ΝΑΥΠΗΓΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ 1/89

Transcript

1 ΝΑΥΠΗΓΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ 1/89

2 ΣΥΝΤΟΜΗ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΣΤΗΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ π.χ. (εποχή χαλκού): μπρουντζοκόλληση κασσιτεροκόλληση συγκόλληση με σφυρηλάτηση 1881: πρώτη χρήση ηλεκτρικού τόξου για τήξη, μεταξύ ηλεκτροδίων C Moissan (Γαλλία) 1885: γερμανικό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για συγκόλληση με ηλεκτρόδιο C Benardos (Ρωσία) 1892: πειράματα συγκόλλησης με χρήση μεταλλικών ηλεκτροδίων - Slavianov (Ρωσία) 1895: ανακάλυψη καυστήρα οξυγόνου-ασετυλίνης Le Chatellier (Γαλλία) 1907: πρώτη χρήση επενδυμένων ηλεκτροδίων Kjellberg (Σουηδία) 1930: συγκόλληση βυθισμένου τόξου (ΗΠΑ) συγκόλληση GTAW Hobart and Dever (ΗΠΑ) 1941: TIG Meredith (ΗΠΑ) 1948: MIG Sohn (ΗΠΑ) 1950: Αυτόματη κατακόρυφη συγκόλληση electroslag (Ρωσία) 1955: κοπή με τόξο πλάσματος Gage (ΗΠΑ) 2/89

3 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ (ΚΟΧΛΙΩΣΕΙΣ, ΗΛΩΣΕΙΣ) ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: βελτίωση αντοχής (μέχρι 100% της αντοχής του βασικού μετάλλου) πλήρης στεγανότητα οικονομία υλικού (μείωση βάρους στα πλοία έως 10 ή 20%) κανένας περιορισμός πάχους απλούστευση κατασκευών μείωση χρόνου και κόστους κατασκευής ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: δυσκολία σύλληψης ρωγμών (ηλώσεις τέλος ρωγμής στο άκρο) πιθανότητα δημιουργίας σφαλμάτων (πόροι, εγκλείσματα, ρωγμές, κ.α.) δυσκολία συγκόλλησης μερικών μετάλλων (HS steels, Ti) μη αξιοπιστία κατά 100% των μη καταστρεπτικών ελέγχων παραμένουσες τάσεις και παραμορφώσεις μη αντιστρεπτή σύνδεση 3/89

4 ΤΡΟΠΟΙ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΕΘΟΔΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ ΤΡΟΠΟΙ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Α. Μηχανική σύνδεση: Κοχλιώσεις, Ηλώσεις Β. Μεταλλουργική σύνδεση: Συγκόλληση Γ. Σύνδεση με κόλλες: Κόλληση Μεταλλουργική σύνδεση : Συγκόλληση ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΕΘΟΔΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ Ως προς τη χρησιμοποιούμενη μέθοδο Ως προς την περιοχή των θερμοκρασιών που αναπτύσσονται στη ραφή Ως προς τη φύση των χρησιμοποιούμενων πηγών ενέργειας ή τον τρόπο θέρμανσης 4/89

5 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΕΘΟΔΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕΝΗ ΜΕΘΟΔΟ 1. Συγκόλληση τήξης (σύνδεση χωρίς πίεση) Αυτογενής συγκόλληση (πρόσδοση θερμότητας μέχρι να συμβεί σύντηξη) συγκολλήσεις ηλεκτρικού τόξου συγκολλήσεις αερίου συγκολλήσεις με ακτινοβολία θερμοχημικές συγκολλήσεις Ετερογενής συγκόλληση (θέρμανση σε Τ<Τ m + πρόσθεση διαφορετικού μετάλλου με Τ m σε υγρή κατάσταση απόψυξη ένωση σε στερεά κατάσταση) χαμηλής θερμοκρασίας μπρουντζοκόλληση κασσιτεροκόλληση (καλάι) 5/89

6 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΕΘΟΔΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕΝΗ ΜΕΘΟΔΟ 2. Συγκόλληση στερεάς φάσης (σύνδεση με πίεση χωρίς προηγούμενη τήξη, εκτός ενός πολύ λεπτού επιφανειακού στρώματος) Συγκόλληση με πλαστική παραμόρφωση συγκολλήσεις εν ψυχρώ - εκρηκτική συγκόλληση - συγκόλληση με έλαση - συγκόλληση με σφυρηλάτηση - συγκόλληση με υπερήχους - συγκόλληση πίεσης συγκολλήσεις εν θερμώ - ηλεκτρικής αντίστασης - συγκόλληση με τριβή - με επαγωγικά ρεύματα - με θερμή σφυρηλάτηση Συγκόλληση χωρίς πλαστική παραμόρφωση - συγκόλληση διάχυσης 6/89

7 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΕΘΟΔΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΩΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ ΠΟΥ ΑΝΑΠΤΥΣΣΟΝΤΑΙ ΣΤΗ ΡΑΦΗ 1. Συγκολλήσεις χαμηλής θερμοκρασίας (< 500 ο C) ή μαλακές ετερογενείς συγκολλήσεις Κασσιτεροκόλληση (καλάι) (Sn + Pb) 2. Συγκολλήσεις μέσης θερμοκρασίας (> 500 C) ή σκληρές ετερογενείς συγκολλήσεις Μπρουντζοκόλληση : Cu + Ag (< 8%) Ασημοκόλληση : Cu + Ag (> 8%) 3. Συγκολλήσεις υψηλής θερμοκρασίας ή συγκολλήσεις τήξης 7/89

8 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΕΘΟΔΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗ ΦΥΣΗ ΤΩΝ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕΝΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Ή ΤΟΝ ΤΡΟΠΟ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ 1. Θερμοχημική ενέργεια Συγκόλληση αερίου με Ο 2,οξυγονοκόλληση Αλουμινοθερμική συγκόλληση 2. Ηλεκτροθερμική ενέργεια Συγκόλληση ηλεκτρικού τόξου Συγκόλληση ηλεκτρικής αντίστασης Συγκόλληση επαγωγικής αντίστασης Συγκόλληση με δέσμη ηλεκτρονίων 3. Μηχανική ενέργεια Συγκόλληση με τριβή Εκρηκτική συγκόλληση Συγκόλληση με σφυρηλάτηση Συγκόλληση με υπερήχους 4. Ακτινοβολία Συγκόλληση με λέιζερ 5. Άλλες πηγές ενέργειας Συγκόλληση με διάχυση 8/89

9 ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ ΜΕ ΤΗΞΗ - ΠΡΟΫΠΟΘΕΣΕΙΣ ΓΙΑ ΚΑΛΗ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ 1. Επαρκής πρόσδοση ενέργειας για σύντηξη (παραγωγή θερμότητας είτε με χημικό είτε με ηλεκτρικό τρόπο) 2. Απουσία οξειδίων και άλλων ακαθαρσιών στο αρχικό μέταλλο και στην ένωση (απομάκρυνση ακαθαρσιών από την ίδια τη μέθοδο) 3. Αποφυγή επαναδημιουργίας ακαθαρσιών (προστασία τηγμένου μετάλλου αδρανή αέρια, επένδυση ηλεκτρ.) 4. Αποφυγή ή περιορισμός δυσάρεστων μεταλλουργικών επιδράσεων - Έλεγχος μεταλλουργικής αλλοίωσης 9/89

10 ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΔΕΣΗΣ Ρίζα συγκόλλησης (root) Είναι εκείνο το τμήμα μιας σύνδεσης όπου τα προς συγκόλληση τεμάχια βρίσκονται στην κοντινότερη μεταξύ τους απόσταση Η ρίζα της συγκόλλησης μπορεί να είναι είτε γραμμή είτε επιφάνεια Γραμμοσκιασμένες επιφάνειες στις περιπτώσεις (A) έως (D) Γραμμές στις περιπτώσεις (E) και (F) 10/89

11 ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΔΕΣΗΣ Ορισμοί Groove face Root face Root edge 11/89

12 ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΔΕΣΗΣ Ορισμοί Bevel Groove (γωνία διαμόρφωσης) Root opening (άνοιγμα ρίζας) 12/89

13 ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΔΕΣΗΣ Ορισμοί Bevel Groove (γωνία διαμόρφωσης) Root opening (άνοιγμα ρίζας) 13/89

14 ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΔΕΣΗΣ Μετωπική ή κατά συμβολή σύνδεση (butt joint) Σύνδεση μεταξύ δύο τεμαχίων που βρίσκονται περίπου στο ίδιο επίπεδο 14/89

15 ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΔΕΣΗΣ Αυχενική σύνδεση (T joint) Σύνδεση μεταξύ δύο τεμαχίων που είναι περίπου κάθετα μεταξύ τους 15/89

16 ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΔΕΣΗΣ Γωνιακή ή αυχενική σύνδεση (corner joint) Σύνδεση μεταξύ δύο τεμαχίων που είναι κάθετα μεταξύ τους 16/89

17 ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΔΕΣΗΣ Σύνδεση με επικάλυψη (lap joint) Σύνδεση μεταξύ δύο επικαλυπτόμενων τεμαχίων 17/89

18 ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΔΕΣΗΣ Σύνδεση κατ ακμή (edge joint) Σύνδεση μεταξύ των ακμών δύο ή περισσότερων παράλληλων ή περίπου παράλληλων τεμαχίων (όχι σε κατασκευές υπό τάση) 18/89

19 ΜΕΤΩΠΙΚΗ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ (ή κατά συμβολή, butt joint) Κλειστού τύπου Τύπου X Ανοικτού τύπου Τύπου J Τύπου V Τύπου U Χρήση επικαλύπτρων Συγκεκριμένα διάκενα και γεωμετρία διαμόρφωσης 19/89

20 ΑΥΧΕΝΙΚΗ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΚΑΙ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΕΠΙΚΑΛΥΨΗ Εξωραφές Εσωραφές Περιορισμένη χρήση, αγκώνες, λουμπάρια 20/89

21 ΤΥΠΟΙ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ ΑΝΑΛΟΓΑ ΜΕ ΤΗ ΘΕΣΗ ΤΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΤΗ 21/89

22 ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΣ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ 22/89

23 ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΣ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ 23/89

24 ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΣ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ 24/89

25 ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Εξειδίκευση μετά τις βασικές σπουδές μηχανικού σε πολλές χώρες απαραίτητος για ανέγερση μεταλλικών κατασκευών Ευρώπη: European Welding Engineer κοινός τίτλος για όλη την Ευρώπη απονέμεται από εξουσιοδοτημένο όργανο κάθε κράτους απαιτήσεις (ελάχιστες): 386 ώρες θεωρία 60 ώρες εργαστήριο 8 ώρες γραπτές εξετάσεις 1 ώρα προφορική εξέταση 25/89

26 ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΑΕΡΙΟ ΚΑΙ ΚΟΠΗ ΜΕ ΟΞΥΓΟΝΟ Γενικά Συγκόλληση με αέριο: περιλαμβάνει κάθε μέθοδο συγκόλλησης που χρησιμοποιεί ως μέσο πρόσδοσης θερμότητας κάποιο αέριο καύσιμο, σε συνδυασμό με οξυγόνο. Η μέθοδος συνίσταται στην τήξη του βασικού μετάλλου και του προστιθέμενου μετάλλου, αν χρησιμοποιείται, με τη βοήθεια της φλόγας που σχηματίζεται στο άκρο ενός καυστήρα (torch). Το αέριο καύσιμο και το οξυγόνο αναμιγνύονται στην κατάλληλη αναλογία σε ένα δοχείο, που μπορεί να αποτελεί τμήμα του καυστήρα. Κοπή με οξυγόνο: περιλαμβάνει ομάδα μεθόδων κοπής όπου η απομάκρυνση του μετάλλου επιτυγχάνεται με χημική αντίδραση μεταξύ μετάλλου και καθαρού οξυγόνου σε υψηλές θερμοκρασίες. Η απαιτούμενη θερμοκρασία διατηρείται από φλόγα αερίου καυσίμου με οξυγόνο. Στην περίπτωση μετάλλων που σχηματίζουν ισχυρά οξείδια, η αντίδραση υποβοηθείται με την προσθήκη χημικής ή μεταλλικής σκόνης στο ρεύμα του οξυγόνου κοπής. 26/89

27 ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΑΕΡΙΟ ΚΑΙ ΚΟΠΗ ΜΕ ΟΞΥΓΟΝΟ Χαρακτηριστικά των αερίων καυσίμων Ο ακόλουθος πίνακας δίνει ορισμένα βασικά χαρακτηριστικά συγκεκριμένων αερίων καυσίμων για σύγκριση: Αέριο Ακετυλένιο Προπάνιο Μεθάνιο Υδρογόνο Χημικός Τύπος C 2 H 2 C 3 H 8 CH 4 H 2 Ειδικό βάρος (16 ο C) Όγκος/βάρος, m 3 /kg (16 ο C) Θερμοκρασία φλόγας σε Ο 2, σε ο C Θερμογόνα δύναμη, MJ/m Ταχύτητα καύσης, m/s Θερμική ένταση καύσης, J/m 2 s /89

28 Η φλόγα Οξυγόνου - Ακετυλενίου Παροχή στον καυστήρα ίσων όγκων Ο 2 και C 2 H 2 Πρωτογενής καύση: Δευτερογενής καύση: 2 C H 5 O 4 C O 2 H O C H 2 O 4 C O 2 H H CO O 2 O H CO 2 O 2 Η περιοχή της πρωτογενούς καύσης είναι το πιο θερμό τμήμα της φλόγας. Η συγκόλληση πρέπει να πραγματοποιείται έτσι ώστε η πρωτογενής καύση να λαμβάνει χώρα ακριβώς επάνω από τις προς συγκόλληση ακμές. Τύποι φλόγας: Υπερβολικού C 2 H 2 (ανθρακούχα φλόγα) Ουδέτερη φλόγα Οξειδωτική φλόγα 28/89

29 Η φλόγα Οξυγόνου - Ακετυλενίου Συνήθως ουδέτερη φλόγα Ελαφρώς αναγωγική (μικρή περίσσεια C 2 H 2 ) Ένδειξη σωστής ρύθμισης της φλόγας Μικρή λευκή κουκίδα που αναβοσβήνει στο άκρο του εσωτερικού κώνου Ανθρακούχα (C 2 H 2 και Ο 2 ) «άσπρο φτερό» (ελεύθερος, πυρακτωμένος άνθρακας) Προσθήκη C, επιφανειακή σκλήρυνση μαλακών χαλύβων 29/89

30 Οι τρεις τύποι οξυακετυλινικής φλόγας Ανθρακούχα Περίσσεια ακετυλενίου (0.9:1) (κράματα χάλυβα και αλουμινίου) Ουδέτερη Ίσες ποσότητες ή μικρή περίσσεια ακετυλενίου (κοινοί χάλυβες) Ανθρακούχα φλόγα Ουδέτερη φλόγα Οξειδωτική Περίσσεια οξυγόνου (1.5:1) (ορείχαλκος-μπρούντζος, χαλκός) Οξειδωτική φλόγα 30/89

31 Βασικά εξαρτήματα συγκόλλησης με αέριο Οι εύκαμπτοι σωλήνες του ακετυλενίου έχουν αριστερόστροφα ρακόρ και κόκκινο χρώμα. Οι αντίστοιχοι του οξυγόνου έχουν δεξιόστροφα ρακόρ και μπλε χρώμα. 31/89

32 Βασικά εξαρτήματα συγκόλλησης με αέριο Σχηματική παράσταση βασικών εξαρτημάτων και συνδεσμολογίας 1. Φιάλη οξυγόνου 2. Φιάλη ακετυλενίου 3. Ρυθμιστές πίεσης αερίων και μανόμετρα 4. Εύκαμπτοι σωλήνες 5. Βαλβίδες ελέγχου ροής αερίων 6. Καυστήρας 7. Ακροφύσιο συγκόλλησης 32/89

33 Βασικά στοιχεία καυστήρα (α) Σχηματική παράσταση ενός δαυλού, και (β) η κατά μήκος τομή του. (Α) Θάλαμος ανάμιξης (Β) Αυλός (Γ) Ακροφύσια 33/89

34 Είδη καυστήρων Χαμηλής πίεσης ή έγχυσης Παροχή C 2 H 2 έως 7 kpa Παροχή Ο 2 έως 270 kpa Το Ο 2 παρασύρει το C 2 H 2 ανάμειξη καθώς εξέρχονται από το ακροφύσιο Θετικής πίεσης Ίδια πίεση C 2 H 2 και Ο 2, έως 105 kpa Η ανάμειξη στον αναμείκτη 34/89

35 Κοπή με οξυγόνο Συνήθεις χημικές αντιδράσεις: 3 2Fe O2 Fe2O3 2 Προθέρμανση στους 800 ο 900 ο C για αύξηση της ταχύτητας των αντιδράσεων με φλόγα προθέρμανσης Εφαρμογές: Μόνο φερρομαγνητικά υλικά Όχι σε Al, Cr, Ni, κλπ. ΜΕΤΑΛΛΟ 1 Fe O2 2 FeO 3Fe 2O Fe O ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ ΤΗΞΗΣ ΟΞΕΙΔΙΟ Fe 1540 ο C FeO 1365 ο C Al 660 ο C Al 2 O ο C Cr 1790 ο C Cr 2 O ο C Ni 1565 ο C NiO 1950 ο C 35/89

36 ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΕΠΕΝΔΕΔΥΜΕΝΑ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑ (Shielded Metal Arc Welding, SMAW) Η ευρύτερα χρησιμοποιούμενη μέθοδος. Χαρακτηριστικά της μεθόδου: 36/89

37 ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΕΠΕΝΔΕΔΥΜΕΝΑ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑ (SMAW) Στιγμιαία επαφή του ηλεκτροδίου με τα προς συγκόλληση τεμάχια και απομάκρυνση έτσι ώστε να σχηματιστεί ηλεκτρικό τόξο. Η θερμότητα του τόξου λειώνει το βασικό μέταλλο, το μέταλλο του ηλεκτροδίου (προστιθέμενο μέταλλο) και τυχόν μεταλλικά στοιχεία της επένδυσης. Η θερμότητα του τόξου λειώνει και εξαερώνει τα μη μεταλλικά στοιχεία της επένδυσης για τη δημιουργία νέφους (παραπετάσματος) προστασίας του τόξου και του λειωμένου μετάλλου. Η σύντηξη του βασικού μετάλλου των προς συγκόλληση τεμαχίων και του μετάλλου του ηλεκτροδίου και η επακόλουθη στερεοποίηση δημιουργούν τη σύνδεση. 37/89

38 ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΕΠΕΝΔΕΔΥΜΕΝΑ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑ (SMAW) ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Χρησιμοποιείται με πληθώρα τύπων και μεγεθών ηλεκτροδίων Χρησιμοποιείται σε όλες τις θέσεις Χρησιμοποιείται για συγκόλληση μεγάλης ποικιλίας υλικών Η ευελιξία κατά τον έλεγχο της διαδικασίας από τον συγκολλητή την καθιστά ως την πιο εύχρηστη μεταξύ των μεθόδων συγκόλλησης Χαμηλό κόστος αναγκαίου εξοπλισμού Φορητός εξοπλισμός ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Το ηλεκτρόδιο λειώνει και απαιτεί περιοδική αντικατάσταση Αργός ρυθμός παραγωγής 38/89

39 ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΕΠΕΝΔΕΔΥΜΕΝΑ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑ (SMAW) Τρεις βασικές παράμετροι: ταχύτητα κίνησης ηλεκτροδίου, ένταση ρεύματος και τάση τόξου. Συγκόλληση με εναλλασσόμενο (AC) ή συνεχές ρεύμα (DC). Συνηθισμένες εντάσεις ρεύματος: Α με συνηθέστερες 100 και 300 Α. Συνηθέστερες τάσεις τόξου: V για γυμνά ή ελαφρά επενδυμένα ηλεκτρόδια V για επενδυμένα ηλεκτρόδια 39/89

40 SMAW Εκλογή ηλεκτροδίου Σε περίπτωση χρήσης DC μπορεί να έχουμε ορθή (d.c.s.p.) ή ανάστροφη (d.c.r.p.) πολικότητα. Μεγαλύτερη διείσδυση Συμβολισμός AWS Ε(x)xxyy E επενδεδυμένο ηλεκτρόδιο (x)xx αντοχή σε εφελκυσμό σε ksi y θέση συγκόλλησης 1. όλες 2. επίπεδη και μετωπική 3. επίπεδη yy συνθήκες τροφοδοσίας ηλεκτρικού ρεύματος Μικρότερη διείσδυση, πιο πλατιά συγκόλληση 40/89

41 SMAW Εκλογή ηλεκτροδίου ΣΥΜΒΟΛΟ ΕΙΔΟΣ ΕΠΕΝΔΥΣΗΣ ΕΙΔΟΣ ΗΛ. ΡΕΥΜΑΤΟΣ Ε6010 οργανική d.c.r.p. Ε6011 οργανική d.c.r.p., a.c. Ε6012 ρουτιλίου d.c.s.p., a.c. Ε6013 ρουτιλίου d.c.s.p., a.c. Ε6014 ρουτιλίου d.c.s.p., a.c. Ε7016 βασική χαμηλού υδρογόνου d.c.r.p., a.c. Ε7018 βασική χαμηλού υδρογόνου d.c.r.p., a.c. Ε6020 όξινη d.c.s.p., d.c.r.p., a.c. Ε7024 ρουτιλίου d.c.s.p., d.c.r.p., a.c. Ε6027 όξινη d.c.s.p., d.c.r.p., a.c. 41/89

42 SMAW Ο ρόλος της επένδυσης των ηλεκτροδίων Προστασία από ανεπιθύμητα αέρια, κυρίως Ν 2, Ο 2, Η 2, με τη δημιουργία προστατευτικού παραπετάσματος αερίων (CO 2, H 2 O, κλπ.) γύρω από το τόξο. Χημική αντίδραση της τηγμένης σκουριάς με το βασικό μέταλλο για την αφαίρεση των μη επιθυμητών Ο 2 και Η 2. Προστασία του τηγμένου μετάλλου επιβράδυνση στερεοποίησης (όχι ψαθυροποίηση). Για την επίτευξη των παραπάνω σκοπών χρησιμοποιούνται διάφορα είδη επενδύσεων (fluxes). Ελάττωση Ο 2 στο μέταλλο συγκόλλησης, βελτίωση δυσθραυστότητας Η ρευστότητα σκουριάς βελτιώνεται Όξινη Ουδέτερη Βασική SiO 2 TiO 2 MgΟ (P 2 O 5 ) Al 2 O 3 FeO Fe 2 O 3 Ti 2 O 3 MnO CaO 42/89

43 SMAW Ο ρόλος της επένδυσης των ηλεκτροδίων Στον παρακάτω πίνακα φαίνεται η μετατροπή της χημικής σύνθεσης της επένδυσης (coating) όταν γίνει σκουριά (slag) σε στερεή κατάσταση, για το ηλεκτρόδιο Ε6012. Επένδυση % Σκουριά 47.8 TiO SiO CaCO 3 CaO MgCO 3 MgΟ Al 2 O Fe-Mn FeO 9.5 MnΟ /89

44 SMAW Ταξινόμηση των μηχανών συγκόλλησης Οι μηχανές συγκόλλησης διακρίνονται σε συνεχούς ρεύματος (DC) και εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) Μηχανές συνεχούς ρεύματος (DC) 1. Με παροχή AC Κινητήρας AC γεννήτρια DC Ανορθωτής 2. Χωρίς παροχή AC Γεννήτρια DC (π.χ. ντιζελοκίνητη, ηλεκτροκίνητη) Μηχανές εναλλασσόμενου ρεύματος (ΑC) 1. Χρήση μετασχηματιστών 2. Για συγκόλληση πολύ παχέων ελασμάτων 44/89

45 SMAW Στατικές χαρακτηριστικές καμπύλες μηχανών DC Σταθερού ρεύματος (drooping or constant current) Χρήση κυρίως σε SMAW και GTAW Η υψηλή τάση των 80 V (τάση ανοικτού κυκλώματος) απαιτείται για το άναμμα του τόξου 45/89

46 SMAW Στατικές χαρακτηριστικές καμπύλες μηχανών DC Σταθερής ή ανερχόμενης τάσης (constant voltage or rising) Χρήση κυρίως σε SAW και GMAW Αυτοελεγχόμενη Μεγάλη πυκνότητα έντασης ρεύματος 46/89

47 ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΟ ΒΟΛΦΡΑΜΙΟΥ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΟ ΑΕΡΙΟ (GTAW) Γενικά Είναι η μέθοδος συγκόλλησης που χρησιμοποιεί αδρανές αέριο για την προστασία της συγκόλλησης από την ατμόσφαιρα. Το χρησιμοποιούμενο ηλεκτρόδιο είναι από μη τηκόμενο βολφράμιο. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και προστιθέμενο μέταλλο. Για λεπτά ελάσματα από Al, Mg, Ti, ανοξείδωτο χάλυβα. Υψηλό κόστος, συγκόλληση υψηλής ποιότητας και ακρίβειας. 47/89

48 ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΟ ΒΟΛΦΡΑΜΙΟΥ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΟ ΑΕΡΙΟ (GTAW) ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Συγκόλληση ανώτερης ποιότητας Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μηχανοποιημένα συστήματα Χρησιμοποιείται για συγκόλληση κραμάτων αλουμινίου και ανοξείδωτων χαλύβων Δεν δημιουργεί πιτσίλισμα (εκτόξευση σταγονιδίων μετάλλου spatter) Μικρές παραμορφώσεις των προς συγκόλληση τεμαχίων 48/89

49 GTAW Συγκόλληση με DC (συνεχές ρεύμα) Κατανομή θερμότητας στο ηλεκτρικό τόξο άνοδος (+) 80% κάθοδος (-) 5% πλάσμα 15% Ορθή πολικότητα: Σε όλα τα μέταλλα εκτός Al και Mg Μέγεθος διείσδυσης, όμοια με τη SMAW 49/89

50 GTAW Συγκόλληση με DC (συνεχές ρεύμα) Ανάστροφη πολικότητα: Παχύτερο ηλεκτρόδιο, σπάνια λόγω υπερθέρμανσης του ηλεκτροδίου. Σε συγκολλήσεις Al με προστασία Ar, καθοδικός καθαρισμός (απομάκρυνση δύστηκτων οξειδίων του Al από την επιφάνεια για επίτευξη πολύ καλής ποιότητας συγκόλλησης εμφάνιση εκατέρωθεν της ραφής συγκόλλησης μιας λαμπερής καθαρής περιοχής) Προστατευτικά αέρια: Ar (συνηθέστερο) He Μηχανή σταθερού ρεύματος Pulsed d.c.s.p. για περιμετρικές συγκολλήσεις σωληνώσεων 50/89

51 GTAW Τύποι ηλεκτροδίων 1. Καθαρό βολφράμιο EWP 2. Βολφράμιο + 1 2% Θόριο ΕWTh -1, EWTh Βολφράμιο % ζιρκόνιο EWZr 4. Καθαρό βολφράμιο με εξωτερικό λεπτό κέλυφος από βολφράμιο + 1 2% θόριο ΕWTh - 3 Μεγέθη: διάμετρος mm μήκος mm EWP: φθηνότερα EWTh: καλύτερα Μεγαλύτερη εκπομπή ηλεκτρονίων Ευκολότερο άναμμα τόξου + μεγαλύτερη ευστάθεια τόξου Μεγαλύτερη διάρκεια ζωής 51/89

52 ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΤΗΚΟΜΕΝΟ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΟ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΟ ΑΕΡΙΟ (GMAW) Η μέθοδος αυτή, όταν πρωτοεμφανίστηκε, θεωρήθηκε ως μια μέθοδος υψηλής πυκνότητας ρεύματος, με γυμνά μεταλλικά ηλεκτρόδια μικρής διαμέτρου και με προστασία που δινόταν από παροχή αδρανών αερίων. Βασικός της σκοπός ήταν η συγκόλληση κραμάτων αλουμινίου. Έτσι της δόθηκε η ονομασία MIG (Metal Inert Gas). Μετέπειτα εξελίξεις περιέλαβαν τη λειτουργία με ρεύματα χαμηλής πυκνότητας και με παλλόμενο συνεχές ρεύμα, τη χρήση της και σε συγκολλήσεις άλλων μετάλλων, και την επίτευξη προστασίας του τηγμένου μετάλλου και με ενεργά αέρια (κυρίως CO 2 ). Αποτέλεσμα αυτών ήταν η μετονομασία της σε GMAW (Gas Metal Arc Welding), που είναι ευρύτερος όρος. 52/89

53 ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΤΗΚΟΜΕΝΟ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΟ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΟ ΑΕΡΙΟ (GMAW) Παρόμοια με την SMAW Η θερμότητα δημιουργείται από το σχηματισμό ηλεκτρικού τόξου μεταξύ του μεταλλικού ηλεκτροδίου και των προς συγκόλληση τεμαχίων Η θερμότητα του τόξου λειώνει το βασικό μέταλλο και το μεταλλικό ηλεκτρόδιο (προστιθέμενο μέταλλο) Οι βασικές διαφορές είναι ότι το ηλεκτρόδιο είναι ένα συνεχώς τροφοδοτούμενο μεταλλικό σύρμα μικρής διαμέτρου και ότι χρησιμοποιείται αέριο προστασίας Επειδή το σύρμα τροφοδοτείται συνεχώς, η μέθοδος μπορεί να θεωρηθεί και ημιαυτόματη 53/89

54 ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΤΗΚΟΜΕΝΟ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΟ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΟ ΑΕΡΙΟ (GMAW) ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Εύκολο «γέμισμα» μεγάλων κενών μεταξύ των προς συγκόλληση τεμαχίων Χρησιμοποιείται σε όλες τις θέσεις Δεν απαιτείται απομάκρυνση της σκουριάς (slag) Υψηλές ταχύτητες συγκόλλησης, πολύ υψηλότερη παραγωγικότητα από SMAW Υψηλή ποιότητα συγκόλλησης Μικρότερες παραμορφώσεις των προς συγκόλληση τεμαχίων Εύκολη αυτοματοποίηση 54/89

55 GMAW Συγκόλληση με DC (συνεχές ρεύμα) Μέγεθος διείσδυσης αντίθετα από ότι σε SMAW και GTAW Μόνο σε μαλακό χάλυβα, για ανάστροφη πολικότητα και προστασία με Ar, μετατροπή από μεταφορά με σταγόνες σε μεταφορά με ψεκασμό για ένταση ρεύματος I tr (transition current) Πολικότητα d.c.s.p.. σπανιότατα d.c.r.p.. συνήθως 55/89

56 GMAW Συγκόλληση με ενεργό προστατευτικό αέριο Μεταφορά με βύθιση Για πολύ λεπτά ελάσματα, προστατευτικό αέριο το CO 2 Χρήση μικρών εντάσεων ρεύματος ( Α) και μικρών τάσεων (12 22 V) Δεν γίνεται μεταφορά προστιθέμενου μετάλλου με το μηχανισμό της ελεύθερης πτώσης, αλλά με το μηχανισμό της βραχυκύκλωσης (ή βύθισης) κατά τη διάρκεια επαφής του ηλεκτροδίου με το τηγμένο μέταλλο (f = Hz). 56/89

57 GMAW Προστατευτικά αέρια και μηχανές συγκόλλησης Προστατευτικά αέρια Αλουμίνιο: Ar για μικρά πάχη, μέχρι 25 mm Μίγμα 75% He + 25%Ar για πάχη από 25 μέχρι 76 mm 90% He+10% Ar για πολύ μεγάλα πάχη Μαλακός χάλυβας: Ar +5% O 2 CO 2, CO 2 +Ar, CO 2 +O 2 Ανοξείδωτος χάλυβας: Αr +1%O 2 Μηχανή συγκόλλησης Σταθερής ή ελαφρά ανερχόμενης τάσης Νεότερη εξέλιξη, παλλόμενου συνεχούς ρεύματος (pulsed DC) Σταθερό ρεύμα χαμηλής Ι + ρεύμα υψηλότερης Ι υπό μορφή παλμών Εξοικονόμηση ενέργειας 57/89

58 Cored Arc Welding Συγκόλληση Τόξου με Χρήση Σωληνοειδών Ηλεκτροδίων (FCAW) Tο βασικό χαρακτηριστικό της είναι ότι τα ηλεκτρόδια είναι μεν μεταλλικά αλλά σωληνοειδή που στο εσωτερικό τους (πυρήνα) περιέχουν προστατευτική σκόνη, παρόμοια με εκείνη των επενδυμένων ηλεκτροδίων. Η συγκόλληση γίνεται χωρίς ή με αέριο προστασίας. Στην τελευταία περίπτωση το αέριο είναι συνήθως CO 2. Σε σχέση με την κλασική GMAW, η μέθοδος αυτή παρέχει μεγαλύτερη ταχύτητα συγκόλλησης, μεγαλύτερη διείσδυση και τη δυνατότητα συγκόλλησης σκουριασμένων υλικών ή κραμάτων με προστασία CO 2. Παρουσιάζει όμως μεγαλύτερη κατανάλωση αερίου, χαμηλότερη απόδοση, και το πρόβλημα της αφαίρεσης της σκουριάς. 58/89

59 FCAW Συγκόλληση Στενού Διάκενου Narrow Gap Welding Με την παραλλαγή αυτή της GMAW είναι δυνατή η συγκόλληση πολύ παχιών ελασμάτων (μέχρι και 400 mm) φερρομαγνητικών υλικών με ανοιχτή συμβολή ή τύπου V πολύ μικρής γωνίας. Τα ελάσματα τοποθετούνται έτσι ώστε το διάκενο στη ρίζα τους να είναι 6 με 10 mm μόνο, ανεξάρτητα του πάχους τους. Η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρύτατα στην Ιαπωνία, όπου έχουν αναπτυχθεί τουλάχιστον 8 διαφορετικά συστήματα. Κοινό χαρακτηριστικό αυτών είναι ότι το τόξο πάλλεται και κάμπτεται προς την κατεύθυνση των τοιχωμάτων των ελασμάτων για την επίτευξη καλύτερης τήξης. 59/89

60 FCAW Συγκόλληση Στενού Διάκενου Narrow Gap Welding Κυριότερα πλεονεκτήματα της μεθόδου είναι η οικονομικότητα, η δημιουργία χαμηλότερων παραμενουσών τάσεων και η βελτιωμένη δυσθραυστότητα της συγκόλλησης. Σημαντικό μειονέκτημα η πιθανότητα δημιουργίας σφαλμάτων δύσκολων να επιδιορθωθούν. 60/89

61 ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΒΥΘΙΣΜΕΝΟΥ ΤΟΞΟΥ (SAW) Είναι η μέθοδος συγκόλλησης που προκαλεί σύντηξη των μετάλλων, θερμαίνοντάς τα με τη βοήθεια ενός ή περισσότερων ηλεκτρικών τόξων που δημιουργούνται μεταξύ ενός ή περισσότερων μεταλλικών ηλεκτροδίων και του προς συγκόλληση αντικειμένου. Το τόξο προστατεύεται από στρώμα κοκκώδους, εύτηκτου υλικού (σκόνη βόρακα ή συλλίπασμα flux) που τοποθετείται πάνω από την προς συγκόλληση περιοχή. Το προστιθέμενο μέταλλο παρέχεται από συνεχώς τροφοδοτούμενο ηλεκτρόδιο. 61/89

62 Συγκόλληση βυθισμένου τόξου SAW 62/89

63 Συγκόλληση βυθισμένου τόξου SAW Η σκόνη βόρακα (συλλίπασμα, flux) στη στερεή κατάσταση είναι κακός αγωγός ηλεκτρισμού και θερμότητας, ενώ στην υγρή κατάσταση ιονίζεται πολύ εύκολα και επιτρέπει τη διέλευση μεγάλης έντασης ρεύματος. Μετά τη στερεοποίησή της η σκόνη αφαιρείται. Η αφή του τόξου γίνεται με αυτόματη στιγμιαία επαφή του ηλεκτροδίου με το έλασμα ή με σπίθα πιλότο υψηλής συχνότητας. 63/89

64 SAW Χαρακτηριστικά μεθόδου και εφαρμογές Μεγάλη πυκνότητα έντασης ρεύματος (~200 Α/Ø mm) Μεγάλη διείσδυση Συγκόλληση παχιών ελασμάτων Χρήση επικαλύπτρων Μόνο για επίπεδες συγκολλήσεις Χαμηλή εκπομπή καπνού και υπεριώδους ακτινοβολίας 4 10 φορές ταχύτερη από SMAW 64/89

65 SAW Σκόνη Σκοποί σκόνης: Ηλεκτρικός (σε υγρή κατάσταση επιτρέπει τη διέλευση μεγάλης Ι) Προστατευτικός Λειτουργικός Μεταλλουργικός Ταξινόμηση κατά Ι.Ι.W. Ένα γράμμα για μέθοδο παραγωγής F: Παρασκευή σε Τ = ο C (τηκόμενο) B: Παρασκευή σε Τ < 1400 ο C (κεραμικό) M: μηχανική ανάμειξη F και Β Δυο γράμματα για χημική σύσταση CS : CaO + MgO + SiO2 > 50% MS : MnO + SiO2 > 50% AR : Al2O3 + TiO2 > 45% AB : Al2O3 +CaO +MgO >45% (Al2O3 20%) 65/89

66 SAW Ηλεκτρόδια Μηχανή συγκόλλησης Ηλεκτρόδια Μεταλλικό σύρμα Ø mm Επιχάλκωση χαλύβδινου σύρματος Καλύτερη ηλεκτρική επαφή με τους κυλίνδρους τροφοδότησης Προφύλαξη από οξείδωση Χαρακτηριστική Μηχανής Συγκόλλησης DC (I < 700 A) ή AC ( I > 900 A) Για DC χαρακτηριστική σταθερού ρεύματος Για να διατηρηθεί V σταθερό, σύστημα ελέγχου ταχύτητας τροφοδοσίας σύρματος Τροφοδοσία με σταθερή ταχύτητα χαρακτηριστική σταθερής τάσης 66/89

67 SAW Συγκόλληση με πολλαπλά ηλεκτρόδια Πολλαπλά ηλεκτρόδια εν παραλλήλω Δύο ηλεκτρόδια εν σειρά Πολλαπλά ηλεκτρόδια με πολλές γεννήτριες Πλεονεκτήματα: Αύξηση ρυθμού απόθεσης μετάλλου συγκόλλησης Καλύτερη ποιότητα ραφής (μείωση ταχύτητας στερεοποίησης) 67/89

68 Μονόπλευρη συγκόλληση SAW Πολύ σημαντική μέθοδος στη Ναυπηγική, συγκόλληση παχιών ελασμάτων μεγάλων διαστάσεων χωρίς αναποδογύρισμα Αύξηση παραγωγικότητας Απαραίτητη η χρήση επικαλύπτρων Συγκόλληση παχιών ελασμάτων Εφαρμογή υψηλών Ι Μεγάλος όγκος τηγμένου μετάλλου, ο οποίος απαιτεί υποστήριξη στη ρίζα συγκόλλησης πριν στερεοποιηθεί Δύο βασικά συστήματα 68/89

69 Μονόπλευρη συγκόλληση SAW Α. Συστήματα με χάλκινη επικάλυψη 1. Σταθερή χάλκινη ράβδος, ακίνητα ελάσματα, κίνηση μηχανής συγκόλλησης 2. Σταθερό χάλκινο πέλμα, ακίνητη μηχανή συγκόλλησης, κίνηση των προς συγκόλληση ελασμάτων Δημιουργία καλής όψης ραφής Μειονεκτήματα: απαίτηση καλής συναρμογής με τα προς συγκόλληση ελάσματα 69/89

70 Μονόπλευρη συγκόλληση SAW Β. Συστήματα επικάλυψης με σκόνη 1. Σύστημα χάλκινης επικάλυψης με σκόνη (ευρύτερα χρησιμοποιούμενο) 2. Σύστημα επικάλυψης με σκόνη αναμεμειγμένης με ρητίνη 3. Σύστημα επικάλυψης με ράβδο στερεοποιημένης σκόνης 70/89

71 ΑΥΤΟΜΑΤΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗΣ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ Δύο μέθοδοι Electroslag (Ηλεκτροσκωρίωση) Electrogas (Ηλεκτροαέρια) Βασικό πλεονέκτημα: δυνατότητα συγκόλλησης παχιών ελασμάτων με μια στρώση οικονομία, λιγότερες παραμένουσες τάσεις και παραμορφώσεις Κατακόρυφα, μεταξύ χάλκινων πελμάτων υψηλή ποιότητα υψηλή ταχύτητα εναπόθεσης μετάλλου 71/89

72 Electroslag Welding (ESW Ηλεκτροσκωρίωση) Δημιουργία ηλεκτρικού τόξου για θέρμανση και μετατροπή σκόνης σε σκουριά Σβήσιμο τόξου, συγκόλλ. με φαινόμενο Joule μεταξύ ηλεκτροδίου και ελασμάτων 72/89

73 Electrogas Welding (EGW Ηλεκτροαέρια) Παραλλαγή μεθόδων GMAW και FCAW, από μηχανική άποψη παραλλαγή της ESW Θερμότητα από ηλεκτρικό τόξο μεταξύ ηλεκτροδίου και τηγμένου μετάλλου 73/89

74 Χαρακτηριστικές μηχανών συγκόλλησης Electroslag Σταθερής τάσης Ι = Α V = Volts Δυνατή η χρήση και Α.C. Πλεονεκτήματα: Υψηλός ρυθμός εναπόθεσης, μικρό ποσοστό σφαλμάτων, ημιαυτοματοποιημένη. Για τη συγκόλληση των ελασμάτων των πλευρών του πλοίου. Electrogas Ανάστροφη πολικότητα (d.c.r.p.) Σταθερής τάσης έλεγχος ταχύτητας συγκόλλησης με φωτοηλεκτρικό κελί ή Σταθερού ρεύματος έλεγχος μέσω μεταβολών τάσης τόξου 74/89

75 ΑΥΤΟΜΑΤΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗΣ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ 75/89

76 ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΚΑΙ ΚΟΠΗ ΜΕ ΤΟΞΟ ΠΛΑΣΜΑΤΟΣ (PAW, PAC) Γενικά Πλάσμα: ηλεκτρικά ουδέτερο ιονισμένο αέριο ( Τ) Τόξο πλάσματος: «στενωμένο» πλάσμα Χρήσεις: συγκόλληση, κοπή, επιφανειακή κατεργασία Χαρακτηριστικά μεθόδου PAW Πρόσδοση θερμότητας από τόξο πλάσματος μεταφερόμενο (μεταξύ ηλεκτροδίου και ελασμάτων) μη μεταφερόμενο (μεταξύ ηλεκτροδίου και ακροφύσιου) Προστασία: ιονισμένο αέριο πιθανή προσθήκη βοηθητικού αδρανούς αερίου ή μείγματος αερίων Μοιάζει με κλασική GTAW Διαφορά στο άναμμα του τόξου Ίδιο μη αναλισκόμενο ηλεκτρόδιο, δεν προεξέχει 76/89

77 Συγκόλληση και κοπή με τόξο πλάσματος (PAW, PAC) Ονοματολογία των διαφόρων τμημάτων του πιστολιού συγκόλλησης με πλάσμα: 77/89

78 Συγκόλληση και κοπή με τόξο πλάσματος (PAW, PAC) Στένωση τόξου ευστάθεια κατεύθυνσης δέσμης πλάσματος Είναι δυνατή η επίτευξη υψηλότερων πυκνοτήτων έντασης ρεύματος και υψηλότερης συγκέντρωσης ενέργειας με τη στένωση τόξου, κάτι που έχει ως αποτέλεσμα την επίτευξη υψηλότερων θερμοκρασιών. Επίδραση της στένωσης του τόξου στη θερμοκρασία και την τάση 78/89

79 Συγκόλληση και κοπή με τόξο πλάσματος (PAW, PAC) Τύποι τόξου Μεταφερόμενο (transferred arc) το κυρίως τόξο σχηματίζεται μεταξύ του ηλεκτροδίου και των προς συγκόλληση ελασμάτων επιτυγχάνεται μεταφορά μεγαλύτερης ποσότητας ενέργειας στα ελάσματα, τα οποία όμως πρέπει να είναι ηλεκτρικά αγώγιμα Μη μεταφερόμενο (non transferred arc) το κυρίως τόξο σχηματίζεται μεταξύ του ηλεκτροδίου και του ακροφύσιου στένωσης, μέσα στο πιστόλι συγκόλλησης και μετά παρασύρεται μέσω του στομίου από το ιονισμένο αέριο Χρησιμοποιείται για συγκόλληση και κοπή μη ηλεκτρικά αγώγιμων ελασμάτων 79/89

80 Τρόποι συγκόλλησης PAW Κλασσικός Όπως στην GTAW Χαμηλό Ι Χαμηλή παροχή ιονιζόμενου αερίου «Κλειδαρότρυπας» (key holing) Ειδικές συνθήκες (παροχή, ένταση, ταχύτητα) Μικρός όγκος τηγμένου μετάλλου Παρουσία διαμπερούς οπής που διαπερνά όλο το βασικό μέταλλο Κατάλληλες συνθήκες συγκόλλησης Ποιότητα και ταχύτητα 80/89

81 PAW Χρησιμοποιούμενα αέρια Ar Κυρίως για συγκολλήσεις μικρού Ι Ar % H 2 Θερμοκρασία τόξου Πόροι και ρωγμές από H 2 Ar % H 2 Συγκόλληση «κλειδαρότρυπας» Παχιά ελάσματα Ti 81/89

82 PAW Πιστόλι συγκόλλησης - Ηλεκτρόδια Πιο πολύπλοκα εκείνων για GTAW δίοδοι για αέριο ιονισμού, προστατευτικό αέριο και ψυκτικό μέσο (νερό) Τύποι ηλεκτροδίων όπως και για την GTAW 82/89

83 PAW Χαρακτηριστική μηχανής συγκόλλησης Ορθής πολικότητας (d.c.s.p.) σταθερού ρεύματος Αφή τόξου με τόξο - πιλότο Χαμηλής Ι Μεταξύ ηλεκτροδίου και ακροφύσιου στένωσης Συγκόλληση με μικρό Ι επαφή ηλεκτροδίου με ακροφύσιο Απόσυρση τόξο Συγκόλληση με υψηλό Ι Υπέρθεση υψίσυχνου V, χαμηλής ισχύος Ιονισμός αερίου τόξο 83/89

84 Κοπή με τόξο πλάσματος (PAC) Ίδιο πιστόλι με PAW Τήξη μετάλλου και απομάκρυνση με ιονισμένο αέριο μεγάλης ταχύτητας Χρήση ορθής πολικότητας (d.c.s.p.) Παραλλαγές: Κοπή διπλής ροής με τόξο πλάσματος Αέριο ιονισμού: N 2 Αέριο προστασίας: ανάλογα του υλικού κοπής π.χ. μαλακός St CΟ 2 ή αέρας ανοξείδωτος χάλυβας CΟ 2 Al Ar + H 2 Κοπή διπλής ροής με τόξο πλάσματος και εκτόξευση νερού σκοπός δέσμης νερού η περαιτέρω στένωση του τόξου Εφαρμογές: κοπή οποιουδήποτε μετάλλου ή κράματος υποβρύχια κοπή 84/89

85 ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΕΘΟΔΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ Απουσία ολοκληρωμένου αναλυτικού συστήματος, εμπειρία Τελευταία εξέλιξη η χρήση προγραμμάτων Η/Υ με τη βοήθεια βάσης δεδομένων Προσπάθεια ανάπτυξης «έξυπνων» τέτοιων συστημάτων με χρήση τεχνικών τεχνητής νοημοσύνης Στοιχεία σύγκρισης βασικών μεθόδων σε πίνακα 85/89

86 Σύγκριση διαφόρων μεθόδων συγκόλλησης Επενδεδυμένα ηλεκτρόδια Συγκόλληση βαρύτητας* Βυθισμένου τόξου ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΟΣΤΟΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΔΥΣΘΡΑΥΣΤΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΛΛΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ ΘΕΣΕΙΣ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ 1 (Χαμηλότερη) 3 (με ηλεκτρόδια χαμηλού υδρογόνου) Όλες Η πιο ευέλικτη μέθοδος * Παραλλαγή της SMAW. Περιορισμένη χρήση. Electroslag/ Electrogas 1 (Υψηλότερη) (Υψηλότερη) 4 5 Επίπεδη και επίπεδη μετωπική Δεν απαιτεί ικανότητες συγκολλητή 6 (χειρότερη) GMAW GTAW (καλύτερη) Επίπεδη Κατακόρυφη Όλες Όλες Παρέχει τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα Δεν απαιτεί ακρίβεια στη διαμόρφωση δοκιμίων Επίδραση του ανέμου στη μέθοδο electrogas Παρέχουν μεγάλη ευκολία στο άναμμα του τόξου (σχετικά εύκολή η αυτοματοποίησή τους) Σημαντική επίδραση του ανέμου 86/89

87 Παράδειγμα εφαρμογής διαφόρων μεθόδων συγκόλλησης στην ανέγερση πλοίου (1) Συγκόλληση με επενδεδυμένα ηλεκτρόδια (2) Ημιαυτόματη GMAW (με προστασία CO 2 ) (3) Ημιαυτόματη FSAW (χωρίς προστασία αερίου) (4) Κατακόρυφη αυτόματη (π.χ. electroslag) (5) Μετωπική αυτόματη GMAW (με προστασία CO 2 ) (6) Electroslag αναλισκόμενου οδηγού ηλεκτροδίου (7) Βυθισμένου τόξου (μονόπλευρη) (8) Βυθισμένου τόξου (μονόπλευρη) 87/89

88 Ανάλυση παραγωγής συγκόλλησης βαρύτητας Τ α : χρόνος λειτουργίας τόξου Τ p : χρόνος προετοιμασίας Αν το ολικό μήκος ηλεκτροδίου είναι 700 mm, το αναλισκόμενο μήκος του είναι περίπου 650 mm. Τότε απαιτούνται περίπου 160 sec για την ανάλωσή του. Αν ένα άτομο χειρίζεται ταυτόχρονα 6 συσκευές, τότε Τ p = 32 sec. Στην ίδια μελέτη έγινε ανάλυση για τον προσδιορισμό της μέγιστης δυνατότητας χρήσης της συγκόλλησης βαρύτητας στην ανέγερση πλοίων. 88/89

89 Ανάλυση παραγωγής συγκόλλησης SAW 89/89