άκρα). ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΙΙ - ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΙΣ 1. Ηλεκτροσυγκολλήσεις αντιστάσεως (κατά σημεία, ραφής, με προεκβολές και κατά

Transcript

1 1. ΕΙ Η ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ 1.1 Γενικά για τις συγκολλήσεις Συγκόλληση είναι η μόνιμη σύνδεση δύο ή περισσοτέρων μεταλλικών αντικειμένων με την επίδραση θερμότητας ή πίεσης ή και των δύο μαζί, με ή χωρίς την προσθήκη υλικού όμοιας ή μη χημικής σύνθεσης και του ίδιου ή διαφορετικού σημείου τήξεως με τα προς συγκόλληση μέταλλα. Πλεονεκτήματα: α) Οι συγκολλητές κατασκευές είναι ελαφρότερες ως κατασκευές, διότι μεταχειριζόμαστε ως πρόσθετο υλικό μόνο την κόλληση. Αντίθετα, στις καρφωτές ή κοχλιωτές συνδέσεις έχουμε τις απαραίτητες επικαλύψεις των ελασμάτων ή έχουμε αρμοκαλύπτρες, που προσθέτουν σημαντικό βάρος στην κατασκευή. β) Οι συγκολλητές συνδέσεις εφαρμόζονται ικανοποιητικά και αποτελεσματικά σε κατασκευές που δέχονται μεγάλες καταπονήσεις σε εφελκυσμό, θλίψη, κρούση κ.τ.λ. γ) Εξασφαλίζουν πολύ καλή στεγανότητα των συνδέσεων. δ) Επιτυγχάνουν σημαντική εξοικονόμηση μεταλλικού υλικού (δεν υπάρχουν επικαλύψεις ελασμάτων ή αρμοκαλύπτρες). ε) Εκτελούνται γρήγορα και το κόστος τους είναι σχετικά χαμηλό. Μειονεκτήματα: α) Οι συγκολλητές συνδέσεις είναι μόνιμες συνδέσεις. Έτσι δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κατασκευές που πρέπει να αποσυναρμολογούνται γρήγορα και εύκολα. β) Τα προς συγκόλληση κομμάτια πρέπει να είναι από το ίδιο ή παρόμοιο υλικό, το οποίο να επιδέχεται βέβαια συγκόλληση. γ) Ο έλεγχος των συγκολλήσεων για τυχόν ελαττώματα που μπορούν να έχουν στο εσωτερικό τους, απαιτεί ακριβό εξοπλισμό και χρειάζεται εξειδικευμένο προσωπικό, πράγμα που δε συμβαίνει στους άλλους τρόπους σύνδεσης. δ) Η δημιουργία μιας συγκολλητικής ραφής καλής ποιότητας εξαρτάται κατά κύριο λόγο από τη δεξιότητα του τεχνίτη. 1.2 Κατηγορίες συγκολλήσεων Οι συγκολλήσεις διακρίνονται σε δύο βασικές κατηγορίες: α) Συγκολλήσεις πιέσεως και β) συγκολλήσεις τήξεως. Α) Συγκολλήσεις πιέσεως Τα μεταλλικά κομμάτια που θα συγκολληθούν, θερμαίνονται στο σημείο συγκόλλησής τους σε θερμοκρασία κατώτερη απ' αυτή του σημείου τήξεώς τους, για να γίνουν εύπλαστα, ενώ ακολούθως πιέζονται δυνατά το ένα πάνω στο άλλο. Με αυτόν τον τρόπο διεισδύουν τα μόρια του ενός μεταλλικού κομματιού στα μόρια του άλλου και επιτυγχάνεται η συγκόλλησή τους. Στην περίπτωση αυτή δεν προστίθεται συγκολλητικό υλικό. Οι κυριώτεροι μέθοδοι συγκολλήσεων με πίεση είναι: 1. Ηλεκτροσυγκολλήσεις αντιστάσεως (κατά σημεία, ραφής, με προεκβολές και κατά άκρα). 2. Συγκολλήσεις τριβής. 3. Συγκολλήσεις με υπερήχους. 4. Συγκολλήσεις με εκρηκτική ύλη. 5. Καμινοσυγκολλήσεις. 1

2 Β) Συγκολλήσεις τήξεως Τα προς συγκόλληση μεταλλικά κομμάτια θερμαίνονται στο σημείο συγκόλλησής τους μέχρι τη θερμοκρασία τήξεως. Κατά την τήξη τα μόρια του ενός μεταλλικού κομματιού διεισδύουν στα μόρια του άλλου με αποτέλεσμα, όταν αποψυχθούν, να συμπεριφέρονται σαν ένα σώμα. Στις συγκολλήσεις τήξεως χρησιμοποιείται πολλές φορές και επιπρόσθετο υλικό, το συγκολλητικό υλικό ή κόλληση, το οποίο συντήκεται συμπληρώνοντας τα κενά μεταξύ των δύο μεταλλικών κομματιών και συμβάλλει στην ομαλή ανάμειξη των μορίων τους. Στις συγκολλήσεις τήξεως δεν ασκείται καμία πίεση στα προς συγκόλληση κομμάτια. Οι πιο σύγχρονες μέθοδοι συγκολλήσεων με τήξη είναι οι ακόλουθες: 1. Οξυγονοσυγκολλήσεις. 2. Συγκολλήσεις με ηλεκτρικό τόξο. οι οποίες διακρίνονται σε: 2.1 Ηλεκτροσυγκόλληση τόξου (ή συγκόλληση με βολταϊκό τόξο). 2.2 Ηλεκτροσυγκόλληση με προστατευτικά αέρια. 2.3 Ηλεκτροσυγκόλληση κάτω από προστατευτική σκόνη. 3. Συγκολλήσεις με ακτίνες, οι οποίες διακρίνονται σε: 3.1 Συγκόλληση με δέσμη ηλεκτρονίων. 3.2 Συγκόλληση με ακτίνες Laser. Ανάλογα με το αν τα προς συγκόλληση μεταλλικά κομμάτια είναι από το ίδιο ή διαφορετικό υλικό ή με το αν το συγκολλητικό υλικό που θα χρησιμοποιηθεί είναι της ίδιας ή διαφορετικής χημικής σύνθεσης με τα προς συγκόλληση κομμάτια, οι συγκολλήσεις τήξεως διακρίνονται σε αυτογενείς και ετερογενείς συγκολλήσεις. α) Αυτογενείς συγκολλήσεις Είναι οι συγκολλήσεις κατά τις οποίες τα μεταλλικά κομμάτια που θα συγκολληθούν είναι από το ίδιο υλικό, όπως επίσης από το ίδιο ή παρόμοιο υλικό είναι και το συγκολλητικό υλικό που θα χρησιμοποιηθεί (έχουν το ίδιο σημείο τήξεως) π.χ. συγκόλληση βασικών μετάλλων από μαλακό χάλυβα με συγκολλητικό υλικό (κόλληση) από μαλακό χάλυβα (σημείο τήξεως του χάλυβα 1400 έως 1500 C). Στις αυτογενείς συγκολλήσεις η θερμοκρασία που αναπτύσσεται στη ζώνη συγκόλλησης είναι πιο υψηλή από το σημείο τήξεως των μεταλλικών κομματιών και του συγκολλητικού υλικού. Αυτογενείς συγκολλήσεις, κατά τις οποίες η θέρμανση στο σημείο της συγκόλλησης επιτυγχάνεται με φλόγα οξυγόνου - ασετιλίνης, είναι γνωστές ως οξυγονοσυγκολλήσεις. Ενώ, όταν η θερμότητα για τη θέρμανση των μεταλλικών κομματιών στο σημείο συγκόλλησης παράγεται από ηλεκτρικό ρεύμα, λέγονται ηλεκτροσυγκολλήσεις. β) Ετερογενείς συγκολλήσεις Στις συγκολλήσεις αυτές τα μεταλλικά κομμάτια που θα συγκολληθούν και το συγκολλητικό υλικό που θα χρησιμοποιηθεί είναι κατασκευασμένα από διαφορετικό υλικό. Το συγκολλητικό υλικό έχει πάντοτε κατώτερο σημείο τήξεως από τα προς συγκόλληση κομμάτια, π.χ. συγκόλληση βασικών μετάλλων από ορείχαλκο (σημείο τήξεως 900 C) με κόλληση από κράμα κασσίτερου-μολύβδου 50/50 (σημείο τήξεως 200 C). Στις ετερογενείς συγκολλήσεις η θερμοκρασία που αναπτύσσεται στην περιοχή συγκολλήσεως είναι κατώτερη από το σημείο τήξεως των βασικών μετάλλων που θα συγκολληθούν και οπωσδήποτε υψηλότερη από το σημείο τήξεως του συγκολλητικού υλικού. Έτσι στη θερμοκρασία αυτή η κόλληση τήκεται (λιώνει) και ρευστή, όπως είναι, διεισδύει στο κενό μεταξύ των μεταλλικών κομματιών. 2

3 Πίνακας 1 Θερμοκρασία τήξεως των πιο συνηθισμένων μετάλλων και κραμάτων στις συγκολλήσεις. Είδος μετάλλου ή κράματος Θερμοκρασία τήξεως σε C Αλουμίνιο 658 Άργυρος 961 Κασσίτερος 230 Λευκόχρυσος 1764 Μαγνήσιο 657 Μόλυβδος 328 Μπρούντζος 900 Νικέλιο 1453 Ορείχαλκος 900 Χαλκός 1083 Χάλυβας Χρυσός 1063 Χυτοσίδηρος 1200 Ψευδάργυρος 420 Οι ετερογενείς συγκολλήσεις διακρίνονται αναλόγως προς τη θερμοκρασία τήξεως της κολλήσεως σε: μαλακές και σκληρές συγκολλήσεις. α) Μαλακές συγκολλήσεις είναι εκείνες κατά τις οποίες η κόλληση τήκεται σε θερμοκρασία από C (Κασσιτεροκόλληση - μολυβδοκόλληση). β) Σκληρές συγκολλήσεις είναι εκείνες κατά τις οποίες η κόλληση τήκεται σε θερμοκρασία από C (μπρουντζοκόλληση, ασημοκόλληση, αλουμινοκόλληση, χαλκοκόλληση). 2. ΚΑΣΣΙΤΕΡΟΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ 2.1 Γενικά Στις κασσιτεροσυγκολλήσεις ως κόλληση χρησιμοποιείται η κασσιτεροκόλληση, η οποία είναι κράμα κασσιτέρου (Sn) και μολύβδου (Pb). Για μεγαλύτερη αντοχή της συγκόλλησης, προστίθεται στην κασσιτεροκόλληση και μια μικρή ποσότητα αντιμονίου (Sb). Αναλόγως προς την εργασία επιλέγεται και το είδος της κασσιτεροκολλήσεως, δηλαδή η σύνθεση του κράματος. Στον πίνακα 8.2α σημειώνονται τα διάφορα είδη κασσιτεροκολλήσεων. Για να πραγματοποιηθεί η κασσιτεροσυγκόλληση δύο μεταλλικών κομματιών χρειάζονται εκτός από την κόλληση, το κολλητήρι (συγκολλητήρας) και το υλικό καθαρισμού. 2.2 Κολλητήρι (συγκολλητήρας) Είναι το εργαλείο που προσδίδει την απαραίτητη θερμότητα στη θέση συγκολλήσεως για τη θέρμανση των μετάλλων και την τήξη της κολλήσεως. Ένα απλό κολλητήρι αποτελείται από την κεφαλή και τη λαβή, που είναι στερεωμένες πάνω σε σιδερένια ράβδο. Η κεφαλή είναι κατασκευασμένη από χαλκό, διότι, όπως ξέρουμε, ο χαλκός έχει μεγάλο συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας. Η λαβή κατασκευάζεται από υλικό που είναι κακός αγωγός της θερμότητας, συνήθως από ξύλο, ώστε ο τεχνίτης να μην καίγεται, όταν το χρησιμοποιεί. Μερικά είδη κολλητηριών φαίνονται στο σχήμα 1. 3

4 Πίνακας 2 Μαλακές κολλήσεις - κασσιτεροκολλήσεις των βαρέων μετάλλων Συμβολισμός, χημική σύνθεση (%) Sn Pb Sb Θερμοκρασία τήξεως σε C Τυπικά παραδείγματα εφαρμογών 90 8,7 1, ,8 3, ,7 3, ,3 2, ,3 1, ,5 0,5 305 Χρησιμοποιείται για τη συγκόλληση μεταλλικών αντικειμένων που έρχονται σε επαφή με τροφές (κονσέρβες, σκεύη κουζίνας κ.τλ.). Χρησιμοποιείται ως κόλληση στη λευκοσιδηρουργία και στις κατασκευές ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συσκευών. Χρησιμοποιείται ως κόλληση γενικής χρήσεως (για κολλήσεις χάλυβα, χαλκού, κραμάτων χαλκού). Επικασσιτερώσεις. Χρησιμοποιείται για λεπτές συγκολλήσεις (μικροκατασκευές από χαλκό, λευκοσιδηρουργία). Επικασσιτερώσεις. Χρησιμοποιείται στις υδραυλικές εργασίες. Στις συγκολλήσεις χάλυβα, χαλκού και μολύβδου, κραμάτων ψευδαργύρου. Για συγκολλήσεις μόνο με φλόγα (χάλυβα, χαλκού, κραμάτων ψευδαργύρου). Συγκολλήσεις μολυβδοσωλή- νων φρεατίων, διακλαδώσεων κ.τ.λ. Για συγκολλήσεις με φλόγα. Χρησιμοποιείται κυρίως σε εργασίες φανοποιίας. άνω του 98,5 320 Για ασθενείς συγκολλήσεις (χαλκού, χάλυβα, κραμάτων ψευδαργύρου κ.α.). Sn = κασσίτερος, Pb = μόλυβδος, Sb = αντιμόνιο 1. Απλό κολλητήρι με κεφαλή υπό γωνία 2. Ηλεκτρικό κολλητήρι με κεφαλή υπό γωνία. 3. Ηλεκτρικό κολλητήρι με ανταλλακτικές κεφαλές (ίσια κεφαλή ή κεφαλή υπό γωνία). Σχήμα 1 ιάφορα είδη κολλητηριών 4

5 Η θέρμανση του κολλητηριού γίνεται συνήθως με φλόγα καυσίμου αερίου [προπάνιο, φωταέριο, βουτάνιο, βενζίνη κ.λ.π. (σχ. 2)] ή σε καμίνι. Τα απλά κολλητήρια πυρώνονται σε θερμοκρασία από C, έως ότου η κεφαλή τους αρχίσει να κοκκινίζει. Κατά τη συγκόλληση η θερμοκρασία τους μειώνεται και, όταν πλέον δεν είναι ικανά να τήξουν την κόλληση, ξαναθερμαίνονται. Η κεφαλή του κολλητηριού πρέπει να είναι πάντα Σχήμα 2 Καμινέτο με καυστήρα καθαρή, χωρίς οξείδια, γι' αυτό πρέπει να καθαρίζεται προπανίου για το πύρωμα της συχνά, ώστε να ρέει εύκολα η κόλληση στις θέσεις κεφαλής του κολλητηριού. συγκολλήσεως. Ο καθαρισμός είναι μηχανικός και χημικός. Στην αρχή λιμάρουμε τη μύτη του κολλητηριού και τη θερμαίνουμε (μηχανικός καθαρισμός). Κατόπιν την τρίβουμε πάνω σε πλάκα αμμωνιακού άλατος, κοινώς νισαντήρι (χημικός καθαρισμός), με ταυτόχρονη εναπόθεση κασσιτεροκόλλησης (γάνωμα) (σχ. 3). [Το νισαντήρι είναι υλικό καθαρισμού το οποίο κατασκευάζεται σε πλάκες και χρησιμοποιείται στον καθαρισμό και στο γάνωμα του κολλητηριού (βοηθάει το κολλητήρι να συγκρατεί τη κόλληση)]. Σχήμα 3: Μηχανικός και χημικός καθαρισμός του κολλητηριού. 1) Λιμάρισμα της μύτης του κολλητηριού. 2) Πύρωμα (θέρμανση) της κεφαλής του κολλητηριού. 3) Τρίψιμο της μύτης του κολλητηριού σε νισαντήρι και ταυτόχρονη επικασσιτερωσή της (γάνωμα της μύτης). 2.3 Υλικά καθαρισμού Οι μεταλλικές επιφάνειες που θα συγκολληθούν πρέπει να είναι καθαρές και απαλλαγμένες από οξείδια. Όσο επιμελώς και αν τις καθαρίσουμε με μηχανικά μέσα πάντα, θα υπάρχουν στην επιφάνεια οξείδια (αόρατα με γυμνό μάτι), τα οποία θα εμποδίζουν τη συγκόλληση. Για το λόγο αυτό καθαρίζουμε τις μεταλλικές επιφάνειες στα σημεία που θα συγκολληθούν με χημικά υλικά καθαρισμού (αντιοξειδωτικά). Τα υλικά καθαρισμού χωρίζονται σε: όξινα (που έχουν ως βάση το υδροχλωρικό οξύ και τα άλατά του) και ουδέτερα (που έχουν ως βάση το κολοφώνιο). Από τα όξινα καθαριστικά, εκείνο που χρησιμοποιείται ευρύτερα στις μαλακές συγκολλήσεις για τον καθαρισμό επιψευδαργυρωμένων επιφανειών, χαλκοσωλήνων και άλλων μεταλλικών επιφανειών, είναι ο χλωριούχος ψευδάργυρος (ΖηCl 2 ) διαλυμένος σε νερό (κοινώς ονομάζεται σβησμένο σπίρτο του άλατος). ιατίθεται σε διάλυμα (υγρή μορφή), και σε μορφή πάστας ή λίπους. Τα ουδέτερα υλικά καθαρισμού έχουν ως κύριο συστατικό το κολοφώνιο, το οποίο παράγεται από το ρετσίνι, όταν αφαιρεθεί με απόσταξη το τερεβινθέλαιο (νέφτι). Η μικρή περιεκτικότητά του σε οξύ είναι ικανή να καθαρίσει τη θέση συγκόλλησης. Χρησιμοποιείται κυρίως για μαλακές συγκολλήσεις σε ηλεκτρολογικές κατασκευές. ιατίθεται σε μορφή σκόνης, διαλύματος, αλοιφής κ.λ.π. 5