Technologia spawania gazowego

Spawalność stali węglowych zależy głównie od ilości zawartego w nim węgla - C. Stale węglowe zawierające poniżej 0,25% węgla spawa się dobrze bez zastosowania dodatkowych zabiegów cieplnych. Stale o większej zawartości węgla tj. w zakresie 0,3-0,5% węgla spawa się na gorąco po podgrzaniu do temperatury 250-300°C, w celu wyeliminowania podhartowania i pęknięć w złączu.

 

Dobre wyniki można uzyskać poprzez poddanie złącza wyżarzaniu normalizującemu w temperaturze 800-850°C. Wyżarzanie normalizujące polega na nagrzaniu stali o 30÷50°C wyższej od Ac3 – wygrzanie w tej temperaturze w czasie zależnej od grubości blachy i studzeniu w spokojnym powietrzu.
Celem wyżarzania jest uzyskanie jednorodnej struktury drobnoziarnistej, polepszenie właściwości mechanicznych stali.
Stosowana głównie dla stali niestopowych konstrukcyjnych i staliwa.

 

Rodzaje płomieni – wizualizacja
Rys. 1    Rodzaje płomieni – wizualizacja

 

Przy spawaniu elementów, które posiadają różną grubość należy jeden z nich zukosować w stosunku 1:5 aż do wyrównania z grubością cieńszego elementu. Do spawania stali, płomień należy wyregulować na normalny.

Spawalność stali stopowych płomieniem acetylenowo-tlenowym jest ograniczone. Znajduje rzadko zastosowanie do łączenia blach o małych grubościach. Wydajność palnika przy spawaniu tych stali powinna wynosić 75 litrów acetylenu na 1[mm] grubości spawanego materiału. Do spawania stosuje się płomień normalny oraz spoiwo SpH1. Proces spawania wykonuje się techniką w lewo i w prawo bez dodawania topnika, jeżeli zawartość węgla jest niższa od 0,15%. Należy pamiętać by nie zanurzać jąderka płomienia w ciekłym metalu spoiny, gdyż spowodujemy niekorzystne nawęglenie spoiny, co jest niedopuszczalne.

 

Spawanie żeliwa na gorąco polega na wstępnym podgrzaniu całego przedmiotu spawanego do temperatury 700-800°C i następnym wykonaniu spoiny w tej temperaturze. Podgrzewanie detalu podgrzewa się najczęściej w piecu opalanym gazem, w którym należy wykonać spoinę. Przedmiot należy podgrzewać wolno z prędkością 100°C na godzinę. Po uzyskaniu wymaganej temperatury spawanie wykonuje się palnikami acetylenowo tlenowymi o płomieniu normalnym. Wydajność palnika powinna wynosić 100-130 litrów acetylenu na 1[mm] grubości spawanego złącza. Spawanie należy wykonywać techniką w lewo w miarę możliwości jak najszybciej, w pozycji podolnej, na podkładkach grafitowych. Spoiny należy wykonać w jednym przejściu, wykonując niewielkie ruchy poprzeczne końcem spoiwa i palnika celem rozprowadzenia metalu w rowku spawalniczym.

 

Do spawania używa się prętów żeliwnych o składzie chemicznym zbliżonym do składu odlewu (C=3-4%; Si=3-3,8%; Mn=0,5-0,8; P max.0,5; S max.0,08%; Cr max.0,05%; Ni max. 0,3%) o średnicy 4-12[mm], które używa się łącznie z odpowiednimi topnikami np. Żel-Gaz o składzie 40% boraksu, 30% węglanu sodu, 25% fluorytu, 5% żelazokrzemu i ok. 45% krzemu lub czysty boraks. Mogą być używane również spoiwa mosiężne lub brązowe. Topnik wprowadza się do miejsca spawania przez zanurzenie w nim nagrzanego końca spoiwa, bez mieszania z wodą. Można stosować również czysty boraks posypując nim rozgrzane miejsce spawania. Po zakończeniu spawania, stygnięcie elementu odbywa się razem z piecem. Prędkość stygnięcia powinna mieścić się w zakresie 50-100°C na godzinę.

 

Spawanie żeliwa na gorąco
Rys.1     Spawanie żeliwa na gorąco

 

Spawanie żeliwa na półgorąco polega na wstępnym podgrzaniu fragmentu przedmiotu spawanego do temperatury 400-450°C i następnym wykonaniu spoiny w tej temperaturze. Metoda ma zastosowanie przy usuwaniu stosunkowo małych wad odlewniczych oraz regeneracji przedmiotów mających swobodę odkształcania w czasie spawania. Nagrzewanie przeprowadza się symetrycznie względem położenia wady, co zmniejsza naprężenie skurczowe po ostygnięciu spoiny.

 

Lutospawanie żeliwa polega na łączeniu części techniką spawania acetylenowo-tlenowego przy zastosowaniu spoiwa mosiężnego gatunku CuZn40Si. Grubość spoiwa wynosi ¾ grubości materiału rodzimego. Brzegi łączonych części należy zukosować na V lub X pod kątem 80-90°. Brzegi i sam rowek powinien być dokładnie oczyszczony. Do lutospawania żeliwa stosuje się topnik Uni-Lut lub Ms-Gaz rozrobione z wodą w postaci pasty. Lutospawanie żeliwa wykonuje się bez wstępnego podgrzania spawanego detalu.

 

Spawanie miedzi - wysokie przewodnictwo oraz duża rozszerzalność cieplna i skurcz odlewniczy powodują zaliczanie miedzi do metali trudno spawalnych.

 

Przygotowanie brzegów do spawania oraz wielkość palnika zależą od grubości blach. Przed spawaniem brzegi należy dokładnie oczyścić i pokryć roztworem topnika. Do spawania należy stosować odpowiedni gatunek spoiwa miedzianego w postaci drutu lub pręta. Płomień palnika należy wyregulować na normalny. Elementy miedziane najlepiej zamontować do przyrządów i mocno utwierdzić, unikać spoin sczepnych.

 

Technika spawania gazowego miedzi jest taka sama jak przy spawaniu stali, przy czym stosuje się kilka sposobów spawania:

  1. Spawanie w lewo bez dodawania spoiwa blach o grubości poniżej 2[mm]
  2. Spawanie w lewo blach o grubości 2-4[mm]
  3. Spawanie w górę jednostronne blach o grubości 0,5-10[mm]
  4. Spawanie w górę dwustronne blach o grubości powyżej 4[mm].

Przy czym blachy do grubości do 10[mm] nie wymagają ukosowania, a powyżej tej grubości należy je ukosować na X.

 

Grubość blachy s[mm] Kształt brzegów Wydajność palnika w l/h Średnica spoiwa [mm] Prędkość spawania m/h Zużycie g/m spoiny
Spawającego Podgrzewającego spoiwo topnika
1
Kształt brzegów
250 - - 12 - 18
2
Kształt brzegów
300 300 3,15 12,00 80 18
600 - - 8,00 - -
3 500 500 4,00 8,5 145 18
1000 - - 7,50 - -
4 800 600 4,00 6,5 250 20
1200 - - 6,00 - -
5
Kształt brzegów
1200 800 6,3 5,30 350 20
1500 - - 5,00 - -
6 1200 900 6,30 4,3 480 24
8 1700 1000 6,3 3,2 880 24
10 1700 1400 8,00 2,50 1280 30

Tablica 1. Parametry spawania gazowego blach miedzianych sposobem w lewo z podgrzewaniem dodatkowym palnikiem.

 

Grubość blachy s[mm] Kształt brzegów Wydajność palnika w l/h Średnica spoiwa [mm] Prędkość spawania m/h Zużycie g/m spoiny
spoiwo topnika
4
Kształt brzegów
2x 500 3,15 5,70 220 22
5 2x 600 4,00 4,80 340 22
6 2x 800 4,00 4,30 430 25
7 2x 800 4,00 3,60 650 25
8 2x 1000 5,00 3,00 870 25
10 2x 1400 5,00 2,30 1280 30
12
Kształt brzegów
2x 1500 6,30 2,00 1450 30
15 2x 1700 6,30 1,50 2150 30

Tablica 2. Parametry dwustronnego spawania gazowego w górę blach miedzianych dwoma palnikami.

 

Po spawaniu należy spoinę o grubości 5[mm] przekuć a następnie przedmiot wyżarzyć w temperaturze 500°C. Połączenie spawane o większych grubościach przekuwa się wyłącznie na gorąco, po ułożeniu około 100[mm] spoiny. Spoiny dwuwarstwowe wykonywane w górę przekuwa się jednocześnie z obydwu stron. Przekuwanie wykonuje się w kierunku przeciwnym do kierunku spawania.

 

Spawanie mosiądzów - najlepsze własności połączeń uzyskuje się przy spawaniu acetylenowo-tlenowym. Celem ograniczenia parowania stosuje się płomień z 30-50% nadmiarem tlenu w stosunku do płomienia normalnego. Do spawania należy stosować odpowiedni gatunek spoiwa oraz topnik. Przed spawaniem brzegi blach należy oczyścić stalową szczotką. Blachy o grubości powyżej 5[mm] korzystnie jest spawać na gorąco w temperaturze 250-300°C. Blachy do 4[mm] grubości można łączyć spoinami sczepnymi, a grubsze należy spawać w przyrządach.

 

W zależności od grubości blach, stosuje się sposoby spawania w lewo, w górę jednostronnie i dwustronnie. Po spawaniu spoinę należy przekuć na gorąco w temperaturze 500-600°C lub na zimno, zależnie od gatunku mosiądzu.  Odlewy spawa się w temperaturze 450-500°C i następnie chłodzi w powietrzu. Spoiny na odlewach nie przekuwa się.

Grubość blachy s[mm] Kształt brzegów Wydajność palnika w l/h Średnica spoiwa [mm] Prędkość spawania m/h Zużycie g/m spoiny
spoiwo topnika
 
Kształt brzegów
         
1 150 2,00 10,00 25 16
2 300 3,15 7,50 65 18
3 500 4,00 5,00 125 18
4 600 4,00 4,00 215 20
           
 
Kształt brzegów
         
5 800 5,00 3,30 340 20
6 900 5,00 2,70 530 25
8 1200 6,30 2,00 720 25
10 1200 8,00 1,60 850 30

Tablica 3. Parametry spawania gazowego blach mosiężnych sposobem w lewo.

Grubość blachy s[mm] Kształt brzegów Wydajność palnika w l/h Średnica spoiwa [mm] Prędkość spawania m/h Zużycie g/m spoiny
spoiwo topnika
 
Kształt brzegów
         
           
2 300 3,15 7,20 60 18
3 400 3,15 4,80 110 18
4 500 4,00 4,30 185 20
           
 
Kształt brzegów
         
5 600 4,00 3,60 290 20
6 800 5,00 3,00 430 25
8 800 6,30 2,30 540 25
10 1200 6,30 2,00 720 30
           

Tablica 4. Parametry jednostronnego spawania gazowego w górę blach mosiężnych.

 

Grubość blachy s[mm] Kształt brzegów Wydajność palnika w l/h Średnica spoiwa [mm] Prędkość spawania m/h Zużycie g/m spoiny
spoiwo topnika
 
Kształt brzegów
         
4 150 3,15 5,00 170 22
5 300 4,00 4,30 280 22
6 300 4,00 4,00 420 25
8 500 5,00 3,20 515 25
10 800 6,30 2,50 680 30
           

Tablica 5. Parametry dwustronnego spawania gazowego w górę blach mosiężnych.

 

Spawanie brązów uznaje je się jako spawalne zawierające do 1% ołowiu. Brązy cynowe i krzemowe spawa się płomieniem normalnym. Do spawania brązów aluminiowych stosuje się płomień z 10-20% nadmiarem acetylenu, w celu zmniejszenia utleniania aluminium. Przygotowanie brzegów i technika jest taka sama jak dla spawania mosiądzów.

 

Brązy odlewnicze i odlewy spawa się na gorąco w temperaturze 550-600°C w warunkach zbliżonych do spawania żeliwa.

 

Najlepsze wyniki otrzymuje się w procesie spawanie brązów techniką w lewo i w pozycji pochyłej. Materiałem dodatkowym do spawania brązów są spoiwa o zbliżonym składzie chemicznym spawanego materiału. Przy spawaniu brązów należy dobrać odpowiedni topnik.

 

Położenie palnika w czasie spawania brązów
Rys.2     Położenie palnika i spoiwa w czasie spawania brązów: 1-palnik, 2-spoiwo.

 

Spawanie cynku jest dość trudne. Cynk należy do materiałów trudno spawalnych z uwagi na niską temperaturę parowania, łatwe utlenianie i dużą rozszerzalność cieplną. Do spawania cynku stosowany jest płomień acetylenowo-tlenowy o płomieniu ustawionym na normalny. Mogą być również stosowane inne płomienie jak np. płomień wodorowo-tlenowy, lub acetylenowo-powietrzny. Wydajność palnika powinna wynosić 30-80 litrów gazu palnego na godzinę na 1[mm] grubości blachy. Jako spoiwa stosuje się druty cynkowe o jeden stopień czystości co materiał spawany lub paski spawanej blachy.

 

Do spawania należy zastosować odpowiedni topnik. Przygotowanie brzegów zależy od grubości blach i sposobu spawania:

  1. Blachy o grubości do 1[mm] o wygiętych brzegach spawa się w lewo bez dodatku spoiwa
  2. Blachy o grubości do 1-4[mm] spawa się jednowarstwowo w lewo doczołowo bez ukosowania lub na zakładkę.
  3. Blachy o grubości powyżej 4[mm] spawa się dwuwarstwowo w lewo, z ukosowaniem brzegów na V pod kątem 60°.
  4.  

W trakcie spawania stanowisko spawalnicze musi posiadać intensywną wentylację. Po spawaniu należy spoinę dokładnie oczyścić z pozostałości topnika za pomocą gorącej wody i szczotki drucianej. Po czyszczeniu spoinę należy przekuć w temperaturze 100-150°C.

 

Spawanie ołowiu. Do spawania ołowiu stosuje się płomień acetylenowo-tlenowy, wodorowo-tlenowy lub wodorowo-powietrzny. Płomień powinien być wyregulowany na normalny lub z małym nadmiarem acetylenu.

 

Wydajność palnika powinna wynosić 15-25 litrów gazu na godzinę na 1[mm] grubości blachy. Jako spoiwa stosuje się drut lub pałeczki z ołowiu o jeden stopień wyższej czystości od materiału spawanego.

Przygotowanie brzegów do spawania oraz parametry spawania zależą od grubości i sposobu spawania.

 

Blachy o grubości:

  • Do 1,5[mm] spawa się w lewo bez dodawania spoiwa
  • 1,5-6,0[mm] spawa się doczołowo sposobem w lewo bez ukosowania lub na zakładkę
  • Powyżej 6,0[mm] spawa się dwuwarstwowo sposobem w lewo, z ukosowaniem brzegów na V pod kątem 70-90°.

 

Sposób spawania Grubość blachy s[mm] Wydajność nasadki palnika l/h Czas spawania min/m Zużycie Uwagi
acetylen dm3 tlen dm2
Spawanie podolne na zakładkę 1 20 2 1,00 1,20 1 warstwa
2 40 4 2,70 3,20 2 warstwy
3 55 6 6,00 7,00 3 warstwy
4 75 8 11,00 13,00 4 warstwy
Spawanie podolne doczołowe na V=70-90° 5 100 10 17,00 20,00 3 warstwy
6 140 12 24,00 29,00 3 warstwy
7 140 12 34,00 39,00 3 warstwy
8 140 16 43,00 51,00 4 warstwy
10 200 20 67,00 80,00 4warstwy
Spawanie w lewo pochyłe 3 75 15 15 18 jedna warstwa z dodakiem spoiwa
4 75 20 27 32
5 100 25 42 49
6 100 30 60 72
7 140 35 82 98
8 140 40 107 127
Spawanie naścienne 2 28 4 2 2,5 bez dodawania spoiwa
3 40 6 4,5 5,4
4 55 8 8 9,6
5 75 10 12,5 15
6 100 12 18 21
7 100 14 224 29
8 140 16 34 40
10 140 20 50 60
Spawanie w górę doczołowe z foremką 6 140 36 72 86 Rozwartość foremki 13[mm]
7 140 42 100 120 15[mm]
8 140 48 128 150 27[mm]
10 200 60 200 240 22[mm]
Spawanie pułapowe 2 28 4 2 2,4 bez dodawania spoiwa
3 40 6 4,5 5,4
4 55 8 8 9
5 75 10 12,5 15
6 100 12 18 11

Tablica 6. cd.

Korzystnie jest wykonywać spawanie na podkładce stalowej, grafitowej. Ze względu na rzadkopłynność i duży ciężar właściwy ołowiu, należy unikać wykonywania spawania w pozycjach przymusowych. Spawanie należy wykonywać na stanowisku z intensywną wentylacją.

 
Literatura:

[1] – Poradnik Spawacza Gazowego – mgr inż. Jan Pałasz, WNT Warszawa 1970r

[2] – Instytut Spawalnictwa – Spawanie i cięcie gazowe, Gliwice 1997