Podział metod spawania stali zależy od:

  • spawania z lub bez dodatku spawalniczego,
  • rodzaju nośnika energii,
  • materiału podłoża,
  • sposobu wykonania,
  • celu spajania,
  • przebiegu spajania.

Spawanie łukowe ręczne:

Jeśli ciepło wytwarzane jest w łuku elektrycznym powstałym pomiędzy elektrodą a łączonymi częściami, to mamy do czynienia ze spawaniem łukowym. Łuk taki jest wyładowaniem elektrycznym w gazie.

Zwykle podczas spawania łączone metale tworzą anodę i połączone są dodatnim biegunem zasilania. Katodą źródłem elektronów, jest elektroda spawarki. Energia łuku jest generowana przepływem strumienia elektronów o dużej gęstości pomiędzy katodą a anodą, a temperatura gazu w łuku może osiągnąć nawet 20000 °C, choć zwykle wynosi 5000 – 6000 °C. Uchwyt elektrody podczas ręcznego spawania łukowego jest połączony z ujemnym biegunem agregatu spawalniczego, a materiał spawany z biegunem dodatnim. Do zasilania może służyć zarówno prąd stały jak i zmienny.

Typową elektrodę stanowi rdzeń zbudowany z drutu do spawania, pokrytego warstwą topnika. Jej długość zwykle waha się od 35 do 45 cm. Po włączeniu agregatu spawalniczego należy elektrodę ze spawanym elementem, wskutek czego w obwodzie zacznie płynąć prąd elektryczny o dużym natężeniu. Następnie delikatnie oddzielamy od siebie elektrody i w efekcie pomiędzy nimi pojawi się łuk elektryczny, który roztopi zarówno metal łączonych elementów, jak i końcówkę elektrody. Cząsteczki topnika i spoiwa metalowego wędrują w łuku, osiadając na sprawnych elementach.

Sprzęt służący do ręcznego spawania łukowego łatwo można przenosić i jest stosunkowo niedrogi, ale elektroda szybko się zużywa i często podczas spawania konieczna jest jej wymiana.
Wykorzystywane elektrody:

1. Topliwe:
– Wolframowe, węglowe.
– Otulone, nieotulone (gołe).
– Cienko otulone, średniootulone, grubo otulone.
– Kwaśne, zasadowe, rutulowe.

  • Ciągliwe (drut obwijany z bebna, nieskończona długość), krótkie.
  • Specjalne – utleniające, do napawania, do żłobienia.

2. Nietopliwe.

Spawanie pod topikiem:

Spawanie łukiem krytym (pod topnikiem) jest kolejną metodą w której używana jest ciągła elektroda metalowa. Głowice spawalnicze są wtedy mocowane w specjalnej karetce. Znajdujący się przed elektrodą podajnik umieszcza warstwę topnika na spawanych powierzchniach. Łuk elektryczny jest zapalany pod sypką warstwą ochronną. Daje ono spoinę wysokiej jakości i jest wykorzystywane w produkcji wielkoseryjnej.

Zalety:

  • Wysoka jakość spoiny.
  • Bardzo duża wydajność.
  • Oszczędność topinka.
  • Brak naświetleń hali.

Wady:

  • Możliwość spawania tylko w pozycji podolnej.

Spawanie łukiem swobodnym (otwartym):

Przy spawaniu łukiem swobodnym (otwartym) stosuje się elektrodę, a nośnikiem energii jest elektryczność. Dostarcza ona niezbędnego ciepła w łuku elektrycznym tworzącym się między elektrodą a częścią roboczą. Elektroda może topić się stopniowo i służy jako dodatek spawalniczy, może jednak pozostawać stale nie zużyta i służyć wtedy za anodę.

W powszechnie spotykanym spawaniu łukowym ręcznym stosuje się elektrodę otuloną. Otulina również topi się tak jak elektroda, wpływa na proces spawania, jak i na tworzące się jeziorko spawalnicze, tym samym na jakość spoiny. Rdzeń elektrody zazwyczaj jest z tego samego materiału co łączone części robocze. Otulina pozostaje na spoinie jako zastygły żużel po spawaniu i trzeba ją odbić (usunąć). Przy użyciu tej metody można wykonywać spoiny o dużej grubości, choć wtedy czasochłonne jest zmienianie elektrod, jak również oczyszczanie spoiny po spawaniu. Stosując elektrody, można spawać we wszelkich pozycjach spawania, na przykład nad głową (spoiny sufitowe).

Spawanie łukiem krytym:

Spawanie łukiem krytym nie jest metodą ręczną, lecz w pełni zautomatyzowaną. Łuk elektryczny pali się „ukryty” pod proszkiem, który pełni funkcję otuliny elektrody, chroniąc jeziorko spawalnicze przed dostępem powietrza i wprowadzając dodatki spawalnicze. Elektrodę drutową i proszek podaje się automatycznie, nadmiar proszku odsysa się. Wózek jezdny przesuwa się stale automatycznie. Przemieszcza on agregat spawalniczy z prędkością do 900 [mm] spoiny na minutę.

Spoinę trzeba i tutaj po spawaniu oczyszczać młotkiem i szczotką drucianą. Spawanie może odbywać się tylko wtedy, gdy proszek stale otacza miejsce spawania. Poza poziomą pozycją, inne są również możliwe, jeżeli proszek jest utrzymywany przez odpowiednie urządzenia. Niekiedy takie urządzenia mogą być bardzo kosztowne.

Spawanie łukowe w osłonie gazowej:

Dla uniknięcia wady poprzednio opisanych metod, mianowicie usuwania żużla, zastąpiono przy spawaniu w osłonie gazowej proszek i otulinę przez gaz.

Gaz chroni spoinę przed dostępem otaczającego powietrza i wchodzi w połączenie ze stopiwem. W dalszym ciągu zachowuje swoją rolę, jak przy spawaniu pod topnikiem, elektroda drutowa, odpada również zmiana mocowania. Jedynym utrudnieniem mogą być zbyt silne wiatry, porywające gaz osłonowy znad stopiwa i odsłaniające je.

Rozróżniamy:

  • Metoda MIG – 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 – jest to spawanie łukowe w osłonie gazu aktywnego chemicznie (CO2, CO2 + gaz obojętny).
  • Metoda TIG – 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.

Spawanie elektrodą topliwą w gazie aktywnym (MAG):

Spawanie metodą MAG jest szeroko rozpowszechnione dzięki opisanym właściwościom i możliwości zintegrowania całego agregatu w swego rodzaju pistolecie.

Spawanie w gazie obojętnym: elektrodą topliwą (MIG) i elektrodą wolframową (WIG):

Te metody spawania są stosowane głównie do materiałów odpornych na korozję, jak na przykład metali nieżelaznych i ich stopów (aluminium i miedź).

Przy spawaniu metodą MIG cechą odróżniającą jest rodzaj gazu: zamiast gazu zawierającego węgiel i utleniającego, jakim jest CO2, stosuje się gaz obojętny, nie reagujący chemicznie, na przykład argon lub hel. Drut dostarcza się – jak przy spawaniu MAG – ze szpuli.

W metodzie WIG występuje nieprzepalająca się, nietopliwa elektroda wolframowa. Dodatek spawalniczy musi być więc oddzielnie doprowadzany. Metoda ta jest stosowana przy budowie zbiorników i rurociągów, gdzie jest potrzebna wysoka jakość spoiny.

Podstawowymi parametrami spawania MIG/MAG są:

  • rodzaj i natężenie prądu(prędkość podawania drutu),
  • napięcie łuku,
  • prędkość spawania,
  • rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego,
  • średnica drutu elektrodowego,
  • długość wolnego wylotu elektrody,
  • prędkość podawania drutu elektrodowego,
  • pochylenie złącza lub elektrody

Spawanie w gazach:

Spawanie w osłonie gazów obojętnych jest znacznie wygodniejsze niż spawanie łukowe.

Zamiast krótkiej elektrody druciano – topnikowej wykorzystuje się elektrodę wykonaną z samego tylko drutu, który jest podawany w sposób ciągły ze szpuli. Drut przechodzi przez uchwyt skonstruowany w ten sposób, że dookoła niego jest nadmuchiwany obojętny gaz z butli. Gaz ten ma chronić spoinę przed utlenianiem się w atmosferze. Drut, połączony z dodatnim biegunem agregatu, jest tutaj anodą, dlatego podczas wyładowania większość energii jest przenoszona właśnie na drut, powodując jego gwałtowne topnienie i przenoszenie metalu w obszar powstającej spoiny. Mechanizm tego procesu zależy od natężenia prądu w łuku.

Jako gazów osłonowych używa się zarówno gazów szlachetnych (argon, hel oraz mieszanina argonu i helu) jak i dwutlenku węgla.

Używając gazów szlachetnych otrzymujemy lepsze i czystsze wykończenie spawanej powierzchni, są one jednak drogie. Dobre wykończenie można także uzyskać bez stosowani kosztownych mieszanek gazowych, zastępując prostą elektrodę w formie drutu elektrodą w postaci metalowej rurki wypełnionej odpowiednim topnikiem. W zależności od jego składu elektrody takie mogą być stosowane z dwutlenkiem węgla lub bez żądnego gazu ochronnego.

Elektrody wypełnione topnikiem pozwalają na uzyskanie większego tempa osadzania się spoiny przy mniejszym wydatku cieplnym, a co tym idzie przy mniejszym ryzyku odkształcenia spawanych części. Inną zaletą wynikającą ze stosowania takich elektrod jest możliwość pracy w miejscach odsłoniętych bez użycia osłony gazowej.

Spawanie atomowe:

Spawanie atomowe jest zwane wodorowym, gdyż odbywa się w atmosferze wodoru. Nośnikiem ciepła jest wodór atomowy. Łuk jarzy się między dwiema elektrodami wolframowymi.

H2=H+H+Q
H+H-Q=H2

Tą metodą nie spawamy miedzi nawet odtlenionej. Nie spawamy metali z tlenem

Spawanie plazmowe:

Plazma – silnie zjonizowany gaz.
Gaz zjonizowany – gaz z którego zdmuchnięto część powłoki elektronowej.

Temperatura plazmy jest od kilku do kilkudziesięciu stopni Celsjusza. Do cięcia używa się plazmy 20000 °C, do mikro używa się plazmy 5 – 10000 °C. Plazmę uzyskuje się z argonu lub azotu.

Spawanie elektronowe:

Wykorzystywane jest w przemyśle lotniczym ze względu na wysoką jakość spoin odbywa się w próżni bez dodawania spoiwa nośnikiem energii jest wiązka elektronów. Spoina ma charakter nożowy z minimalną strefą wpływu ciepła.

W materiałach uderzają elektrony wpływają do środka i są hamowane topi się oddają energię i rozrywają powierzchnię (proces cykliczny).

Charakterystyka procesu:

  • Urządzenia specjalistyczne bądź specjalne służące np. do wymiany łopatek turbin.
  • Metoda zautomatyzowana.

Spawanie laserowe:

Specjalne spawy można wykonywać za pomocą lasera rubinowego. Laser taki wysyła impulsy czerwonego światła.

Moc szczytowa w impulsie może wynosić nawet dziesiątki megawatów, impulsy są jednak niezmiernie krótkie. Lasery tego typu wykorzystuje się do precyzyjnego spawania miniaturowych elementów. W takich wypadkach całkowita moc urządzenia jest niewielka.

Laser umożliwia także spawanie elementów znajdujących się wewnątrz aparatury próżniowej, promień przechodzi wówczas przez szklaną ściankę komory. Spawanie takie jest stosunkowo proste, gdy laser emituje światło widzialne. W takich zastosowaniach laser rubinowy został prawie całkowicie zastąpiony przez mniejszy i sprawniejszy, bazujący na materiale o nazwie NdYAG (skrót od: neodym, itr, aluminium, granat).

 Spawanie elektrożużlowe:

Polega na tworzeniu złącza w jednym przejściu w pozycji pionowej przez stapianie materiału dodatkowego i brzegów przedmiotów spawanych ciepłem kąpieli żużlowej nagrzewanej oporowo.

Proces rozpoczyna się jak spawanie łukiem krytym przez zajarzenie łuku elektrycznego pod warstwą topnika miedzy elektrodą metalową a płytką dobiegową. Nagrzewana oporowo kąpiel żużlowa osiąga temperaturę 1800 – 2000 °C.
Proces topienia materiału rodzimego oraz drutu elektrodowego odbywa się kosztem ciepła wydzielającego się z wanny żużlowej. Przy spawaniu elektrożużlowym proces topienia elektrody odbywa się na powierzchni czołowej i na powierzchniach bocznych.

Skład chemiczny spoiny zależy od składu chemicznego drutu elektrodowego, materiału spawanego i charakteru reakcji metalurgicznych.

Zaletą procesu spawania elektrożużlowego jest:

  • duża wydajność,
  • duża ekonomiczność,
  • zużywa się ok. 15 – 20 [%] energii mniej niż przy spawaniu łukowym pod topnikiem przy tej samej masie stopionego metalu,
  • mała wrażliwość na przygotowanie krawędzi,
  • niski koszt materiałów spawalniczych,
  • bardzo duża czystość spoin i brak wad w postaci zażużlenia,
  • możliwość spawania bez podgrzewania (nawet materiałów trudnospawalnych)

Podstawową wadą spawania elektrożużlowego jest niska plastyczność złącza.

O autorze

Komentarze

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *