Masz pytania? Skontaktuj się!

+48 538 519 019

zapytania@hak.com.pl

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.

Spawalnictwo Cz. I. Historia spawania, przyrządy spawalnicze1
Rys. 1. Schemat metody spawania elektrycznego łukowego elektrodą topliwą

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.

Problem: Podczas spawania wysoką temperaturą dochodzi do miejscowego skurczu materiału, co w przypadku precyzyjnych konstrukcji maszynowych powoduje „ściąganie” spoin i deformację całej geometrii elementu.

Rozwiązanie: Należy zastosować odpowiednią kolejność wykonywania spoin oraz profesjonalne przyrządy, stoły i uchwyty spawalnicze, które sztywno pozycjonują detal. Dzięki mechanicznemu ograniczeniu swobody ruchu materiału w fazie stygnięcia możliwe jest zachowanie tolerancji wymiarowych, co eliminuje konieczność kosztownego prostowania gotowych wyrobów. Konieczne jest także stosowanie odpowiednich technologii spawalniczych, dostosowanych do rodzaju i grubości łączonych materiałów.

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:
(a) ręczne, topliwą elektrodą otuloną,
(b) elektrodą topliwą w osłonie gazu obojętnego lub aktywnego (CO2),
(c) elektrodą nietopliwą w osłonie gazu obojętnego
(źródło: https://elektroceramika.blogspot.com/p/spawanie.html)

SpawalnictwoCz. I. Historia spawania, przyrządy spawalnicze 2
Rys. 3. Schemat metody spawania gazowego
(źródło: https://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).

SpawalnictwoCz. I. Historia spawania, przyrządy spawalnicze 1
Rys. 4. Lutowanie w starożytnym Egipcie
(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

Spawalnictwo Cz. I. Historia spawania, przyrządy spawalnicze7
Rys. 6. Most spawany w Maurzycach
(źródło: https://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
(źródło: fragment dokumentacji wewnętrznej Przedsiębiorstwa HAK Sp. z o.o.)

Rys. 8. Przyrząd zgrzewalniczy (zgrzewanie oporowe)

Rys. 9. Przyrząd do obróbki skrawaniem
(źródło: https://www.draft-3d.com.pl/)

Spawalnictwo Cz. I. Historia spawania, przyrządy spawalnicze5
Rys. 9. Przyrząd montażowy
(źródło: https://www.draft-3d.com.pl/)

Rys. 10. Przyrząd do obróbki plastycznej metali

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

Zapraszamy.

Do zobaczenia wkrótce.

Jak rozwijała się technologia spawania?

Przełom w spawalnictwie nastąpił pod koniec XIX wieku wraz z wykorzystaniem energii elektrycznej oraz chemicznej gazów palnych. Wiek XX przyniósł gwałtowny rozwój nowych metod: spawania gazowego (1901 r.), łukowego elektrodami otulonymi (1908 r.), automatycznego łukiem krytym (1929 r.) oraz metod w osłonie gazów szlachetnych (lata 30. XX wieku). W kolejnych dekadach wprowadzono spawanie półautomatyczne (1940–1950), elektrożużlowe (1950 r.), elektronowe (1956 r.) oraz laserowe. Obecnie technologia laserowa zapewnia najwyższą precyzję i pełną kontrolę nad procesem, co czyni ją idealnym rozwiązaniem dla najbardziej skomplikowanych i delikatnych konstrukcji.

Czym są przyrządy spawalnicze?

Przyrządy spawalnicze to specjalistyczne rozwiązania techniczne służące do precyzyjnego ustalania i stabilnego mocowania elementów konstrukcji na czas ich łączenia. Ich głównym zadaniem jest zapewnienie powtarzalności wymiarowej, eliminacja deformacji spawalniczych oraz poprawa wydajności i bezpieczeństwa pracy w procesach produkcyjnych.

Dlaczego stosuje się przyrządy spawalnicze?

Typ oprzyrządowania wykorzystywanego w produkcji zależy od specyfiki procesu technologicznego, a nazewnictwo tych narzędzi jest ściśle powiązane z konkretnymi technikami wytwarzania. Przyrządy spawalnicze gwarantują powtarzalne pozycjonowanie elementów, co podnosi jakość i tempo pracy. Ich stosowanie minimalizuje ryzyko wystąpienia deformacji termicznych oraz błędów montażowych, co ma kluczowe znaczenie dla trwałości finalnego produktu.

Gdzie używa się przyrządów spawalniczych?

Rozwiązania te znajdują zastosowanie w kluczowych sektorach gospodarki, takich jak branża motoryzacyjna, lotnicza, budowlana oraz maszynowa. Wykorzystuje się je wszędzie tam, gdzie niezbędne jest trwałe i precyzyjne scalanie metalowych komponentów. Dzięki nim możliwe jest uzyskanie spoin o doskonałych parametrach technicznych przy jednoczesnej optymalizacji kosztów i czasu produkcji.