą.  Straty  ciepła  są  proporcjonalne  do  kwadratu
czasu  zgrzewania,  stąd  wynika  konieczność  stosowania
krótkiego  czasu  zgrzewania,  co  powoduje,  że  zgrzewanie  jest
procesem

wydajnym,

dającym

się

zmechanizować

zautomatyzować, zwłaszcza przy produkcji wielkoseryjnej.

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Charakterystyka

zgrzewania

Dobrą zgrzewalnością cechują się wszystkie metale poddające
się przeróbce plastycznej: walcowaniu, kuciu, tłoczeniu itp., jak
również wszystkie tworzywa sztuczne termoplastyczne np.
polichlorek winylu, polietylen itp.

Proces zgrzewania utrudniają takie cechy, jak: wysokie
przewodnictwo cieple i elektryczne, łatwość utleniania się, duża
różnica temperatur topnienia metali łączonych. Najlepiej dają
się zgrzewać stale niskowęglowe (< 0,22% C).

Dobrze  zgrzewają  się  stale  konstrukcyjne  średniowęglowe  i
stopowe o małej zawartości węgla oraz stale wysokostopowe o
budowie  austenitycznej.  Stale  węglowe  można  zgrzewać  ze
stalami  stopowymi  i  narzędziowymi  oraz  prawie  wszystkimi
metalami,  stąd  liczne  zastosowania  zgrzewania  przy  wyrobie
narzędzi.

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Charakterystyka

zgrzewania

W  tablicy  podano  zgrzewalność  różnych  materiałów  przy
zgrzewaniu  oporowym  punktowym  [8],  [20].  Zgrzewanie  metali  o
jednakowym  składzie  zapewnia  otrzymanie  zgrzeiny  jednorodnej  z
metalem rodzimym, tj. zgrzeiny o tym samym składzie, strukturze i
własnościach

mechanicznyc

h, a zatem

zgrzewanie

może być

stosowane do

łączenia nawet

najbardziej

odpowiedzialn

ych części

maszynowych.

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Sposoby

zgrzewania

Ze względu na źródło ciepła można wyróżnić zgrzewanie:

ogniskowe,

gazowe,

mechaniczne,

elektryczne,

zależnie od tego, czy źródłem ciepła jest ognisko kowalskie, płomień
gazowy,

tarcie

w wyniku mechanicznego docisku i obrotów, czy prąd elektryczny.

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Sposoby

zgrzewania

Zgrzewanie ogniskowe ma obecnie zastosowanie ograniczone, w
rzemiośle, naprawach, produkcji jednostkowej i małoseryjnej, przy
wyrobie narzędzi.

Zgrzewanie gazowe stosuje się głównie do wyrobu rur i mniejszych
naczyń Ciśnieniowych, np. butli gazowych.

Zgrzewanie mechaniczne tarciowe i zgniotowe służy do zgrzewania
narzędzi skrawających, wałów korbowych i napędowych, rur,
prętów, śrub, elementów rolniczych i budowlanych, wirników
turbin, kół zębatych, wierteł itp. Ciepło niezbędne do wykonania
połączenia wytwarzane jest przez bezpośrednią zamianę energii
mechanicznej na energię cieplną w wyniku tarcia w obszarze
wzajemnego styku zgrzewanych przedmiotów.

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Sposoby

zgrzewania

Zgrzewanie elektryczne polega na tym, że obie części zgrzewane są
włączone w obwód elektrycznego prądu przemiennego lub stałego,
który  to  obwód  zamyka  się  przez  zetknięcie  zgrzewanych  części  z
sobą.
W  miejscu  styku,  wskutek  dużego  oporu  elektrycznego,  większego
niż  dają  pozostałe  części  obwodu,  metal  ulega  silnemu  nagrzaniu  i
przechodzi w stan ciastowaty, po czym przez silny docisk otrzymuje
się połączenie zgrzewanych części.
Podstawowymi  parametrami  zgrzewania  oporowego  są:  prąd
zgrzewania,  czas  przepływu  prądu  przez  złącze  i  siła  docisku.
Zgrzewarki  do  zgrzewania  oporowego  wyposażone  są  w  aparaturę
elektroniczną  umożliwiającą  programowanie  cyklu  zgrzewania  w
zależności

własności

fizycznych

zgrzewanych

metali.

Temperatura  podczas  zgrzewania  elektrycznego  wynosi  1000  -
1550C, wartość docisku równa się 20 - 200 MPa, zaś czas przepływu
prądu  wynosi  0,01  -h  20  s  i  jest  regulowany  za  pomocą  regulatora
czasu  zgrzewania.  Przepływ  prądu  zachodzi  impulsami,  po  okresie
przepływu  następuje  okres  przerwy  itd.  Napięcie  przyłożone  do
elektrod zgrzewarki wynosi najwyżej 3-8 V.

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Sposoby

zgrzewania

Odmianami zgrzewania oporowego są:
zgrzewanie punktowe,
zgrzewanie garbowe,
zgrzewanie liniowe,
zgrzewanie doczołowe.

W każdym przypadku źródłem prądu zgrzewania jest transformator
jednofazowy o mocy 5 -r 200 kVA, a czasem dochodzącej do 1000
kV-A (a także trójfazowy).

Zgrzewanie oporowe punktowe jest to łączenie za pomocą szeregu
punktowych zgrzein dwóch cienkościennych części, np. blach
stalowych czy aluminiowych o grubości 0,2 - 15 mm, ułożonych
zakładkowo, nakładkowo lub przekładkowo.
Stosowane bywa jako połączenie nierozłączne, od którego nie
wymaga się szczelności, może zastąpić nitowanie.

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Sposoby

zgrzewania

Zgrzewanie  oporowe  punktowe  polega  na  dociśnięciu  do  siebie
blach  za  pomocą  elektrod  kłowych  i  utrzymaniu  docisku  jeszcze
przez  chwile  po  wyłączeniu  prądu,  a  następnie  na  ręcznym  lub
automatycznym przesunięciu zgrzewanych części lub zgrzewarki do
nowej zgrzeiny.

Metoda  ta  jest  szczególnie  przydatna  w  wielkoseryjnej  i
wielooperacyjnej  produkcji  lekkich  elementów  i  konstrukcji
przestrzennych,  występujących  przede  wszystkim  w  budowie
karoserii  pojazdów  mechanicznych,  samolotów,  okrętów,  taboru
kolejowego  itp.  Nowoczesne  automatyczne  zgrzewarki  punktowe
pracują  z  szybkością  do  200  zgrzein  punktowych  na  minutę,
zgrzewając  jednocześnie  kilkadziesiąt,  a  nawet  kilkaset  punktów.
Zespoły elektrod niekiedy są umieszczane wahliwie lub przesuwnie,
co  umożliwia  wykonywanie  zgrzewania  w  kilku  zabiegach  i
pozycjach bez zmiany położenia elementu zgrzewanego. Przedmioty
do  zgrzewania  muszą  być  starannie  przygotowane,  zwłaszcza  w
obszarze  styku  blach  ze  sobą  oraz  styku  blach  z  elektrodami
zgrzewarki.

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Sposoby

zgrzewania

Zgrzewanie  oporowe  garbowe  polega  na  zgrzewaniu  przedmiotów
w  ściśle  określonych  obszarach  wyznaczonych  położeniem
specjalnie  wykonanych  występów  (garbów)  w  jednym  lub  dwu
zgrzewanych przedmiotach.

Garby mogą być:
tłoczone,
wyciskane,
wycinane,
wykonane obróbką wiórową
lub też mogą stanowić naturalne występy zgrzewanych
przedmiotów, np. łby śrub zgrzewanych do klachy, pobocznica pręta
okrągłego czy rury, dwóch rur itp.

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Sposoby

zgrzewania

Zgrzewanie  oporowe  liniowe  jest  metodą  łączenia,  w  której  złącze
tworzone jest przez szereg zgrzein punktowych jedna obok drugiej
wzdłuż  określonych  linii,  w  wyniku  zastosowania  obracających  się
elektrod  krążkowych  doprowadzających  prąd  i  wywierających
docisk zgrzewania.

W  zgrzewaniu  liniowym  występuje  znacznie  intensywniejsze
zjawisko  bocznikowania  prądu  zgrzewania,  dlatego  odstęp  szwów
zgrzewanych nie może być zbyt mały i winien być większy od 5  g1
gdzie g1 — grubość cieńszej blachy.

Wymagania dotyczące szczelności połączeń zgrzewanych liniowo
muszą być precyzowane, gdyż szczelność zależy od odległości
zgrzein w linii szwu.

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Sposoby

zgrzewania

W zależności od rodzaju konstrukcji zgrzewanych, zgrzewanie
oporowe liniowe może być prowadzone następującymi technikami:
zgrzewanie na zakładkę,
z rozwalcowaniem szwu,
liniowo-doczołowe z folią, liniowo-garbowe,
liniowo-doczołowe do wyrobu rur .

Praktyczna  granica  grubości  blach  zgrzewanych  liniowo  wynosi  2
mm dla stali niskowęglowych i 1,5 mm dla stopów aluminium.
Najczęściej  stosuje  się  zgrzewanie  na  zakładkę.  Zgrzewanie  z
rozwalcowaniem  szwu  lub  tak  zwane  zgniotowe  stosowane  bywa
tylko  do  blach  o  grubości  mniejszej  niż  1  mm,  w  wyniku  którego
wąska  zakładka  o  szerokości  (1,5  +  2)g  zostaje  zgnieciona  przez
elektrody do grubości pojedynczej blachy, dając połączenie gładkie,
jak przy zgrzewaniu do czoła.

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Sposoby

zgrzewania

Zgrzewanie  liniowo-doczołowe  z  folią  stosowane  bywa  do
zgrzewania  do czołowego.  Cienka  folia  o  szerokości  5  mm  jest
zgrzana  z  łączonymi  blachami  przy  ich  równoczesnym  doczołowym
dosunięciu.
Ten  sposób  stosowany  bywa  do  produkcji  półwyrobu  przy
wykonywaniu  puszek  na  konserwy,  opakowań  foliowych  z  tworzyw
sztucznych itp.
Zgrzewanie liniowo-garbowe jest odmianą zgrzewania liniowego na
zakładkę  z  tym,  że  najlepsze  złącze  uzyskuje  się  wtedy,  gdy  garb
jest liniowy i wykonany na jednej z łączonych blach.
Zgrzewanie liniowo-doczołowe do wyrobu rur bywa stosowane dość
często. Taśma stalowa przechodzi między szeregiem krążków, które
powodują stopniowe zwijanie jej w kształt rury. Górny krążek
składający się z dwóch elektrod krążkowych 5 oddzielonych od
siebie izolacją, obraca się przy stałym dopływie prądu wzdłuż
brzegów rury 1. W chwili przechodzenia rury pod krążkiem, brzegi
rury stykają się, prąd przechodzi przez styk 1 jednej elektrody 5 do
drugiej, a krążki 2, 3, 4, 5 dociskają rozgrzane brzegi do siebie. W
ten sposób produkuje się rury cienkościenne o średnicy 10 - 70 mm
szybkością kilkunastu metrów na minutę.. Zgrzewanie grubych
blach, z uwagi na znaczny opór,
przestaje być opłacalne w stosunku do spawania łukowego.

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Sposoby

zgrzewania

Zgrzewanie  oporowe  doczołowe  zwarciowe  daje  trwałe  połączenie
dzięki  silnemu  dociśnięciu  do  siebie  łączonych  przedmiotów  i
przepuszczeniu  przez  nie  prądu.  Wskutek  dużego  oporu  następuje
rozgrzanie  metalu  w  miejscu  styku  i  przejście  w  stan  ciastowaty.
Silny  docisk  powoduje  proces  wzajemnej  dyfuzji  cząsteczek  obu
łączonych  elementów.  Prąd  wyłącza  się  przed  całkowitym
zakończeniem procesu.

  Zgrzewanie  zwarciowe  stosowane  jest  do  łączenia  doczołowego
przedmiotów o przekrojach 0,05 ~ 1000 mm2 wykonanych ze stali
węglowych,  nisko-  i  wysokostopowych,  stopów  niklu,  aluminium  i
miedzi. Powierzchnie stykowe zgrzewanych przedmiotów muszą być
dokładnie  oczyszczone,  gdyż  ma  to  wpływ  na  wytrzymałość
połączenia.

Projektując takie połączenie należy przewidzieć pewien naddatek  s
na  spęczanie,  gdyż  zastosowanie  dużego  natężenia  prądu,  dużego
docisku  zgrzewania  i  krótkiego  czasu  zgrzewania  powoduje
wyciśnięcie metalu na zewnątrz zgrzeiny do rąbka.

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Sposoby

zgrzewania

Zgrzewanie oporowe doczołowe iskrowe polega na tym, że elementy
o chropowatych powierzchniach czołowych mocuje się w szczękach
zgrzewarki bez docisku poosiowego. Następnie włącza się prąd i
uruchamia część przesuwną zgrzewarki, powodując powolne
zbliżanie się końców elementów łączo nych.

Po  zetknięciu  się  nierówności  czół  elementów  zgrzewanych,  płynie
przez  nie  prąd,  powodując  stopienie  metalu.  Styki  początkowe
zrywają  się,  a  powstają  nowe.  Następnie  dopiero  włącza  się
automatyczny  posuw  z  automatyczną  regulacją  natężenia  prądu.
Podczas dosuwu następuje silne iskrzenie i docisk spęczający metal,
powodujący  wyciskanie  ze  styku  łączonych  elementów  żużla,
zgorzeliny, zanieczysz czeń i pewnej ilości topionego metalu.

Zgrzewanie iskrowe pozostawia charakterys tyczny rąbek. Zarówno
iskrzenie, jak spęczanie wymagają stosowania pewnych naddatków
wymiarowych, dostosowanych do wielkości powierzchni przekrojów
w celu wyrównania straty długości elementów zgrzewanych. Dla
prętów o średnicy d = 5 mm naddatek na iskrzenie wynosi c — 2,5
mm, na spęczanie s = 1 mm; przy zwiększeniu średnicy do 30 mm,
naddatki wzrastają: na iskrzenie do c = 15 mm, na spęczanie s ~ 5
mm.

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Sposoby

zgrzewania

Zgrzewanie  łukiem  wirujący  m  jest  procesem  zgrzewania
doczołowego,  w  którym  ciepło  zgrzewania  wytwarzane  jest  przez
bardzo  szybkie  przesuwanie  siłami  pola  magnetycznego  haku
elektrycznego,  jarzącego  się  między  powierzchniami  czołowymi
łączonych  przedmiotów,  a  po  osiągnięciu  temperatury  zgrzewania
wywierany jest docisk spęczania.

Ten  rodzaj  zgrzewania  stosowany  bywa  do  zgrzewania  stali
narzędziowych,  przedmiotów  cienkościennych  oraz  części,  przy
zgrzewaniu  których  nie  jest  dopuszczalne  jarzenie  się  łuku
wewnętrznego, np. obudowy tyrystorów.

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Sposoby

zgrzewania

Zgrzewanie ultradźwiękowe jest procesem łączenia w stanie stałym,
gdzie złącze wytwarzane jest przez miejscowe doprowadzenie do
zgrzewanych przedmiotów, utrzymywanych pod dociskiem F, drgań
mechanicznych o wysokiej częstotliwości i amplitudzie.
Zgrzewanie

ultradźwiękowe

umożliwia

wykonanie

złączy

zakładkowych,  nakładkowych,  krawędziowych  i  przylgowych.
Końcówka  sonotrody  drga  w  kierunku  prostopadłym  do  kierunku
siły docisku f .
Zgrzeiny punktowe o przekroju eliptycznym, wydłużone w kierunku
drgań sonotrody, mogą być układane w dowolnym odstępie, tworząc
ciągłe  szczelne  połączenie.  Możliwe  jest  zgrzewanie  przedmiotów
pokrytych  powłokami  ochronnymi  lub  o  specjalnym  przeznaczeniu,
takich jak: emalie, lakiery, tworzywa sztuczne, powłoki tlenkowe lub
anodowane.  Jest  ono  szczególnie  przydatne  do  łączenia  elementów
bimetalicznych,  przedmiotów  różniących  się  znacznie  grubo ścią  i
materiałów trudno topliwych, jak wolframu, niobu, molibdenu.
Najpow szechniejsze  zastosowanie  zgrzewanie  ultradźwiękowe
znajduje  w  przemyśle  elek tronicznym,  telekomunikacji,  energetyce
jądrowej, konstrukcjach lotniczych i kos micznych.

POŁĄCZENIA

ZGRZEWANE

Sposoby

zgrzewania

Zgrzewanie  dyfuzyjne  jest  procesem  łączenia  w  stanie  starym,  w
pod wyższonej  temperaturze  pod  działaniem  docisku.  Proces
zgrzewania nie powoduje odkształcenia makroskopowego, może być
wykonany  bezpośrednio  pomiędzy  łączonymi  przedmiotami  lub  za
pomocą warstwy pośredniej.

Zgrzewanie  dyfuzyjne  prowadzone  jest  w  komorach  próżniowych
lub  zawierających  osłonę  z  gazów  redukujących  lub  obojętnych.
Zgrzewanie  dyfuzyjne  umożliwia  łączenie  metali  i  stopów  trudno
topliwych,  metali  aktywnych,  metali  z  materiałami  ceramicznymi,
grafitem,  kwarcem  lub  szkłem,  materiałów  kompozytowych  między
sobą i z metalami.

Ma zastosowanie w energetyce jądrowej, przemyśle lotniczym,
kosmicznym
i elek tronice.

Document Outline