Proces technologiczny tworzenia trwałego połączenia jednorodnych materiałów w wyniku tworzenia wiązań atomowych nazywamy spawaniem. W tym przypadku w miejscu styku dochodzi do gęstego połączenia dwóch materiałów w jeden. Pomimo tego, że takie połączenie jest stosowane od dawna, nowoczesne spawanie metali, rodzaje i technologia jego wykonania są stale udoskonalane, co umożliwia łączenie różnych produktów o podwyższonej niezawodności i jakości.
Cechy spawania powierzchniowego
Cały proces spawania metalu przebiega w dwóch etapach. Po pierwsze, powierzchnie materiałów muszą być zbliżone do siebie przez odległość sił spójności międzyatomowej. W temperaturze pokojowej standardowe metale nie mogą się łączyć nawet przy ściskaniu ze znaczną siłą. Powodem tego jest ich twardość fizyczna, dlatego kontakt przy zbliżaniu się do takich materiałów występuje tylko w niektórych punktach, niezależnie od jakości obróbki powierzchni. To właśnie zanieczyszczenie powierzchni ma znaczący wpływ na możliwość adhezji materiałów, ponieważ filmy, tlenki i warstwy atomów zanieczyszczeń są zawsze obecne w warunkach naturalnych.
Dlatego tworzenie kontaktu między krawędziami częścimożna to osiągnąć zarówno w wyniku odkształceń plastycznych, które powstają w wyniku przyłożonego nacisku, jak i w przypadku stopienia materiału.
Na kolejnym etapie spawania metalu następuje dyfuzja elektronów pomiędzy atomami łączonych powierzchni. W związku z tym granica między krawędziami zanika i uzyskuje się albo metaliczne wiązanie atomowe, albo wiązania jonowe i kowalencyjne (w przypadku półprzewodników lub dielektryków).
Klasyfikacja rodzajów spawania
Technologia spawania stale się poprawia i staje się coraz bardziej zróżnicowana. Do chwili obecnej istnieje około 20 rodzajów spawania metali, które są podzielone na trzy grupy:
- Zgrzewanie ciśnieniowe odbywa się poprzez zastosowanie energii mechanicznej, gdy wiązania między kryształami uzyskuje się metodą odkształcenia plastycznego materiału. W efekcie metal zaczyna płynąć, poruszając się wzdłuż linii łączących się części, zabierając ze sobą warstwę zanieczyszczonych zanieczyszczeń. Proces odkształcania i łączenia powierzchni bez podgrzewania nazywamy spawaniem metalu na zimno. W tym przypadku powstają wiązania międzyatomowe, co prowadzi do ciasnego dokowania części.
- Spawanie odbywa się poprzez łączenie produktów bez wywierania nacisku. Źródłami ciepła w takim spawaniu metali są płomień gazowy, łuk elektryczny, energia wiązkowa. Podczas spawania powierzchnie nagrzewają się i topią, tworząc wiązania międzyatomowe między dwoma metalami i elektrodą, łącząc się we wspólne jeziorko spawalnicze. Po schłodzeniu i zestaleniu kompozycji odlew ciągłyszew.
- Spawanie termomechaniczne metalu odbywa się za pomocą ciepła i ciśnienia. Miejsce łączenia materiału jest najpierw podgrzewane, a następnie prasowane. Ogrzewanie części nadaje jej niezbędną plastyczność, a działanie mechaniczne łączy części produktu w monolityczne połączenie.
Spawanie
Ten rodzaj spawania jest szeroko stosowany zarówno w warunkach przemysłowych, jak iw życiu codziennym. Spajanie metali obejmuje:
- Spawanie łukowe. Jest wytwarzany przez wytworzenie łuku elektrycznego o wysokiej temperaturze między metalem a elektrodą.
- W spajaniu plazmowym źródłem ciepła jest zjonizowany gaz, który przechodzi z dużą prędkością przez łuk elektryczny.
- Spawanie żużlowe odbywa się poprzez ogrzewanie stopionego topnika (żużla) prądem elektrycznym.
- Sklejanie laserowe odbywa się poprzez obróbkę powierzchni metalu wiązką lasera.
- W spawaniu wiązką elektronów złącze jest ogrzewane energią kinetyczną poruszających się elektronów w próżni pod wpływem pola elektrycznego.
- Spawanie gazowe metali polega na podgrzaniu miejsca połączenia strumieniem ognia, który powstaje podczas spalania tlenu i gazu.
Złącze do spawania łukowego
Spawanie łukowe polega na użyciu źródła prądu o dużej wartości nominalnej, podczas gdy urządzenie ma małe napięcie. Transformator jest podłączony jednocześnie do metaluobrabiany przedmiot i elektroda spawalnicza.
W wyniku spawania metalu elektrodą powstaje łuk elektryczny, dzięki któremu krawędzie łączonych elementów topią się. W strefie działania łuku powstaje temperatura około pięciu tysięcy stopni. Takie ogrzewanie wystarczy, aby stopić dowolny metal.
Podczas topienia metalu łączonych części i elektrody powstaje jeziorko spawalnicze, w którym zachodzą wszystkie procesy adhezji. Żużel unosi się na powierzchnię stopionej kompozycji i tworzy specjalną warstwę ochronną. W procesie spawania łukowego metalu stosowane są dwa rodzaje elektrod:
- nietopliwe;
- topienie.
W przypadku używania elektrody nietopliwej konieczne jest wprowadzenie specjalnego drutu w obszar łuku elektrycznego. Elektrody topliwe spawają się niezależnie. Do składu takich elektrod dodawane są specjalne dodatki, które nie pozwalają na wygaszenie łuku i zwiększają jego stabilność. Mogą to być pierwiastki o wysokim stopniu jonizacji (potas, sód).
Metody łączenia łuku
Spawanie łukowe odbywa się na trzy sposoby:
- Metoda ręczna. W tym przypadku wszystkie etapy łączenia są wykonywane ręcznie, przy użyciu prostego spawania łukiem elektrycznym.
- Bardziej wydajne jest półautomatyczne spawanie metali. Dzięki tej metodzie spoina wykonywana jest ręcznie, a drut podawany jest automatycznie.
- Automatyczne spawanie jest nadzorowaneoperatora, a całą pracę wykonuje spawarka.
Technologia spawania gazowego
Ten rodzaj spawania umożliwia łączenie różnych konstrukcji metalowych nie tylko w przedsiębiorstwach przemysłowych, ale także w domu. Technologia spawania metali nie jest bardzo skomplikowana, mieszanka gazów podczas spalania topi powierzchnie krawędzi, które są wypełnione drutem. Podczas chłodzenia szew krystalizuje i tworzy mocne i niezawodne połączenie materiałów.
Spawanie gazowe ma wiele pozytywnych aspektów:
- Możliwość łączenia różnych części w trybie offline. Co więcej, praca ta nie wymaga potężnego źródła energii.
- Prosty i niezawodny sprzęt do spawania gazowego jest łatwy w transporcie.
- Możliwość przeprowadzenia regulowanego procesu spawania, ponieważ łatwo jest ręcznie zmienić kąt ognia i prędkość nagrzewania powierzchni.
Ale są też wady korzystania z takiego sprzętu:
- Ogrzewany obszar ma dużą powierzchnię, co negatywnie wpływa na sąsiednie elementy części.
- Brak możliwości automatyzacji procesu spawania.
- Konieczność ścisłego przestrzegania środków bezpieczeństwa. Praca z mieszaniną gazów wiąże się z wysokim stopniem zagrożenia wybuchem.
- Grubość metalu dla połączenia wysokiej jakości nie powinna przekraczać 5 mm.
Żużelspawanie
Ten typ połączenia jest uważany za całkowicie nowy sposób uzyskania spoiny. Powierzchnie spawanych części pokryte są żużlem, który jest nagrzewany do temperatury przekraczającej topnienie drutu i metalu nieszlachetnego.
Na początkowym etapie spawanie jest podobne do spawania łukiem krytym. Następnie, po utworzeniu jeziorka spawalniczego z płynnego żużla, łuk przestaje się palić. Dalsze topienie krawędzi części odbywa się z powodu ciepła uwalnianego podczas przepływu prądu. Cechą tego typu spawania metali jest wysoka wydajność procesu i jakość spoiny.
Zgrzewanie ciśnieniowe
Łączenie powierzchni metalowych przez odkształcenie mechaniczne jest najczęściej wykonywane w produkcji przemysłowej, ponieważ technologia ta wymaga drogiego sprzętu.
Do zgrzewania ciśnieniowego obejmują:
- Ultradźwiękowe dokowanie części metalowych. Wykonywane przez wibracje o częstotliwości ultradźwiękowej.
- Spawanie na zimno. Odbywa się na zasadzie połączenia międzyatomowego dwóch części poprzez wytworzenie dużego ciśnienia.
- Metoda kuźni. Znany od czasów starożytnych. Materiał jest podgrzewany w piecu, a następnie spawany metodą kucia mechanicznego lub ręcznego.
- Spawanie gazowe. Bardzo podobny do metody kowalskiej, do ogrzewania używany jest tylko sprzęt gazowy.
- Skontaktować się z przyłączem elektrycznym. Jest uważany za jeden z najpopularniejszych typów. Przy takim spawaniu nagrzewanie metalu odbywa się poprzez przepuszczenie przez niego prądu elektrycznego.
- W spawaniu dyfuzyjnym siła nacisku na metal jest niewielka, ale wymagana jest wysoka temperatura nagrzewania złącza.
Spawanie punktowe
Powierzchnie, które mają być połączone w takim spawaniu, znajdują się między dwiema elektrodami. Pod działaniem prasy elektrody ściskają części, po czym przykładane jest napięcie. Miejsce spawania jest ogrzewane przez przepływ prądu. Średnica miejsca spawania zależy całkowicie od rozmiaru pola kontaktowego elektrody.
W zależności od umiejscowienia elektrod w stosunku do łączonych części, spawanie stykowe może być jednostronne lub dwustronne.
Istnieje wiele rodzajów zgrzewania oporowego, które działają na podobnej zasadzie. Należą do nich: zgrzewanie doczołowe, zgrzewanie liniowe, zgrzewanie kondensatorowe.
Bezpieczeństwo
Praca ze sprzętem spawalniczym wiąże się z wieloma czynnikami zagrażającymi zdrowiu operatora. Wysokie temperatury, środowiska wybuchowe i szkodliwe opary chemiczne wymagają od osoby ścisłego przestrzegania środków bezpieczeństwa:
- Wszystkie urządzenia i urządzenia elektryczne muszą być odpowiednio uziemione i izolowane.
- Konieczna jest praca w suchych kombinezonach i rękawiczkach. Aby chronić skórę twarzy i oczu, koniecznie użyj maseczki z ciemnym szkłem.
- Apteczka i gaśnica muszą znajdować się w miejscu pracy spawacza.
- Pomieszczenie, w którym wykonywane są prace spawalnicze, musi być dobrze wentylowane.
- Nie wolno wykonywać prac w pobliżu łatwopalnych przedmiotów.
- Nie zostawiaj butli z gazem bez nadzoru.
Istnieje wiele rodzajów spawania metali, z których spawacz decyduje się wybrać w oparciu o dostępność sprzętu i możliwość osiągnięcia pożądanego rezultatu pracy. Spawacz musi znać urządzenie i zasady pracy na niektórych urządzeniach.
