Spawanie gazowe

Zasada proceduralna

Spawanie gazowe. Palnik po lewej, spoiwo po prawej. Gwiazda składa się z rozpryskujących się ściegów spawalniczych.

Spawania gaz lub gaz do spawania jest metody spawania z grupy spawania . Płomień autogenicznego urządzenia spawalniczego służy jako źródło ciepła , które dodatkowo zabezpiecza stopiony materiał przed tlenem, a tym samym przed utlenianiem. Jest to jeden z najprostszych i najstarszych procesów spawalniczych, ale rzadko stosowany ze względu na stosunkowo wysokie koszty eksploatacji i niską produktywność , zwłaszcza w handlu i na budowach ze względu na niskie koszty nabycia wymaganego sprzętu i dużą elastyczność w użyciu. Jest ściśle powiązany z cięciem tlenowo-paliwowym , zarówno pod względem zasady procesu, jak i wyposażenia.

Palnik służy do topienia detali łączonych na złączach. Ponadto materiał dodatkowy w postaci prętów spawalniczych jest zwykle utrzymywany w płomieniu i topiony. Możliwe jest również nałożenie warstwy ( napawanie napawane ).

Zastosowania, zalety i wady

Spawanie tlenem jest stosowane do spawania blach , karoserii , kotłów , rur i aparatury oraz do napawania . W przypadku tego ostatniego możliwe są bardzo niskie stopnie topnienia od 10% do 5%. Moc cieplna płomienia jest stosunkowo niska w porównaniu z innymi procesami spawania, co powoduje, że spawanie autogeniczne jest powolne i nieproduktywne . Jednak mała moc jest zaletą w przypadku cienkich arkuszy. Inne metody są bardziej ekonomiczne w przypadku blach o grubości 8 mm lub więcej. Jednakże, ponieważ materiał wypełniający jest podawany oddzielnie od mocy płomienia, jest on bardzo elastyczny. Ponadto koszty zakupu wymaganego sprzętu są niskie. Komponenty w trudnej sytuacji mogą być bardzo dobrze spawane i nadaje się również do trudno dostępnych miejsc. W przeciwieństwie do większości innych procesów spawania, nie jest wymagane żadne źródło energii elektrycznej . Wprowadzone naprężenia wewnętrzne są niskie, ale strefa wpływu ciepła jest duża. Prowadzi to do stosunkowo silnego odkształcenia elementu i zgrubienia ziarna w materiale, co prowadzi do niższych wytrzymałości . Dlatego spawanie tlenem jest stosowane w szczególności w rzemiośle i na placach budowy . Jest to jeden z najstarszych i najprostszych procesów spawalniczych, ale ma niewielkie znaczenie ze względu na niską opłacalność .

Zasada proceduralna

Podobnie jak w przypadku wszystkich procesów spawania, materiał podstawowy , czyli materiał łączonych elementów, jest topiony na złączach. Często używany jest również dodatkowy materiał , który również topi się i krzepnie w połączeniu między dwoma łączonymi komponentami. Podczas spawania autogenicznego źródłem ciepła jest płomień. Doprowadzanie materiału dodatkowego, przeważnie w postaci prętów, odbywa się niezależnie od tego, podczas gdy w wielu innych procesach spawalniczych materiał jest podawany za pomocą palnika. Dzięki spawaniu tlenem spawacz może więc łatwo zmienić dopływ ciepła i materiału dodatkowego oraz dostosować je do określonych wymagań.

Płomień służy nie tylko jako źródło ciepła do topienia materiałów, ale także jako ochrona stopu przed niepożądanymi gazami. Paliwo gazowe pali się zwykle tylko niecałkowicie w palniku. Tlen potrzebny do dalszego spalania jest pobierany z otoczenia, dzięki czemu nie może już utleniać stopu. Stąd pochodzi określenie spawanie autogeniczne , ponieważ proces jest autogeniczny , czyli przebiega automatycznie. Inne procesy spawania fuzyjne wymagają dodatkowych środków do zapobiegania utlenianiu stopionego materiału, na przykład gazy osłonowe na gaz ekranowane łuk spawalniczy , osłony drutów do ręcznego spawania lub proszku do zanurzonego łuku spawalniczego .

Używane gazy

Wykorzystywane są gazy spalinowe i tlen.

Gazy paliwowe

Zasadniczo można stosować wszystkie gazy paliwowe , w tym metan , propan , wodór lub gaz ziemny . Jednak prawie zawsze stosuje się acetylen (chemikalia to acetylen , C ₂ H ₂ ) ze względu na wysoką wydajność płomienia i wysoką temperaturę płomienia do 3200 ° C.

Acetylen jest przechowywany w specjalnych butelkach acetylenowych . A 40 litrów acetylen butelki zazwyczaj zawiera 8 kg acetylenu, co odpowiada objętości około 7 m ³ , pod ciśnieniem normalnym. Przy wyższych ciśnieniach i temperaturach powyżej 300 ° C ma tendencję do rozpadu (wybuchu). Dlatego prawidłowe obchodzenie się z butlami acetylenowymi ma szczególne znaczenie z punktu widzenia bezpieczeństwa: wielokrotne nieprawidłowe obchodzenie się z nimi prowadzi do ofiar śmiertelnych.

tlen

Tlen jest również butelkowany do użytku na placach budowy. Jednak możliwe są znacznie wyższe ciśnienia do 200 do 300 barów, tak że jedna butelka może pomieścić znacznie większą objętość niż butelki acetylenowe. Magazynowanie cieczy i zgazowanie na zimno są również stosowane w firmach o większych wymaganiach od około 3000 m³.

Regulacja płomienia

Schematyczne przedstawienie neutralnego płomienia: a) strefa zimna / rdzeń płomienia, b) strefa robocza, najgorętszy punkt c) płomień rozproszony

Rozróżnia się trzy warianty płomienia:

• W przypadku płomienia nawęglającego dostarczana jest tylko niewielka ilość tlenu, a podczas spalania powstaje węgiel , który może dostać się do materiału, zwłaszcza podczas spawania materiałów żelaznych . W przypadku stali jest to niepożądane i prowadzi do kruchości. Węgiel obniża temperaturę topnienia i prowadzi do rzadkiego ciekłego stopu, który zapada się w szwie . Jednak płomień nawęglający usuwa duże ilości tlenu ze środowiska, dzięki czemu stop jest bardzo dobrze chroniony przed utlenianiem. Służy do spawania żeliwa , do napawania i do lutowania twardego .
• Przy neutralnym płomieniu ze zrównoważonym stosunkiem tlenu do gazu opałowego nie jest już wytwarzany węgiel. Jednak tlen dostarczany z palnika nie jest wystarczający do całkowitego spalenia paliwa gazowego. Dlatego usuwa tlen ze środowiska, chroniąc w ten sposób stopiony materiał przed utlenianiem
• W płomieniu utleniającym występuje nadmiar tlenu. Gaz palny jest całkowicie spalany, ale stop nie jest już chroniony przed utlenianiem.

• 

  Płomień nawęglający - tutaj z propanem

• 

  Neutralny płomień

• 

  Płomień utleniający - tutaj z propanem

Neutralny płomień

Przy neutralnym płomieniu spalanie acetylenu (C ₂ H ₂ ) odbywa się w trójetapowym procesie. W pierwszym etapie, który ma miejsce w zimnej strefie, acetylen jest rozszczepiany pod wpływem ciepła 400 ° C, a następnie reaguje z tlenem, tworząc tlenek węgla i wodór.

${\ Displaystyle C_ {2} H_ {2} + O_ {2} \ longrightarrow 2CO + H_ {2}}$

Dlatego stosunek paliwa gazowego do tlenu wynosi 1: 1. W praktyce niewielki nadmiar tlenu ustala się w stosunku do 1: 1,2.

Powstałe produkty są dalej utleniane w rozproszonym płomieniu, dzięki czemu potrzebny do tego tlen jest pobierany z powietrza otoczenia i tym samym nie dociera już do stopu.

${\ Displaystyle 4CO + 2H_ {2} + 3O_ {2} \ longrightarrow 4CO_ {2} + 2H_ {2} O}$

W ten sposób gazy zostały całkowicie spalone. Najgorętszy punkt płomienia znajduje się w rdzeniu płomienia, około 2 do 4 mm przed stożkiem płomienia. Dlatego obszar ten jest wykorzystywany do spawania.

Jeśli płomień rdzenia jest zanurzony w stopie, pochłania gazy: węgiel prowadzi do kruchości, wodór pozostaje w postaci porowatości, gdy stygnie szybciej, a przepływający w nim tlen spala żądane pierwiastki stopowe (podczas spawania stali stopowej).

Płomień utleniający

Jeśli występuje nadmiar tlenu, powstaje płomień utleniający. Jest krótki, twardy i niebieskawo-fioletowy (dla acetylenu) ze spiczastym stożkiem płomienia. Acetylen jest już całkowicie spalony w pierwszym etapie:

${\ Displaystyle 4O_ {2} + 2C_ {2} H_ {2} \ longrightarrow 4CO_ {2} + 2H_ {2}}$

${\ Displaystyle 2H_ {2} + O_ {2} \ longrightarrow 2H_ {2} O}$

Ponieważ uwalniane jest więcej energii, płomień jest gorętszy, ale nie ma ochrony stopu przed utlenianiem. Podczas spawania stali uzyskuje się szorstką powierzchnię szwu, która jest lekko utleniona. Zawiera również wtrącenia żużla. Służy do spawania mosiądzu.

Płomień nawęglający

Jeśli brakuje tlenu, powstaje płomień nawęglający. Tlen jest wtedy niewystarczający, aby spalić cały węgiel do tlenku węgla. W pierwszym etapie acetylen w cieple rozszczepia się na czysty węgiel i wodór:

${\ Displaystyle C_ {2} H_ {2} \ longrightarrow 2C + H_ {2}}$

Węgiel może dostać się do materiału, co jest szczególnie pożądane w przypadku żeliwa.

Regulacja mocy płomienia

Ciepło wprowadzane przez płomień można regulować na różne sposoby:

• Wybór wkładki spawalniczej. To jest przednia część palnika spawalniczego, który jest dostępny w różnych rozmiarach. Zazwyczaj dobiera się je w zależności od grubości blachy. Na przykład rozmiar 1 dotyczy (stalowych) blach o grubości od 0,5 do 1 mm, rozmiar 6 do 9 do 14 mm. Podczas spawania aluminium wkładki spawalnicze należy dobrać o dwa rozmiary wyżej, ponieważ materiały aluminiowe mają większą przewodność cieplną niż stal.
• Prędkość wypływu gazów. Zwykle mieści się w zakresie od 80 m / s (miękki płomień) do 160 m / s (twardy płomień)
• Adaptacja techniki pracy. W zależności od tego, czy płomień jest trzymany bezpośrednio na miejscu pracy, czy w jego pobliżu, wprowadzane jest inne ciepło.

Sprzęt i zasoby

Po lewej butla z tlenem, a po prawej butla z acetylenem z zaworami, wężami i reduktorami ciśnienia. Palnik znajduje się w lewym dolnym rogu tablicy obok butli z tlenem. W Niemczech butla z tlenem byłaby niebieska, inaczej niż na zdjęciu.

Uchwyty spawalnicze są wymagane jako wyposażenie operacyjne , a także zawory, bezpieczniki i węże na cylindrach.

Spawarka

Dysza do cięcia płomieniowego do cięcia płomieniowego

Uchwyt spawalniczy składa się z dyszy , rączki i doprowadzenia gazu.

Armatura

Palniki pracują pod ciśnieniem 0,5 bara dla acetylenu i 2,5 bara dla tlenu. W odpowiednich butelkach panuje znacznie wyższe ciśnienie, dlatego wymagane są zawory redukcyjne . Jeśli prędkość wypływu gazów jest zbyt niska, istnieje flashback w palniku, dlatego flashback ochronniki są zainstalowane.

Metody pracy

Ze względu na metody pracy rozróżnia się spawanie w lewo i spawanie w prawo:

• Podczas spawania w lewo palnik znajduje się między spoiwem a spoiną. Jeśli palnik jest trzymany w prawej ręce, a sznurek w lewej, praca jest wykonywana w lewo. W tym trybie pracy palnik jest skierowany w taki sposób, że duża część płomienia lub ciepła jest przewodzona przez otwarte złącze. Dzięki temu dopływ ciepła jest niewielki, dlatego ten wariant nadaje się do cienkich blach o grubości poniżej 3 mm. Palnik jest prowadzony w linii prostej, a pręt spawalniczy wbija się w stopiony materiał, powodując jego wpadanie w złącze. W obszarze korzenia nie można dobrze obserwować stopnia stopienia, co może prowadzić do błędów wiązania. Ze względu na efekt zasysania płomienia, tlen może zostać zassany z otoczenia, który następnie dostanie się do stopu. Ochronny efekt płomienia jest stosunkowo niski.
• Podczas spawania w prawo palnik jest skierowany bezpośrednio na stopiony materiał, a pręt spawalniczy znajduje się między płomieniem a spoiną. Dopływ ciepła jest większy, a jakość połączenia lepsza, ponieważ płomień lepiej chroni stopiony materiał przed utlenianiem, a korzenie są lepiej stopione. Wolniejsze chłodzenie zapewnia dobre odgazowanie , ale szew spawalniczy poszerza się i może wypaść. Spawanie prawostronne umożliwia wyższe prędkości spawania. W tym wariancie pręt spawalniczy zanurza się w stopie i miesza go okrężnymi lub półkolistymi ruchami.

Materiały spawalne

Szkolenie w zakresie spawania gazowego rur miedzianych

Stale można zwykle obrabiać bez żadnych dodatkowych środków pomocniczych. Właściwości materiału można zmieniać w ukierunkowany sposób poprzez odpowiedni dobór materiałów dodatkowych. Gdy istnieją wysokie wymagania dotyczące wytrzymałości połączenia, spawanie gazowe nie jest zbyt odpowiednie z powodu gruboziarnistego tworzenia się ziarna.

Żeliwa obrabiane w pełni ogrzewa się, gdyż w przeciwnym razie mogą wystąpić pęknięcia w wyniku bardzo różnych temperaturach lokalnych. Żeliwo jest spawane płomieniem nawęglającym, aby skompensować wypalenie węgla. Krzem zawarty w żeliwie również się pali, co jest kompensowane przez pręty spawalnicze z silikonem.

W przypadku większości metali nieżelaznych związki powstają z jednej strony z metali oraz węgla ( węgliki ) i tlenu ( tlenki ) lub wodoru, które zwykle mają negatywny wpływ na proces, ponieważ zwykle tworzą lepki żużel. W większości jest rozpuszczany przez odpowiedni topnik zawarty w pręcie spawalniczym. Rozpuszczają żużel i zapobiegają jego ponownemu tworzeniu się, ale są również niebezpieczne dla spawacza i środowiska.

• Miedź jest spawana neutralnym płomieniem, w przeciwnym razie utlenia się lub pochłania wodór. Żużel utworzony z topnika jest rzadki.
• Mosiądz to stop miedzi i cynku . Ponieważ cynk ma niższą temperaturę wrzenia niż temperatura topnienia miedzi, ma tendencję do parowania, czemu zapobiega lepki żużel. Składa się z różnych tlenków, które są tworzone przez topnik i spoiwo. Dodatkowy tlen jest potrzebny do wytworzenia tych tlenków, dlatego mosiądz jest spawany płomieniem utleniającym.
• Stopy aluminium o temperaturze topnienia około 600 ° C tworzą tlenek glinu z tlenem , który topi się w temperaturze ponad 2000 ° C i musi zostać rozpuszczony za pomocą topnika.

Materiały wypełniające: sznury spawalnicze

Te spoiwa metali w spawania gaz są pręty do spawania. Zwykle mają długość 1000 mm, zostały odlane w luźny sposób i składają się z materiału, który w dużej mierze odpowiada materiałowi bazowemu.

linki internetowe

literatura

• Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (red.): Technologia produkcji. Wydanie 11. Springer, 2015, s. 142–147.
• Ulrich Dilthey: Spawanie procesów produkcyjnych 1 - Technologie spawania i cięcia. 3. Wydanie. Springer, s. 1–10.
• Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek: Praktyczna znajomość technologii spawania - materiały, procesy, produkcja. Wydanie 5. Springer, 2014, s. 8–18.

Indywidualne dowody

1. ^ Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (red.): Technologia wytwarzania. Wydanie 11. Springer, 2015, s. 142, 146 i nast.
2. ↑ ^{a b} Ulrich Dilthey: Spawanie procesów produkcyjnych 1 - Technologie spawania i cięcia. 3. Wydanie. Springer, s. 1.
3. ^ Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (red.): Technologia wytwarzania. Wydanie 11. Springer, 2015, s. 142.
4. ↑ ^{a b} Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek: Praktyczna znajomość technologii spawania - materiały, procesy, produkcja. Wydanie 5. Springer, 2014, s. 8.
5. ↑ Ulrich Dilthey: Spawanie Proces produkcyjny 1 - Technologie spawania i cięcia. 3. Wydanie. Springer, s. 2.
6. ↑ Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek: Praktyczna znajomość technologii spawania - materiały, procesy, produkcja. Wydanie 5. Springer, 2014, s. 8 i nast.
7. ^ Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (red.): Technologia wytwarzania. Wydanie 11. Springer, 2015, s. 143 i nast.
8. ↑ Ulrich Dilthey: Spawanie Proces produkcyjny 1 - Technologie spawania i cięcia. 3. Wydanie. Springer, str. 9 i nast.
9. ↑ Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek: Praktyczna znajomość technologii spawania - materiały, procesy, produkcja. Wydanie 5. Springer, 2014, s. 9 i nast.
10. ↑ Ulrich Dilthey: Spawanie Proces produkcyjny 1 - Technologie spawania i cięcia. 3. Wydanie. Springer, str. 1 i nast.
11. ^ Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (red.): Technologia wytwarzania. Wydanie 11. Springer, 2015, s. 143.
12. ↑ ^{a b} Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek: Praktyczna znajomość technologii spawania - materiały, procesy, produkcja. Wydanie 5. Springer, 2014, s. 13.
13. ^ Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (red.): Technologia wytwarzania. Wydanie 11. Springer, 2015, s. 142 i nast.
14. ↑ Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek: Praktyczna znajomość technologii spawania - materiały, procesy, produkcja. Wydanie 5. Springer, 2014, s. 14.
15. ↑ Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek: Praktyczna znajomość technologii spawania - materiały, procesy, produkcja. Wydanie 5. Springer, 2014, s. 5.
16. ^ Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (red.): Technologia wytwarzania. Wydanie 11. Springer, 2015, s. 142.
17. ↑ Ulrich Dilthey: Spawanie Proces produkcyjny 1 - Technologie spawania i cięcia. 3. Wydanie. Springer, s. 7.
18. ↑ Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek: Praktyczna znajomość technologii spawania - materiały, procesy, produkcja. Wydanie 5. Springer, 2014, s. 10–15.
19. ↑ Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek: Praktyczna znajomość technologii spawania - materiały, procesy, produkcja. Wydanie 5. Springer, 2014, s. 10–12.
20. ↑ Ulrich Dilthey: Spawanie Proces produkcyjny 1 - Technologie spawania i cięcia. 3. Wydanie. Springer, s. 3–5.
21. ↑ Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek: Praktyczna znajomość technologii spawania - materiały, procesy, produkcja. Wydanie 5. Springer, 2014, s. 16 i nast.
22. ^ Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (red.): Technologia wytwarzania. Wydanie 11. Springer, 2015, s. 146.
23. ↑ ^{a b} Ulrich Dilthey: Spawanie procesów produkcyjnych 1 - Technologie spawania i cięcia. 3. Wydanie. Springer, s. 8 i nast.
24. ↑ Hans J. Fahrenwaldt, Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek: Praktyczna znajomość technologii spawania - materiały, procesy, produkcja. Wydanie 5. Springer, 2014, s. 16.