Nowoczesne spawanie: przegląd metod spawania

Nowoczesne spawanie

Spawanie polega na miejscowym stopieniu oraz zestaleniu brzegów materiałów przez złącze wypełnione spoiwem, które stapia się z materiałem rodzimym. Jest to jeden z podstawowych procesów przemysłowej obróbki metali, zarówno precyzyjnej, jak i w przypadku konstrukcji wielkogabarytowych. Co do istoty nie jest to technologia nowa, dzięki postępującej przez lata ewolucji opracowano jednak szereg rozwiązań poprawiających dokładność, wydajność oraz opłacalność spawania. W artykule przedstawiamy wybrane z nich.

Jak wspomnieliśmy na wstępie, spawanie nie jest technologią nową – za pierwsze podejście do niej można uznać praktykowane już w średniowieczu (a nawet wcześniej) kucie, polegające na zbijaniu ze sobą materiałów, wcześniej i w trakcie rozgrzewanych do bardzo wysokiej temperatury. Dopiero jednak w XIX wieku pojawiły się możliwości techniczne pozwalające na zrealizowanie spawania w sposób, który obecnie jest powszechny.

W historii spawalnictwa od tego czasu można wyróżnić kilka punktów zwrotnych. Należy wśród nich wymienić: wykorzystanie łuku elektrycznego do łączenia metalowych płyt, opatentowanie metody spawania łukiem elektrycznym za pomocą prętów węglowych, używanie w tym celu elektrod metalowych i powlekanych elektrod metalowych. Przełomem było również skonstruowanie pierwszego palnika acetylenowo-tlenowego do spawania. W rezultacie opracowano wiele metod spawania, wśród nich m.in. gazowe oraz elektryczne.

PRZEGLĄD METOD SPAWANIA

W pierwszej z wymienionych technik źródłem ciepła jest płomień palnika powstający w wyniku spalania gazu, zazwyczaj acetylenu, rzadziej wodoru albo propanu. Do zalet spawania gazowego zalicza się: szybkość, wydajność, możliwość łączenia zarówno blach cienkich, jak i grubych oraz niższą cenę urządzeń w porównaniu z innymi metodami.

Niektórych materiałów niestety nie można w taki sposób spawać albo jest to utrudnione. Problem ten dotyczy stali o wyższej zawartości węgla, tych odpornych na korozję oraz aluminium. Oprócz tego spoiny wykonane metodą spawania gazowego są generalnie mniej estetyczne od tych, które zostały wykonane pozostałymi metodami.

W drugiej z wymienionych technik źródłem ciepła jest łuk elektryczny. Odmianą tej metody jest spawanie w osłonie gazowej. Można je zrealizować na kilka sposobów.

Jednym z nich jest spawanie metodą TIG (Tungsten Inert Gas). Łuk elektryczny w tym przypadku wytwarzany jest przez nietopliwą elektrodę wolframową w osłonie gazu obojętnego. Tym ostatnim jest zazwyczaj argon albo hel.

Spawanie laserowe miedzi

W przypadku większości zastosowań w spawaniu metali długość fali promieniowania laserowego nie ma znaczenia – przeważnie wynosi około 1 μm. Wyjątkiem jest miedź. Miedź i niektóre jej stopy charakteryzuje bowiem tak wysoki współczynnik odbicia promieniowania o długości fali około 1 μm, że spawanie nim jest bardzo trudne, ponieważ wymaga bardzo dużej gęstości mocy, która po wniknięciu promieniowania w głąb okazuje się zwykle zbyt duża, co wpływa negatywnie na jakość spawów. Problemem jest także niejednorodność współczynnika odbicia miedzi, przez którą następujące po sobie impulsy promieniowania mogą tylko wybiórczo spawać ten materiał. Rozwiązaniem jest wykorzystanie promieniowania na przykład o długości fali 532 nm. W tym zakresie praktykowane są dwa podejścia.

W pierwszym promieniowanie o tej długości fali używane jest tylko do zainicjowania absorpcji fotonów, po którym następuje przełączenie na 1 μm. W drugim korzysta się tylko z promieniowania o długości fali 532 nm. Pierwsze rozwiązanie sprawdza się w przypadku szybkiego spawania ciągłego, natomiast drugie w spawaniu punktowym albo w wykonywaniu krótkich spawów ciągłych.