Spawalnictwo - podstawowe metody spawania
Spawanie to technika pozwalająca na łączenie metalowych części przez miejscowe doprowadzenie do nich energii cieplnej. Spawanie gazowe, elektryczne i termiczne zostało opracowane pod koniec XIX wieku. Metody spawania są powszechnie stosowane na skalę przemysłową od wielu, wielu lat i cały czas udoskonalane. Powstają nowe techniki i trwa dalszy rozwój znanych już metod spawania.
Spawalnictwo – krótka historia
Największe udoskonalenia od początku dotyczą sprzętu i bezpieczeństwa. W 1877 wynalezione zostało zgrzewanie oporowe przez Elihu Thomsona w celu łączenia elementów za pomocą zgrzewania punktowego, szwowego i garbowego. Kilka lat później w 1885 wspólnie dwóch inżynierów w tym Polak Stanisław Olszewski wraz z Rosjaninem greckiego pochodzenia Nikołajem Benardosem wynaleźli nową elektryczną metodę spawalniczą nazwaną przez nich Elektrogefest, dało to początek spawania elektrycznego. Inżynierowie Ci zaprojektowali również dobrze nam znaną obecnie spawarkę transformatorową. Wówczas spawanie odbywało się nietopliwą elektrodą węglową. W kolejnych latach metoda ta doczekała się kolejnych modyfikacji i udoskonaleń. W 1904 roku szwedzki przemysłowiec Oskar Kjellberg wynalazł pierwsze elektrody otulone. Spawanie łukowe nie było powszechnie stosowane aż do I Wojny Światowej. W 1920 r. opracowano zgrzewanie doczołowe, które wykorzystywano do łączenia prętów i sztab w łańcuchy, natomiast w 1940 r. wprowadzono elektrodę wolframową do spawania łukiem krytym. W 1948 r. wprowadzono proces spawania elektrodą drutową w osłonie gazu, był to początek metody MIG/MAG. Kolejno opracowano wiele nowych metod łączenia, takich jak zgrzewanie tarciowe, zgrzewanie dyfuzyjne, zgrzewanie ultradźwiękowe i laserowe.
Należy tutaj pamiętać, że Polska była prekursorem w spawaniu. Pierwszy na świecie drogowy most spawany powstał wg projektu prof. Stefana Bryły już w 1929 roku na rzeką Słudwią niedaleko Łowicza. Most zachował się do dnia dzisiejszego i obecnie ma status zabytku stanowiąc ciekawą atrakcję turystyczną.
Podstawy zasad spawania
Stopione jeziorko jest wytwarzane za pomocą źródła ciepła, które może być zasilane elektrycznie lub za pomocą płomienia gazowego. Łuk elektryczny wytwarza prąd o wysokim natężeniu pomiędzy 10 a 2000 amperów i niskim napięciu w granicy 10 ÷ 50 woltów. Powszechnie stosuje się prąd stały (DC) jednak w łuku można stosować prąd zmienny (AC). Całkowita energia wytworzona na wejściu jest większa niż energia potrzebna do wytworzenia spoiny, ponieważ występują straty energii podczas przenoszenia łuku. Podczas podgrzewania metalu powstaje na nim warstwa tlenku spowodowana reakcją z zanieczyszczeniami atmosferycznymi, co powoduje, że spoina staje się krucha i słaba.
Zależnie od temperatury w strefie spawania i w strefie otaczającej występują trzy podstawowe strefy:
spoina –stop stopiwa i materiału rodzimego,
strefa, w której materiał rodzimy uległ stopieniu
strefa wpływu ciepła
Spawanie prowadzi do kurczenia się i rozszerzania metalu spoiny, a naprężenia te można usunąć poprzez obróbkę cieplną całej spawanej konstrukcji.
Rodzaje spawania
Stapianie/spawanie kute
Miecz damasceński jest starożytnym przykładem techniki stapiania, w której łączy się i kształtuje mały kawałek żelaza. Metal był podgrzewany, kuty, młotkowany i ściskany, aż do uzyskania twardego i elastycznego ostrza.
Obecnie kowale wykorzystują kucie przede wszystkim do wyrobu wszelakiej metaloplastyki.
Spawanie łukowe
Największy udział w dzisiejszym spawaniu ma proces spawania łukowego i bardzo mocno jest rozwijany o metody wysokoenergetyczne i o dużej gęstości mocy takie jak spawanie plazmowe, laserowe czy też wiązką elektronów.
W celu jednoznacznego i skrótowego oznaczania procesów spawania przyjęto międzynarodowy i znormalizowany system określania metod spawania:
1 –spawanie łukowe
101 –spawanie łukowe elektrodą metalową
11 - spawanie łukowe elektrodą metalową bez osłony gazowej
111 - ręczne spawanie łukowe, MMA spawanie łukowe elektrodą otuloną
12 - spawanie łukiem krytym
121 -spawanie łukiem krytym jednym drutem elektrodowym
122 -spawanie łukiem krytym elektrodą taśmową
123 -spawanie tukiem krytym wieloma drutami elektrodowymi
124 -spawanie tukiem krytym z dodatkiem proszku metalowego
125 -spawanie tukiem krytym drutem proszkowym
13 -spawanie łukowe w osłonie gazu
131-spawanie elektrodą metalową w osłonie gazów obojętnych; spawanie metodą MIG;
135 -spawanie elektrodą metalową w osłonie gazów aktywnych; spawanie metodą MAG
136 -spawanie łukowe w osłonie gazu aktywnego drutem proszkowym
137 -spawanie łukowe w osłonie gazu obojętnego drutem proszkowym
14 -spawanie elektrodą nietopliwą w osłonie gazu
141-spawanie elektrodą wolframową w osłonie gazów obojętnych; spawanie metodą TIG
15-spawanie plazmowe
151 -spawanie plazmowe metodą MIG
52 – spawanie laserowe
Spawanie gazowo acetylenowo-tlenowe (311)
Jest to proces łączenia, w którym do stopienia brzegów spawanych elementów i materiału dodatkowego wykorzystywany jest płomień. Do wytworzenia kontrolowanego i intensywnego płomienia używa się acetylenu i tlenu, a do spoiny dodaje się drut lity. Do czasu rozpowszechnienia innych metod, spawanie acetylenowo –tlenowe było bardzo powszechną metodą spawania różnych metali, takich jak choćby: stal, aluminium żeliwo oraz stopy miedzi i niklu. Za pomocą tej metody można spawać elementy o grubości od około 0,5 ÷ 10 mm. Obecnie nie jest stosowane w produkcji przemysłowej, jedynie w pracach remontowych i instalacyjnych.
Zgrzewanie oporowe
Zgrzewanie to łączenie elementów metalowych lub tworzyw sztucznych.
Polega ono na rozgrzaniu stykających się powierzchni tak, aby przeszły one w stan plastyczny i dociśnięciu ich. Uplastycznieniu ulega tylko niewielka objętość na granicy styku.
W zależności od stosowanej metody zgrzewania najpierw następuje docisk, a potem rozgrzewanie, albo odwrotnie, najpierw rozgrzewanie, a potem docisk.
Spoina powstaje, gdy opór elektryczny wytwarza ciepło, które jest generowane w miejscu połączenia, tak jak w przypadku zgrzewania punktowego, liniowego i garbowego. W zgrzewaniu oporowym spoina jest wykonywana w krótkim czasie przy użyciu niskiego napięcia, wysokiego natężenia prądu i siły przykładanej do złącza przez dwie elektrody. Wytrzymałość spoiny zależy od liczby punktów i wielkości zgrzewów. Zgrzewanie ciągłe jest procesem ciągłym, w którym prąd elektryczny jest podawany kolejno w sposób pulsacyjny, tworząc serię nakładających się na siebie i ciągłych zgrzewów.
Numeracja metod:
2 - Zgrzewanie rezystancyjne
21 - Zgrzewanie punktowe
211- Zgrzewanie punktowe pośrednie
212 - Zgrzewanie punktowe bezpośrednie
22 - Zgrzewanie liniowe
221 - Zgrzewanie liniowe na zakładkę
222 - Zgrzewanie liniowe zgniotowe
225 - Zgrzewanie liniowo- doczołowe z folią
226 - Zgrzewanie liniowo- doczołowe z taśmą
23 - Zgrzewanie garbowe
231 - Zgrzewanie garbowe pośrednie
232 - Zgrzewanie garbowe bezpośrednie
Spawanie wiązką elektronów (metoda 51)
Ciepło jest wytwarzane przez wiązkę elektronów o dużej gęstości, która jest bombardowana na przedmiot obrabiany w próżni. Intensywne ciepło powoduje powstanie otworu w spoinie.
Spawanie na zimno
Łączenie powierzchni bez udziału ciepła, polegające jedynie na dociśnięciu obu powierzchni, co powoduje odkształcenie spoiny i połączenie, jak w przypadku zgrzewania doczołowego na zimno.
Zgrzewanie tarciowe (metoda 42)
Obrabiane elementy są łączone, gdy jeden z nich jest poddawany obciążeniu, a drugi szybko się obraca i wytwarza ciepło na styku, aż materiał zmieni się w plastyczny.
Zgrzewanie ultradźwiękowe (metoda 41)
Uzyskuje się to przez zaciśnięcie dwóch elementów przeznaczonych do zgrzewania pomiędzy kowadłem a wibrującą elektrodą.
Zgrzewanie wybuchowe (metoda 441)
Dwie płyty zderzone ze sobą pod wpływem siły wybuchu prowadzą do zgrzewania.
Najbardziej powszechne metody spawania
Spawanie łukowe drutem litym w osłonie gazu obojętnego (spawanie MIG) metoda 131
Do spawania metodą MIG wykorzystuje się elektrodę topliwą (drut spawalniczy), który jest w sposób ciągły podawana do uchwytu spawalniczego. Po uruchomieniu uchwytu spawalniczego wytwarza się łuk elektryczny pomiędzy elektrodą a materiałem rodzimym. Ciepło wytwarzane przez łuk zaczyna topić materiał. W przeciwieństwie do niektórych innych metod spawania, niezbędny jest gaz osłonowy, chemicznie obojętny argon lub hel.
Spawanie łukowe drutem litym w osłonie gazu aktywnego (spawanie MAG) metoda 135
Metoda spawania podobna do procesu (MIG), różnica polega na rodzaju podawanego gazu osłonowego, w tym przypadku podaje się gaz aktywny chemicznie, czyli np. CO2. Metodę tę stosuje się do łączenia stali konstrukcyjnych niestopowych, niskostopowych i wysokostopowych.
Spawanie elektrodą wolframową w gazie obojętnym drutem litym (spawanie TIG) metoda 141
Podczas gdy w metodzie MIG/MAG stosuje się elektrodę topliwą, w metodzie TIG jest dokładnie na odwrót. Mamy elektrodę nietopliwą. Elektrodą stosowaną w spawaniu TIG jest zazwyczaj wolfram, który nie topi się podczas procesu spawania. Łuk elektryczny tworzy się pomiędzy elektrodą wolframową, a materiałem rodzimym, co powoduje topnienie samego materiału jak również dokładanego spoiwa. Podobnie jak w przypadku spawania MIG, spawanie TIG wymaga zewnętrznego źródła gazu osłonowego. W przypadku tej metody jest to zazwyczaj argon.
Spawanie łukowe ręczne elektrodą otuloną (spawanie MMA) metoda 111
Jedna z najstarszych i najbardziej uniwersalnych metod spawania. Łuk elektryczny wytwarzany jest między metalową elektrodą, przenoszącą wysoki prąd, a przedmiotem obrabianym, który ma być łączony. Ciepło łuku topi metal macierzysty i elektrodę, które mieszają się ze sobą, tworząc po schłodzeniu ciągłą masę stałą. Część elementów elektrody jest utleniana, pomagając tym samym stworzyć atmosferę, w której uderza łuk. Stopiona powłoka elektrody o niskiej gęstości pokrywa stop tworząc żużel, który chroni spawany metal podczas samego spawania jak i po stygnięciu już spoiny.
Spawanie łukiem plazmowym (spawanie PAW) metoda 15
Jeśli zależy Ci na precyzji i wytrzymałości, ta forma spawania jest doskonała, ale zazwyczaj nie jest to spawanie dla majsterkowiczów. Spawanie łukiem plazmowym jest powszechne w specjalnych warunkach, takich jak produkcja samolotów. Podczas tego procesu prąd elektryczny przeciska się przez bardzo małą dyszę, wytwarzając strumień plazmy o dużej prędkości i wysokiej temperaturze. Strumień ten tworzy się pomiędzy elektrodą wolframową a materiałem podstawowym za pomocą jonizujących gazów znajdujących się wewnątrz łuku.
Spawanie wiązką laserową (spawanie LBW) metoda 52
Jest to jedna z najnowszych metod spawania. Promień lasera zapewnia skoncentrowane źródło ciepła, które precyzyjnie skupia się na krawędziach łączonych elementów, które mają być ze sobą połączone. Proces ten często stosowany jest z wykorzystaniem automatyzacji np. w przemyśle motoryzacyjnym.
Po zaznajomieniu się z różnymi rodzajami spawania możesz zdecydować, która metoda jest dla Ciebie odpowiednia. Niezależnie od tego, jaką wybierzesz, kluczową sprawą jest posiadanie odpowiedniego sprzętu, który zapewni Ci bezpieczeństwo i wydajność podczas całego procesu.
Oferta - Spawarka ENERGOmatic 208, przyłbice tkM i nie tylko
Zachęcamy do zapoznania się ofertą thyssenkrupp Materials Poland z kategorii spawalnictwo, gdzie można znaleźć nie tylko naszą najnowszą spawarkę - migomat ENEGROmatic 208 4w1 ale również przyłbice spawalnicze tkM w dwóch modelach oraz wiele więcej niezbędnych produktów do spawania.
Wszystkie artykuły można zamówić u naszych handlowców oraz na Allegro, gdzie oprócz produktów przeznaczonych dla spawalnictwa posiadamy w ofercie również stal oraz tworzywa sztuczne.
Więcej szczegółów na temat spawarki oraz przyłbic w ulotkach informacyjnych.