Spawalność metali jest to zespół właściwości fizyko-chemicznych i metalurgicznych wpływających na podatność do tworzenia się złącz (spoin) bez dodatkowych zabiegów.
Spawalność jest to zdolność materiału do uzyskania określonych własności mechanicznych po spawaniu (bez skłonności do kruchego pękania).
Ważnymi czynnikami wpływającymi na spawalność są:
Czynniki metalurgiczne – ponieważ spawalność jest głównie uzależniona od zmian właściwości fizycznych materiałów, skład chemiczny decyduje o spawalności materiału.
Czynniki technologiczne – spawalność zależy od warunków spawania, a w szczególności od metody spawania, natężenia prądu, średnicy elektrody, prędkości spawania. Technika spawania wpływa w dużym stopniu na wielkość i rodzaj natężeń spawalniczych.
Czynniki konstrukcyjne – zależna jest od rodzaju i sztywności konstrukcji, rodzaju i wielkości przekroju spoin, wielkości przekrojów łączonych elementów. Wszystkie te czynniki decydują ostatecznie o wartości i rozkładzie naprężeń spawalniczych.
Połączenie spawane
Złącze spawane – rodzaj złącza powstającego w procesie fizycznym łączenia materiałów poprzez ich miejscowe stopienie i zestalenie. Stosowane np. do łączenia metali 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
- spawanie elektryczne z wykorzystaniem spawarki
- spawanie metodą MMA/ MSAW (elektrodą otuloną)
- spawanie łukiem krytym
- spawanie w osłonie gazów:
- metoda MIG 131 (Metal Insert Gas)
- metoda MAG (Metal Active Gas)
- spawanie łukowe drutem rdzeniowym
- metoda TIG (Tungsten Inert Gas)
- spawanie laserowe
- spawanie plazmowe
- spawanie hybrydowe
- spawanie elektronowe
- spawanie żużlowe
- spawanie tarciowe.
Spawanie gazowe – polega na stopieniu brzegów metali łączonych za pomocą źródła ciepła w postaci płomienia gazowego. Do tego rodzaju spawania są wykorzystywane: tlen, acetylen, propan i butan, metan, wodór, gaz koksowniczy i gaz świetlny, azot, argon i inne. Spoina powstaje z stopionych brzegów materiału oraz dodatkowego spoiwa stopionego w płomieniu. Metoda ta pozwala na wykonanie połączeń we wszystkich pozycjach i uzyskania gładkich spoin. Spawanie gazowe jest najrzadziej stosowaną metodą łączenia materiałów ze względu na słabą wydajność oraz duże koszty.
Spawanie elektryczne z wykorzystaniem spawarki – jest najprostszą metodą spawania, praca urządzenia oparta jest na zjawisku łuku elektrycznego w temperaturach do 4000oC, jest ono stosowane do spajania blach o grubości od 1 mm do 80 mm.
Najbardziej rozpowszechnioną metodą spawania jest spawanie elektrodą otuloną (MMA/ MSAW), stosuje się ją ze względu na nieskomplikowane, łatwe w obsłudze i wszechstronnych źródeł prądu. W metodzie tej łuk elektryczny tworzy się pomiędzy topliwą elektrodą otuloną i materiałem spawanym. W wyniku palenia się łuku następuje stapianie elektrody i brzegów łączonego materiału. Po stopieniu następuje wzajemne wymieszanie się materiału łączonego z materiałem elektrody a po zakrzepnięciu tworzy się nierozłączne połączenie. Elektroda wykonana jest z tego samego materiału, co materiał łączony. Metoda ta jest głównie stosowana do spawania stalowych konstrukcji, w przemyśle stoczniowym i w większości branży produkcyjnych.
Spawanie łukiem krytym – metoda ta polega na spawaniu elementów metalowych za pomocą elektrody w otulinie granulowanego topnika. Tego typu proces prowadzi się zwykle za pomocą w pełni zautomatyzowanego sprzętu. Zaletami tej metody są: brak szkodliwych oparów, dobra wydajność, duża szybkość spawania, dobra jakość spoiny. Wadą jest to, że topnik musi być wcześniej odpowiednio przygotowany.
W metodzie MIG (lub GMAW) łuk elektryczny wytworzony jest pomiędzy materiałem spawanym a drutem spawalniczym i jest chroniony przez specjalną osłonę gazową. Może ona być obojętna (np. argon) lub aktywna (np. CO2 lub mieszanki Ar i CO2). Drut jest stale podawany poprzez zespół podający i uchwyt spawalniczy aż do jeziorka spawalniczego. W metodzie tej mogą być używane druty lite (GMWA) oraz rdzeniowe (FCAW-GS – spawanie drutem rdzeniowym osłonowym).
Spawanie łukowe drutem rdzeniowym (FCAW – Flux-Cored Arc Welding) – jest to metoda spawania podobna do metody MIG/MAG, różnica polega na tym, że drut jest wypełniony wewnątrz topnikiem lub substancją chemiczną wytwarzającą podczas spawania gazy ochronne. Zaletami tej metody są: możliwość spawania na zewnątrz, bardzo duża wydajność, dużą łatwość spawania.
W metodzie TIG łuk elektryczny wytwarzany jest pomiędzy wolframową elektrodą nietopliwą a materiałem spawanym. Jeziorko spawalnicze osłaniane jest atmosferą ochronną, zazwyczaj jest to czysty argon. Połączenie spawane może być wykonywane bez materiału dodatkowego, poprzez wymieszanie się nadtopionych brzegów elementów łączonych, lub z udziałem materiału dodatkowego w postaci pręta dokładanego do jeziorka spawalniczego. Zapalenie łuku odbywa się dwoma metodami. Metodą dotykową poprzez dotknięcie elektrodą wolframową do materiału spawanego i następnie jej podniesienie na wysokość kilku milimetrów (TIG Lift), lub metodą bezdotykową z wykorzystaniem jonizatora (TIG HF).
Spawanie może odbywać się:
- prądem stałym (DC), stosowanym dla większości metali: stale niestopowe i stopowe, miedź i stopy miedzi;
- prądem przemiennym (AC), stosowanym przy spawaniu aluminium i jego stopów oraz innych materiałów tworzących na powierzchni trudnotopliwe tlenki.
Spawanie laserowe polega na stapianiu obszaru stykowego wiązką promieni laserowych, jest ono przeprowadzane w osłonie gazu obojętnego i zapewnia dużą wytrzymałość spoin. Spawane przedmioty mogą być wykonane na gotowo, nie jest później wymagana obróbka mechaniczna. Gazami, które są wykorzystywane w tej metodzie to: He, Ar, N, CO2. Zaletami spawania laserowego jest wysoka prędkość spawania, nie wymaga spoiwa, wysoka czystość, możliwość spawania materiałów trudnospawalnych, spawanie z wysoką precyzją, łatwość automatyzacji, wysoka gęstość mocy.
Spawanie plazmowe – jest to metoda spawania, w której wykorzystuje się ogniskowanie łuku elektrycznego. Aby wytworzyć plazmę należy zjonizowany gaz rozgrzać do bardzo wysokiej temperatury. Przy spawaniu plazmowym łuk ogniskowy osiąga temperaturę do 20 000 o C. Szybkości spawania są wyższe o 40-80% niż w metodzie TIG. Metoda ta pozwala przy pierwszym podejściu wykonać spoinę w materiale od 3 mm do 15 mm.
Spawanie hybrydowe – jest to metoda, która łączy spawanie laserowe i spawanie łukowe z elektrodą topliwą. Zaletami tej metody jest szybkość spawania, wszechstronne źródła prądu, nieskomplikowana w obsłudze. Materiał elektrody, który został stopiony wypełnia połączenie, a uzyskane spoiny są elastyczniejsze.
Spawanie wiązką elektronową polega na nagrzaniu miejsca łączenia przy pomocy wiązki elektronowej. Narzędziem, które służy do tej technologii spawania jest spawarka elektronowa, a źródłem elektronów jest działo elektronowe. Spawanie to odbywa się w próżni, a spoina tworzy się przez stopienie brzegów łączonych materiałów.
Spawanie elektrożużlowe (ESW – Electroslag Welding) – spawanie elektryczne elektrodą topliwą, w którym ciepło do spawania obszarów styku wytwarza się wskutek oporu jaki stawia prądowi roztopiony żużel. Zaletami tej metody są: niski koszt przygotowania złącza, wysoka wydajność, zminimalizowane ryzyko powstawania pęknięć wodorowych.
Spawanie tarciowe, zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem (FSW – Friction Stir Welding) jest metoda, której występuje pełna penetracja w stanie stałym. Metoda ta może być używana do spajania materiałów metalowych bez osiągania punktu topnienia. Wskutek tarcia narzędzia o powierzchnię złącza wytwarzane jest ciepło, w wyniku którego miękną powierzchnie elementów łączonych. Stygnąc, przemieszany materiał tworzy złącze między spajanymi elementami.