Spawanie łukowe ręczne elektrodą otuloną.RTF

1.   Cel ćwiczenia.

Zapoznanie się z metodą spawania łukowego ręcznego oraz urządzeniami i materiałami.

2.   Istota metody i parametry tej metody.

Spawanie łukowe.

Główną częścią spawarki łukowej jest urządzenie przetwarzające prąd z sieci elektrycznej na prąd o napięciu odpowiednim do spawania. Od spawarki biegną dwa przewody z których jeden zakończony jest uchwytem elektrody natomiast drugi połączony z przedmiotem spawanym zamyka obwód elektryczny. W niewielkiej szczelinie między elektrodą a przedmiotem jarzy się łuk elektryczny, który nadtapia brzegi części łączonych, a płynny metal z topiącego się końca elektrody wypełnia rowek między nimi, tworząc po ostygnięciu połączenie trwałe. Ta część złącza, która powstaje ze stopionej elektrody i metalu rodzimego podczas spawania, nosi nazwę spoiny. Metal otrzymany ze stopienia elektrody nazywamy stopiwem. Metal spoiny składa się ze stopiwa i z metalu rodzimego. Część środkową spoiny wypełnia czyste stopiwo, a na bokach - mieszanina stopiwa z metalem rodzimym z nadtopionych ścianek rowka. Drut stanowiący elektrodę pokryty jest warstwą topników, zwaną otuliną. Jej zadaniem jest ułatwić jarzenie się łuku, osłaniać topiony metal przed szkodliwym działaniem powietrza oraz oczyszczać metal spoiny z tlenków. Podczas spawania elektrodą otuloną ciepło łuku topi powierzchnię metalu na pewną głębokość, zwaną wtopem. Bezpośrednio pod elektrodą tworzy się jeziorko ciekłego metalu zasilane drobniutkimi kropelkami metalu wytryskującego z elektrody. Otulina tworzy wokoło strumienia metalu rodzaj tulejki, ochraniającej częściowo metal od dostępu powietrza oraz zapobiegającej chwianiu się łuku. Następnie przetwarza się częściowo w gazy formujące wokół łuku osłonę gazową oraz w ciekły żużel, który wypływa na powierzchnię jeziorka i po zastygnięciu spoiny stworzy na niej kruchą skorupę (niektóre elektrody otulone tworzą żużel, który sam odpryskuje wskutek skurczu przy chłodzeniu).

Prąd spawania, elektrody.

Na początku do spawania łukowego używano wyłącznie prądu stałego, a jako spoiwa zwykłego drutu miękkiego zwanego elektrodą gołą. Nie dawało to jednak zbyt dobrych rezultatów gdyż metal łatwo ulegał utlenieniu i zanieczyszczeniu przez azot stając się porowatym i kruchym. Gdy zaczęto stosować elektrody otulone okazało się że nadają się one do spawania prądem przemiennym co sprawiło iż spawanie łukowe rozpowszechniło się jako łatwy i tani sposób łączenia metali (małe zużycie prądu, tania instalacja).

Charakterystyka łuku (napięciowo - prądowa)

gdzie: Z - punkt zajarzanła się łuku, dz - napięcie zajarzania, Iz - natężenie zajarzania, KX -linia stałego napięcia Uc;

Do zajarzenia łuku potrzebne jest napięcie wyższe niż do spawania, a w miarę jonizowania się przestrzeni łukowej napięcie spada - łuk ma charakterystykę opadającą. Napięcie elektryczne początkowe dla elektrod topliwych ze stali wynosi 4(H50V przy spawaniu prądem stałym, a 5(H90V przy prądzie zmiennym. Po zajarzeniu łuku napięcie na zaciskach spawarki spada do 25-K30Y i utrzymuje się podczas spawania. Gdy prąd przekroczy pewną charakterystyczną wartość (Ik) napięcie łuku utrzymuje się na prawie stałym poziomie (Uc), odpowiadającym danej jego długości, niezależnie od wahań natężenia prądu co zapewnia trwałe jarzenie się łuku. Uc zależy więc tylko od długości łuku (oczywiście w zakresie stałego napięcia) i może być określone wzorem:

Uc = a + b*l

gdzie: l - długość łuku w mm, a - suma spadku napięcia na anodzie i katodzie,

b -jednostkowy spadek napięcia na l mm długości łuku;

W przypadku spawania stali elektrodami otulonymi: a=16^-18V, b=2.5-K2.8V co daje UC=2(H35V.

W praktyce jako umowne napięcie robocze na zaciskach obwodu spawania przyjmuje się dla natężenia prądu do 600A: U = 20 + 0.04*1, a powyżej 600A przyjmuje się U = 44V. Ze względu na otulinę temperatura elektrody nie powinna przekraczać 40(H-500°C. Do spawania ręcznego stosujemy elektrody o średnicach rdzenia: l, 1.5, 2, 2.5, 3.25, 4, 5, 6mm i długości: 250, 350 i 450mm.

Łuk elektryczny.

W celu zajarzenia łuku przedmiot spawany dotyka się elektrodą, wtedy obwód prądu zamyka się, a opór elektryczny, który jest największy na styku, powoduje rozgrzanie końca elektrody, następnie przy lekkim podniesieniu elektrody powstaje łuk którego długość jest mniej więcej równa średnicy elektrody.

Aby łuk mógł powstać, warstwa powietrza na drodze prądu musi ulec zjonizowaniu (dobre przewodzenie prądu). Źródłem jonizacji jest katoda, która w wysokiej temperaturze i przy odpowiednio wysokim napięciu elektrycznym wysyła w stronę anody strumień elektronów, które zderzając się z cząsteczkami par i gazów wytrącają z nich elektrony - powstają jony dodatnie. Anoda przyciąga elektrony a katoda jony dodatnie - cząstki poruszają się w przeciwnych kierunkach.

Łuk spawalniczy                        Rozkład temperatur przy łuku nieruchomym

15OO

120O

1000,

6

1500

200

400

1OOO
900

600

gdzie: 1 - elektroda, 2 - przedmiot spawany, 3 - jeziorko metalu, 4 - słupek łuku, 5 - strefa katodowego spadku napięcia, 6 - strefa anodowego spadku

Temperatura podana w stopniach Celsjusza

Rozróżnia się trzy strefy łuku w których następuje spadek napięcia:

• strefa katodowa o grubości rzędu l ^im (źródło elektronów)

• strefa anodowa o podobnej grubości (topienie metalu, wyższa temperatura)

• słupek łuku w postaci plazmy cieplnej złożonej z elektronów i jonów(+), współdziałającej w przenoszeniu topionego spoiwa na przedmiot (25% spadek napięcia)

Temperatura łuku wzrasta dość znacznie przy wzrastającej gęstości prądu, ale również i straty ciepła stosunkowo szybko wzrastają. W warunkach przeciętnych temperatura katody elektrody stalowej otulonej waha się w granicach 2100^2400°C, anody 2300^-2600 C, zaś samego łuku (w osi) - ponad 5000°C.

3.   Charakterystyka elektrody otulonej.

Schemat elektrody otulonej.

rdzeń

otulina

Podstawowe własności charakteryzujące elektrody otulone:

- stabilne jarzenie łuku,

- dobre kształtowanie spoiny,

- łatwe oddzielanie się żużla od powierzchni układanych warstw,

-   możliwość   otrzymania  spoiny  o   określonym   składzie   chemicznym   i   własnościach technologicznych,

- zachowanie własności fizykochemicznych i technologicznych w ciągu określonego czasu,

- możliwie mała toksyczność przy wykonywaniu i spawaniu,

- możliwość spawania w różnych pozycjach spawalniczych,

- możliwość spawania prądem o określonym rodzaju.

Dla   spełnienia  tych   wymogów  druty   spawalnicze   wykonuje   się   o   różnych   składach

chemicznych,   a   do   otuliny   wprowadza   się   substancje   żużlotwórcze,   gazotwórcze,

odtleniające, a także składniki stopowe stabilizujące i wiążące.

Elektrody do spawania łukowego ręcznego można podzielić w zależności od przeznaczenia

na:

- elektrody do spawania stali,

- elektrody do spawania żeliwa,

- elektrody do spawania metali nieżelaznych i uch stopów.

4.   Wnioski.

Spawanie łukowe ręczne ma bardzo szeroki zakres stosowania. Jest to metoda uniwersalna stosowana dla elementów stalowych o grubości powyżej l mm. Daje możliwość spawania we wszystkich pozycjach. Wydajność metody ograniczona do ok. 2.5 kg stopiwa na godzinę (dla typowych gatunków elektrod), a przy użyciu elektrod o dużej wydajności do 4.8 kg / h. Metodą tą można spawać w pozycji podolnej aluminium i jego stopy, miedź i brązy.