Połączenie spawane

Spawanie elektryczne.

Strefy złącza spawanego. 1 – materiał rodzimy, 2 – stefa wpływu ciepła, 3 – spoina

Spoina. Widoczny niebieski obszar jest wynikiem utleniania się metalu w wysokich temperaturach,dla spawania gazowego około 316 °C, ale nie odpowiada strefie wpływu ciepła. Strefa wpływu ciepła to jedynie obszar materiału w najbliższym sąsiedztwie spoiny.

Złącze spawane – rodzaj złącza powstającego w procesie fizycznym łączenia materiałów poprzez ich miejscowe stopienie i zestalenie. Stosowane np. do łączenia metali (głównie stali) i tworzyw sztucznych. Przy spawaniu zwykle dodaje się spoiwo t.j. stapiający się wraz z materiałem rodzimym materiał dodatkowy, wypełniający spoinę.

Metody spawania

• spawanie gazowe 311-G ;: najczęściej przy spalaniu acetylenu w temperaturach do 3100°C, stosowane jest do spajania blach o grubości od 0,4 mm do 40 mm.

• spawanie elektryczne: z wykorzystaniem spawarki – urządzenia opierającego swą pracę na zjawisku łuku elektrycznego w temperaturach do 4000 °C, stosowane jest do spajania blach o grubości od 1 mm do 80 mm.

• Spawanie elektrodami otulonymi (Metoda 111)
• spawanie łukiem krytym
• spawanie w osłonie gazów

• Metoda MIG 131 (Metal Inert Gas) – jest to spawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonie gazu obojętnego (Ar, He, Ar + He). Metoda ta jest stosowana do spawania i napawania we wszystkich pozycjach w sposób automatyczny lub półautomatyczny.
• Metoda MAG 135 (Metal Active Gas) – jest to spawanie łukowe w osłonie gazu aktywnego chemicznie (CO₂, CO₂ + gaz obojętny).
• Spawanie łukowe drutem rdzeniowym.
• Metoda TIG 141 (Tungsten Inert Gas) – jest to spawanie łukowe elektrodą nietopliwą w osłonie gazów obojętnych (Ar, He, Ar + He). Umożliwia ona spawanie prawie wszystkich metali i ich stopów oraz łączenie ze sobą różnych metali i stopów. Uzyskiwany metal spoiny jest stopem roztopionej części materiału rodzimego i spoiwa (drut, pręt, pałeczka) podawanego w strefę jarzenia się łuku. Częściej stosowane są stopy zbliżone składem do materiału rodzimego jednak z domieszkami, które powodują poprawę jakości połączeń spawanych w różnych jej aspektach. TIG charakteryzuje się możliwością stosowania we wszystkich pozycjach.

• spawanie laserowe
• spawanie plazmowe
• spawanie hybrydowe
• spawanie żużlowe
• spawanie elektronowe
• spawanie tarciowe

Zmiany w materiale

W czasie spawania w obrębie działania wysokiej temperatury w stali zachodzą pewne przemiany cieplne, osłabiające jej wytrzymałość. Połączenie spawane zmniejsza wytrzymałość materiału o następujące wartości:

• wytrzymałość na rozciąganie k'_r = 0,8 k_r
• wytrzymałość na zginanie k'_g = 0,9 k_r
• wytrzymałość na ściskanie k'_c = k_r
• wytrzymałość na ścinanie k'_t = 0,65 k_r

W starszych książkach można znaleźć informację o osłabiającym wpływie spoiny, wówczas do obliczeń wytrzymałościowych używano grubości obliczeniowej, która jest o 30% mniejsza niż rzeczywista grubość materiału w miejscu spoiny, lub też na końcach dodawano kratery o długości 1 - 1,5 grubości spoiny, lecz nie uwzględniano ich w obliczeniach ze względu na niepełny przetop.

Przy nowszych spawarkach już nie stosuje się żadnych poprawek, technologia pozwala na wykonanie spoiny o pełnych własciwościach już od samego początku spawania.

Połączenie spawane często wymaga dodatkowej obróbki spoiny. Często na powierzchni spoiny wydzielają się drobne cząstki żużlu, które mogą być niebezpiecznie ostre. Spoiny spawane często szlifuje się zgrubnie, zanim spawana konstrukcja zostanie użyta.

Jakość połączeń spawanych

Najczęściej stosowanym kryterium oceny jakości połączeń spawanych jest wytrzymałość spoiny i materiału wokół niej. Główne czynniki wpływające na jakość połączenia to metoda spawania, ilość i koncentracja dostarczanej energii, łączone materiały, materiał elektrody lub topnika, geometria i projekt połączenia, związki między wyżej wymienionymi czynnikami. Przy sprawdzaniu jakości spawów metodami niszczącymi i nieniszczącymi, brane są pod uwagę również następujące czynniki: widoczne defekty spoiny, akceptowalny poziom naprężeń rezydualnych i zniekształceń, właściwości strefy wpływu ciepła. Przepisy i normy odnośnie spawalnictwa określają szczegółowe wytyczne dla spawacza i osoby oceniającej jakość połączenia.

Rodzaje złącz spawanych

• doczołowe
• kątowe jednostronne i dwustronne
• teowe
• narożne
• krzyżowe
• zakładkowe
• nakładkowe
• przylgowe

wymiarowanie spoiny na przykładzie spoiny czołowej

W rysunku technicznym złącze spawane rysuje się, w zależności od stopnia uproszczenia, jak pokazano poniżej. W I stopniu uproszczenia wymiaruje się spoiny jak inne części maszyn. W III stopniu uproszczenia zaznacza się je linią oraz symbolem rodzaju spoiny.

Rodzaje spoin

• spoiny czołowe – łączenia stykowe blach, prętów, rur itp. przy spawaniu czołowym jest wymagana odpowiednio przygotowana krawędź elementów
• spoiny pachwinowe – stosuje się do zakładkowego i niezakładkowego łączenia blach, łączenia części ustawionych pod kątem itp
• spoiny brzeżne – łączenie cienkich blach. Powstaje przez stopienie odwiniętych krawędzi blach bez użycia dodatkowego metalu
• spoiny otworowe i punktowe wykonuje się przeważnie w celu wzmocnienia spoin pachwinowych przy łączeniu szerokich elementów.
• krawędziowe

-nośne(mocne) duże obciążenia
-szczelne – szczelność
-złączne (sczepne) elementy konstrukcyjne (rurociągi)

Pozycje spawania

• PA – podolna
• PB – naboczna
• PC – naścienna
• PD – okapowa
• PE – pułapowa
• PF – pionowa z dołu do góry
• PG – pionowa z góry na dół
• pozycje spawania rur w pozycji pochylonej pod kątem 45°:
  • H-L045 Rura: stała, Oś: pochylona, Spoina: z dołu do góry,
  • J-L045 Rura: stała, Oś: pochylona, Spoina: z góry na dół.

Niezgodności spawalnicze (Poziomy Jakości PN-EN ISO 5817)

• podtopienie: nazwa niezgodności spawalniczej, kiedy bruzda nie jest zupełnie wypełniona wzdłuż brzegu ściegu spawalniczego, nie nastąpił przetop materiału
• niepełne stopienie: stan, w którym spawane powierzchnie nie stopiły się ze sobą wystarczająco dobrze, zachodzi gdy jest ustawione zbyt mały amperaż lub łuk był prowadzony zbyt szybko
• niepełna penetracja: stan, gdzie jest niewystarczająca odległość pomiędzy powierzchnią metalu i dołem spawanego obszaru
• zachodzenie na siebie: stan, gdzie brzeg ściegu spawalniczego nie został zespolony z podstawowym metalem (występuje często przy spawaniu złącza teowego)
• wypukły ścieg spawalniczy: fragment wyokrąglenia ma spęczniałą powierzchnię ściegu spawalniczego
• wklęsły ścieg spawalniczy: fragment wyokrąglenia ma wgniecioną powierzchnię ściegu spawalniczego
• występowanie pęcherzy, wgłębień itp.