Σύγχρονες Τεχνολογίες Συγκολλήσεων. Δρ Π.Π. Ψυλλάκη

Transcript

1 Σύγχρονες Τεχνολογίες Συγκολλήσεων Δρ Π.Π. Ψυλλάκη

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΕΞΑΜΗΝΙΑΙΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ 1. Γενική εισαγωγή και μέθοδοι μη καταστροφικού ελέγχου 2. Κύριες τεχνικές συγκόλλησης τήξης 3. Μετάδοση θερμότητας και θερμικοί κύκλοι κατά τη συγκόλληση 4. Μικροδομή και μεταλλουργικοί μετασχηματισμοί στο μέταλλο συγκόλλησης και τη θερμικά επηρεασμένη ζώνη 5. Διαμόρφωση πεδίου εσωτερικών τάσεων και παραμορφώσεις σε συγκολλημένα τεμάχια 6. Κατεργασίες τεμαχίων μετά τη συγκόλληση 7. Μηχανική συμπεριφορά συγκολλητών κατασκευών 8. Συγκολλήσεις χαμηλών και μέσων θερμοκρασιών

3 ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. ASM Handbook (1993), Vol. 6 Welding Brazing and Soldering, ASM International 2. Θ.Α. Διαμαντούδης (2000): «Συγκολλήσεις μετάλλων», Θεσσαλονίκη 3. Γ.Δ. Παπαδημητρίου (1990): «Εισαγωγή στη Μεταλλουργία, την Τεχνολογία και τον Ελεγχο των Συγκολλήσεων», εκδόσεις ΕΜΠ, Αθήνα 4. Β.Ι. Παπάζογλου (1989): «Επιστήμη και Τεχνική των Συγκολλήσεων», εκδόσεις ΕΜΠ, Αθήνα 5. Γ. Παρίκος (μετάφραση, 2008): «Τεχνολογία Συγκολλήσεων», εκδόσεις ΙΩΝ, Αθήνα 6. Σ. Σκολιανός (1991): «Σημειώσεις Χύτευση-Συγκολλήσεις», έκδοση Υπηρεσία Δημοσιευμάτων ΑΠΘ, Θεσσαλονίκη 7. Γ.Ν. Χαϊδεμενόπουλος (2010): «Εισαγωγή στις Συγκολλήσεις», εκδόσεις Τζιόλα, Αθήνα

4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΜΕΡΩΝ 1. Μηχανική σύνδεση, με χρήση «στοιχείων σύνδεσης», π.χ. ηλώσεις, κοχλιώσεις 2. Συγκόλληση, μεταλλουργική σύνδεση μερών με ενεργοποίηση μεταλλουργικών διεργασιών (τήξη, διάχυση, σχηματισμός στερεού διαλύματος) που οδηγούν σε αλλαγή της μικροδομής στην περιοχή της διεπιφάνειας επαφής. 3. Κόλληση, με χρήση συνδετικών οργανικών ουσιών (κόλλες) υψηλής πρόσφυσης σε μεταλλικές επιφάνειες και υψηλής αντοχής σε διάτμηση.

5 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΜΕΘΟΔΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ Οι μεταλλουργικοί μετασχηματισμοί που λαμβάνουν χώρα ενεργοποιούνται με πρόσδοση θερμότητας ή/ και με ταυτόχρονη εφαρμογή πίεσης Ανάλογα με την περιοχή θερμοκρασιών όπου διενεργουνται, διακρίνουμε τεχνικές: Συγκόλλησης χαμηλών θερμοκρασιών, <450 C (κασσιτεροκόλληση, soldering) Συγκόλλησης μέσων θερμοκρασιών, <θ τήξης και >450 C (μπρουντζοκόλληση, brazing) Συγκόλλησης υψηλών θερμοκρασιών, >θ τήξης Ετερογενείς συγκολλήσεις Αυτογενείς συγκολλήσεις

6 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ (α) Ως προς τον τρόπο παροχής θερμότητας ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΜΕ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ Δημιουργία ηλεκτρικού τόξου Χρήση ηλεκτρικής αντίστασης Χρήση επαγωγικής αντίστασης ΘΕΡΜΟΧΗΜΙΚΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗ Φλόγα καύσιμου αερίου Δημιουργία πλάσματος Εξώθερμη αντίδραση

7 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ (α) Ως προς τον τρόπο παροχής θερμότητας ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΔΕΣΜΗΣ ΥΨΗΛΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Δέσμη ηλεκτρονίων Δέσμη laser ΧΩΡΙΣ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΠΗΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Εφαρμογή συμπίεσης Με τριβή Με έκρηξη

8 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ ΚΟΣΤΟΣ ΕΠΕΝΔΥΣΗΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ, $ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΟΤΗΤΑ, cm ευθύγραμμης ραφής/ s

9 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ (β) Ως προς τον τρόπο προστασίας του τήγματος Χωρίς προστασία Απομάκρυνση αέρα με συμπίεση των προς συγκόλληση επιφανειών Υπό κενό Σε ατμόσφαιρα αδρανούς αερίου Σε ατμόσφαιρα δραστικού αερίου Με χρήση σκουριάς συλλιπάσματος

10 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ (γ) Ως προς τη γεωμετρία της συγκολλητής κατασκευής

11 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΜΕ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ Υψηλή μηχανική αντοχή της σύνδεσης που ενδέχεται να υπερβεί αυτή των μετάλλων βάσης Στεγανότητα της σύνδεσης στη δράση υγρών και αερίων Δυνατότητα σύνδεσης μερών, ανεξαρτήτως σχήματος, πάχους, γεωμετρίας Οικονομία υλικού, χρόονου κατασκευής μείωση κοστους κατασκευής

12 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΝΔΕΣΩΝ

13 ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΜΕ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ Κίνδυνος ψαθυρής θραύσης, λόγω της μονολιθικότητας των συγκολλητών κατασκευών και εσωτερικών ελαττωμάτων της συγκόλλησης (εγκλείσματα οξειδίων, πόροι, ρωγμές) ή δημιουργίαεσωτερικώντάσεων Κίνδυνος στρέβλωσης και παραμόρφωσης σύνθετων συγκολλητών κατασκευών, λόγω θερμικών διαστολών κατά την κατασκευή Δυσκολία εντοπισμού εσωτερικών ελαττωμάτων, χωρίς τη χρήση Μη Καταστροφικών Τεχνικών Ανάλυσης Δυσκολία συγκόλλησης ορισμένων μετάλλων/ κραμάτων

14 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Ρωγμάτωση στη ζώνη τήξης ήσεγειτονικέςπεριοχές

15 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ

16 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Εντοπισμός ασυνεχειών δομής: πόροι, εγκλείσματα, ρωγμές 1. Ελεγχος με μαγνητικά σωματίδια (για φερρομαγνητικά υλικά/ υποεπιφανειακές ασυνέχειες) Διασποράλεπτομερώνμαγνητικώνσωματιδίωνστηνεπιφάνειατουαντικειμένου Εφαρμογή μαγνητικού πεδίου Προσανατολισμός των μαγνητικών σωματιδίων με τις μαγνητικές γραμμές του εφαρμοζόμενου πεδίου Υπαρξη ασυνεχειών δομής => διαρροή των προσανατολισμένων σωματιδίων

17 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ

18 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ 2. Ελεγχος με διεισδυτικά υγρά (για μη φερρομαγνητικά υλικά/ υποεπιφανειακές ασυνέχειες) Ψεκασμός της επιφάνειας με φωσφορίζοντα σωματίδια Διείσδυση των σωματιδίων μέσω τριχοειδών φαινομένων Υπαρξη ασυνεχειών δομής => Χρωματική διαφοροποίηση των σωματιδίων

19 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ

20 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ 3. Ραδιογραφία ακτίνων Χ ή γ Εκθεση του εξεταζόμενου αντικειμένου σε ακτινοβολία πηγής ακτίνων Χ ή γ & ταυτόχρονη αποτύπωση του εσωτερικού του υλικού σε φιλμ

21 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Υπαρξη ασυνεχειών δομής => Μεταβολή της πυκνότητας στο φιλμ

22 4. Ελεγχος με υπερήχους ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Τοποθέτηση πομπού υπερηχητικών κυμάτων στην επιφάνεια του αντικειμένου και ανίχνευση των διαδιδόμενων ακουστικών κυμάτων

23 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Υπαρξη ασυνεχειών δομής => Μεταβολή της λαμβανόμενης κυματομορφής Αντικείμενο χωρίς εσωτερική ασυνέχεια Αντικείμενο με εσωτερική ασυνέχεια

24 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Δειγματοληψία συγκολλήσεων και εργαστηριακός έλεγχος Μακροσκοπικός οπτικός έλεγχος, για τον εντοπισμό ελαττωμάτων «μεγάλων διαστάσεων» (πόροι, ρωγμές, εγκλείσματα) Μικροσκοπικός οπτικός έλεγχος, για τον εντοπισμό «επικίνδυνων» μεταβολών της μικροδομής του μετάλλου βάσης σε περιοχές γειτονικές της συγκόλλησης Σκληρομέτρηση στη συγκόλληση, σε περιοχές γειτονικές της συγκόλλησης και στο μέταλλο βάσης, για την εκτίμηση της ύπαρξης εσωτερικών τάσεων Δοκιμές εφελκυσμού, για την εκτίμηση της μηχανικής αντοχής της συγκολλητής κατασκευής (σε συγκολλήσεις ελασμάτων) Δοκιμές κάμψης τριών ή τεσσάρων σημείων, για την εκτίμηση της ολκιμότητας τηςσυγκολλητήςκατασκευής(σε συγκολλήσεις ελασμάτων)

25 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ

26 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Επίπεδα δοκίμια εφελκυσμού Κυλινδρικά δοκίμια εφελκυσμού Δοκίμια κάμψης τριών σημείων, μετά τη δοκιμή

27 ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΙΜΟΤΗΤΑ Συγκολλησιμότητα: Η δυνατότητα πραγματοποίησης συγκόλλησης με ικανοποιητικές ιδιότητες. Είναι τεχνολογικός όρος και συνδέεται με το επίπεδο της υπάρχουσας τεχνολογίας τη δεδομένη χρονική περίοδο Γενικά: Καλή συγκολλησιμότητα: Μέταλλα που σχηματίζουν εκτεταμένα στερεά διαλύματα Περιορισμένη συγκολλησιμότητα: Μέταλλα περιορισμένης διαλυτότητας σε στερεή κατάσταση Μη συγκολλήσιμα: Μέταλλα αδιάλυτα σε στερεή κατάσταση Η χαμηλή συγκολλησιμότητα αντιμετωπίζεται με κατάλληλη προετοιμασία των προς συγκόλληση παρειών, χαρακτηριστικό παράδειγμα ο χυτοσίδηρος που καθίσταται συγκολλήσιμος με προαπόθεση νικελίου στις επιφάνειες που θα συγκολληθούν

28 ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΤΕΕΡΕΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΛΗΡΗΣ ΑΝΑΜΙΞΙΜΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΤΕΕΡΕΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ

29 ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΤΕΕΡΕΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΜΕΡΙΚΗ ΑΝΑΜΙΞΙΜΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΤΕΕΡΕΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ

30 ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΤΕΕΡΕΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΜΕΡΙΚΗ ΑΝΑΜΙΞΙΜΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΤΕΕΡΕΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ

31 ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΤΕΕΡΕΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΜΗΔΕΝΙΚΗ ΑΝΑΜΙΞΙΜΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΤΕΕΡΕΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ

32 ΜΕΤΑΛΛΑ ΠΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΩΝΤΑΙ ΜΕ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΤΗΞΗΣ 1. Κοινοί ανθρακούχοι, ελαφρά κραματωμένοι/ μικροκραματωμένοι χάλυβες, χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα 2. Ανοξείδωτοι χάλυβες, με χρήση κατάλληλων ηλεκτροδίων 3. Πολύτιμα μέταλλα

33 ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ ΜΕ ΤΗΞΗ Θερμικά Επηρεασμένη Ζώνη (2) Μέταλλο προσθήκης/ πλήρωσης (1) Θερμικά Επηρεασμένη Ζώνη ( 2) Μέταλλο βάσης Μέταλλο βάσης (1) Αραίωση: % αναλογία μετάλλου βάσης προς μέταλλο βάσης/ ηλεκτρόδιο, στο τήγμα (2) Ανακρυστάλλωση ή μεγέθυνση κόκκων

34 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΠΕΡΙΟΧΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ ΜΕ ΤΗΞΗ Μέτωπο συγκόλλησης Ρίζα συγκόλλησης

35 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΠΕΡΙΟΧΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ ΜΕ ΤΗΞΗ Κορδόνι Πάσσο: κορδόνια ίδιας στάθμης

36 ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Μετωπικές συγκολλήσεις 1. Χωρίς λοξοτομή (ελάσματα πάχους 3-8 mm) 2. Λοξοτομή απλού V(ελάσματα πάχους mm) 3. Λοξοτομή διπλού V(ελάσματα πάχους >16 mm) 4. Λοξοτομή απλού ή διπλού U (ελάσματα πάχους >20 mm)

37 ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Mεεπικάλυψη(μήκος επικάλυψης 3-5 πάχος ελάσματος) Γωνιακές χωρίς λοξοτομή ή με λοξοτομή (πάχος > 10 mm) Αυχενική χωρίς λοξοτομή ή με λοξοτομή (πάχος > 10 mm) Σύνδεση ακμών

38 ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ 1. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΚΑΥΣΙΜΟ ΑΕΡΙΟ (Oxyfuel Gas Welding) Πηγή πρόσδοσης θερμότητας: μίγμα καύσιμου αερίου/ οξυγόνου Ανάφλεξη αερίου και δημιουργία φλόγας στο άκρο καυστήρα Τήξη μετάλλου βάσης ή/ και προστιθέμενου μετάλλου (εάν χρησιμοποιείται)

39 1. 1. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Χημικός τύπος Ειδικό βάρος 1 (16 C) Ογκος/ βάρος (16 C), m 3 /kg Θερμοκρασία φλόγας 2, C Θερμογόνος δύναμη, MJ/ m Ταχύτητα καύσης, m/s Θερμική ένταση καύσης 3, J/m 2.s ΑΕΡΙΟ ΑΚΕΤΥ- ΛΕΝΙΟ C 2 H 2 0,906 0,91 7,9 434,5 ΠΡΟ- ΠΑΝΙΟ C 3 H 8 1,52 0,54 3,9 405,6 ΜΕΘΑ- ΝΙΟ CH 4 0,62 1,44 5,5 203,5 ΥΔΡΟ- ΓΟΝΟ H 2 0,07 11,77 11,6 139,2 1 Ειδικό βάρος αέρα: 1. 2 Θερμοκρασία ουδέτερης φλόγας. 3 Θερμικήέντασηκαύσης: το γινόμενο της θερμογόνου δύναμης επί την ταχύτητα καύσης

40 1. 1. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΑΕΡΙΩΝ Ειδικό βάρος ως προς τον αέρα: ένδειξη του τρόπου συσσώρευσης του καυσίμου σε περίπτωση διαρροής (αν <1, το αέριο τείνει να πάει προς τα πάνω και να διαλυθεί) Θερμοκρασία φόγας: Εξαρτάται από τη σύσταση του μίγματος καυσίμου/ οξυγόνου, εάν είναι μεγαλύτερη εκείνης της ουδέτερης Φλόγα οξειδωτική (για κοπή) Υψηλή θερμογόνος δύναμη: Κοπή αντί συγκόλληση Ταχύτητα καύσης: Ταχύτητα προχώρησης του μετώπου της φλόγας διαμέσου άκαυστου αερίου. Επηρεάζει το μέγεθος και την ταχύτητα της φλόγας και την ταχύτητα ροής των αερίων από το ακροφύσιο (αναστροφή φλόγας) Θερμική ένταση καύσης: Επιτρέπει τη σύγκριση διαφόρων αερίων καυσίμων, το ακετυλένιο εμφανίζει την υψηλότερη τιμή

41 1. 1. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΑΕΡΙΩΝ Θερμοκρασίες ανάφλεξης καύσιμων αερίων

42 1. 2. ΦΛΟΓΑ ΑΚΕΤΥΛΕΝΙΟΥ/ ΟΞΥΓΟΝΟΥ Συνολική χημική αντίδραση: 5 C2H 2 + O2 2CO2 + H 2O 2 Πρώτο στάδιο (πρωτογενής καύση): C H + O CO + H 106, 5Kcal Λαμβάνειχώρασελεπτήκελυφοειδήπεριοχήστηβάσητηςφλόγας Μέγιστη θερμοκρασία στην κορυφή της περιοχής, όπου % κ.ο. Αερίων: 60% CO, 20% H 2, 20% H Προϊόντα χημικής αντίδρασης: Ζώνη αναγωγής (γαλάζιου χρώματος) φλόγα συγκόλλησης

43 1. 2. ΦΛΟΓΑ ΑΚΕΤΥΛΕΝΙΟΥ/ ΟΞΥΓΟΝΟΥ Στα εξωτερικά όρια της φλόγας: παγίδευση αέρα από το περιβάλλον δευτερογενής καύση Η αραίωση των καυσαερίων πρωτογενούς καύσης αυξάνεται με την απομάκρυνση από το άκρο του καυστήρα, λόγω διάχυσης Δεύτερο στάδιο (δευτερογενής καύση): 2CO + O 2H 2 + O ,78N N 2 2 2CO 2H ,78N 2 O + 3,78N 2 Κώνος φλόγας δευτερογενούς καύσης (κοκκινωπός): οξειδωτικός Περίσσεια ακετυλενίου: ανθρακούχος φλόγα με ελεύθερο άνθρακα σε όλη τη ζώνη αναγωγής

44 1. 2. ΦΛΟΓΑ ΑΚΕΤΥΛΕΝΙΟΥ/ ΟΞΥΓΟΝΟΥ Ο ψευδάργυρος οξειδώνεται προς οξειδωτικό επίστρωμα στην επιφάνεια του τήγματος, εμποδίζοντας την περαιτέρω αντίδραση. Με ουδέτερη φλόγα, ο Zn εξάχνώνεται προς την ατμόσφαιρα

45 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ Πηγή ενέργειας: βολταϊκό τόξο (η ηλεκτρική ενέργειας μετατρέπεται σε θερμική) Ανάπτυξη υψηλών θερμοκρασιών (ως 4200 C) σε σύντομο χρονικό διάστημα Για συγκόλληση: ένταση ρεύματος ως 1000 Α καιτάση15-50 V

46 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.1. ΒΟΛΤΑΪΚΟ ΤΟΞΟ Δημιουργία ηλεκτρικού τόξου με την εφαρμογή τάσης από πηγή συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος, μεταξύ ενός ηλεκτροδίου και του προς συγκόλληση μετάλλου Από την ηλεκτρική εκκένωση, ο αέρας ιονίζεται προς δημιουργία πλάσματος με γεωμετρία «καμπάνας»: τα μόρια του διασπώνται προς θετικά ιόντα και ελεύθερα ηλεκτρόνια Υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου, τα φορτισμένα σωματίδια του αέρα κινούνται προς τους πόλους του τόξου, και προσπίπτοντας σε αυτούς προκαλούν αύξηση της θερμοκρασίας

47 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.1. ΒΟΛΤΑΪΚΟ ΤΟΞΟ Τα ηλεκτρόνια οδεύουν προς την άνοδο (θετικό πόλο) με μεγάλη επιτάχυνση, λόγω της μικρής τους μάζας, προκαλώντας αύξηση της θερμοκρασίας ως και 4200 C Τα θετικά ιόντα οδεύουν προς την κάθοδο (αρνητικό πόλο) με μικρότερη επιτάχυνση, λόγω της μεγάλης τους μάζας, προκαλώντας αύξηση της θερμοκρασίας ως και 3600 C Ορθή ή αρνητική πολικότητα: αρνητικός πόλος το ηλεκτρόδιο υψηλή θερμοκρασία στο Μ.Β Αντίστροφηήθετικήπολικότητα: θετικός πόλος το ηλεκτρόδιο υψηλή θερμοκρασία στο ηλεκτρόδιο. Εφαρμόζεται σε αναγομώσεις και για την απομάκρυνση οξειδίων από το τήγμα

48 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.2. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΤΟΞΟΥ Λόγω ανομοιόμορφης κατανομής στη διατομή του τόξου, δεν ισχύει ο νόμος του Ohm. Επιλέγεται τόξο υψηλών εντάσεων (συγκεντρωμένο τόξο, μικρού εύρους)

49 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.3. ΙΔΙΑΙΤΕΡΟΤΗΤΕΣ ΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΤΟΞΟΥ Σταθερότητα τόξου: Ο κώνος του τόξου να διατηρεί σταθερά τα γεωμετρικά του χαρακτηριστικά Να μη συμβαίνουν εκτινάξεις τηγμένου μετάλλου και το λουτρό να ακολουθεί σταθερά την κίνηση του ηλεκτροδίου Η ένταση του ρεύματος να μην παρουσιάζει διακυμάνσεις και να μην επηρεάζεται αισθητά από μικρο-μεταβολές του περιβάλλοντος Μαγνητικό φύσημα: Στην περίπτωση συνεχούς ρεύματος (>200 Α), ενδέχεται το τόξο να αποκλίνει από τον άξονα του ηλεκτροδίου με αποτέλεσμα την απόθεση υλικού σε άλλη θέση από εκείνη της θέρμανσης. Οφείλεται στα μαγνητικά πεδία της πλάκας που συγκολλάται, τα οποία επηρεάζουν τη ροή ηλεκτρικών φορτίων στο τόξο Είναι εντονότερο στα άκρα της πλάκας, όπου το πεδίο δεν είναι ομοιόμορφο

50 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.4. ΕΠΙΛΟΓΗ ΠΗΓΗΣ Συνεχές ρεύμα: Συγκολλήσεις κατακόρυφες και οροφής Συγκολλήσεις ανοξείδωτων χαλύβων Συγκολλήσεις με μη σιδηρούχα ηλεκτρόδια ή με ισχυρά κραματωμένα Εναλλασσόμενο ρεύμα: Όταν επιδιώκεται υψηλή ταχύτητα εναπόθεσης Γιανααποφευχθείτομαγνητικόφύσημα

51 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.5. ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑ Ηλεκτρόδια με επένδυση (1907), μέση ταχύτητα κατανάλωσης: 200 mm/min Εσωτερικός μεταλλικός πυρήνας σύρματος cm Eξωτερική στερεή πάστα, μίγμα διαφόρων ενώσεων (συλλίπασμα)

52 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.5. ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑ Μεταλλικός πυρήνας Αγωγή ρεύματος Προσφορά υλικού συγκόλλησης Επένδυση Συστατικά της εξαχνώνονται ή παράγουν αέρια που ιονιζόμενα σταθεροποιούντοτόξο. Τα ιονιζόμενα αέρια «καθοδηγούν» τα σταγονίδια του τήγματος, ώστε να είναι δυνατή ηεναπόθεσηυλικού, ενάντια στη βαρύτητα, ενώ η παραγόμενη παχύρρευστη σκωρία συγκρατεί το ρευστό μέταλλο στη θέση του Προστασία τήγματος από την επίδραση του περιβάλλοντος (υγρασία, άζωτο, οξυγόνο), επιβράδυνση στερεοποίησης και, αναλόγως χημικής σύστασης, καθαρισμός του τήγματος

53 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.6. ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΥΛΙΚΟΥ ΥΠΟ ΜΟΡΦΗ ΣΤΑΓΟΝΩΝ Επιφανειακές δυνάμεις (F s ): Συγκράτηση σφαιρικής σταγόνας στο άκρο του ηλεκτροδίου Ηλεκτρομαγνητική δύναμη (Lorenz, F m ): Από την αλληλεπίδραση ηλεκτρικού ρεύματος και επαγόμενου μαγνητικού πεδίου Δύναμη βαρύτητας (F g ): Δύναμη συγκράτησης ή απόσπασης, ανάλογα με την κατεύθυνση του ηλεκτροδίου Δυνάμεις λόγω ταχείας ατμοποίησης (F e ): Αντίδραση στην απόσπαση της σταγόνας από το ηλεκτρόδιο Συνολική δύναμη απόσπασης σταγόνας τηγμένου μετάλλου: F = F m +F g -F s -F e

54 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.7. ΤΕΧΝΙΚΕΣ Α. Συγκόλληση με επενδεδυμένα ηλεκτρόδια (SMAW, Shielded Metal-Arc Welding)

55 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.7. ΤΕΧΝΙΚΕΣ Β. Συγκόλληση με μη αναλισκόμενο ηλεκτρόδιο βολφραμίου και αδρανή ατμόσφαιρα (TIG, Tungsten Inert Gas ή GTAW, Gas Tungsten Arc Welding) Tο αδρανέςαέριο(ar, He) προστατεύει το τήγμα από οξείδωση και δεν απαιτείται χρήση επενδεδυμένων ηλεκτροδίων Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη συγκόλληση σχεδόν όλων των μετάλλων/ κραμάτων

56 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.7. ΤΕΧΝΙΚΕΣ Γ. Συγκόλληση με αναλισκόμενο ηλεκτρόδιο και αδρανή ατμόσφαιρα (ΜIG, Metal Inert Gas ή GMAW, Gas Metal Arc Welding) Tο αδρανέςαέριο(ar, He) προστατεύει το τήγμα από οξείδωση και δεν απαιτείται χρήση επενδεδυμένων ηλεκτροδίων Υψηλή παραγωγικότητα (~4-5 της TIG), λόγω της συνεχούς παροχέτευσης σύρματος

57 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.7. ΤΕΧΝΙΚΕΣ Δ. Συγκόλληση βυθιζόμενου τόξου (SAW, Submerged Arc Welding) ή Ηλεκτροσκωριωτική Συγκόλληση Η προστασία του τήγματος παρέχεται από στρώμα τηγμένης σκωρίας και στρώμα άτηκτου κοκκώδους συλλιπάσματος (βόρακα), το οποίο προ-αποτίθεται στο μέτωπο της διεύθυνσης συγκόλλησης