Spawanie gazowe palnikiem acetylenowo - tlenowym
Spawanie gazowe przeprowadzane jest za pomocą ciepła powstałego z pLomienia acetylenowo - tlenowego.
Acetylen inaczej zwany etynem o wzorze C H otrzymuje się przez rozkład karbidu z wodą: Ca C + 2H O → Ca (OH) + C H + Q. Daje on wysoką temperaturę topnienia 3100-3200 °C. W stanie czystym bezzapachowy, bezbarwny; nie może być sprężany do ciśnienia powyżej 0,15 MPa. Zanieczyszczony acetylen może być podgrzewany tylko do temperatury 140 °C, powyżej wybucha; ma zapach czosnkowy. Etyn przechowywany jest w butli acetylenowej, która ma kolor żółty, ciśnienie w niej wynosi 15 atmosfer. Wnętrze butli wypełnione jest porowatą masą, następnie wlany jest aceton (zajmuje około 60% objętości butli) i na końcu sprężarką wtłacza się acetylen. Można go pobierać także z wytwornicy przenośnej. Powyżej 300°C acetylen ulega polimeryzacji (łączenie małych cząstek pod wpływem katalizatora, tworząc polimery). Przy zawartości 2,7 - 82% acetylenu w tlenie może dojść do wybuchu.
Tlen przechowywany jest w butlach o kolorze niebieskim i ciśnieniu 150 atmosfer.
Stanowisko do spawania gazowego składa się z : stołu zbudowanego z rur; drewna, które służy do czyszczenia nasadki; spoiwa do spawania; wody, która służy do studzenia nasadki.
Wytwornica NH1 - do niej ładuje się karbid (przechowywany w zamkniętych bębnach, o średnicy 25-50 mm) o ilości ok. 3 kg, do 2/3 wysokości szuflady (ponieważ w wyniku rozkładu powstaje wapno gaszone). Następnie otwieramy kurek zaworowy, z niego woda przepływa przez reduktor przepływu wody (ciśnienie 0,6-0,8 atmosfery). Acetylen przechodzi przez bezpiecznik do reduktora
Reduktor zbudowany jest z : manometru 1, manometru 2, śruby nastawnej (pozwala ustalić ciśnienie na wyjściu z butli), przepony (utrzymuje ciśnienie na stałym poziomie). Ma on dwa zadania: obniża ciśnienie gazu w butli do ciśnienia roboczego od 150 do 3 atmosfer, utrzymuje stałe ciśnienie gazu na wyjściu z butli.
Są dwa rodzaje reduktorów: butlowy i stanowiskowy.
Bezpiecznik wodny jest to urządzenie zabezpieczające instalację przesyłową przed przepływem nadmiernej wody.
Palnik - narzędzie, gdzie występuje wymieszanie acetylenu i tlenu. Budowa: uchwyt (trzon), zawory - regulują ilość gazów, doprowadzanych do palnika, nasadka.
Palniki dzielą się na : smoczkowe (inżektorowe) i bezsmoczkowe (równoprężne).
Palnik inżektorowy - w nim moc zmienia się przez zmianę nasadki.
Nasadka zbudowana z: dzioba, szyjki, komory mieszania, inżektora. Tlen przechodząc przez inżektor zasysa acetylen.
Płomień acetylenowo - tlenowy otrzymywany jest w wyniku spalania:
C H + 5/2 O → H O + 2C O
1 etap: C H + O → 2 C O + H
2 etap: C O + H + O → C O + H O
Składa się z: 1 strefy: jądro płomienia ( kolor niebieski); 2 strefy: stożek (redukująca - jest niewidzialna, temperatura płomienia ok. 3100°C, obecne są tlenki); 3 strefy: kita płomienia (nadmiar tlenu).
O / C H = 1,2 0
O / C H > 1,2 płomień utleniający (spawa się mosiądze)
O / C H < 1,2 płomień nawęglający (spawa się aluminium i jego stopy)
Metody spawania gazowego: w lewo (dla elementów do 4 mm); w prawo (dla elementów od 4-12 mm); do góry (gdy spawa się w pozycji przymusowej.
Ręczne spawanie łukowe elektrodami otulonymi.
Elektrody otulone używane są w postaci prętów z drutu o średnicy 1-6 mm, pokrytych masą tworzącą otulinę. Zadaniem jej jest wytworzenie osłony gazowej, chroniącej spoinę przed dostępem powietrza oraz ułatwiającej jonizację gazów w obszarze łuku. Ze względu na charakter otuliny, elektrody otulone dzielimy na: kwaśne EA, zasadowe EB, rutylowe (Ti O ) ER, celulozowe EC, utleniające EU oraz na: cienko otulone - średnica drutu mniej niż 10%, średnio otulone - średnica drutu 10-40%, grubo otulone - średnica drutu powyżej 40%
Charakterystyka spawarki: statyczna - obrazuje zależność między prądem spawania a napięciem przy wolno następujących zmianach obciążenia. Im krzywa jest bardziej stroma, tym mniejszy jest wpływ zmiany napięcia (przy zmianie długości łuku) na zmianę natężenia prądu spawania. dynamiczna - przedstawia zależność między prądem spawania i napięciem spawania w funkcji czasu podczas nagłych zmian obciążenia. Można z niej wnioskować, czy spawarka dostatecznie szybko zajarza łuk po jego zgaśnięciu, wywołanym krótkim zwarciem. Szybkość powrotu od zwarcia do normalnych warunków powinna być mniejsza od 0,005 sekundy.
Pracę spawarki podczas spawania cechuje duża elastyczność, czyli zdolność prawie natychmiastowego zajarzenia łuku od nowa po krótkim zwarciu (zgaszenie łuku), wywołanym przejściem kropli metalu w łuku.
Spawarka ma urządzenie umożliwiające regulację natężenia prądu w pewnych granicach, stosownie od rodzaju i średnicy elektrody (20 + 6D∗D)
Rodzaje spawarek: Prądu stałego (przetwornice) składają się one z silnika prądu przemiennego oraz prądnicy prądu stałego. Daje ona prąd o natężeniu od kilkuset do kilku tysięcy amperów przy napięciu 20-70 V. Transformatorowa (prądu przemiennego) - otrzymany z sieci prąd przetwarza na prąd odpowiedni do spawania. Składa się z : rdzenia wykonanego z blach transformatorowych (ze stali krzemowej) oraz uzwojeń: pierwotnego i wtórnego. Stosunek liczby zwojów obu uzwojeń decyduje o wartości napięcia panującego na końcach uzwojenia wtórnego zależnie od napięcia na końcach uzwojenia pierwotnego. Napięcie wtórne jest mniejsze od pierwotnego. Natężenie prądu reguluje się za pomocą wsuwania i wysuwania bocznika magnetycznego Prostownikowa - składa się z transformatora obniżającego napięcie zasilania oraz właściwego urządzenia prostującego, wentylatora. Jest trójfazowa. Napięcie robocze 20-30 V, napięcie potrzebne do zajarzenia łuku 50-60 V. Wirująca - do spawania prądem stałym, przetwarza prąd zmienny lub energię mechaniczną na prąd stały. Składa się z generatora prądu spawania napędzanego silnikiem elektrycznym asynchronicznym trójfazowym z wirnikiem pierścieniowym.
Naprężenia i odkształcenia spawalnicze - do naprężeń przyczynia się nierównomierne nagrzanie i skurcz odlewniczy spoiny.
Spawalność - zdolność metalu do tworzenia złącz spawanych wykazujących właściwości zbliżone do właściwości metalu rodzimego, dzięki zastosowaniu odpowiedniej technologii spawania.
Stanowisko do ręcznego spawania łukowego elektrodami otulonymi składa się z: stołu z dwoma przewodami, młotka - do odbijania żużlu, szczypców, szczotki, tarczy spawalniczej - chroni twarz promieniowaniem podczerwonym i ultrafioletowym fartucha i rękawic skórzanych.
Spawanie w osłonie gazów:
Metoda MIG (Metal Inert Gas) -Jest to spawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonie gazu obojętnego (argon, hel, argon+hel). Metoda ta jest stosowana do spawania i napawania we wszystkich pozycjach w sposób automatyczny lub półautomatyczny.
Metoda MAG (Metal Active Gas) -Jest to spawanie łukowe w osłonie gazu aktywnego chemicznie (CO2, CO2 + gaz obojętny).
Charakterystyka - Oba procesy charakteryzują się dużą wydajnością i głębokością wtopienia. Stapiająca się elektroda, przy spawaniu podłączona do bieguna dodatniego źródła prądu stałego ma formę drutu litego o przekroju kołowym lub tzw. Drutu rdzeniowego, który ma formę rurki, wewnątrz której znajduje się topnik pełniący funkcję podobną jak otulina elektrody do spawania ręcznego. Drut elektrodowy jest najczęściej o średnicy 0,8; 1,0; 1,2; 1,6 mm, odwijany jest ze szpulki i podawany ze stałą szybkością przez tulejkę kontaktową dyszy do miejsca spawania.
W łuku elektrycznym drut stapia się z szybkością równą szybkości jego posuwu. Gaz wypływający z dyszy osłania łuk oraz jeziorko spawalnicze przed szkodliwym działaniem tlenu i azotu z powietrza. Źródłem prądu spawania jest prostownik dający sztywną charakterystykę statyczną (napięcie niezależne od prądu), która wykorzystywana jest do zjawiska samoregulacji długości łuku. Przy zwiększeniu szybkości podawania drutu elektrodowego długość łuku zmniejsza się, zwiększone natężenie prądu wzrost szybkości stapiania elektrody.
Metal z roztopionej elektrody może przechodzić do jeziorka spawalniczego w różny sposób: kroplowy, strumieniowy, mieszany
Reakcje chemiczne: CO2 w wysokiej temperaturze ulega rozkładowi:
CO2 CO2 + O
Tlen łączy się z żelazem:
2Fe + O2 + 2FeO
Gazy (CO i CO2) rozpuszczają się w ciekłym metalu i mogą powodować porowatość spoin. Można jednakże przeciwdziałać skutkom utleniania żelaza, stosując odtleniacze, reduktory. Najprostszym stosowanym sposobem jest dodanie odlteniaczy Mn, Si, Al., Ti do drutu elektrodowego.
Reakcja odtleniania:
FeO + Mn MnO + Fe
2Fe + Si SiO2 + 2Fe
MnO i SiO2 są niemetalami, lżejszymi od Fe i wpływają na powierzchnię ciekłej stali tworząc żużel.
Zastosowanie -MAG ma zastosowanie głównie do stali węglowych i niskostopowych. MIG ma zastosowanie w do spawania stali średniostopowych i stopowych.
Metoda TIG (Tungsten Inert Gas) - charakterystyka i zastosowanie -Jest to spawanie łukowe elektrodą nietopliwą w osłonie gazów obojętnych (Ar, He, Ar + He). Umożliwia ona spawanie prawie wszystkich metali i ich stopów oraz łączenie ze sobą różnych metali i stopów. Uzyskiwany metal spoiny jest stopem roztopionej części materiału rodzimego i spoiwa (drut, pręt, pałeczka) podawanego w strefę jarzenia się łuku. TIG charakteryzuje się możliwością stosowania we wszystkich pozycjach.
Elektroda, łuk i jeziorko ciekłego metalu , a także zakrzepły już metal spoiny chroni strumień argonu lub helu, albo mieszaniny. Blachy o grubości do 5mm spawa się jednościegowo. Trwałość elektrody jest tym wyższa im czystsza chemicznie jest elektroda. Jednak dodatki ThO2 lub CO2 wpływają na łatwiejsze zajarzenie łuku i jego stabilność oraz pozwalają wyeliminować wędrowania łuku.
W TIG stosuje się źródła prądu stałego i przemiennego co uzależnione jest od rodzaju spawanego materiału. Tylko stopy aluminium spawa się przy wykorzystaniu źródeł prądu stałego i ujemnej biegunowości. W zasadzie metale, które szybko pokrywają się tlenkami należało by spawać przy użyciu prądu stałego z biegunowością dodatnią, co umożliwiało by wykorzystanie efektu rozpylania katodowego tlenków. Podczas spawania TIG prądem przemiennym występuje zjawisko prostowania prądu. Ważne jest by w czasie zajarzenia łuku nie zmieniać elektrody wolframowej z materiałem spawanym. Prowadzi to do ukruszenia elektrody lub wytworzenie związków wolframu ze spawanym materiałem. Celem uniknięcia zwierania elektrody wolframowej z łączonymi metalami stosuje się oscylatory lub jonizatory umożliwiające zjonizowanie gazu między elektrodą, a przedmiotem spawanym (na odległości ok.. 4-5 mm).
Zgrzewanie
Zgrzewanie oporowe -Przy zgrzewaniu oporowym zgrzewane części są włączone obwód wtórny transformatora, przez zetknięcie ich ze sobą zamyka się obwód prądu, a miejsce styku ulega silnemu rozgrzaniu wskutek oporu, które stawia ono przepływowi prądu elektrycznego. W większości sposobów zgrzewania oporowego metal w strefie zgrzeiny nagrzewa się do nadtopienia, a jedynie w niektórych sposobach zgrzewania do stanu ciastowatości.
Zgrzewanie punktowe - Przy zgrzewaniu punktowym łączone części zgrzewa się w różnych miejscach, zwanych umownie punktami. Wielkość i struktura punktu decyduje o wytrzymałości złącza, zależą od kształtów i wymiarów powierzchni roboczej elektrod, natężenia prądu zgrzewania, czasu przepływu prądu przez elementy łączone oraz siły docisku i stanu powierzchni elementów. Zgrzewany punkt dobrej jakości ma wspólne dla obu części jądro o określonych wymiarach. Łączone części umieszczone między elektrodami zgrzewarki dociska się mocno do siebie. Po włączeniu prądu stałego części zgrzewane szybko się nagrzewają. W momencie utworzenia w obszarze zgrzewania ciekłego jądra o wymaganych wymiarach wyłącza się prąd. Za pomocą zgrzewania punktowego można łączyć blachy jednakowej lub różnej grubości, krzyżujące się pręty, blachy z prętami lub kształtownikami, także stosowane do łączenia części z różnych gatunków stali, a także metali nieżelaznych ich stopów.
Zgrzewanie doczołowe -Zgrzewanie doczołowe przeznaczone jest do zgrzewania części, łączy się na całej płaszczyźnie zetknięcia. Zależnie od rodzaju metalu, powierzchnia zgrzewanych części i wymagań w stosunku do jakości złącza, zgrzewanie doczołowe może odbywać się metodą zwarciową lub iskrową.
Zgrzewane doczołowe zwarciowe. -Części przeznaczone do zgrzewania ustawione i umocowane w zgrzewarce dociska się do siebie, po czy przepuszcza się przez nie prąd. Po nagrzaniu metalu i osiągnięcia stanu ciastowatości docisk działający na łączone części powoduje spęczenie. Prąd wyłącza się automatycznie w połowie drogi spęczenia.
Zgrzewanie doczołowe iskrowe -Zgrzewanie doczołowe iskrowe z wyiskrzaniem ciągłym odbywa się w dwóch etapach: pierwszym jest wyciskanie, drugim spęczanie. Zgrzewane części mocuje się w szczękach maszyny, następnie włącza się prąd i powoli zbliża się obie części do siebie. Na skutek tak dużej gęstości przepływającego prądu w punktach tych powstają tzw. wrzenia. W procesie tym następuje skurczenie elementu o założony z góry naddatek. Początek spęczania odbywa się przy włączonym prądzie, a zakończenie bez prądu.
Zgrzewanie doczołowe z podgrzewaniem różni się od zgrzewania iskrowego z wyciskaniem ciągłym tym, że przed rozpoczęciem etapu iskrzenia łączone części zamocowane w szczękach maszyny podgrzewa się prze wielokrotne stykani i odsuwanie od ich od siebie przy stale włączonym prądzie.
Zgrzewanie garbowe -Zgrzewanie garbowe polega na tym, że na jednej z łączonych części wytłacza się przed zgrzewaniem garby określające z góry wielkość i rozmieszczenie punktów zgrzewania. Wszystkie punkty zgrzewa się jednocześnie, dzięki czemu uzyskuje się wydajność procesu.
Zgrzewanie liniowe -Elementy łączy się ze sobą za pomocą zgrzeiny składającej się z szeregu punktów, w których każdy następny punkt częściowo zachodzi na poprzedni. Łączone części umieszcza się między krążkiem, a trzpieniem. Spełniają one poza tym analogiczne zadanie jak elektrody kołowe przy zgrzewaniu punktowym, tj. wywierają nacisk na zgrzewane części oraz doprowadzają do nich prąd elektryczny. Grubość każdego z łączonych elementów zazwyczaj nie przekracza 2 mm.
Budowa zgrzewarek -Wszystkie urządzenia do elektrycznego zgrzewania oporowego składają się z 3 zasadniczych układów: mechanicznego, energetycznego i sterowania.Układ mechaniczny służy do mocowania łączonych części oraz do wywierania na nie nacisku. Układ energetyczny służy do przetwarzania energii elektrycznej pobieranej z sieci zasilającej, doprowadzenie jej, do zgrzewanych części. Źródłem prądu przy zgrzewaniu oporowym jest transformator, za pomocą którego dostarczany z sieci prąd przemienny można łatwo i tanio przetwarzać na prąd o niskim napięciu (0,5-25V) i bardzo wielkim natężeniu (ok. 100 000A). Układ sterowania służy do odmierzania czasu poszczególnych czynności w procesie zgrzewania.
Zgrzewanie tarciowe -Przy zgrzewaniu tarciowym przeznaczone do łączenia części mocuje się współosiowo w uchwytach specjalnej maszyny podobnej do tokarki, a następnie dociska się ich powierzchnie czołowe z określoną siłą.Jednej z łączonych części mającej ograniczoną długość nadaje się ruch obrotowy wokół osi z prędkością obrotową n = 460 obr/min. W tym czasie odbywa się dotarcie powierzchni czołowych, usunięcie zanieczyszczeń i intensywne wydzielanie ciepła. W ciągu kilku sekund na powierzchniach czołowych rozgrzewają się cienkie warstewki metalu. Po uzyskaniu wystarczająco wysokiej temp. Zatrzymuje się wirującą część albo odblokowuje się część nieruchomą, która w końcowym stadium procesu obraca się razem z częścią wirująca. W tym momencie wywiera się docisk spęczający, pod którego wpływem ustaje ruch obrotowy i powstaje zgrzeina. Zgrzewanie tarciowe znalazło zastosowanie do łączenia różnoimiennych materiałów, np. stali niskowęglowej i stopowej przy produkcji narzędzi, części silnie obciążonych, pracujących w bardzo trudnych warunkach.