SPAWANIE – INFORMACJE OGÓLNE.
CZYM JEST SPAWANIE?
Spawanie oznacza łączenie lub stapianie materiałów poprzez zastosowanie wysokiej temperatury oraz/lub docisku w taki sposób, że złączone elementy tworzą jedną całość. Źródłem ciepła podczas pracy jest zazwyczaj łuk elektryczny wytwarzany przez prąd urządzenia spawalniczego. Spawanie oparte o łuk elektryczny jest nazywane spawaniem łukowym. Ciepło wytwarzane przez łuk elektryczny pozwala stopić ze sobą spawane elementy. Metoda ta może być wykorzystana np. w spawaniu TIG (dowiedz się więcej na kursie spawania TIG).
SPOIWO W PROCESIE SPAWANIA.
Zazwyczaj metal spoiwa jest wytapiany do wnętrza spoiny przy użyciu podajnika, przemieszczającego drut spawalniczy przez uchwyt spawalniczy (spawanie metodą MIG/MAG) lub ręcznej elektrody spawalniczej. Metal spoiwa w tym przypadku musi posiadać w przybliżeniu taką samą temperaturę topnienia jak materiał spawany (dowiesz się więcej na prowadzonym przez nas kursie spawania MIG 131)
Przed rozpoczęciem spawania, krawędzie spawanych materiałów powinny tworzyć rowek spawalniczy, np. typu „V”. W miarę postępu pracy, łuk powoduje stopienie się ze sobą brzegów rowka oraz spoiwa, tworząc jeziorko spawalnicze.
Aby spoina była trwała, jeziorko spawalnicze musi być chronione przez utlenieniem oraz wpływem powietrza, poprzez zastosowanie gazów ochronnych lub żużla. Gaz ochronny jest podawany do jeziorka spawalniczego za pomocą uchwytu spawalniczego. Elektroda spawalnicza jest również otulona materiałem, który wytwarza gaz ochronny lub żużel nad jeziorkiem ciekłego metalu.
Najpowszechniej spawanymi materiałami są metale takie jak aluminium lub różnego rodzaju stale. Również tworzywa sztuczne mogą być spawane. Podczas pracy z nimi, źródłem ciepła jest gorące powietrze lub rezystor elektryczny.
W jaki sposób wytwarzany jest łuk elektryczny ?
Łuk elektryczny, potrzebny do spawania, jest impulsem elektrycznym, wytwarzanym pomiędzy elektrodą spawalniczą a spawanym materiałem. Łuk powstaje w momencie, gdy pomiędzy metalem przeznaczonym do spawania metalu zostaje wygenerowane odpowiednio wysokie napięcie (zapłon bezdotykowy) lub poprzez uderzenie elektrodą w materiał spawany (zapłon stykowy).
Napięcie ulega rozładowaniu na kształt błyskawicy powodując przepływ ładunku elektrycznego przez szczelinę powietrzną i dzięki temu zostaje wytworzony łuk o temperaturze kilku tysięcy stopni Celsjusza, maksymalnie nawet 10000°C (18000°F). Prąd pochodzący ze źródła jest w nieprzerwany sposób dostarczany do elementu spawanego poprzez elektrodę spawalniczą, i dlatego spawany materiał przed rozpoczęciem pracy musi być podłączony do kabla masy.
Podczas spawania metodą TIG stosowana jest nietopliwa elektroda wolframowa, a spoiwo jest ręcznie dostarczane do spoiny. W metodzie MIG/MAG elektroda ma postać ciągłego drutu, który ulega stopieniu i staje się spoiwem.
Aby uzyskać gładką i wytrzymałą spoinę, łuk spawalniczy musi być stabilny. Dlatego ważne jest, aby napięcie oraz prędkość podawania drutu były dostosowane do rodzaju spawanego materiału oraz jego grubości.
Stosowana przez spawacza technika pracy również wpływa na stabilność łuku, a w konsekwencji, na jakość spoiny. Dlatego istotna jest odległość elektrody spawalniczej od rowka oraz stała prędkość pracy uchwytu spawalniczego. Przy ocenie kwalifikacji spawacza zwraca sie uwagę na napięcie oraz prędkość podawania drutu.
Nowoczesne spawarki posiadają kilka właściwości ułatwiających pracę spawacza. Jest to przede wszystkim możliwość zapisania w pamięci urządzenia wcześniej używanych nastaw lub użycie zadanych wstępnie krzywych synergicznych, które ułatwiają nastawienie parametrów spawalniczych dla wykonywanego zadania. Więcej na ten temat dowiesz się na naszym kursie spawacza.
Cel zastosowania gazu ochronnego w procesie spawania.
Gaz ochronny często odgrywa istotną rolę w odniesieniu do wydajności oraz jakości spawania. Jak sama nazwa wskazuje, ochrania on krzepnącą spoinę przed utlenieniem, zanieczyszczeniami oraz wilgocią, które mogą osłabić odporność spoiny na korozję, spowodować jej porowatość i osłabić trwałość. Gaz ochronny ma również za zadanie chłodzić uchwyt spawalniczy. Najczęściej stosowanymi składnikami gazów ochronnych są argon, hel, dwutlenek węgla oraz tlen.
Gaz ochronny może być obojętny lub aktywny chemicznie. Gaz obojętny nie wchodzi w reakcję ze stopionym metalem, natomiast gaz aktywny chemicznie bierze udział w procesach spawalniczych stabilizując łuk oraz gwarantując równomierny przepływ spoiwa. Gaz obojętny jest stosowany w metodzie spawalniczej MIG (spawanie elektrodą topliwą w osłonie atmosfery gazu obojętnego), podczas gdy w metodzie MAG wykorzystywany jest gaz aktywny.
Przykładem gazu obojętnego jest argon, który nie wchodzi w reakcję ze stopionym metalem spoiny. Jest to najpowszechniej stosowany gaz ochronny w metodzie TIG. Jednakże dwutlenek węgla oraz tlen, wchodzą one w reakcję ze stopionym metalem spoiny tak jak to czyni mieszanina dwutlenku węgla oraz argonu. Argon (Ar) jest obojętnym gazem osłonowym, który nie wchodzi w reakcję zespawanym elementem. Nie powoduje on utleniania ani nie wpływa na skład chemiczny spoiny. Jest to najpowszechniej stosowany gaz ochronny w metodzie TIG.
Hel (He) jest również obojętnym gazem. Hel oraz mieszanki hel-argon są stosowane w metodach TIG oraz MIG. Stosowanie tego gazu zapewnia lepsze wnikanie boczne oraz większą prędkość spawania w porównaniu do argonu.
Dwutlenek węgla (CO2) oraz tlen (O2) są gazami aktywnymi chemicznie, stosowanymi jako tzw. elementy natleniające, używane do stabilizacji łuku i zwapnienia równomiernego przepływu materiału w metodzie MAG. Proporcje tych składników w gazach osłonowych zależą od rodzaju spawanej stali.
Normy spawalnicze
Proces spawalniczy, podobnie jak budowa i właściwości urządzeń spawalniczych wiążą się z zastosowaniem szeregu standardów oraz norm międzynarodowych. W celu zwiększenia bezpieczeństwa procesów oraz sprzętu i zagwarantowania wysokiej jakości produktów, regulacje te zawierają definicje, instrukcje oraz ograniczenia w zakresie procedur oraz konstrukcji urządzeń spawalniczych. Przykładowo, normą powszechnie stosowaną w odniesieniu do urządzeń do spawania łukowego jest IEC 60974-1, natomiast techniczne warunki dostaw, rodzajów produktu, jego wymiarów, odporności i oznakowania zawiera norma SFS-EN 759. W celu uzyskania dodatkowych informacji na temat norm, należy zapoznać się z treścią przepisów dotyczących przemysłu urządzeń spawalniczych
Bezpieczeństwo podczas spawania
Ze spawaniem wiąża się liczne zagrożenia. Łuk elektryczny emituje skrajnie jaskrawe światło oraz promieniowanie ultrafioletowe, co może uszkodzić wzrok. Odpryski roztopionego metalu oraz iskry mogą poparzyć skórę oraz wywołać zagrożenie pożarowe, a wdychanie oparów powstających podczas spawania jest groźne dla zdrowia. Jednakże poprzez zastosowanie właściwych środków ochronnych, można uniknąć tych zagrożeń. Zagrożenia pożarowego można uniknąć kontrolując wcześniej miejsce pracy i usuwając z otoczenia materiały łatwopalne. Dodatkowo, zawsze należy mieć dostęp do sprzętu gaśniczego. Osoby nieupoważnione nie mogą mieć wstępu do strefy zagrożenia.
Oczy, uszy i skórę należy chronić za pomocą odpowiednich środków ochronnych. Maska spawalnicza wyposażona w przyciemnianą szybkę chroni oczy, włosy i uszy. Skórzane rękawice spawalnicze oraz solidny kombinezon roboczy wykonany z niepalnego materiału chronią przed iskrami i ciepłem. Odpowiednia wentylacja miejsca pracy pozwoli uniknąć wdychania oparów spawalniczych.