Úvod do svařování - utopm.fsid.cvut.czutopm.fsid.cvut.cz/podklady/mt2/2018 - svarovani.pdf ·...
Post on 30-Oct-2019
23 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Úvod do svařováníPrůmyslový design
Ing. Karel Kovanda, Ph.D.ČVUT v Praze, Fakulta strojní
Ústav strojírenské technologie
Metody spojování materiálů
Rozebíratelná
a) mechanické spoje,
b) šroubová spojení,
c) samosvorná spojení apod.
Aligator, mmspektrum,studentcar, eshopameco, exportpages.
Metody spojování materiálů
Nerozebíratelná
a) nýtování,
b) svařování a navařování,
c) pájení,
d) lepení apod.
Digital.guide, kovárna, bawnboy.com, allmetalshaping.com,
Definice svařování
„Svařování je pracovní postup, kterým se spojují materiály za působení tepla nebo tlaku (případně kombinace těchto vlivů).
Cíl Svařování:
Vyrobit vyhovující spojení určitých částí povrchů dvou nebo více
dílů, tak aby vzniklý spoj vykazoval vlastnosti, které jsou
požadovány nebo vyhovují provozním podmínkám.
Navařování
Navařování je obdoba svařování, kdy v omezeném prostoru dané součásti se nanáší přídavný materiál za účelem doplnění
nebo zvětšení objemu součásti.
Weldmasters, kolařik@
Navařování
Oblasti použití• energetický průmysl – korozivzdorné a žárupevné povrchy• těžební průmysl - stroje, zuby rypadel• mlýny na zpracování sutě, betonu• zemědělská technika
ESAB, ČVUT Pavel Rohan@
Pájení
Pájení je způsob metalurgického spojení kovových nebo nekovových materiálů pomocí přídavného materiálu, bez
natavení základního materiálu.
Přídavný materiál = pájka – musí mít teplotu tavení nižší než ZM
Akaonline, medenerozvody, vezas
Lepení
Lepení je proces spojování materiálů, při kterém se dosahuje trvalé (nerozebíratelné) spojení stejných, popřípadě
rozdílných materiálů, prostřednictvím lepidel (adheziv).
= Spojení dvou různých ploch prostřednictvím lepidla, které má dobrou přilnavost k oběma plochám.
Henkel,loctaid
Lepení
• průmyslové aplikace (automobily, lepení bočnic autobusů, dřevozpracující průmysl…)
• funkční spoje – těsnící, tlumení vibrací, nezvyšují hmotnost součásti• hobby
ksp.tul.cz, Scania.cz
Základní pojmy – názvosloví ČSN 05 0000
• Základní materiál (ZM): materiál, který je svařován• Přídavný materiál (PM): je přidáván během svařovacího procesu
(elektrody, dráty, tyčinky, pásky, tavidla)
• Svarová lázeň: materiál roztavený při svařování vzniká tavením základního a přídavného materiálu
• Svarový kov: roztavený základní materiál a přídavný materiál přivedený do tavné lázně - po ztuhnutí svarové lázně
Oerlikon, ESAB
Základní pojmy – názvosloví ČSN 05 0000
• Svarové plochy : část plochy základního materiálu, které při svařování jsou nataveny až po hranice závaru a účastní se procesu svařování
1) Úhel zkosení: úhel mezi úkosem a plochou čela
2) Úhel otevření: úhel mezi úkosy
3) Styková mezera: mezera mezi svařovanými díly
4) Otupení: nezkosená část svarové plochy
Základní pojmy – názvosloví ČSN 05 0000
• Svarová housenka: svarový kov navařený nebo přetavený při jednom chodu elektrody nebo svařovacího hořáku
• Vrstva svaru: část svarového kovu, která se skládá z jedné nebo několika housenek umístěných na stejné úrovni příčného řezu svaru
1) Kořenová vrstva: první vrstva svaru tvořící kořen svaru2) Výplňové vrstvy: svarové vrstvy mezi kořenovou a krycí vrstvou3) Krycí vrstva: poslední svarová vrstva tvořící povrch svaru
Druhy svarů
Rozdělení podle hledisek:
1) Polohy průřezu svaru
vzhledem k zátěžným silám (čelní, boční a šikmé)
2) Účelu použití
stehový (u velkých průměrů potrubí), těsnící ( u nádrží apod.), nosné (konstrukce) a kombinované (např. tlakové nádoby)
3) Tvaru svaru
tupé (I,V,U,X…), koutové (T, rohové, přeplátované), lemové, děrové, žlábkové, bodové, švové …
Tupé svary
• Nejvhodnější typ spoje pro konstrukce a součásti, namáhané opakovaným zatížením (dynamickým)
• Je zachován plynulý silový tok (průběh siločar) • Příprava stykových ploch je dána materiálem, tloušťkou a způsobem
svařování
Svar typu „I“ Svar typu „V“ Svar typu „X“
Koutové svary
• Nejvýhodnější z ekonomického hlediska (nevyžadují úpravu svarových ploch - úkosů)
• Nemají tak příznivý silový tok (mají menší únosnost)• Vhodné svařovat dvěma koutovými svary, kdy eliminujeme
účinek vliv ohybového momentu na svar (deformace)
Spoj typu „T“ Přeplátovaný spoj Rohový spoj Křížový spoj
Další typy svarů
Lemový svar Děrový svar Žlábkový svar
Bodový svarŠvový svar
Značení svarů na výkrese
Značení svarů na výkrese
Značení svarů na výkrese
Označení svaru tvoří:
• základní značka svaru
• doplňková značka svaru
• údaj o rozměru spoje
• doplňující údaje (metoda, druh elektrody, ochranný plyn, stupeň kvality svarového spoje, apod.)
• Svarové a pájené spoje - označování na výkresech ČSN EN ISO 2553
Značení svarů na výkrese
Značení svarů na výkrese
Rozdělení metod svařování
Podle způsobu vzniku1) působení tepla
spojení materiálů se dosahuje přes roztavený svarový kov
2) působení tepla a tlakuspojení je dosaženo plastickou deformací a částečným natavením spojovaných materiálů
3) působení tlakupřivádí se pouze tlak a ke spojení dochází v tuhém stavu
První skupinu metod označujeme za metody tavného svařování, druhé dvě za metody tlakového svařování.
Rozdělení metod svařování
1) Ruční
2) Strojní
1) Mechanizované
2) Automatizované
3) Robotizované
Migatronic, AirLiquide. Linde
Rozdělení metod svařování
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
TLAKOVÉ SVAŘOVÁNÍ
Obloukové sv.
MMA
MIG/MAG, TIG
SAW
Plamenové sv.
Plazmové sv.
Laserové sv.
Elektronové sv.
Odporové sv.
Bodové, švové
Výstupkové
Stykové
Tlakové za studena
Třením
Kovářské sv.
Výbuchové sv.
Difúzní, ultrazvukové
OSTATNÍ METODY
Elektrostruskové sv.
Aluminotermické sv.
Sv. světelným zářením
Indukční sv.
Přivařování svorníků
Indukční sv.
Sv. el. výbojem/rázem
Výhody svařování
• trvanlivost spojení, jeho pevnost a těsnost
• možnost náhrady výkovků a odlitků (levnější výroba)
• svařování tvarově složitých dílců
• snížení hmotnosti konstrukcí - vhodnou volbou materiálů
• zvýšení produktivity – uplatněním mechanizace a automatizace svařovacích pochodů
• snížení spotřeby materiálu
• snížení výrobních nákladů
• vysoká rychlost spojování
Video – MAG trubka
Nevýhody svařování
• nerozebíratelné spoje
• potřeba kvalifikovaných dělníků (operátoři, svářeči, sv. dozor)
• kvalifikované postupy svařování (WPQR, WPS…)
• změna struktury i mechanických vlastností svarového spoje
• vznik deformací a vnitřních pnutí
• vznik vnitřních i povrchových vad
kovandak@
Příklady svařovaných konstrukcí
• Žižkovská věž
Vykupto, travelguide, ceskatelevi
Příklady svařovaných konstrukcí
• Trojský most přes Vltavu
Metrostav, eurozpravy
Kovářské svařování
• používáno od starověku• celá staletí (až do konce 19 století) bylo jedinou používanou
metodou svařování = spojování materiálu „v ohni“ – tlakem• drátěné košile, zbraně, šperky, užitné předměty
TLAKOVÉ SVAŘOVÁNÍ
Kovářské svařování
Princip metody :• před svařováním napěchování konců• vznik šikmých stejně velkých styčných ploch• oba díly očistit od okují tavidlem (boraxem)• ohřát na svařovací teplotu (nad 1300 °C)• přitisknout velkým tlakem k sobě
TLAKOVÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování třením
Ohřev stykových ploch třenímPevné uložení + rotace = teplota svařování + osový tlak = svar
Video - tření
TLAKOVÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování třením
Výhody :
• nízká spotřeba energie,
• bezpečná práce,
• kvalita svarů,
• vysoká produktivita práce,
• možnost spojování různých materiálů,
• možnost automatizovat proces.
TLAKOVÉ SVAŘOVÁNÍ
Odporové svařování
• Průtokem elektrického proudu svařovaným místem se materiál svařovaných součástí ohřeje odporovým teplem → roztaví se → materiály se stlačí = vznik spoje
Ohmův zákon 𝑼 = 𝑰 ∙ 𝑹 𝑽Odpor. teplo – Joulův zákon 𝑸 = 𝑹 ∙ 𝑰𝟐 ∙ 𝒕 𝑱
El. odpor 𝑹 = 𝑹𝒑 + 𝑹𝒎 Ω
• Rm - materiálový odpor (el. vodivost, jakost,tloušťka, teplota)
• Rp - přechodový odpor (čistota a drsnost povrchů,tlak elektrod 1/P)
• P- přítlačná síla [N]
TLAKOVÉ SVAŘOVÁNÍ
Odporové svařování
• nejvyšší teplota - místo dotyku plechů
• značné množství tepla uniká vedením do materiálu a sáláním do okolního prostředí.
TLAKOVÉ SVAŘOVÁNÍ
Odporové svařování
Měkký svařovací režim • nízký svařovací proud - proudová hustota do 200 A∙mm-2
• dlouhý svařovací čas - asi 25 period střídavého proudu– 0,5 s do 1,5 s• nižší svařovací síla (do 1 000 N) – tlak do 60 N ∙ mm-2
• svařování ocelí s vyšším obsahem uhlíku, opravy, znečištěný povrch• tepelné ztráty sáláním, zahřívání elektrod, otlaky, malý průměr čočky
Tvrdý svařovací režim • vysoký svařovací proud - proudová hustota 200 - 500 A ∙ mm-2
• krátký svařovací čas - 3 až 8 period – 0,16 s• vyšší svařovací síla (cca 2 000 N) – tlak více než 80 N ∙ mm-2
• svařování legované oceli, neželezné kovy a jejich slitiny• vyšší živostnost elektrod, menší deformace, vyšší napětí ve sv. spojích
TLAKOVÉ SVAŘOVÁNÍ
Odporové svařování
Bodové svařování
• nejvíce používaný způsob
• svařování plechů tloušťky od 0,01 do 10 mm (lze však svařovat i větší tloušťky)
• při bodovém svařování se vytvářejí především přeplátované spoje
• automobilový průmysl 80 % svarů
Portablewelders, Entroncontrols, Ogsindustries
TLAKOVÉ SVAŘOVÁNÍ
Odporové svařování
Švové svařování
• obdobný proces bodovému svařování
• svařovací elektrody jsou otočné
• tvar kotouče (kladek)
• odvalování svařovaných dílů
• překrývající se bodové svary
• dlouhé svary plechů, profilů apod.
• materiály elektrod: báze mědi, žárupevné slitiny Mo, W
Shinkmann, Marinenotes.blogspot
TLAKOVÉ SVAŘOVÁNÍ
Indukční svařování
Vysokofrekvenční svařování
• teplo vzniklého elmag. indukcí ve svarových plochách tupého svaru plechů
• průchod střídavého proudu střední nebo vysoké frekvence (50-500 kHz)
• výroba trubek a uzavřených profilů• způsob se zařazuje jako švové svařování, ale ve
skutečnosti jde o stykové pěchovací svařování
Shinkmann, Marinenotes.blogspot
Shinkmann,
TLAKOVÉ SVAŘOVÁNÍ
Odporové svařování
Výstupkové
• svarové spoje se vytvářejí na místech přirozených a záměrně vytvořených výstupků
• (odporové svařování na lisu)
• šrouby, matice, montážní prvky
Ogsindustries.com
TLAKOVÉ SVAŘOVÁNÍ
Odporové svařování
Stykové
• svarové spoje se vytvářejí v celé styčné ploše
• využití nebo bez využití odtavení
• (tj. svařování s odtavením a pěchovací)
• plné profily, tyče, kolejnice…
Regena.cz, Tratovestroje.net
TLAKOVÉ SVAŘOVÁNÍ
Odporové svařování
BMW, Avio
TLAKOVÉ SVAŘOVÁNÍ
TAVNÉ METODY SVAŘOVÁNÍ
Ruční svařování obalenou elektrodou
• zdroj tepla = elektrický oblouk (vysokotlaký nízkonapěťový výboj)
• el. oblouk hoří mezi elektrodou a základním materiálem
Youtube, Messer Eutectic Castolin
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Ruční svařování obalenou elektrodou
Polohy svařování : všechny polohy (omezení druh elektrod)
Druh základního materiálu : nelegované, nízkolegované
vysokolegované oceli, Ni, Cu, Al
jejich slitiny (případně i další materiály)
Tloušťka základního materiálu : 2 až 100 mm (ekonom.)
Svařovací proud : 50 až 450 A
Napětí na oblouku : 15 až 40 V
Druh svařovacího proudu : stejnosměrný, střídavý
Průměr elektrod : 1,6 až 8 mm (obvykle 2 – 6,3 mm)
Statická charakteristika zdroje : strmá (zdroj konstantního proudu)
Metoda na ústupu – opravárenství, montáže
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Ruční svařování obalenou elektrodou
Litina Hliníková slitina Titanová slitina
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Ruční svařování obalenou elektrodou
Svařování plechu v poloze PF
Messer Eutectic Castolin
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování elektrickým obloukem
„Pinch efekt“ = radiální tlak magnetického pole oblouku• možno svařovat i v nucených (montážních) polohách.
1- elektroda, 2 – hranice natavené oblasti, 3 – kapka taveniny, 4 – katodová skvrna, 5 – sloupec oblouku, 6 – anodová skvrna, 7- zmenšení průřezu, a – působení gravitace, b – směr radiálního působení magnetického pole (pinchefekt), c – povrchové napětí, d – směr elektrostatických sil, e – síly odpařujícího se kovu, f – viskozita taveniny, g – dynamický účinek proudícího plazmatu
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Přenos kovu v oblouku
Při obloukovém svařování tavící se elektrodou dochází ve sloupci oblouku k přenosu roztaveného kovu elektrody do svarové lázně
Zkratový přenosBezkratový(Kapkový) přenosSprchový přenos
Charakter přechodu svarového kovu v oblouku je určován hlavně :
- proudovou hustotou - obalem elektrod- napětím (délkou oblouku) - polaritou a atmosférou
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování el. obloukem v ochranných atmosférách
Úkoly ochranné atmosféry:
• ochrana svarové tavné lázně, elektrody, el. oblouku a okolí svaru,
• sekundární ochrana kořene a líce svaru,
• ovlivňuje proces zapalování a stability hoření el. oblouku (vytvoření dostatečně ionizovaného prostředí),
• vliv na geometrii svaru (šířka, hloubka průvaru…)
• Kyslík – reaguje s kovovými prvky, vznik oxidů s velkou teplotou tavení, snižuje mech. vlastnosti, od 0,23 % je ocel křehká
• Vodík – vždy v plynné fázi, způsobuje pórovitost, vznik trhlin za studena
• Dusík – nitridy (Al, Mn, Si, Ti, Fe), snižuje tažnost, vrubovou houževnatost
kovandak@
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování el. obloukem v ochranných atmosférách
Rozdělení ochranných atmosfér - podle chemické aktivity:
1) Inertní („netečné“) – nereagují se svarovou lázní
inertní plyny (Ar, He, směsi Ar + He)
2) Aktivní – účastní se reakcí ve svarové lázni
oxidační plyny (CO2, směsi na bázi Ar + CO2, Ar+O2 ...)
Linde gas, Airproduct
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování el. obloukem v ochranných atmosférách
• MAG (Metal active gas) 135
Odtavující se elektroda, kde ochranný plyn se aktivně podílí na tvorbě svarového kovu
• MIG (Metal inert gas) 131
Odtavující se elektroda, kde ochranný plyn nereaguje při tvorbě svarového kovu
• WIG , TIG (Wolfram inert gas - Tungsteninert gas) 141
Wolframová netavná elektroda, kde ochranný plyn nereaguje při tvorbě svarového kovu.
Linde gas
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování metodou MAG/MIG
Zeross, Kolařík L.
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování metodou MAG/MIG
Polohy svařování: všechny
Druh základního materiálu : MAG : nelegované, nízkolegované a vysokolegované ocele
MIG : Al, Cu, Ni a jejich slitiny
Tloušťka zákl. materiálu : 0.8 až 40 mm
Přenos kovu : Zkratový : IS = 40 - 190 A, UEO = 16 - 21 V
Sprchový : IS = 120 - 500 A, UEO = 20 - 36 V
Druh svařovacího proudu : Stejnosměrný (polarita nepřímá =elektroda na +
pólu svařovacího zdroje)
Průměry svařovacích drátů : 0,6 do 1,6 mm
Poloautomatický proces : drát-podavač
Statická charakteristika zdroje – plochá (zdroj konstantního napětí)
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování metodou MAG/MIG
EWM
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování metodou MAG/MIG
Atlaslokomotiv, Czloko, Technet.idnes
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování metodou TIG
Tavné svařování, při kterém se používá netavící se elektroda čistě wolframová nebo s aktivující přísadou. El. oblouk a oblast svaru je chráněna inertním plynem. Podle potřeby může být použit přídavný materiál.
Migatronic, Linde, Zeross
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
OCHRANNÝ PLYN
SVAROVÁ LÁZEŇ
SVAROVÝ KOV
PLYNOVÁ HUBICE
PŘÍDAVNÝ MATERIÁL
ZÁKLADNÍ MATERIÁL
Svařování metodou TIG
Migatronic, Zeross
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování metodou TIG
Polohy svařování : všechny
Druh základního materiálu : všechny !!!: legované ocele, Al, Mg, Cu, Ni, Ti , Ag a jejich slitiny
Tloušťka základního materiálu : 0.5 až 10 mm
Druh svařovacího proudu : Stejnosměrný (polarita přímá i
nepřímá) i střídavý
Rozsah svařovacího proudu : 10 až 500 A
Průměry wolframových elektrod : 1 až 8 mm (obvykle od 2 do 4 mm)
Průměr přídavného materiálu: 0,8 – 4 mm (délka 1m) plné, plněné
0,6 – 2,4 mm (cívky)
Používané ochranné plyny : inertní (Ar, He)
Vhodná statická cha. zdroje : strmá
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování metodou TIG
Abicor Binzel, EWM, Dinse
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování metodou TIG
• Elektrody jsou normalizovány dle ČSN EN ISO 6848 -chemické složení, - rozměry a úchylky, - barevné značení
• Vyrábějí se v průměrech od 0,5 do 10 mm (obvykle používané průměry jsou 1,6 – 3,2 mm) a v délkách od 50 do 175 mm
Migatronic, Svět svaru
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování metodou TIG
Značení elektrod se řídí následujícími zásadami :
• první písmeno značí základní prvek elektrod – W (Wolfram)
• druhé písmeno charakterizuje přísadu oxidů
P (čistě wolframová elektroda bez oxidů – jako Pure = čistý) = 99, 9 % W
T (oxid thoričitý ThO2) - Tt = 3 300 °C
Z (oxid zirkoničitý ZrO2) - Tt = 2 700 °C
L (oxid lantanitý La2O3) - Tt = 2 300 °C
C (oxid ceričitý CeO2) - Tt = 2 600 °C
číslo u základní značky udává desetinásobek koncentrace oxidůNapř.: WL20 – wolframová elektroda s 2% příměsi oxidu lantanitého
• Příměsi mají vliv na životnost elektrody, stabilní hoření oblouku, zapalování oblouku, stabilitu při vysokých teplotách
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování metodou TIG
Linde, Crontex,
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování metodou TIG
ESAB, Automobilrevue, Aluminum, Sop, pinterest
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování pod tavidlem
Zdroj tepla = elektrický oblouk hořící pod vrstvou práškového tavidla, část se taví a vytváří strusku.
ESAB
ESAB
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování pod tavidlem
Poloha svařování : PA (vodorovná shora), do úžlabí, PB
Tloušťka základního materiálu: 3 až 100 mm, případně i více (úzký úkos)
Rozsah svařovacího proudu : 200 až 2000 A (extrémně i 4000 A)
Rozsah napětí na oblouku : 20 až 50 V
Rozsah svařovacích rychlostí : 40 až 200 cm∙min -1
(výkon navaření 2–100 kg/hod)
Druh svařovacího proudu : střídavý i stejnosměrný
Průměr přídavného materiálu : 2 až 8 mm (možno použít 1,6 mm,
extrémně 13 mm), případně pásky
Druh základního materiálu : všechny druhy konstrukčních ocelí,
vysokolegované oceli, slitiny Ni, Al, Cu
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování pod tavidlem
ESAB
Zařízení1. Pojezd – svařovací traktor2. Ovládání3. Svařovací hlava4. Podavač drátu5. Zásobník tavidla6. Svařovací zdroj
1
2
3
4
5
6
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování pod tavidlemTavidlo = zrnitá hmota (podobná roztavenému sklu)• úkolem je zabezpečit dobré operativní, formovací
vlastnosti a jakost svarového kovu• požadavky na tavidla: stejné jako na obaly elektrod
pro ruční svařování• platí přísnější podmínky• vliv tavidel na svar či návar je větší• druhy – tavená, aglomerovaná
Charakteristické vlastnosti• tavením nevznikají žádné plyny• za normálních teplot je nevodivéSe stoupající teplotou elektrická vodivost tavidla stoupá.
ESAB
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování pod tavidlem
ESAB, Plzen.idnes, elogistika.info
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
Svařování pod tavidlemSvařování pod tavidlem
Ekonomika.idnes, ESAB, Temex, Kasperkovo, cz.depositphotos.com
TAVNÉ SVAŘOVÁNÍ
• svorníky = šrouby, kolíky, matice, sponky, kotvy a kovové plátky různých tvarů
• doba hoření oblouku 0,5 až 3 000 ms)
• vysoká rychlost ohřevu i ochlazení
• průměry svorníků od 3 do 25 mm
Přivařování svorníků
1) Přivařování svorníků elektrickým obloukem se zdvihovým zážehem
2) Přivařování svorníků kondenzátorovým výbojem s hrotovým zážehem
Přivařování svorníků
Doporučená literatura
• Technologie 1 – skripta ČVUT (Bednář, Šanovec a kol.)
• Technologie svařování – skripta ČVUT ( Dunovský a kolektiv)
Děkuji za pozornost
Ing. Karel Kovanda, Ph.D.
karel.kovanda@fs.cvut.cz
top related