Metody spawania

 Charakterystyka procesu spawania i rodzaje spawania

 Spajanie jest to metoda łączenia materiałów, w wyniku której uzyskuje się połączenie o fizycznej ciągłości materiałowej.

 Pojęcie spajania obejmuje spawanie, napawanie, 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 zależności od źródła ciepła rozróżnia się: 

 -spawanie elektryczne:

 -łukowe (1):elektrodą topliwą:

 -elektrodą otuloną: MMA (111)

 -elektrodą litą (pełną): MAG (135), MIG (131)

 -elektrodą proszkową: bez gazu (114), w osłonie gazu aktywnego (136), w osłonie gazu obojętnego (137)

 -łukiem krytym (121)

 -elektrodą nietopliwą: TIG (141)

 -elektronowe (51)

 -plazmowe (15)

 -atomowe

 -elektrożu żlowe (72) 

 -gazowe (311)

 -termitowe (71)

 -laserowe

 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.



 Spawanie elektronowe, właściwie spawanie wiązką elektronową - rodzaj techniki spawania metali, który polega na nagrzewaniu miejsca

 łączenia przy pomocy wiązki elektronowej. Do spawania tą techniką służy spawarka elektronowa, w której źródłem elektronów jest działo

 elektronowe. Elektrony są przyspieszane napięciem rzędu dziesiątków kV. Charakterystycznymi cechami spawania elektronowego jest to,

 że spawanie odbywa się najczęściej w środowisku próżni rzędu 10-5 Tr a także to, że spoina tworzy się przez stopienie brzegów

 łączonych detali. Spawanie elektronowe odznacza się szeregiem korzystnych właściwości. Technika ta pozwala łączyć metale (np. wolfram-

 miedź, niob-miedż), których nie daje się łączyc innymi technikami spawalniczymi.



 Spawanie laserowe – rodzaj techniki spawania polegającego na stapianiu obszaru styku wiązką promieni laserowych. 

 Spawanie takie prowadzone jest w osłonie gazu obojętnego i zapewnia dużą wytrzymałość spoin. Powszechnie stosowane jest

 w produkcji wielkoseryjnej, np. w przemyśle motoryzacyjnym.

 Spawanie laserowe wykorzystuje wiązkę o dużej gęstości energii (około 1 MW/cm2). Efektem spawania laserowego jest mała szerokość

 strefy wpływu ciepła i niskie oddziaływania temperatury na konstrukcję, szybkie odprowadzanie ciepła i stygnięcie spoiny.

 Możliwa do uzyskania szerokość uzyskiwanych spoin to 0.2mm do 13mm, praktycznie wykorzystywane są głównie spoiny o małych

 szerokościach. Głębokość penetracji materiału przez wiązkę laserową jest proporcjonalna do energii zasilania, ale zależy również od

 lokalizacji punktu skupienia wiązki. Maksymalizacje przenikania wiązki uzyskuje się, gdy punkt skupienia znajduje się nieco poniżej

 powierzchni łączonych materiałów. Spawanie laserowe stosowane jest do spawania stali stopowych, wysokowytrzymałych stali

 niskostopowych (HSLA), stali węglowych, aluminium i tytanu.


 Spawanie plazmowe - metoda spawania z wykorzystaniem ogniskowania łuku elektrycznego. Metoda spawania plazmowego (PAW — Plasma

 Arc Welding) jest bardzo podobna do metody TIG. W zasadzie stanowi jej rozszerzenie, mające na celu zwiększenie wydajności procesu.

 W procesie spawania plazmowego są wykorzystywane dwa osobne strumienie gazu: gaz plazmowy, który przepływa otaczając elektrodę

 wolframową i który tworzy słup łuku plazmowego, oraz gaz osłonowy, który chroni jeziorko ciekłego metalu.

 Do wytworzenia plazmy czyli zjonizowanego gazu wymagane jest nagrzanie go do dostatecznie wysokiej temperatury. 

 Podobnie jak podczas spawania metodą TIG, łuk przy spawaniu plazmowym powstaje pomiędzy nietopliwą elektrodą wolframową

 a materiałem podstawowym. Temperatury występujące w łuku w metodzie TIG są rzędu 6000 oC, a kolumna łuku ma kształt stożka.

 Natomiast przy spawaniu plazmowym łuk jest ogniskowany dzięki specjalnie zaprojektowanej dyszy chłodzonej wodą. 

 Zaletą takiego rozwiązania poza zawężeniem łuku jest wzrost jego temperatury do około 20000 oC. Gaz ten wypływając z dyszy jako

 zjonizowany strumień o wysokiej temperaturze niesie olbrzymią energię, która jest niezbędna do spawania “z oczkiem”.

 Taka technika spawania pozwala w jednym przejściu wykonać spoinę w materiale o grubości od 3 do 15 mm, z bardzo korzystnym

 zarysem wtopienia i minimalnym odkształceniu po spawaniu. Umożliwia także uzyskiwanie prędkości spawania o 40 - 80% wyższe niż

 przy metodzie TIG. Spawanie plazmowe znalazło zastosowanie m.in. przy spawaniu rur. Ale większe rozpowszechnienie zyskała odmiana

 niskoprądowa jako spawanie mikroplazmowe, szczególnie korzystne przy łączeniu bardzo cienkich blach o grubościach od 0,1 mm.

 Gazy stosowane podczas spawania plazmowego spełniają trzy różne zadania:

 gaz plazmotwórczy – medium do tworzenia plazmy pomiędzy elektrodą a materiałem spawanym, argon lub argon z wodorem dla stali

 chromowo-niklowych lub argon z helem przy spawaniu metali nieżelaznych (np. aluminium i jego stopów, tytanu i materiałów z miedzi).

 gaz osłonowy – do ochrony spoiny i strefy wpływu ciepła. Najczęściej stosuje się ten sam gaz plazmotwórczy i osłonowy.

 gazy formujące – przeznaczone do ochrony grani spoiny oraz strefy bezpośrednio do niej przyległej a dostarczane do tych miejsc

 przy pomocy specjalnych przyrządów.

 Do spawania plazmowego jako gaz formujący zwykle stosuje się argon i mieszaninę argonu z wodorem.

 Stosowane są trzy odmiany metody PAW:

 Spawanie mikroplazmowe (natężenie prądu spawania mieści się w przedziale od 0,1 A do 20 A).

 Spawanie plazmowe (natężenie prądu spawania mieści się w przedziale od 20 A do 100 A).

  Spawanie plazmowe z tzw. „oczkiem” (natężenie prądu spawania przekracza 100 A), w którym łuk plazmowy przenika przez całą grubość

 spawanego materiału.

 Metoda ta jest szeroko stosowana, gdy trzeba uzyskać złącza wysokiej jakości, w przemyśle lotniczym (także w konstrukcjach

 kosmicznych), przetwórczym, chemicznym i petrochemicznym.