SVAŘOVÁNÍ TAVNÉ. Výroba polotovarů

Transkript

1 Poznámka: tyto materiály slouží pouze pro opakování STT žáků SPŠ Na Třebešíně, Praha 10;s platností do r v návaznosti na platnost norem. Zákaz šířění a modifikace těchto materálů. Děkuji Ing. D. Kavková Výroba polotovarů SVAŘOVÁNÍ TAVNÉ

2 Způsoby svařování plamenem elektrickým obloukem vibrační navařování elektronovým paprskem laserem plazmou

3 Svařování plamenem použití - nelegované oceli - plechy malých tlouštěk (do 4 mm) - svařování trubek - optimální pro svařování na montážích - instalatérské práce - topenářské práce

4 Zdroj tepla plamen - vzniká spalováním směsi hořlavého plynu a kyslíku nevhodné pro svařování tlustého plechu

5 Svařovací souprava

6 Tlakové láhve ocelové, bezešvé pro hořlavý plyn a kyslík značení barvou kyslík - modrá acetylén - bílá vodík - červená dusík - zelená propan-butan - červená stlačený vzduch - šedá

7 Tlakové láhve ocelový klobouček - ochrana ventilu při přepravě dno opatřené patkou - uskladnění ve svislé poloze lahvový ventil - uzavření láhve při dopravě - doplnění a vyprazdňování

8 Tlakové lahve pro acetylén acetylén - zahřátím nad 100 C - stlačením přes 0,2 MPa bez působení kyslíku exploduje lahve vyplněny porézní hmotou prosáklou acetonem (křemeliny a dřevěné uhlí) velké množství malých pórů zabraní samovznícení

9 Redukční ventily připojení k lahvovému ventilu snižování tlaku plynu z lahve na tlak pracovní obsahový manometr pracovní manometr udržuje pracovní tlak konstantní

10 Redukční ventily 1 vstupní manometr 2 štítek 3 štítek 4 těsnění pod manometr 5 pracovní manometr 6 těsnící vstupní přípojky 7 převlečná matice - vstup 8 šroub 9 ovladač 10 kolečko ventilu

11 Hadice spojují redukční ventil s hořákem pryžové s textilní vložkou, absolutně těsné kyslík - šedé či modré, vnitřní ø 6 mm hořlavý plyn - červené, vnitřní ø 8 mm

12 Hadice min. vzdálenost svařování od lahve 3 m ochrana hadic před - vysokou a velmi nízkou teplotou - otevřeným ohněm a jiskrami - mechanickým poškozením, oleji a mazivy poškozené hadice IHNED vyměnit

13 Druhy svařovacích hořáků nízkotlaký (injektorový) injektor pomáhá nasávat nízkotlaký acetylén vyšším tlakem kyslíku vysokotlaký (směšovací) jednodušší konstrukce, acetylén se mísí s kyslíkem v mísící komoře

14 Svařovací hořáky zabezpečují - smíšení plynů - regulaci výstupní rychlosti - vhodné složení plamene Barvy bílá zapálení plamene - otevřít ventil pro acetylén - nechat unikat trochu plynu - zapálit - otevřít ventil kyslíku - seřídit plamen

15 Svařovací hořáky směšují kyslík s hořlavým plynem regulují - požadovanou výtokovou rychlost směsi - složení plamene montážní hořáky

16 Svařovací rukojeti

17 Injektorová svářecí souprava topenářské a montážní práce

18 Injektorová svářecí souprava svařování barevných kovů plyn propan - butan

19 Flexibilní svařovací hořák použití - svařování potrubních systémů - obtížně přístupná místa ohebná trubka hořáku snadno tvarovatelná pro svařování

20 Montážní svařovací hořák svařování v obtížně přístupných místech, zejména potrubních systémů

21 Injektorová svařovací a řezací souprava svařování kovu do tloušťky 9 mm řezání materiálu do tloušťky 25 mm

22 Navařovací souprava navařování tvrdých, korozivzdorných nebo žáruvzdorných vrstev na strojní součásti

23 Rovnotlaká svařovací souprava jemné svařovací a pájecí práce

24 Příslušenství suchá předloha - zajištění bezpečnosti připojením na redukční ventily bezpečnostní prvky - zpětný ventil (zabraňuje zpětnému proudění plynu) - zhášecí vložka - tepelný a tlakový uzavírací ventil

25 Příslušenství rychlospojka - připojení a odpojení hadice při změně pracovního místa šipka určuje směr průtoku plynu při rozpojení nastane automatické zastavení proudění plynu

26 Příslušenství rychlospojka na hadice - prodloužení hadic rozpojení - automatické zastavení proudění plynu

27 Příslušenství samozatmívací svářečská maska - ochrana proti ultrafialovému a infračervenému záření

28 Příslušenství spořič plynu pro ochranné plyny - úspora při obloukovém svařování metodami WIG, MIG, MAG

29 Plyny - O 2 kyslík Vlastnosti Použití Barva hrdla lahve bez barvy, chuti, zápachu nejedovatý nehořlavý hoření podporuje - s hořlavými plyny tvoří explozivní směs ventily, hořáky, hadice nesmí být znečištěny olejem, tukem Materiál šroubení Tlak plynu v lahvi svařování modrá mosaz 15 MPa řezání min. čistota 98,5%

30 Plyny - C 2 H 2 acetylén Vlastnosti Použití Barva hrdla lahve Materiál šroubení Tlak plynu v lahvi bezbarvý, neviditelný svařování bílá ocel 1,5 MPa štiplavě páchnoucí nejedovatý hořlavý, zářivý plamen, velká výhřevnost, explozivní s O2, vzduchem nelze bezpečně stlačit pod vysokým tlakem řezání

31 Plyny - H 2 vodík Vlastnosti Použití Barva hrdla lahve bez barvy a zápachu nejedovatý lehký se vzduchem a kyslíkem tvoří třaskavou směs hořlavý, s O2 až C zpracován í materiálů plamenem řezání kyslíkem Materiál šroubení Tlak plynu v lahvi červená mosaz 15 MPa

32 Plyny - C 3 H 8 propan, C 4 H 10 butan Vlastnosti těžší než vzduch nejedovaté zápach po sirovodíku se vzduchem a kyslíkem tvoří výbušnou směs hořlavé, s O2 až C obvykle směs obou plynů Použití Barva hrdla lahve svařování (zřídka) řezání - delší zahřívací časy oranžová barevné označení doplněné názvem plynu Materiál šroubení Tlak plynu v lahvi mosaz 15 až 20 MPa

33 Druhy svařovacích plamenů měkký - neutrální poměr O 2 : C 2 H 2 = 1 až 1,1 : 1 střední - oxidační poměr O 2 : C 2 H 2 = 1,2 : 1 ostrý - redukční poměr O 2 : C 2 H 2 = 1 : < 1

34 Měkký - neutrální plamen labilní často šlehá zpět menší výkon při svařování použití - většina svařování - vysoce legované oceli - kovy s nízkým bodem tání

35 Střední - oxidační plamen stabilní dobrá jakost svaru volný kyslík s kovem se slučuje na oxidy - pokles pevnosti a vrubové houževnatosti použití - obvyklé svařování včetně mosazí a některých bronzů

36 Ostrý - redukční plamen víří a nauhličuje lázeň napomáhá rozpouštění plynů přehřívá kov svar tvrdý, křehký, bublinatý použití - svařování lehkých slitin hořčíku - navařování tvrdých kobaltových slitin

37 Přídavné materiály použití - pro výplňové svary - ovlivnění jakosti svaru stejné či podobné chemické složení se svařovaným materiálem rozměry - ø(1,6 až 8) mm - délka 1 m

38 Tavidla použití - zabránění oxidace na povrchu kovů - nanášena na přídavný materiál jako obal - tavidlo výplní trubičky výroba - na bázi chloridů a fluoridů alkalických kovů forma - prášky, pasty, roztoky

39 Příprava materiálu základní materiál zbaven nečistot (barva, rez) svarové plochy upraveny dle tloušťky

40 Směr svařování doprava svařování zleva doprava svar chráněn plamenem kvalitní svar produktivní způsob použití - síla plechu nad 3 mm - trubky od síly stěny 4 mm

41 Směr svařování doleva svařování zprava doleva materiál před svarem předehříván rychlé tuhnutí kovu - není chráněn svary méně kvalitní použití - plechy do tloušťky 3 mm - trubky s tloušťkou stěny do 3,5 mm - litiny, slitiny Al, Mg, Cu

42 Pracovně bezpečnostní předpisy pro láhve a ventily svařovacích souprav acetylénové lahve NESMĚJÍ při odběru plynu ležet vodorovně (používání ve svislé nebo šikmé poloze, jinak by do hadic vnikal aceton) při zpětném šlehu plamene do hadic ihned uzavřít redukční nebo lahvový ventil -> nebezpečí výbuchu

43 Obloukové svařování - historie 1887 Nicolas de Benardos patentoval obloukové svařování uhlíkovou elektrodou - využití velmi malé (uhlík z elektrod přecházel do svarového kovu = sváry tvrdé a křehké) rozvoj - objev svařování obalenou kovovou elektrodou patentoval v roce 1904 Oscar Kjellberg - rozmach v období první světové války

44 Obloukové tavné svařování nejpoužívanější způsob svařování zdroj tepla - elektrický oblouk - hoří mezi elektrodou a svařovaným materiálem - hoří mezi dvěma elektrodami teplem elektrického oblouku dojde k místnímu natavení a spojení (svaření) svařovaných součástí

45 Tepelný výkon Q elektrického oblouku množství tepla, které z oblouku přejde do svaru η účinnost dle druhu svařování (0,7 až 0,85) U napětí (10 až 50) V Q = η.u.i I proud (50 až 2 000) A střídavý či stejnosměrný teplota oblouku přes C

46 Elektrický oblouk - proud tj. jev provázející průchod proudu plynným prostředím v prostoru, kde došlo k oddálení vodivých částí uzavřeného elektrického obvodu svařovací proud - střídavý - stejnosměrný pracovní napětí až 50 V hodnota proudu (30 až 500) A = svářečky (svařovací zdroje)

47 Technické vybavení

48 Rozdělení svařovacích zdrojů podle konstrukce svařovací agregáty - stejnosměrný proud svařovací transformátory - střídavý proud svařovací usměrňovače - střídavý proud svařovací invertory - stejnosměrný proud

49 Svařovací agregáty stejnosměrný proud - točivé stroje - motor elektrický či spalovací + dynamo použití - všechny druhy elektrod - nezávislost na el. síti (spal. mot.) - mobilní zdroj nevýhody - malá účinnost, velká hmotnost - vyšší náklady na provoz digitálně řízený zdroj pro svařování metodou MMA,TIG, MIG/MAG

50 Svařovací transformátory střídavý proud výhody - vysoká účinnost - malá hmotnost použití - svařování barevných kovů, litiny,

51 Svařovací usměrňovače střídavý proud svařovací proud usměrněn diodami nebo tyristory nepatrné zvýšení ceny vyváženo odstraněním nevýhod svařovacích transformátorů

52 Svařovací invertory stejnosměrný proud měniče el. proudu - pracují s vyšším kmitočtem - přeměna el. proudu ze sítě (střídavý) přímo na stejnosměrný svařovací proud výhody - nízká hmotnost - vysoká účinnost

53 Charakteristika svářečky statická - závislost proudu I na napětí U v ustáleném stavu pro různá zatížení a nastavení regulátoru proudu

54 Charakteristika svářečky dynamická - hodnoty napětí U a proudu I při náhlých změnách během svařování - dynamická strmost (sklon) má vliv na zapálení oblouku a jeho udržení

55 Elektrody netavné uhlíkové (grafitové) - nestabilní oblouk, nízká jakost wolframové - neposkytují svarový kov tavné holé - tvoří přídavný svarový kov obalené - chrání svarový kov před účinky atmosféry, aj.

56 Netavné uhlíkové elektrody materiál - grafitový uhlík nebo grafit použití - prostředek k vytvoření elektrického oblouku - svařování stejnosměrným proudem - měď a tenké ocelové plechy nevýhody - nestabilní oblouk - svar nízké jakosti

57 Netavné wolframové elektrody neposkytují svarový kov prostředek k vytvoření oblouku vynikající svařovací a zapalovací vlastnosti použití - svařování metodou TIG - svařování plazmou optimální volba - úbytek W-elektrody (10-12) mm za 3 hodiny svařovacího času

58 Tavné elektrody holé utavují se a tvoří přídavný svarový kov použití - svařovaná v ochranných plynech - svařování pod tavidlem - elektrostruskové svařování - plazmové svařování - vibrační navařování nevýhody - není-li k elektrickému oblouku přiváděno tavidlo (ochranný plyn) => vzniká nejakostní svar

59 Tavné elektrody obalené použití - stejnosměrný či střídavý proud úkol obalu - stabilizace oblouku

60 Ruční obloukové svařování nejuniverzálnější metoda svařování MMA - Manual Metal Arc Welding SMAW - Shielded Metal Arc Welding

61 Charakteristika teplem oblouku taven svařovaný materiál, kovové jádro elektrody i obal struska vytvořená z obalu chrání odtavené kapky kovu před škodlivými účinky vzduchu - obaluje kapky kovu - vytváří plynovou clonu ( zabraňuje přístupu vzduchu ke kapkám kovu) struska odstraněna oklepáním kladivem a očistěním drátěným kartáčem svařování ve všech polohách

62 Volba průměru elektrody určena - technologickým postupem - údaji na výkrese průměr elektrody volen dle - tloušťky základního materiálu - tvaru a rozměru svaru - polohy svařování

63 Volba obalu elektrody určena - technologickým postupem - polohou svařování - požadovaných záruk svarového kovu druhy obalu A - kyselý B - bazický C - celulózový R - rutilový RA - rutil-kyselý RB - rutil-bazický RC - rutil-celulózový RR - rutilový tlustý speciální

64 Délka oblouku závisí - na druhu obalu elektrody - na poloze svařování optimální délka oblouku 1,5 násobek průměru elektrody krátký oblouk - menší rozstřik - větší hloubky závaru - pravidelný povrch svaru dlouhý oblouk - větší rozstřik - housenka širší, plochá a nepravidelná

65 Svařovací proud výstupní proud zdroje, který prochází svařovacím obvodem optimální proud dle - druhu obalu - polohy svařování - citlivosti regulátoru proudu - zkušenosti svářeče malý proud - menši hloubku závaru - oblouk hoří neklidně - housenka vysoká (studené spoje) velký proud - přehřívání elektrody - vypalování prvků - tvorba vrubů, dutin - housenka nízká - větší deformace svaru

66 Rychlost svařování dána délkou svarové housenky za jednotku času (metry za minutu) závisí na - požadavku kvality svarového spoje - zručnosti svářeče - druhu a průměru elektrody - poloze svařování malá rychlost - housenka převýšená - přehřívání základního materiálu - velké pnutí, deformace velká rychlost - housenka úzká - natavení základního materiálu malé - tavná lázeň rychle tuhne (studené spoje)

67 Technika pohybu elektrody zahrnuje - zapalování oblouku - sklon elektrody - příčný pohyb elektrody - zhasínání oblouku zapalování oblouku provádí se - dotekem, škrtáním - dotyk krátký, rychlý - start v místech, kde stopy po zkratu překryje svar

68 Technika pohybu elektrody sklon elektrody závisí na - poloze svařování - druhu obalu elektrody sklon (20 30)

69 Svařování v ochranném plynu ochrana svarového kovu před účinky okolní atmosféry oblouk a natavený kov obklopen umělou atmosférou vytvořenou vhodným plynem

70

71 Použití vhodné pro většinu materiálů přídavné materiály pro široký sortiment kovů svarový kov ukládán ve větším množství všechny svařovací polohy velmi lehké až středně těžké ocelové konstrukce, slitiny hliníku

72 Způsoby svařování MIG Metal Inert Gas tavná kovová elektroda, inertní plyn MAG Metal Aktiv Gas tavná kovová elektroda, aktivní plyn WIG Wolfram Inert Gas wolframová elektroda, inertní plyn další kombinace MAGC, MAGM, MAGp, MIGp, TIG, GMAW,

73 Ochranné plyny množství plynu ke svařování 10. ø elektrody (litr za minutu) na volbě plynu závisí - hloubka závaru - šířka svaru - povrch svaru - mechanické vlastnosti - metalurgická struktura svaru - rozstřik svarového kovu

74 Druhy plynů Argon aktivní plyn, podpora klidného a stabilního oblouku Hélium inertní plyn, vysoká energie, vyšší spotřeba Oxid uhličitý aktivní plyn, pravidelný a hluboký závar, levný Kyslík přídavný plyn, podporuje hoření, malý rozstřik kovu Směsné plyny dvou či třísložkové (argon + hélium), (argon + CO 2 + O 2 )

75 Svařování MIG elektrický oblouk hoří mezi tavnou elektrodou a svařovaným materiálem v proudu netečného plynu (argon, helium nebo jejich směsi) elektroda (holý drát) plynule dodávána do místa svaru stejnosměrný proud (kladná polarita elektrody) použití - materiál tloušťky až 50 mm - svařování Al, Cu, Ti, uhlíkové či legované oceli

76 Svařovací zdroje MIG / MAG mobilní, lehké vysoká kvalita oblouku

77 Svařování MAG ochranný plyn aktivní - oxid uhličitý CO 2 (částečně oxiduje tavnou lázeň, elektroda obs. Mn, Si - dezoxidace) - plynné směsi (80% Ar, 15% CO 2, 5% O 2 ) - na povrchu nepatrné množství strusky stejnosměrný proud (kladná polarita elektrody) použití - uhlíkové a nízkolegované oceli - plechy svařovány krátkým el. obloukem

78 Svařování TIG elektrický oblouk hoří mezi wolframovou elektrodou a svařovaným materiálem v proudu netečného plynu (argon, hélium nebo jejich směsi)

79 Charakteristika svařování zpravidla ruční - bez přídavného materiálu - s přídavným materiálem (přivádí se ručně nebo podavačem drátu) proud - střídavý (Al, Mg a jejich slitiny) - stejnosměrný (ocel, Cu, Ti a jejich slitiny) - polarita elektroda kladná - svar mělký a široký elektroda záporná - svar úzký a hluboký

80 Svařování TIG v reálné podobě

81 Ukázky TIG svarů

82 Charakteristika - použití svary - čisté a vysoce kvalitní - nevzniká žádná struska - sníženo riziko vměstků ve svarovém kovu - hotové svary nevyžadují žádné čištění použití - korozivzdorné a žáropevné oceli - lehké kovy a jejich slitiny - mosazi, Ni, Ti

83 WIG = TIG zkratka TIG pochází z angličtiny Tungsten Inert Gas (symbolizuje svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu) zkratka WIG pochází z němčiny Wolfram Inert Gas (symbolizuje svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu)

84 Druhy wolframových elektrod Označení elektrody Barva Legování WP zelená čistý W 99,8% WT 10 žlutá thorium 1% ThO 2 WT 20 červená thorium 2% ThO 2 WT 30 fialová thorium 3% ThO 2 WT oranžová thorium 4% ThO 2 WC 20 šedá cerium 2% CeO 2 WL 10 černá lanthan 1% LaO 2 WL 15 zlatá lanthan 1,5% LaO 2 WL 20 modrá lanthan 2% LaO 2 WZ 08 bílá zirkon0,8% ZrO 2

85 Wolframové elektrody WP - čistý wolfram - vhodná pro svařování slitin Al střídavým proudem - vyniká dobrou stabilitou oblouku WT - obsah thoria stoupajícím obsahem thoria se zlepšují - zapalovací vlastnosti - trvanlivost - proudová zatížitelnost

86 Thorium radioaktivní prvek stoupající obsah Th - roste radioaktivita elektrod - nebezpečí Th elektrod není v záření gama (zanedbatelné) ale v záření alfa - radioaktivní částice se usazují v plicích (mohou způsobit rakovinu) nutné důkladné odsávání očekáván přechod od WT elektrod k elektrodám WC a WL

87 Volba elektrody dnes se etablují standardy elektrod - WC 20, WL 15 - široký okruh materiálů (Al, Ti, Cu, nerez, bronz, uhlíková ocel atd.)

88 Svařovací materiály, pomůcky

89 Příslušenství samostmívací svářečská maska - svařování MIG, MAG, TIG - ochrana proti ultrafialovému a infračervenému záření rukavice TIG svařování

90 Svařovací robot

91 Svařování pod tavidlem SAW - Submarged Arc Welding oblouk zapalován mezi svařencem a koncem svařovacího drátu - obojí pokryto vrstvou aglomerovaného tavidla oblouk schován tavidlo - částečně roztaveno (ochranný struskový kryt nad tavnou lázní) - zbytek tavidla odsáván a použit znovu

92 Charakteristika svařovací proud - stejnosměrný i střídavý - vhodné tavidlo pro daný proud podávací kladky zásobník drát kotouč drátu tavidlo vozík oblouk svařovaný materiál

93 Svařování pod tavidlem 1 - základní (svařovaný) materiál 2 - drátová elektroda (svařovací drát) 3 - podávací kladky poháněné motorem 4 - napájecí kontaktní průvlak 5 - hubice přivádějící práškové tavidlo k místu svařování 6 - práškové tavidlo 7 - elektrický oblouk 8 - tavná svarová lázeň 9 - dutina naplněná plynem, který se uvolnil z tavidla 10 - roztavená struska 11 - ztuhlý svarový kov (svarová housenka) 12 - ztuhlá struska 13 - odsávání přebytečného tavidla

94 Svařování pod tavidlem

95 Svařovací traktor kromě traktorů se používají i stacionární svařovací hlavy

96 Svařovací zdroje svařovací zdroje 600 A a 1000 A pro svařování pod tavidlem

97 Svařování trubek nepoužívají se traktory, ale stacionární svařovací hlavy a posuv je zajištěn otáčením svařence

98 Použití zásadně na mechanizovaném svařovacím zařízení zvýšení produktivity - uspořádání s několika elektrodami zhotovení dlouhých rovných spojů v normální poloze svařování tlakových nádob, chemických zařízení, v těžkém strojírenství a při opravách a stavbách lodí

99 Svařování elektronovým paprskem vhodné pro obtížně svařitelné nebo nesvařitelné materiály svary bez trhlinek, málo porézní, metalurgicky čisté svařování ultratenkých výrobků svary hluboké až 200 mm

100 Použití letectví, vesmírný výzkum, zdravotnictví, železniční doprava, velké produkce v automobilovém a elektrotechnickém průmyslu bronz ocel

101 Svařování laserem 1 - plazma, 2 - tavenina, 3 - klíčová dírka", 4 - penetrační hloubka

102 Způsoby vedením tepla - vzniklá tepelná energie se v materiálu šíří vedením - svary jsou široké a ploché hloubkové - při překročení určité intenzity přívodu tepla pronikne paprsek hluboko do materiálu - materiál se roztaví a částečně odpaří - svary úzké a hluboké

103 Výhody vysoká rychlost svařování malé tepelné ovlivnění místa svaru malé délkové deformace svařence možnost provedení svaru i při přístupu pouze z jedné strany malé nároky na jakost povrchu svařovaných součástí vysoká pevnost svaru

104 Svařování laserem laserové pracoviště pohled do pracovního prostoru

105 Svařování plazmou PAW - Plasma Arc Welding využití koncentrace tepla a dynamického účinku plazmy výsledek - zúžení elektrického oblouku vzniklého mezi wolframovou elektrodou a svařencem - vysokotlaké plazma teploty řádově 10 4 C - výstup plazmy nadzvukovou rychlostí plazmový oblouk - stabilní, dlouhý až 300 mm, úzký, malá svarová lázeň

106 Svařování plazmou

107 Charakteristika a použití plazmový plyn (proudí okolo elektrody) - vlivem tepla oblouku prudké roztažení - změna v plazmu - velmi vysoká rychlost - sekundární plyn využit k vlastní ochraně tavné lázně (Ar, Ar+H 2 ) všechny druhy materiálů - viz.metoda WIG náročné spoje v leteckém, kosmickém, obráběcím, chemickém a ropném průmyslu

108 Způsoby svařování mikroplazmové - svařovací proud (0,1 až 20) A středněplazmové - svařovací proud (20 až 100) A svařování klíčovou dírkou - svařovací proud nad 100 A - plazmový oblouk proniká tloušťkou stěny, posuvem svařovací trubice dojde vlivem povrchového napětí ke slévání roztaveného kovu v místě za "klíčovou dírkou