Spawalnictwo
Cz. I. Historia spawania, przyrządy spawalnicze

Spawalnictwo to dział techniki zajmujący się procesami trwałego łączenia metali i stopów przez skoncentrowane doprowadzenie ciepła do miejsca, gdzie ma powstać złącze i wytworzenie spoiny, zgrzeiny bądź lutowiny [1]. Do zasadniczych procesów spawalniczych należą spawanie, lutowanie i zgrzewanie.

Spawanie to metoda polegająca na miejscowym rozgrzaniu metalu do temperatury jego topnienia, które odbywa się z dodawaniem lub bez dodawania spoiwa oraz bez stosowania nacisku [1]. Ze względu na rodzaj użytego źródła ciepła do stopnienia materiału rodzimego złącza i stopiwa rozróżnia się [1]:

• spawanie elektryczne (łukowe (rys. 1-2), elektronowe, elektrożużlowe),
• spawanie gazowe (rys. 3),
• spawanie termitowe.

Rys. 1. Schemat metody spawania elektrycznego łukowego elektrodą topliwą, wg [2]
(źródło: http://www.mostostalos.sisco.pl/111.php)

Najczęściej stosowane jest spawanie elektryczne łukowe oraz gazowe.

Lutowanie to metoda łączenia części metalowych za pomocą metalowego spoiwa zwanego lutem o temperaturze topnienia niższej aniżeli temperatura topnienia łączonych elementów; proces ten należy przeprowadzić w temperaturze wyższej od temperatury topnienia lutu pamiętając, że temperatura ta nie może być wyższa od temperatury topnienia łączonych elementów [1]. Połączenie lut-metal ma charakter adhezyjny, a jego wytrzymałość jest równa wytrzymałości lutu.

Zgrzewanie to metoda łączenia części metalowych lub z tworzyw sztucznych, polegająca na rozgrzaniu stykających się powierzchni do uzyskania stanu plastycznego, a następnie dociśnięciu ich do siebie i schłodzeniu; nie używa się tutaj spoiwa [1].

(a)	(b)	(c)

Rys. 2. Schematy metody spawania łukowego, wg [3]:
(a) ręczne, topliwą elektrodą otuloną, 
(b) elektrodą topliwą w osłonie gazu obojętnego lub aktywnego (CO2), 
(c) elektrodą nietopliwą w osłonie gazu obojętnego
(źródło: http://4.bp.blogspot.com/_CNFaghSDcwE/TO51Ck5MEBI/AAAAAAAAABU/6XNhPL_H-aY/s1600/spaw+%25C5%2582ukowe.JPG).

Rys. 3. Schemat metody spawania gazowego, wg [4]
(źródło: http://www.e-autonaprawa.pl/artykuly/173/techniki-spawalnicze-w-naprawach-pojazdow.html)

Historia spawania

Historia łączenia metali za pomocą ciepła jest ściśle związana z powstaniem pierwszych cywilizacji oraz rozwojem metalurgii.

W starożytności i wiekach średnich do lutowania i spawania metali o niskiej temperaturze topnienia korzystano z dmuchawek lub miechów, za pomocą których kierowano strumień rozgrzanego powietrza na przedmioty łączone (rys. 4).

Rys. 4. Lutowanie w starożytnym Egipcie, wg [5]
(źródło: http://spawalnicy.pl/index.php/edukacja/55-krotka-historia-spawalnictwa)

Taką metodę wykorzystywano już w starożytnym Rzymie do spawania rur z ołowiu.
Wyroby ze złota, srebra, miedzi, mosiądzu, brązu i stali wykonywano metodą zgrzewania ogniskowego. Metoda ta polega na rozgrzaniu metalu do stanu plastycznego łączonych części i późniejszym ich połączeniu przez skucie.

Zgrzewanie ogniskowe jest najstarszym sposobem łączenia metali za pomocą ciepła i sięga czasów przedhistorycznych.

Przełom w rozwoju spawalnictwa nastąpił pod koniec XIX wieku, kiedy zaczęto do celów spawalniczych wykorzystywać odkrycia związane z energią elektryczną i energią chemiczną gazów palnych (rys. 5). Dynamiczny rozwój technik spawalniczych nastąpił w XX wieku – opracowano wtedy zasady spawania, m.in.:

• gazowego (palnik gazowy 1901 r.),
• łukowego elektrodami otulonymi (1908 r.),
• automatycznego łukiem krytym (1929 r.),
• elektrodą wolframową w osłonie gazów szlachetnych (lata 30-te XX wieku),
• półautomatycznego w atmosferze gazów ochronnych (1940-1950),
• elektrożużlowego (1950 r.),
• elektronowego (1956 r.),
• laserowego (druga połowa XX w.).

Pierwszy, stalowy most wykonany całkowicie metodą spawania powstał w latach 1927-1928, w Polsce, w Maurzycach na rzece Słudwi i stoi tam do dziś (rys. 6).

Ze względu na zalety (szczelność, wytrzymałość), łączenie za pomocą spawania zajmuje szerokie zastosowania. Współcześnie bez tej metody nie byłaby w stanie funkcjonować żadna z branż przemysłu.

(a)	(b)

Rys. 5. Dawne metody spawania, wg [6]
(źródło: http://www.e-spawalnik.pl/?historia-spawania,202)

Rys. 6. Most spawany w Maurzycach, wg [7]
(źródło: http://pl.wikipedia.org/wiki/Most_spawany_w_Maurzycach)

Przyrządy (do czego służą ?)

Zacznijmy od próby zdefiniowania pojęcia przyrządu.

Przyrząd (w skrócie p-d) to rzecz, przedmiot o różnym stopniu złożoności, służący człowiekowi do wytwarzania innych przedmiotów, wspomagający jego pracę przy wykonywaniu różnych czynności, służący do zbierania i przetwarzania informacji o zjawiskach zachodzących w procesie technologicznym czy do zbierania i przetwarzania informacji o otaczającym nas świecie.

Nie ma zatem takiej dziedziny nauki, przemysłu, medycyny, życia codziennego itd., gdzie nie występowałyby przyrządy – jesteśmy nimi otoczeni.

Rodzaj przyrządów (ich wielkość oraz przeznaczenie) stosowanych w przemyśle  zależy przede wszystkim od rodzaju procesu technologicznego (a ściślej techniki wytwarzania), w którym mają one wziąć udział.

Nazwy p-dów powiązane są z nazwami technik wytwarzania, m.in.:

• spawanie  – p-dy spawalnicze (rys. 7),
• zgrzewanie – p-dy zgrzewalnicze (rys. 8),
• skrawanie – p-dy do obróbki skrawaniem (rys. 9),
• montaż – p-dy montażowe (rys. 10),
• obróbka plastyczna metali – p-dy do obróbki plastycznej metali (rys. 11), itd..

Rys. 7. Przyrząd spawalniczy, wg [8]
(źródło: fragment dokumentacji wewnętrznej Przedsiębiorstwa HAK Sp. z o.o.)

Rys. 8. Przyrząd zgrzewalniczy (zgrzewanie oporowe), wg [9]
(źródło:http://www.laska.com.pl/dokumenty/pdf/dopobrania/zo/prezentacja.pdf)

Rys. 9. Przyrząd do obróbki skrawaniem, wg [10]
(źródło: http://www.draft-3d.com.pl/koko/PRZYRZAD4obrobcze.jpg)

Rys. 9. Przyrząd montażowy, wg [11]
(źródło: http://www.draft-3d.com.pl/koko/MONTAZ4.jpg)

Rys. 10. Przyrząd do obróbki plastycznej metali, wg [12]
(źródło: http://www.obrabiarki.net/public/images/max/1300637281767image.jpg)

Kolejna część publikacji, która ukaże się niebawem, poświęcona zostanie problematyce złożoności i stabilności procesu spawania.

Zapraszamy.

Do zobaczenia wkrótce.

Bibliografia: