Charakterystyka
procesu i rodzaje
spawania
Wiadomości ogólne
Spajanie jest to metoda łączenia materiałów, w wyniku, której uzyskuje się połączenie o
fizycznej ciągłości materiałowej. Pojęcie spajania obejmuje spawanie, zgrzewanie, lutowanie,
klejenie i inne.
Spawanie polega na łączeniu materiałów przez ich nagrzanie i stopienie. w miejscu
łączenia z dodaniem lub bez dodania spoiwa. Metal części łączonych nazywa się metalem
rodzimym. Stopione spoiwo łącznie ze stopionymi brzegami części łączonych, czyli
materiałem rodzimym, tworzy po ostygnięciu spoinę.
W zaleŜności od źródła ciepła uŜytego do stopienia materiału rodzimego złącza i spoiwa
rozróŜnia się: spawanie elektryczne (łukowe, elektronowe, elektroŜuŜlowe), gazowe i
termitowe. Najbardziej rozpowszechnione jest spawanie elektryczne łukowe oraz gazowe.
Nie wszystkie metale nadają się w jednakowym stopniu do spawania. Szczególnie
łatwo spawalne są stale o małej zawartości węgla (do 0,27%) oraz ołów, aluminium i stopy
magnezu. Do metali trudno spawalnych zalicza się stale wysokowęglowe i stopowe, Ŝeliwo,
brązy i nikiel. Spawanie elektryczne łukowe polega na wytworzeniu między elektrodą
spawalniczą a materiałem spawanym łuku elektrycznego wydzielającego ciepło, pod
wpływem, którego topią się brzegi łączonych części i dodawane zwykle spoiwo, oraz na
tworzeniu złącza, zwanego spoiną (rys. 176-01). Złącze tworzy się przy przesuwaniu
odpowiednim ruchem elektrody wzdłuŜ łączonych brzegów. Spoina składa się ze stopionego
metalu rodzimego oraz ze stopionego spoiwa.
Rys. 176-01 Złącze spawane
Stopiony w obszarze spoiny metal na skutek stygnięcia krzepnie i łączy trwale obie
części metalu rodzimego. ZaleŜnie od wzajemnego ustawienia spawanych części rozróŜnia się
spoiny: czołowe, pachwinowe, otworowe, grzbietowe (rys. 176-02). Spoiny te tworzą złącza o
róŜnych nazwach. Na przykład rys. 176-02a przedstawia złącze doczołowe, mimo Ŝe spoina
nazywa się czołową. Za pomocą spoin otworowych (rys. 176-02c) tworzy się złącza
przylgowe, gdyŜ łączy się w ten sposób blachę do blachy.
Rys. 176-02 Rodzaje spoin:
a) czołowe, b) pachwinowe, c) otworowe, d) grzbietowe
Przedmioty przeznaczone do spawania naleŜy oczyścić z rdzy, farby i tłuszczów oraz
innych zanieczyszczeń. WaŜną czynnością poprzedzającą spawanie jest prawidłowe
wyregulowanie płomienia acetylenowo-tlenowego, a następnie wybranie odpowiedniej
pozycji spawania (rys. 176-03). Najlepszą spoinę moŜna wykonać w pozycji podolnej.
Rys. 176-03. Pozycje spawania:
a) podolna, b) naboczna, e) naścienna, d) okapowa, e) pułapowa, f) pionowa
Stosuje się trzy kierunki spawania gazowego: w lewo, w prawo i w górę (rys. 176-04).
W kaŜdym przypadku palnik trzyma się w prawej ręce, a drut do spawania w lewej. Podczas
spawania w lewo palnik przesuwa się z prawej strony do lewej bez ruchów poprzecznych.
Płomień osłania stopiony metal
Rys. 176-04. Kierunki spawania gazowego:
a) w lewo, b) w prawo, e) w górę
i podgrzewa brzegi blach przed ich stopieniem. Metoda ta nadaje się do spawania blach
cienkich o grubości 4mm. Blachy grubsze spawa się metodą w prawo, natomiast metoda
spawania w górę jest stosowana przede wszystkim do takich przedmiotów, które moŜna
ustawić pionowo.
Cięcie termiczne
Cięciem termicznym nazywa się sposób cięcia materiałów, głównie metali i ich
stopów, polegający na miejscowym utlenieniu lub wytopieniu w odpowiednio wysokiej
temperaturze. ZaleŜnie od źródła ciepła rozróŜnia się cięcia: gazowe, łukowe, gazowo-
łukowe.
Cięcie gazowe (cięcie tlenowe) polega na miejscowym spalaniu materiału w strumieniu
czystego tlenu przy odpowiednim miejscowym ogrzaniu metalu do temperatury spalania.
Cięcie to odbywa się za pomocą palnika, który przypomina palnik do spawania, lecz jest
wyposaŜony w dodatkową dyszę tlenową. JeŜeli spawacz zwiększy dopływ tlenu do
płomienia palnika, to płomień taki będzie spalał nagrzewany metal wypalając w nim wąską
szczelinę. Cięcie samym tlenem stosuje się do stali konstrukcyjnych węglowych i
niskostopowych, natomiast Ŝeliwo, stale austenityczne oraz metale nieŜelazne moŜna
przecinać tym sposobem przez wprowadzenie do strumienia tlenu topników, np. proszku
Ŝelaza.
Cięcie łukowe elektrodą węglową lub metalową polega na wytapianiu szczeliny w
pełnym metalu ciepłem łuku elektrycznego.
Cięcie gazowo-łukowe polega na podgrzaniu metalu ciepłem łuku elektrycznego i
jednoczesnym miejscowym spalaniu metalu w strumieniu czystego tlenu.
Obecnie moŜna ciąć termicznie wszystkie metale i stopy stosowane w przemyśle, a nawet
beton i kamień. Grubość przecinanego metalu moŜe wynosić do 3m. W zaleŜności od
stosowanych urządzeń rozróŜnia się cięcie termiczne ręczne i maszynowe. Cięcie moŜe być
wykonywane w sposób zautomatyzowany za pomocą mechanizmów prowadzących palniki
wg określonych linii.
Zgrzewanie elektryczne
RozróŜniamy następujące sposoby zgrzewania:
- zgrzewanie ogniskowe
- zgrzewanie elektryczne
a) zgrzewanie punktowe,
b) zgrzewanie liniowe,
c) zgrzewanie garbowe,
d) zgrzewanie doczołowe
- zgrzewanie termitowe
- zgrzewanie tarciowe
- zgrzewanie zgniotowe
- zgrzewanie wybuchowe
- zgrzewanie dyfuzyjne
Najczęściej stosowane jest zgrzewanie elektryczne i o nim nieco szerzej.
Zgrzewanie elektryczne dzieli się na: doczołowe, punktowe, liniowe i garbowe.
Źródłem ciepła w zgrzewaniu elektrycznym oporowym jest prąd elektryczny, który w
miejscu największego oporu powoduje przyrost ciepła. Miejsce styku dwóch metali wykazuje
tak duŜy opór dla przepływającego prądu, Ŝe przy dostatecznym natęŜeniu prądu nagrzewa się
ono do wysokiej temperatury, a materiał staje się plastyczny. Po wywarciu nacisku stykające
się ze sobą części łączą się bez trudu.
Do zgrzewania stosuje się prąd o stosunkowo niskim napięciu, lecz o duŜym natęŜeniu
dochodzącym do kilku tysięcy amperów.
Rys. 176-05. Schemat zgrzewania punktowego
Zgrzewanie punktowe stosuje się do łączenia cienkich blach. Łączone brzegi blachy
zaciska się dwiema elektrodami dociskowymi 1 w kształcie kłów (rys. 176-05), które
zapewniają jednocześnie docisk łączonych części i przepływ prądu przez złącze. Złącze
powstaje w jednym punkcie wskutek połączenia się uplastycznionego pod wpływem ciepła
metalu.
Zgrzewanie liniowe jest stosowane tam, gdzie zaleŜy nam na szczelności szwu.
Wykonuje sieje za pomocą specjalnych zgrzewarek liniowych, w których elektrody mają
kształt krąŜków (rys. 176-04). KrąŜki, z których górny jest napędzany silnikiem, obracają się i
przesuwają między sobą łączone blachy.
Rys. 176-06. Schemat zgrzewania liniowego.
Zgrzewanie garbowe wymaga uprzedniego przygotowania części zgrzewanych.
W tym celu w jednej z blach wytłacza się garby w kształcie stoŜka (rys. 176-06).
Rys. 176-07. Przykłady zastosowania zgrzewania garbowego
Bhp podczas spawania i zgrzewania metali
Podczas spawania elektrycznego w łuku powstają trzy rodzaje promieni:: widzialne
promienie świetlne, niewidzialne promienie cieplne oraz niewidzialne promienie
ultrafioletowe. Te ostatnie są bardzo niebezpieczne, poniewaŜ działają szkodliwie na oczy,
podraŜniają spojówkę i powodują jej zapalenie. Nie naleŜy więc patrzeć na łuk elektryczny
wprost, lecz przez szkło w tarczy ochronnej lub przyłbicy, ewentualnie przez odpowiednie
okulary.
Przy spawaniu gazowym w pobliŜu stanowiska roboczego powinno stale znajdować się
napełnione wodą naczynie słuŜące do ochładzania palnika. Wytwornice przenośne powinny
być w miarę moŜliwości ustawione w oddzielnych pomieszczeniach.
Odległość butli od płomienia palnika spawacza powinna wynosić co najmniej l m.
Zawory redukcyjne wolno odmraŜać tylko za pomocą pary lub gorącej wody.
WęŜe doprowadzające gazy do palnika powinny mieć długość co najmniej 5 m.
Nie wolno smarować części palników i zaworów butli smarem lub oliwą. Do
oczyszczania wylotu końcówki palnika z osadu tlenków trzeba uŜywać kawałka zwęglonego
drewna.
Jest zabronione przechowywanie w spawalni materiałów łatwo palnych oraz
wykonywanie prac spawalniczych w odległości mniejszej niŜ 5m od materiałów łatwo
palnych. Spawaczowi nie wolno spawać lub ciąć bez okularów ochronnych, tarczy lub
przyłbicy.
Pytania kontrolne
1. Metalem rodzimym nazywa się: (dopuszczający)
a) metal części łączonych?
b) metal ze stopionego spoiwa?
c) metal ze stopionej elektrody?
2. Elektrody cienko otulone stosuje się przewaŜnie do spawania: (dopuszczający)
a) blach grubych?
b) blach cienkich?
c) materiałów pod topnikiem w atmosferze gazów ochronnych?
3. Spawanie atomowe jest spawaniem: (dostateczny)
a) elektrodą topliwą w osłonie dwutlenku węgla?
b) dwiema elektrodami wolframowymi, między którymi jarzy się łuk w osłonie wodoru?
c) łukiem krytym pod warstwą topnika?
4. W transformatorach spawalniczych napięcie sieciowe (220 lub 380 V) zostaje obniŜone do
napięcia: (dopuszczający)
a) 120 V?
b) 45 V?
c) 70 V?
d) 150 V?
5. Dla elektrod o średnicy do 3,25 mm przyjmuje się natęŜenie prądu: (dopuszczający)
a) około 40 A na l mm elektrody?
b) około 50 A na l mm elektrody?
c) około 30 A na l mm elektrody?
6. Które promienie łuku elektrycznego są bardzo szkodliwe dla spawacza: (dopuszczający)
a) promienie cieplne?
b) promienie ultrafioletowe?
c) promienie świetlne?
7. Dopuszczalne ciśnienie robocze w butlach acetylenowych wynosi: (dopuszczający)
a) 1,5 MPa?
b) 2,5 MPa?
c) 5 MPa?
d) 0,5 MPa?
8. W jednym litrze acetonu pod ciśnieniem 0,1 MPa rozpuszcza się: (dobry)
a) 50 litrów acetylenu?
b) 30 litrów acetylenu?
c) 23 litry acetylenu?
d) 16 litrów acetylenu?
9. Aby zapalić palnik trzeba: (dopuszczający)
a) najpierw otworzyć zawór acetylenu, a następnie tlenu?
b) najpierw otworzyć zawór tlenu, a następnie acetylenu?
c) jednocześnie otworzyć zawór tlenu i acetylenu?
10. Spawanie powinno się odbywać płomieniem: (dostateczny)
a) utleniającym?
b) nawęglającym?
c) redukującym?
11. Przy metodzie spawania w lewo palnik przesuwa się: (dopuszczający)
a) z prawej strony do lewej
b) z lewej strony do prawej?
c) z lewej strony do dołu?
12. WęŜe doprowadzające gazy do palnika powinny mieć długość, co najmniej:
(dopuszczający)
a) 10m?
b) 5 m?
d) 3 m?