Spawanie metali – definicja, rodzaje i zasady bezpieczeństwa

Każdy proces spawania, w którym wykorzystywany jest łuk elektryczny, jest znany jako spawanie łukowe. Do popularnych form spawania łukowego należą:

• Spawanie łukowe w osłonie metalu (SMAW): SMAW jest również znane jako spawanie "drążkowe".
• Spawanie łukowe gazowo-metalowe (GMAW): GMAW znane jest również pod nazwą MIG (spawanie metali w osłonie gazów obojętnych).
• Spawanie łukowe z wykorzystaniem wolframu gazowego (GTAW): GTAW jest również znany jako TIG (spawanie wolframowym gazem obojętnym).

Spawanie łukowe podgrzewa metale poprzez wytworzenie łuku elektrycznego o wysokim natężeniu prądu pomiędzy łączonymi kawałkami metalu a elektrodą.

Sposób użycia elektrody zależy od rodzaju procesu spawania. W procesach spawania SMAW, GMAW i pokrewnych, elektroda jest zużywana i staje się częścią spoiny. Elektroda jest zazwyczaj wykonana z tego samego rodzaju metalu, który ma być spawany. Ponieważ elektroda jest zużywana w procesie spawania, musi być stale podawana do spoiny. W procesie spawania SMAW elektroda "drutowa", impregnowana topnikiem, jest przymocowana do końca.

W procesie spawania GMAW jako elektrodę ciągłą stosuje się cienki drut na obracającej się szpuli. Wielkość tej elektrody waha się od około 0,635 milimetra do około 4 milimetrów. Wewnątrz spawarki znajduje się napędzana silnikiem szpula, która podaje drut elektrody do spoiny.

W procesie spawania TIG (GTAW) stosuje się elektrodę, która nie jest zużywana w procesie spawania, ponieważ przez metal, który tworzy spoinę, nie przepływa prąd elektryczny. Elektroda jest wykonana z wolframu, dlatego jest używana, ponieważ nie topi się podczas zanurzenia w łuku elektrycznym. Wypełniacz metalowy, w postaci pręta, może być użyty w celu dodania metalu do obszaru spawania.

Prawie każde spawanie wykorzystuje wypełniacz do wypełnienia niewielkiej szczeliny pomiędzy metalowymi elementami. Dodatkowy metal pomaga nadać spoinie wytrzymałość. Czasami spoiny muszą być wykonane bez wypełniacza. Spawanie bez wypełniacza nazywane jest spawaniem autogenicznym.

Osłona przy spawaniu łukowym

Wszystkie rodzaje spawania wymagają, aby gorący metal był chroniony. Brud, rdza, tłuszcz, a nawet utlenianie metalu w procesie spawania mogą uniemożliwić prawidłowe wykonanie spoiny. Dlatego też wszystkie procesy spawania wykorzystują jedną z dwóch metod ochrony: topnik lub gaz osłonowy.

Topnik spawalniczy może być stosowany w postaci stałej, płynnej lub pasty. Podczas spawania topnik topi się, a część z niego odparowuje. W ten sposób wokół spoiny tworzy się mała kieszeń gazowa. Ta kieszeń gazowa zapobiega utlenianiu się spawanego metalu. Stopiony topnik, poprzez reakcję korozyjną, oczyszcza zanieczyszczenia, które uniemożliwiają prawidłowe wykonanie spoiny. Po zakończeniu spawania topnik krzepnie. Ta warstwa stałego topnika nazywana jest żużlem i musi być usunięta ze spoiny. Proces spawania SMAW najczęściej wykorzystuje topnik i jest najczęściej stosowany do spawania stali.

Gaz osłonowy chroni spoinę, tworząc kieszeń gazową wokół spoiny. Zadaniem tego gazu jest ochrona przed dostępem powietrza, a w szczególności tlenu. Różni się on od topnika, ponieważ na spoinie nie ma cieczy. Wokół spoiny znajduje się tylko gaz. Ponieważ nie ma cieczy, nie będzie czyścić brudu i innych rzeczy na metalu. Oznacza to, że metal musi być czysty przed spawaniem. Jeśli tak nie jest, brud i inne rzeczy mogą powodować problemy. Gazy, które są zwykle używane, to argon, hel i mieszanina składająca się z 3 części argonu i jednej części dwutlenku węgla. Inne mieszaniny gazów mogą zawierać azot, wodór, a nawet odrobinę tlenu. Jednym z rodzajów spawania, w którym wykorzystuje się gaz osłonowy, jest spawanie łukowe gazowo-metalowe. Jest ono zazwyczaj stosowane w fabrykach do produkcji przedmiotów.

Spawanie z użyciem topnika jest łatwiejsze do wykonania na zewnątrz, gdy jest wietrznie. Dzieje się tak dlatego, że płynny topnik chroni gorący metal i nie wywiewa go. Ponadto, topnik zawsze tworzy kieszeń z gazem, która chroni łuk elektryczny przed zgaszeniem. Spawanie z użyciem gazu osłonowego zazwyczaj nie może być wykonywane na zewnątrz, ponieważ gaz uleciałby przy silnym wietrze.

Niektóre rodzaje spawania nie wykorzystują łuku elektrycznego. Mogą one wykorzystywać płomień, prąd elektryczny bez łuku, wiązkę energii lub siłę fizyczną. Najbardziej powszechnym rodzajem spawania, w którym nie wykorzystuje się łuku elektrycznego, jest spawanie gazowe. W spawaniu gazowym gaz palny (czyli taki, który się pali) i tlen są łączone i spalane na końcu palnika. Spawanie gazowe nie wymaga żadnej specjalnej osłony, ponieważ prawidłowo ustawiony płomień nie zawiera dodatkowego tlenu. Nadal ważne jest, aby upewnić się, że metal jest czysty. Płomień nagrzewa metal tak mocno, że ulega on stopieniu. Kiedy oba kawałki metalu są stopione na krawędzi, płynny metal staje się jednym kawałkiem.

Inny rodzaj spawania, który nie wykorzystuje łuku elektrycznego, nadal wykorzystuje energię elektryczną. Jest to tzw. zgrzewanie oporowe. W tym rodzaju zgrzewu dwa kawałki cienkiego metalu są ściskane razem, a następnie przepuszcza się przez nie prąd elektryczny. Powoduje to, że metal staje się bardzo gorący i topi się w miejscu, w którym jest ściśnięty. W tym miejscu dwa kawałki metalu stapiają się ze sobą. Czasami nazywa się to spawaniem punktowym, ponieważ spawanie może odbywać się tylko w jednym małym miejscu (lub punkcie) naraz.

Spawanie kuźnicze jest pierwszym rodzajem spawania, który kiedykolwiek był używany. Spawanie kuźnicze wymaga, aby dwa kawałki metalu były tak gorące, że prawie się topią. Następnie są one zbijane razem młotkami, aż staną się jednym kawałkiem.

Inne rodzaje spawania, które nie wykorzystują łuku, są trudne do zrobienia i zazwyczaj nowe. Są one również drogie. Większość z tych rodzajów spawania jest wykonywana tylko tam, gdzie jest to specjalnie potrzebne. Mogą one wykorzystywać wiązkę elektronów, laser lub ultradźwięki.

Każdy rodzaj spawania wymaga użycia energii. Tą energią jest zazwyczaj ciepło, ale czasami do wykonania spoiny używa się siły. Ciepło może pochodzić z elektryczności lub z ognia.

Zasilacze do spawania łukowego

Podczas spawania łukowego zużywa się dużo energii elektrycznej. Niektóre rodzaje spawania wykorzystują prąd zmienny, taki jak prąd używany w budynkach. Inne rodzaje wykorzystują prąd stały, taki jak prąd w samochodzie lub w większości rzeczy wyposażonych w akumulator. Prawie wszystkie rodzaje spawania wykorzystują niższe napięcie niż prąd pochodzący z elektrowni. Spawanie łukowe wymaga użycia specjalnego źródła zasilania, które sprawia, że energia elektryczna z elektrowni może być użyta do spawania. Zasilacz obniża napięcie i kontroluje natężenie prądu. W zasilaczu zazwyczaj znajdują się elementy sterujące, które umożliwiają zmianę tych parametrów. W przypadku rodzajów spawania łukowego, w których wykorzystuje się prąd zmienny, czasami zasilacz może wykonać specjalne czynności, aby prąd zmieniał się w inny sposób. Niektóre źródła zasilania nie są podłączane do wtyczki, ale zamiast tego wytwarzają własną energię elektryczną. Tego rodzaju źródła zasilania posiadają silnik, który obraca głowicę generatora w celu wytworzenia energii elektrycznej. Silnik może być napędzany benzyną, olejem napędowym lub propanem.

Energia dla innych rodzajów spawania

OFW wykorzystuje płomień z palącego się gazu opałowego i tlenu do podgrzewania metalu. Tym gazem paliwowym jest prawie zawsze acetylen. Acetylen jest gazem palnym, który spala się bardzo gorąco, goręcej niż jakikolwiek inny gaz. Dlatego właśnie jest on używany przez większość czasu. Można również stosować inne gazy, takie jak propan, gaz ziemny lub inne gazy przemysłowe.

Niektóre rodzaje spawania nie wykorzystują ciepła do wykonania spoiny. Te rodzaje spawania mogą się rozgrzewać, ale nie powodują topnienia metalu. Przykładem tego jest spawanie kuźnicze. Spawanie tarciowe z przemieszaniem to specjalny rodzaj spawania, w którym nie wykorzystuje się ciepła. Wykorzystuje on bardzo mocny silnik i specjalny obracający się bit do mieszania metali na krawędzi. Wydaje się to dziwne, ponieważ metale są ciałem stałym, dlatego też wymaga to użycia dużej siły i jest bardzo trudne. Energia dla tego rodzaju spawania jest energią mechaniczną pochodzącą z wirującego wiertła.