Σημειώσεις στο μάθημα Μ.Κ.Ε Γενικές Αρχές Συγκολλήσεων

Transcript

1 Σημειώσεις στο μάθημα Μ.Κ.Ε Γενικές Αρχές Συγκολλήσεων Διδάσκων: Θεόδωρος Θεοδουλίδης, Καθηγητής. Επιμέλεια σημειώσεων: Αθανάσιος Κυργιαζόγλου, Υπ. Διδάκτορας. Κοζάνη, 2018

2 1. Πίνακας περιεχομένων 1. Εισαγωγή στην Τεχνολογία Συγκολλήσεων... 3 Ιστορική αναδρομή Γενικά Στοιχεία της Τεχνολογίας Συγκολλήσεων... 4 Ορισμοί... 4 Κύρια μέρη της περιοχής συγκόλλησης... 4 Κατηγοριοποίηση των μεθόδων συγκόλλησης... 6 Συμβολισμοί και ονοματολογία των μεθόδων συγκόλλησης... 6 Θέσεις συγκόλλησης... 7 Προετοιμασία των άκρων συγκόλλησης Συγκολλήσεις με Χρήση Φλόγας Οξυγόνου... 8 Βασικές αρχές της μεθόδου... 8 Παράμετροι ασφάλειας... 9 Είδη φλόγας Συγκολλήσεις με Επικαλυμμένα Ηλεκτρόδια (MMA/SMAW) Γενικά στοιχεία Ηλεκτρόδια συγκόλλησης Κριτήρια επιλογής ηλεκτροδίων Ιδιαιτερότητες της μεθόδου MMA Συγκόλληση με Χρήση Προστατευτικών Αερίων (MIG MAG/ GTAW) 11 Γενικές αρχές Τρόποι μεταφοράς του υλικού πλήρωσης Προστατευτικά αέρια Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της μεθόδου MIG/MAG Συγκόλληση με τη Μέθοδο Βυθιζόμενου Τόξου (SAW) Γενικά στοιχεία μεθόδου Πλεονεκτήματα και περιορισμοί Συγκόλληση με Χρήση Μη-καταναλισκόμενου Ηλεκτροδίου (TIG/GTAW) Γενικές αρχές της μεθόδου Ηλεκτρόδιο βολφραμίου Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της μεθόδου TIG Συγκολλήσεις Αντίστασης Γενικές αρχές Άλλες Μέθοδοι Συγκόλλησης

3 Συγκόλληση δέσμης ηλεκτρονίων (EBW) Συγκόλληση με χρήση Laser (LW) Συγκόλληση πλάσματος (PAW) Ασυνέχειες στις Συγκολλήσεις Εισαγωγή Είδη ασυνεχειών Πορώδες (porosity) Εγκλείσματα (inclusions) Ατελής τήξη (lack of fusion) Ατελής διείσδυση (lack of penetration) Υποκοπή (undercut) Επικάλυψη (overlap) Κρατήρας (crater) Πιτσιλίσματα (spatters) Ρωγμές (cracks) Βιβλιογραφία Πηγές Ίντερνετ

4 1. Εισαγωγή στην Τεχνολογία Συγκολλήσεων Ιστορική αναδρομή Η ανάγκη της σύνδεσης δύο μεταλλικών στοιχείων είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την έννοια της κατασκευής υπό οποιαδήποτε μορφή. Η χρήση των μεταλλικών υλικών στην κατασκευή διαφόρων αντικειμένων στην αρχαιότητα δεν ήταν ιδιαίτερα διαδεδομένη, λόγω της χρήσης του ξύλου που ήταν πιο διαχειρίσιμο με τα μέσα που διέθεταν. Οι πρώτες ενδείξεις σύνδεσης μετάλλων τοποθετούνται περί το 4000 π.χ., όταν συνδέθηκαν φύλλα χρυσού για την κατασκευή κοσμημάτων. Στην Ελλάδα η πρώτη συγκόλληση σιδήρου που συναντάμε υπολογίζεται στα τέλη του 8 ου αιώνα π.χ. Η ριζική αλλαγή στη χρήση των μετάλλων στις κατασκευές εμφανίζεται κατά τη βιομηχανική επανάσταση το 19 ο αιώνα μ.χ. όταν πλέον το μέταλλο αντικαθιστά το ξύλο. Στον παρακάτω πίνακα βλέπουμε την ανάπτυξη των συγκολλήσεων ανά τους αιώνες. Πίνακας 1.: Σημαντικοί σταθμοί των συγκολλήσεων στην ιστορία. Χρονολογία Ιστορικά Γεγονότα 4000 π.χ. Συγκόλληση χρυσού για κατασκευή κοσμημάτων 3000 π.χ. Χρήση του χαλκού και με μια μορφή συγκόλλησης για την κατασκευή κοσμημάτων και όπλων 1500 π.χ. Συγκόλληση σιδήρου με σφυρηλάτηση έπειτα από θέρμανση. 60 μ.χ. Πρώτη φορά στην ιστορία έγινε χρήση αλατιού για προστασία από την οξείδωση και κατανοήθηκε βάση του χρωματισμού το στάδιο οξείδωσης μ.χ. Ο Lichtenberg ανακάλυψε το ηλεκτρικό τόξο 1867 μ.χ. Ο Elihu Thomson ανακάλυψε την συγκόλληση με αντίσταση 1881 μ.χ. Ο Bernados και Olszewski χρησιμοποίησαν το ηλεκτρικό τόξο για την συγκόλληση 1891 μ.χ. Ανακαλύφθηκε η ασετυλίνη (βασικό στοιχείο της συγκόλλησης με φλόγα) 1907 μ.χ. Ο O. Kjellberg χρησιμοποίησε επικαλυμμένα ηλεκτρόδια 1936 μ.χ. Η πρώτη συγκόλληση με εναλλασσόμενο ρεύμα 1940 μ.χ. Ο R. Meredith ανακάλυψε την μέθοδο TIG 1950 μ.χ. Ο A.J. Stohr ανακάλυψε την μέθοδο συγκόλλησης με δέσμη ηλεκτρονίων 1960 μ.χ. Ανακαλύφθηκε η μέθοδος συγκόλλησης με δέσμη φωτός (laser) 1991 μ.χ. Το TWI ανακάλυψε την τεχνική Friction Stir 3

5 2. Γενικά Στοιχεία της Τεχνολογίας Συγκολλήσεων Ορισμοί Συγκόλληση είναι η ομογενοποίηση υλικών στη περιοχή των παρειών των προς συγκόλληση μετάλλων με την εφαρμογή θερμότητας και/ή πίεσης, με ή χωρίς την προσθήκη πληρωτικού υλικού. Υλικά όπως αέριο προστασίας, πάστες κλπ. δύνανται να χρησιμοποιούνται για τη διευκόλυνση της εκάστοτε μεθόδου. Κύρια μέρη της περιοχής συγκόλλησης Η συγκόλληση αποτελείται από τέσσερα μέρη, όπως μπορούμε να διακρίνουμε και στην Εικόνα 1. Τα τμήματα τα οποία απαρτίζουν τη συγκόλληση είναι: Το μέταλλο συγκόλλησης (weld metal) Η ζώνη μερικής τήξης (partially melted zone) Η θερμικά επηρεασμένη ζώνη ΘΕΖ (heat affected zone, HAZ) Το μέταλλο βάσης (base metal) Εικόνα 1: Τμήματα που αποτελούν μια συγκόλληση. Το μέταλλο συγκόλλησης αποτελεί και την περιοχή συγκόλλησης η οποία έχει υποστεί τήξη και στερεοποίηση. Η χημική σύσταση της περιοχής αυτής επηρεάζεται από τη σύσταση του υλικού πλήρωσης, από το είδος του προστατευτικού μέσου και την καθαρότητα των μετάλλων προς συγκόλληση. Οι ιδιότητες της περιοχής αυτής διαφέρουν από τις ιδιότητες του μετάλλου βάσης καθώς λαμβάνουν χώρα διεργασίες που τις επηρεάζουν. Πρέπει να υπάρχει απόλυτος έλεγχος της διαδικασίας συγκόλλησης ώστε να μην υποβιβαστούν οι μηχανικές ιδιότητες στην περιοχή της συγκόλλησης. Η διείσδυση, η ταχύτητα στερεοποίησης, η αραίωση είναι παράγοντες που είναι καταλυτικοί για τις τελικές ιδιότητες του μετάλλου βάσης. 4

6 Η θερμικά επηρεασμένη ζώνη (ΘΕΖ), είναι η περιοχή της συγκόλλησης στην οποία δεν έχουμε τήξη αλλά λόγω των υψηλών θερμοκρασιών έχουμε αλλαγή στη μικροδομή και την κοκκομετρία. Οι μεταβολές στη μικροδομή που λαμβάνουν χώρα στη ΘΕΖ είναι: Ανόπτηση και ανακρυστάλλωση Ανάπτυξη των κόκκων Διαλυτοποίηση και επανακαθίζηση δευτερευουσών φάσεων Διεύρυνση δευτερευουσών φάσεων Σχηματισμός μαρτενσίτη στους χάλυβες Οι μεταβολές αυτές στη μικροδομή του υλικού επιφέρουν την εξασθένηση του υλικού και την ψαθυροποίησή του. Στους χάλυβες, όπου δημιουργείται η μαρτενσιτική δομή έχουμε ψαθυροποίηση διότι ο μαρτενσίτης είναι μια σκληρή φάση του χάλυβα που δεν είναι επιθυμητή. Για αυτό το λόγο μετά τη συγκόλληση γίνεται ανόπτηση και επαναφορά ώστε να εξαλειφθεί ο μαρτενσίτης. Κάθε συγκόλληση, ανεξαρτήτως της προετοιμασίας των ακμών, χαρακτηρίζεται από ορισμένες περιοχές που είναι σημαντικές για το μετέπειτα έλεγχο και την αποδοχή ή απόρριψη της συγκόλλησης (Εικόνα 2). Επίσης, κατά τη διαδικασία της συγκόλλησης καθορίζονται από τις προδιαγραφές διάφορες παράμετροι για τις περιοχές αυτές που θα αναφερθούν στη συνέχεια. Οι περιοχές της συγκόλλησης είναι: Λουτρό συγκόλλησης (weld) Ρίζα συγκόλλησης (root) Πόδας συγκόλλησης (toe) Καπάκι συγκόλλησης (cap / face) Εικόνα 2: Περιοχές Συγκόλλησης. 5

7 Κατηγοριοποίηση των μεθόδων συγκόλλησης Οι μέθοδοι συγκόλλησης κατηγοριοποιούνται σύμφωνα με: 1) Τον τρόπο μεταφοράς της ενέργειας. 2) Τον τύπο του μετάλλου βάσης. 3) Τον σκοπό της συγκόλλησης. 4) Το τρόπο μεταφοράς της ενέργειας (συγκόλληση τόξου, συγκόλληση πίεσης). 5) Το βαθμό αυτοματοποίησης. ) ) ) Εικόνα 3: α) Συγκόλληση με επικαλυμμένα ηλεκτρόδια ( SMAW ή MMA), β)συγκόλληση με χρήση προστατευτικού αερίου και καταναλισκόμενο ηλεκτρόδιο (GMAW ή MIG/MAG), γ) Συγκόλληση με χρήση προστατευτικού αερίου και μη - καταναλισκόμενο ηλεκτρόδιο βολφραμίου ( GTAW ή TIG). Συμβολισμοί και ονοματολογία των μεθόδων συγκόλλησης Κατά την ανάπτυξη της διαδικασίας συγκόλλησης και των μεθόδων επίτευξης συγκόλλησης έγινε επιτακτική η ανάγκη μιας ενιαίας ονοματολογίας και κωδικοποίησης αυτών των μεθόδων. Στην Ευρώπη δημιουργήθηκε και υιοθετήθηκε το πρότυπο EN DIN 24063, το οποίο κωδικοποιεί τις μεθόδους και αντικατέστησε το Γερμανικό πρότυπο που χρησιμοποιούσε η πλειοψηφία των χωρών μελών της Ε.Ε, όχι όμως όλες. Στον Πίνακα 2, παρουσιάζονται οι κυριότερες μέθοδοι με την κωδικοποίησή τους κατά EN DIN

8 Πίνακας 2: Κωδικοποίηση μεθόδων συγκόλλησης κατά EN DIN Κωδικός Μέθοδος 111 Μέθοδος με επικαλυμμένο ηλεκτρόδιο (ΜΜΑ/SMAW) 114 Μέθοδος επικαλυμμένου σύρματος χωρίς αέριο προστασίας (FCAW-NG) 121 Μέθοδος βυθιζόμενου τόξου με σύρμα κυκλικής διατομής (SAW) 122 Μέθοδος βυθιζόμενου τόξου με σύρμα τετραγωνικής διατομής (SAW) 131 Μέθοδος με προστασία αδρανούς αερίου και καταναλισκόμενο σύρμα (MIG/GMAW) 135 Μέθοδος με προστασία δραστικού αερίου και καταναλισκόμενο σύρμα (MAG/GMAW) 141 Μέθοδος με προστασία αδρανούς αερίου και μηκαταναλισκόμενο ηλεκτρόδιο (TIG/GTAW) 151 Μέθοδος συγκόλλησης με πλάσμα (PAW) 751 Μέθοδος συγκόλλησης με δέσμη φωτός (LBW) 76 Μέθοδος συγκόλλησης με δέσμη ηλεκτρονίων (EBW) Θέσεις συγκόλλησης Οι θέσεις συγκόλλησης κωδικοποιούνται στα πλαίσια της ανάγκης διεθνούς συνεργασίας και κατανόησης με το διεθνές πρότυπο EN ISO 6947/2011 και το Αμερικάνικο πρότυπο ASME Section IX όπως εμφανίζεται και στην Εικόνα 4. Πιο συγκεκριμένα η θέση PA αναφέρεται σε συγκόλληση πλάκας ενώ η PE σε θέση ουρανό, δηλαδή το λουτρό συγκόλλησης είναι πάνω από το κεφάλι του συγκολλητή. Οι θέσεις PG και PF είναι και οι δυσκολότερες για ένα συγκολλητή καθώς είναι κατεβατό και ανεβατό αντίστοιχα. Εικόνα 4: Κωδικοποίηση θέσεων συγκόλλησης κατά EN ISO

9 Προετοιμασία των άκρων συγκόλλησης Ένα από τα πιο βασικά στάδια της επιτυχούς σύνδεσης δύο μεταλλικών αντικειμένων είναι η προετοιμασία των άκρων που πρόκειται να συγκολληθούν. Οι παράμετροι που θα επιλεχθούν για τη διαμόρφωση των άκρων των μετάλλων προς συγκόλληση εξαρτώνται από τους παρακάτω παράγοντες: Τη μέθοδο συγκόλλησης που θα χρησιμοποιηθεί. Τη διάμετρο του υλικού πλήρωσης. Τις διαστάσεις της τσιμπίδας. Την προσβασιμότητα που υπάρχει στη ζώνη συγκόλλησης. Τα φυσικά χαρακτηριστικά των προς συγκόλληση μετάλλων, αλλά και του υλικού συγκόλλησης. Την αυτοματοποίηση ή μη της μεθόδου που θα χρησιμοποιηθεί. Υπάρχουν διαφορετικοί τρόποι προετοιμασίας των άκρων των προς συγκόλληση μετάλλων που καθορίζονται από το διεθνές πρότυπο EN ISO :2003. Ορισμένοι από τους τρόπους προετοιμασίας παρουσιάζονται στην Εικόνα 5. Εικόνα 5: Τρόποι προετοιμασίας ακμών των μετάλλω ν προς συγκόλληση. 3. Συγκολλήσεις με Χρήση Φλόγας Οξυγόνου Βασικές αρχές της μεθόδου Η μέθοδος της χρήσης φλόγας οξυγόνου συγκαταλέγεται στις συγκολλήσεις τήξης. Θερμότητα μέσω της φλόγας μεταφέρεται στη ζώνη συγκόλλησης, όπου επιτυγχάνεται τήξη των παρειών του μετάλλου βάσης. Για τη συγκόλληση με χρήση φλόγας οξυγόνου είναι απαραίτητη η προσθήκη μετάλλου πλήρωσης. Για τη συντήρηση της φλόγας απαιτείται αέριο καύσης μαζί με το οξυγόνο (ασετυλίνη, 8

10 προπάνιο). Η μέθοδος αυτή έχει φθηνό εξοπλισμό και μεγάλη εφαρμογή στη βιομηχανία. Οι κύριες χρήσεις της μεθόδου είναι: Απόταση και επαναφορά παραμορφώσεων Συγκόλληση Κοπή Αναγόμωση με σπρέι Σκλήρυνση επιφανειών Προθέρμανση Καθαρισμός χάλυβα Μπρουτζοκόλληση Κασσιτεροκόλληση Παράμετροι ασφάλειας Τα αέρια που χρησιμοποιούνται στη μέθοδο αυτή, βρίσκονται υπο υψηλή πίεση bar μέσα σε φιάλες. Συνυπολογίζοντας το γεγονός ότι όλα τα αέρια (οξυγόνο ασετυλίνη και προπάνιο) είναι εύφλεκτα, γίνεται αντιληπτή η σημασία των μέτρων ασφαλείας που πρέπει να λαμβάνονται κατά τη χρήση της μεθόδου. Ένας παράγοντας που καθιστά περισσότερο αναγκαία τα μέτρα προστασίας κατά τη χρήση αερίου ασετυλίνης είναι οι φυσικές ιδιότητες του συγκεκριμένου αερίου. Η ασετυλίνη σε πίεση άνω του 1 bar γίνεται ασταθής με αποτέλεσμα να εκρήγνυται. Για τον έλεγχο της πίεσης των αερίων χρησιμοποιούμε ρυθμιστή πίεσης (ροόμετρο) στην φιάλη. Είδη φλόγας Στη μέθοδο με χρήση φλόγας οξυγόνου μπορούμε να συναντήσουμε τρία είδη φλόγας που το καθένα επιδρά διαφορετικά στη διαδικασία της μεθόδου. Ουδέτερη φλόγα: χαρακτηρίζεται από στοιχειομετρική αναλογία οξυγόνου ασετυλίνης/προπανίου (1:1). Χρησιμοποιείται στις περισσότερες συγκολλήσεις λόγω του «ήρεμου» λουτρού και της απουσίας πιτσιλισμάτων. Αναγωγική φλόγα: χαρακτηρίζεται από περίσσια αερίου καύσης. Με την αναγωγική φλόγα επιτυγχάνουμε σκληρές αναγομώσεις, συγκόλληση χαλύβων υψηλού άνθρακα και σε μη σιδηρούχα κράματα όπως αυτά του Νικελίου. Οξειδωτική φλόγα: χαρακτηρίζεται από περίσσεια οξυγόνου. Ελαφρά οξειδωτική φλόγα χρησιμοποιείται στη μπρουτζοκόλληση σε χάλυβες και χυτοσιδήρους και περισσότερο οξειδωτική στη μπρουτζοκόλληση σε μπρούτζο ή ορείχαλκο. 9

11 4. Συγκολλήσεις με Επικαλυμμένα Ηλεκτρόδια (MMA/SMAW) Γενικά στοιχεία Η συγκόλληση με επικαλυμμένα ηλεκτρόδια είναι μια χειροκίνητη μέθοδος τήξης που χρησιμοποιεί καταναλισκόμενο υλικό πλήρωσης. Χρησιμοποιεί συνεχές ή εναλλασσόμενο ρεύμα. Κατά την εναπόθεση της συγκόλλησης, αποσυντίθεται η επικάλυψη δημιουργώντας προστατευτική ατμόσφαιρα στο λουτρό συγκόλλησης προστατεύοντας και στο καπάκι μέσω της πάστας που δημιουργείται. Εικόνα 6: Μέθοδος συγκόλλησης με επικαλυμμένο ηλεκτρόδιο MMA/SMAW Ηλεκτρόδια συγκόλλησης Τα ηλεκτρόδια είναι κατασκευασμένα από μεταλλικό πυρήνα και εξωτερική επικάλυψη. Το τόξο σχηματίζεται μεταξύ της άκρης του ηλεκτροδίου και του μετάλλου βάσης. Κατά την τήξη της πάστας του ηλεκτροδίου εκλύονται αέρια και παράγεται ένα φιλμ, «πάστα», που προστατεύουν τόσο το τόξο όσο και το λουτρό αντίστοιχα. Τα ηλεκτρόδια συγκόλλησης είναι καθορισμένα από το διεθνές πρότυπο EN ISO 14172/2015. Υπάρχουν τέσσερεις κατηγορίες ηλεκτροδίων που προκύπτουν με το είδος της επικάλυψής τους: C- Σελουλόζης A- Όξινα (Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2) R- Ρουτιλίου B- Βασικά (BaO, CaO, CaF2, MgO, K2O, MNO, Na2O, FeO) Τα ηλεκτρόδια πρέπει να μην περιέχουν υγρασία και ιδιαίτερα τα βασικού τύπου ηλεκτρόδια πρέπει να βρίσκονται σε φούρνο πριν τη χρήση τους για την απομάκρυνση της οποιαδήποτε υγρασίας, ειδάλλως υπάρχει κίνδυνος εμφάνισης ρηγματώσεων στη συγκόλληση. 10

12 Κριτήρια επιλογής ηλεκτροδίων Ο σχεδιασμός των παρειών της συγκόλλησης Η επιθυμητή αντοχή στον εφελκυσμό Η σύσταση του βασικού μετάλλου Ο επιθυμητός ρυθμός εναπόθεσης υλικού Ο τύπος ρεύματος που θα χρησιμοποιηθεί Η επιθυμητή διείσδυση Το πάχος του μετάλλου Η προδιαγραφή της συγκόλλησης Τα ηλεκτρόδια που χρησιμοποιούνται σε απαιτητικές εφαρμογές είναι τα βασικά και τα όξινα. Τα σελουλόζης χρησιμοποιούνται για την επίτευξη ρίζας σε σωλήνες, ενώ τα ρουτιλίου, ή αλλιώς στην καθομιλουμένη «κοινά», χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές με όχι τόσο μεγάλες απαιτήσεις αντοχής, π.χ. κάγκελα, μεταλλικές καρέκλες κ.α. Ιδιαιτερότητες της μεθόδου MMA Η μέθοδος τόξου με επικαλυμμένο ηλεκτρόδιο είναι πολύ διαδεδομένη λόγω της ευκολίας εύρεσης μηχανήματος MMA. Τα περισσότερα ηλεκτρόδια δουλεύονται με συνεχές ρεύμα είτε θετικής (DC+) είτε αρνητικής (DC-) πολικότητας αναλόγως με το είδους του ηλεκτροδίου και την εφαρμογή, συνήθως χρησιμοποιείτε DC+ δηλαδή ο θετικός πόλος είναι στη τσιμπίδα και ο αρνητικός στο μέταλλο βάσης. Σε σπάνιες περιπτώσεις συναντάμε ηλεκτρόδια που χρειάζονται εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται περισσότερη θερμική ενέργεια να εμφανίζεται στο ηλεκτρόδιο με αποτέλεσμα να λιώνει. Η μέθοδος MMA είναι μια απλή στη χρήση της μέθοδος που εγκυμονεί όμως πολλούς κίνδυνους για κακής ποιότητας συγκολλήσεις. Ειδικά στη χρήση βασικών ηλεκτροδίων υπάρχει ο κίνδυνος της ρηγμάτωσης λόγω παρουσίας υδρογόνου που μπορεί να εμφανιστεί έπειτα και από 72 ώρες. Τέλος, σημαντικό μειονέκτημα είναι η «βρωμιά» της μεθόδου με την έκλυση καπναερίων καθώς και από τα πολλά πιτσιλίσματα. 5. Συγκόλληση με Χρήση Προστατευτικών Αερίων (MIG MAG/ GTAW) Γενικές αρχές Η μέθοδος αυτή είναι μια ημιαυτόματη μέθοδος με χρήση σύρματος και προστατευτικό αέριο, αδρανούς (MIG) και δραστικού (MAG). Είναι μια παραγωγική μέθοδος καθώς ο χρόνος υλοποίησης της συγκόλλησης είναι πολύ μικρότερος από τον παραδοσιακό τρόπο της MMA. Αυτός είναι και ο λόγος που τα τελευταία χρόνια η MIG/MAG έχει αντικαταστήσει σε μεγάλο βαθμό την MMA. Η πρόωση του υλικού πλήρωσης γίνεται με αυτόματο τρόπο, βάσει ρυθμίσεων του χειριστή, ενώ η κίνηση της τσιμπίδας γίνεται από το συγκολλητή. Αυτός είναι και ο λόγος του χαρακτηρισμού 11

13 της μεθόδου ως ημιαυτόματης. Υπάρχει δε η δυνατότητα πλήρους αυτοματοποίησης της μεθόδου με τη χρήση ρομποτικών μέσων για την πρόωση της τσιμπίδας της συγκόλλησης. Εικόνα 7: Τεχνική συγκόλλησης με αέριο προστασίας και σύρμα (MIG/MAG). Η μέθοδος MIG/MAG χρησιμοποιεί συνεχές ρεύμα θετικής πολικότητας, σύμφωνα με την οποία ο θετικός πόλος βρίσκεται στη τσιμπίδα. Για συγκόλληση αλουμινίου χρησιμοποιείται το εναλλασσόμενο ρεύμα. Οι πηγές ρεύματος σε αντίθεση με τις άλλες μεθόδους (TIG, MMA) είναι μηχανές σταθερής τάσης. Η πρόωση του σύρματος γίνεται με μηχανικά μέσα (ράουλα) που βρίσκονται στην πηγή ρεύματος ή/και στον πυρσό (όπλο) της συγκόλλησης. Εικόνα 8: Διαγράμματα πηγών σταθερής τάσης και σταθερής έντασης. 12

14 Τρόποι μεταφοράς του υλικού πλήρωσης Καθώς το σύρμα τήκεται από τα ηλεκτρόνια που προσκρούουν σε αυτό, λαμβάνει χώρα η μεταφορά του τηγμένου υλικού στη ζώνη της συγκόλλησης. Το είδος της μεταφοράς εξαρτάται από τις παραμέτρους που έχουν οριστεί στην πηγή της συγκόλλησης και κατ επέκταση στις προδιαγραφές που διέπουν τη συγκόλληση. Τα είδη μεταφοράς είναι: Μεταφορά με τόξο ψεκασμού (spray transfer). Συμβαίνει για υψηλές τιμές ρεύματος. Μεταφορά με τόξο βραχυκύκλωσης (short circuit or dip transfer). Η μεταφορά γίνεται με σφαιρικά σταγονίδια με επαφή και αποκόλληση του τηγμένου μετάλλου. Σφαιρική/σφαιροειδής μεταφορά (globular transfer). Συμβαίνει σε αυξημένες τιμές τάσης και οφείλεται στις δυνάμεις Lorentz και στην επίδραση της βαρύτητας. Μεταφορά με μεταβατικό τόξο. Πρόκειται για μια ενδιάμεση κατάσταση από το τόξο βραχυκύκλωσης και τη μεταφορά ψεκασμού. Μεταφορά με παλμικό τόξο (pulse transfer). Με τη χρήση παλμών έχουμε πολύ ομαλό τόξο και πλήρως ελεγχόμενη εναπόθεση τηγμένου υλικού στη ζώνη συγκόλλησης. Προστατευτικά αέρια Υπάρχει μεγάλη ποικιλία στα αέρια που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προστασία της συγκόλλησης στη μέθοδο MIG/MAG. Για την επιλογή του κατάλληλου αερίου προστασίας πρέπει να ληφθούν υπόψη οι παρακάτω παράγοντες: Τύπος και ποιότητα μετάλλου βάσης. Επιθυμητά χαρακτηριστικά τόξου και τρόπος μεταφοράς τήγματος. Διαθεσιμότητα του επιλεγμένου αερίου. Κόστος του αερίου. Απαιτήσεις σύνδεσης των μετάλλων (μηχανικές ιδιότητες). Απαιτήσεις κατά τη συγκόλληση (βαθμός διείσδυσης, εμφάνιση και γεωμετρία, διαστάσεις κ.α.). Τα προστατευτικά αέρια μπορεί να αποτελούνται από 100% ένα αέριο ή από συνδυασμό αερίων, σύμφωνα με τους παραπάνω παράγοντες. Για παράδειγμα στη MAG μπορεί να γίνει χρήση ακόμα και 100% CO2. Τυπικά αέρια προστασίας της μεθόδου μπορεί να είναι, για κοινούς χάλυβες 80-85% Ar % CO2, για ανοξείδωτους χάλυβες 75% He % Ar + 1.5% O2, για αλουμίνιο 75% He + 25% Ar. 13

15 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της μεθόδου MIG/MAG Όπως κάθε μέθοδος συγκόλλησης, έτσι και η μέθοδος MIG/MAG έχει πλεονεκτήματα που την καθιστούν αναγκαία στην βιομηχανία, έχει όμως και μειονεκτήματα που την αποκλείουν από υψηλών απαιτήσεων κατασκευές. Στον Πίνακα 3 αναγράφονται τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της μεθόδου. Πίνακας 3: Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της μεθόδου MIG/MAG. Πλεονεκτήματα Υψηλός ρυθμός εναπόθεσης υλικού πλήρωσης (deposition rate). Απουσία σκουριάς λόγω μη χρήσης πάστας με αποτέλεσμα απαλλαγή από εγκλείσματα σκουριάς (slag inclusion). Απλή και εύκολη ρύθμιση του τρόπου μεταφοράς του τηγμένου υλικού. Χρήση της μεθόδου σε όλες τις θέσεις συγκόλλησης με κατάλληλες ρυθμίσεις παραμέτρων. Μεγάλη διείσδυση λόγω υψηλών τιμών πυκνότητας ρεύματος. Μεγάλη ευελιξία και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ευρύ πεδίο εφαρμογών. Μειονεκτήματα Ευαισθησία στο εξωτερικό περιβάλλον και σε ρεύματα αέρος. Υψηλοί ρυθμοί απόψυξης της περιοχής της συγκόλλησης. Υποβιβασμός των μεταλλουργικών και μηχανικών ιδιοτήτων της συγκόλλησης. Ευαισθησία στην εμφάνιση ατελούς τήξης (luck of fusion). Δυσκολία πρόσβασης σε στενά σημεία λόγω διαστάσεων του «όπλου» της μεθόδου. 14

16 6. Συγκόλληση με τη Μέθοδο Βυθιζόμενου Τόξου (SAW) Γενικά στοιχεία μεθόδου Η μέθοδος SAW είναι μια παραλλαγή της μεθόδου σύρματος (MIG/MAG), με τη διαφορά ότι ως περιβάλλον προστασίας χρησιμοποιείται σκόνη και όχι αέριο. Το τόξο λειτουργεί εσωτερικά της σκόνης με αποτέλεσμα αυτή να τήκεται και μετατρεπόμενη σε φάση σκουριάς να προστατεύει το τόξο και τη ζώνη συγκόλλησης. Το γεγονός ότι είναι απαραίτητη η χρήση σκόνης ως μέσο προστασίας καθιστά την μέθοδο λειτουργική κυρίως σε οριζόντια θέση συγκόλλησης (PA). Η μέθοδος βυθιζόμενου τόξου χαρακτηρίζεται από την ικανότητά της να επιτρέπει τη χρήση υψηλών τιμών ρεύματος, έχοντας ως αποτέλεσμα τη βαθιά διείσδυση και τον υψηλό βαθμό διαλυτοποίησης (dilution). Στη μέθοδο SAW χρησιμοποιείται συνεχές ρεύμα θετικής πολικότητας (DC+) έως και 1000 Α περίπου. Εικόνα 9: Μέθοδος συγκόλλησης βυθισμένου τόξου (SAW). Πλεονεκτήματα και περιορισμοί Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου βυθιζόμενου τόξου είναι: Συγκολλήσεις υψηλής ποιότητας Μεγάλη παραγωγικότητα και υψηλή ταχύτητα συγκόλλησης Ομαλή και ομοιόμορφη τελική εμφάνιση συγκόλλησης Περιορισμένη ή καθόλου εκπομπή καπναερίων και ακτινοβολίας Δεν απαιτείται ιδιαίτερη επιδεξιότητα του χειριστή αρκεί να γίνει σωστά η ρύθμιση των παραμέτρων. Στους περιορισμούς της μεθόδου συγκαταλέγεται η χρήση της σε περιορισμένες θέσεις συγκόλλησης (PA, PB), την μειωμένη ευελιξία της με αποτέλεσμα τη μη φορητότητα του εξοπλισμού. Ένα σημαντικό μειονέκτημα είναι η αδυναμία οπτικής επαφής με το λουτρό της συγκόλλησης που συνεπάγεται στην αδυναμία ελέγχου της διαδικασίας συγκόλλησης. Η επίτευξη υψηλής διείσδυσης καθιστά επικίνδυνη τη 15

17 μέθοδο σε συγκόλληση λεπτών ελασμάτων, και τέλος η αυξημένη θερμική παροχή και διαλυτοποίηση ευθύνεται για μεταλλουργικές και μηχανικές υποβαθμίσεις των συγκολλήσεων καθώς και παραμορφώσεις στο τελικό προϊόν. 7. Συγκόλληση με Χρήση Μη-καταναλισκόμενου Ηλεκτροδίου (TIG/GTAW) Γενικές αρχές της μεθόδου Η μέθοδος TIG χρησιμοποιεί μη-καταναλισκόμενο ηλεκτρόδιο βολφραμίου και προστατευτική ατμόσφαιρα αδρανούς αερίου. Το γεγονός ότι θέλουμε να μην τήκεται το ηλεκτρόδιο βολφραμίου, μας οδηγεί στη χρήση συνεχούς ρεύματος αρνητικής πολικότητας (DC-), δηλαδή ο θετικός πόλος στον οποίο έλκονται τα ηλεκτρόνια τοποθετείται στα μέταλλα βάσης. Με τη μέθοδο TIG είναι δυνατή η συγκόλληση αλουμινίου με χρήση εναλλασσόμενου ρεύματος. Η μέθοδος συγκόλλησης TIG μας παρέχει τη δυνατότητα συγκόλλησης ελασμάτων πολύ μικρού πάχους καθώς και την επίτευξη ρίζας πλήρους διείσδυσης όταν δεν υπάρχει πρόσβαση και από τις δύο πλευρές της περιοχής της συγκόλλησης. Ένα πολύ σημαντικό πλεονέκτημα της μεθόδου είναι ότι μπορεί να επιτευχθεί συγκόλληση χωρίς τη χρήση υλικού πλήρωσης (αυτογενής συγκόλληση). Στη μέθοδο αυτή μπορούμε να έχουμε είτε συνεχές ρεύμα αρνητικής πολικότητας, στο σύνολο των εφαρμογών της με ελάχιστες εξαιρέσεις που απαιτούν DC+ είτε εναλλασσόμενο ρεύμα στη συγκόλληση αλουμινίου και κραμάτων του είτε παλμικό ρεύμα όπου επιτυγχάνουμε απόλυτο έλεγχο της διαδικασίας συγκόλλησης (ποσότητα τήγματος, θερμική παροχή, τελική εμφάνιση κ.α.). Γενικά, με την μέθοδο TIG μπορούμε να συγκολλήσουμε μια μεγάλη γκάμα υλικών, από απλούς δομικούς χάλυβες μέχρι τιτάνια και νικέλια. Εικόνα 10: Μέθοδος συγκόλλησης με μη -καταναλισκόμενο ηλεκτρόδιο (TIG). 16

18 Ηλεκτρόδιο βολφραμίου Τα ηλεκτρόδια βολφραμίου χαρακτηρίζονται και ταξινομούνται σύμφωνα με τη χημική τους σύσταση βάσει του διεθνούς προτύπου EN ISO Το διεθνές αυτό πρότυπο καθορίζει επίσης τους τύπους ρεύματος για τη συγκόλληση των κυριότερων βασικών υλικών. Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι ηλεκτροδίων βολφραμίου που χρησιμοποιούνται αναλόγως την εφαρμογή. Τέτοιοι τύποι είναι: A. Ηλεκτρόδια καθαρού βολφραμίου: πρόκειται για σχεδόν καθαρό βολφράμιο (~99.5%) με ελάχιστες προσμίξεις. Έχει σημείο τήξης τους 3380 o C και είναι οικονομικό ως αναλώσιμο. Η χρήση του είναι στη συγκόλληση αλουμινίου και μαγνησίου και σε εναλλασσόμενο ρεύμα. B. Ηλεκτρόδια βολφραμίου με προσθήκη ThO2 (thoriated): είναι τα ηλεκτρόδια που χρησιμοποιούνται κατά κόρον στη συγκόλληση δομικών χαλύβων. Είναι λίγο πιο ακριβά από τα καθαρού βολφραμίου, παρέχουν όμως πιο σταθερό τόξο και προκαλούν σπανιότερα εγκλείσματα βολφραμίου. Τα τελευταία χρόνια υπάρχει μια τάση αντικατάστασής τους λόγω της ραδιενέργειας του θορίου. Δεν έχει παρατηρηθεί όμως κάποιο πρόβλημα υγείας σε χρήστες αυτού του είδους ηλεκτροδίου που να οφείλεται στις προσμίξεις θορίου. C. Ηλεκτρόδια βολφραμίου με προσθήκη CeO2 (ceriated): τα ηλεκτρόδια αυτά παρουσιάζουν μεγάλη ευκολία έναυσης του τόξου σε χαμηλές τιμές έντασης και για αυτό το λόγο προτιμούνται στην αυτοματοποιημένη παραλλαγή της μεθόδου (TIG orbital), όπου και η τροφοδοσία υλικού πλήρωσης και η μετακίνηση της τσιμπίδας γίνεται με μηχανικό τρόπο. Γενικά χρησιμοποιούνται για συγκολλήσεις ανθρακούχων και ανοξείδωτων χαλύβων, χαλκού και κραμάτων του, του νικελίου και τιτανίου. D. Ηλεκτρόδια βολφραμίου με προσθήκη La2O3 (lanthanated): είναι οι αντικαταστάτες των ηλεκτροδίων με θόριο, εξ ου και ο χαρακτηρισμός τους ως οικολογικά. Λόγω των ποσοστών περιεκτικότητάς τους σε λανθάνιο μπορούν να μεταφέρουν ρεύμα μέχρι και 50% περισσότερο από τα άλλα ηλεκτρόδια. Κατά κύριο λόγο έχουν μεγαλύτερο χρόνο ζωής και μικρότερη πιθανότητα δημιουργίας εγκλεισμάτων βολφραμίου. E. Ηλεκτρόδια βολφραμίου με προσθήκη ZrO3 (zirconiated): έχουν εφαρμογή σε συγκολλήσεις εναλλασσόμενου ρεύματος και σε συγκολλήσεις υψηλών απαιτήσεων. Έχουν πολύ ομαλό και σταθερό τόξο με μηδενική πιθανότητα εγκλεισμάτων βολφραμίου. Συνήθως χρησιμοποιούνται σε συγκολλήσεις αλουμινίου, μαγνησίου και κραμάτων τους. F. Ηλεκτρόδια βολφραμίου με προσθήκη σπάνιων γαιών: είναι ηλεκτρόδια με προσθήκες στοιχείων από την κατηγορία των σπάνιων γαιών. Οι προσμίξεις δεν είναι προκαθορισμένες και γίνονται από τους κατασκευαστές για βελτίωση διαφόρων ιδιοτήτων. Το κόστος τους είναι υψηλό με αποτέλεσμα να χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές υψηλών απαιτήσεων. Σπάνιες γαίες είναι το νεοδύμιο (Nd), το δυσπρόσιο (Dy), το σκάνδιο (Sc) κ.α. 17

19 Εικόνα 11: Χρωματισμοί ηλεκτροδίων βολφραμίου κατά EN ISO Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της μεθόδου TIG Μεγάλο προτέρημα της μεθόδου μη-καταναλισκόμενου ηλεκτροδίου είναι το μεγάλο εύρος έντασης ρεύματος που μπορεί να λειτουργήσει. Αυτό συνεπάγεται στη δυνατότητα συγκόλλησης πολύ λεπτού πάχους ελασμάτων (ξεκινάει από ~0.15 mm). Η ομαλή μεταφορά του υλικού πλήρωσης στο λουτρό της συγκόλλησης αποτελεί σημαντικό στοιχείο της μεθόδου διότι με τον τρόπο αυτό εκλείπει η απώλεια σημαντικών κραματικών στοιχείων με αποτέλεσμα να έχουμε πολύ καλές μεταλλουργικές ιδιότητες καθώς και μια πολύ καλαίσθητη εμφάνιση στο καπάκι της συγκόλλησης. Στην μέθοδο TIG έχουμε υψηλή και χωρικά περιορισμένη θερμική απόδοση που επιτρέπει την αποφυγή παραμορφώσεων και πολύ μικρή θερμικά επηρεασμένη ζώνη (ΘΕΖ), διατηρώντας με αυτό τον τρόπο άριστες τις μηχανικές ιδιότητες στην περιοχή της συγκόλλησης. Από την άλλη πλευρά, η μέθοδος TIG είναι μια πολύ αργή μέθοδος συγκόλλησης με χαμηλό ρυθμό εναπόθεσης πληρωτικού υλικού περιορίζοντας έτσι την παραγωγικότητά της. Ένα μειονέκτημα που αποτελεί σημαντικό παράγοντα μη-χρήσης της μεθόδου είναι το γεγονός ότι ο συγκολλητής πρέπει να είναι κατάλληλα εκπαιδευμένος και ικανός ώστε να μπορεί να χειριστεί τη τσιμπίδα της μεθόδου και να τροφοδοτεί το λουτρό με το βέργα του υλικού πλήρωσης. Τέλος, απαιτείται μεγάλη προσοχή στα μέτρα ασφαλείας κατά τη συγκόλληση με τη μέθοδο TIG λόγω της έντονης λάμψης του τόξου που είναι επικίνδυνη τόσο για τα μάτια όσο και για το δέρμα. 18

20 8. Συγκολλήσεις Αντίστασης Γενικές αρχές Οι συγκολλήσεις αντίστασης αποτελούνται από διαφορετικές τεχνικές όπου η συγκόλληση επιτυγχάνεται στην επιφάνεια των δυο ελασμάτων λόγω θερμότητας που αναπτύσσεται από την αντίσταση στη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος. Για την υλοποίηση της συγκόλλησης πρέπει να ασκηθεί μια δύναμη πριν και κατά τη διάρκεια της διέλευσης του ρεύματος. Οι συγκολλήσεις αντίστασης διακριτοποιούνται ως: Συγκόλληση σημείου (spot welding) Συγκόλληση ραφής (seam welding) Συγκόλληση προεξοχής (projection welding) Και οι τρεις αυτές κατηγορίες που προαναφέρθηκαν εμπλέκουν ένα συνδυασμό ηλεκτρικού ρεύματος και μηχανικής πίεσης κατάλληλου μεγέθους και διάρκειας. Η αλληλουχία της διαδικασίας της συγκόλλησης αποτελείται από ανάπτυξη επαρκούς θερμότητας ώστε το μέταλλο να έρθει σε κατάσταση τήξης και έπειτα ψύξη υπο πίεση έως ότου να μπορούν να διατηρηθούν κολλημένα τα ελάσματα μετά την απομάκρυνση της δύναμης. Οι διαφορές των τριών διαφορετικών τεχνικών της συγκόλλησης σημείου φαίνονται στην Εικόνα 12. Εικόνα 12: Είδη συγκόλλησης με αντίσταση. a) Spot Welding, b) Seam Welding, c) Projection Welding. Τα ηλεκτρόδια, από τα οποία διέρχεται το ηλεκτρικό ρεύμα και ασκούν και την πίεση στα ελάσματα είναι κατασκευασμένα από κράματα χαλκού. Το μέγεθος και το σχήμα της πρόσοψης των ηλεκτροδίων καθορίζονται από το πάχος των ελασμάτων, το μέταλλο που πρόκειται να συγκολληθεί και τον διαθέσιμο χώρο. Στην Εικόνα 13 βλέπουμε τυπικές προσόψεις ηλεκτροδίων. 19

21 Εικόνα 13: Τυπικές Διαμορφώσεις ηλεκτροδίων συγκόλλησης με αντίσταση. 9. Άλλες Μέθοδοι Συγκόλλησης Συγκόλληση δέσμης ηλεκτρονίων (EBW) Η συγκόλληση με δέσμη ηλεκτρονίων είναι μία από τις πιο σύγχρονες μεθόδους (δεκαετία του 1950). Εκτελεί συγκολλήσεις μεγάλης ακρίβειας και υψηλών προδιαγραφών αντοχής και μεταλλουργίας. Ο εξοπλισμός της είναι πολύ ακριβώς και οι απαιτήσεις της σε συστήματα επιθεώρησης της ένωσης με κάμερες είναι αναγκαίες καθώς δεν υπάρχει η δυνατότητα να βρίσκεται ο χειριστής στον θάλαμο συγκόλλησης. Ένα ακόμα στοιχείο της δυσκολίας της τεχνικής είναι η απαίτηση ειδικού θαλάμου υψηλού κενού όπου πρέπει να εκτελεστεί η διαδικασία. Εικόνα 14: Διάταξη συγκόλλησης με δέσμη ηλεκτρονίων ( EBW). 20

22 Με τη δέσμη ηλεκτρονίων πετυχαίνουμε μεγάλη αναλογία βάθους προς πλάτος συγκόλλησης δηλαδή, μπορούμε να πετύχουμε μεγάλου πάχους συγκόλληση μόνο με ένα πάσο και επιπλέον για δεδομένο πάχος η ταχύτητα της συγκόλλησης είναι πολύ μεγάλη και με πολύ περιορισμένη εισαγωγή θερμότητας άρα και μικρές στρεβλώσεις. Ορισμένα πλεονεκτήματα της μεθόδου είναι: Απευθείας μετατροπή της ηλεκτρικής σε ενέργεια δέσμης άρα μεγάλη απόδοση Μεγάλη αναλογία βάθους προς πλάτος Μικρή θερμική παροχή Δεν απαιτείται υλικό πλήρωσης Λόγω του καθαρού περιβάλλοντος όπου εκτελείται η συγκόλληση (υψηλό κενό) ελαχιστοποιείται η εμφάνιση μόλυνσης από οξυγόνο και άζωτο Ικανότητα συγκόλλησης σε δύσκολα προσβάσιμες περιοχές λόγω της δυνατότητας ρίψης της δέσμης από απόσταση Μεγάλες ταχύτητες συγκόλλησης Μπορεί να γίνει συγκόλληση διαφορετικών μετάλλων μεταξύ τους. Όμως όπως κάθε μέθοδος έχει και τα αρνητικά της στοιχεία που πρέπει να συνυπολογίζονται κατά την επιλογή της. Το κόστος του εξοπλισμού είναι πολύ μεγάλο καθώς και το κόστος της παραγωγής μιας τέτοιου είδους συγκόλλησης. Είναι αναγκαία η θωράκιση προστασίας (τοιχώματα μόλυβδου κ.α.) λόγω των ακτίνων-χ που εκλύονται από τη δέσμη ηλεκτρονίων. Τέλος, η ευαισθησία της δέσμης σε μαγνητική παρεκτροπή καθιστά απαγορευτική τη χρήση μαγνητικών υλικών για τη συγκράτηση των μετάλλων προς συγκόλληση καθώς και του συνολικού εξοπλισμού. Συγκόλληση με χρήση Laser (LW) Η συγκόλληση Laser είναι μια μέθοδος όπου η θερμότητα επιτυγχάνεται με τη δέσμη φωτός η οποία τήκει το αντικείμενο πολύ γρήγορα. Η ενέργεια αυτής της δέσμης φωτός ( W/cm 2 ) είναι πολύ συγκεντρωμένη. Η στερεοποίηση του λουτρού συγκόλλησης γίνεται σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα με αποτέλεσμα να μην χρειάζεται προστασία του λουτρού από την ατμόσφαιρα περιβάλλοντος. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα της μεθόδου είναι: Η δυνατότητα αυτοματοποίησης της μεθόδου Η ελάχιστη παροχή θερμότητας άρα και η πολύ μικρή ΘΕΖ Η δυνατότητα συγκόλλησης μεγάλου πάχους ελασμάτων Η δέσμη laser εστιάζεται και κατευθύνεται εύκολα με κάτοπτρα, άρα μπορεί να γίνει συγκόλληση από απόσταση και σε δύσκολα σημεία Μπορεί να γίνει εστίαση της δέσμης σε μικρό σημείο με αποτέλεσμα τη συγκόλληση μικρών εξαρτημάτων με μικροσκοπικές ενώσεις Μεγάλο φάσμα υλικών που μπορούν να συγκολληθούν Δεν απαιτείται κενό ούτε έχουμε ακτίνες-χ. Στα μειονεκτήματα της μεθόδου μπορεί να ενταχθεί η απόλυτη ακρίβεια στην τοποθέτηση των αντικειμένων κάτω από τη δέσμη. Λόγω της στενής συγκέντρωσης της δέσμης πρέπει να υπάρχει απόλυτος έλεγχος των ακμών ώστε να είναι κεντραρισμένες κάτω από τη δέσμη. Δεν μπορούν να συγκολληθούν αντικείμενα 21

23 πάχους μεγαλύτερου από 19 mm καθώς η συγκόλληση αλουμινίου και χαλκού είναι πρακτικά μη εφικτές λόγω της μεγάλης ανακλαστικότητας και θερμικής αγωγιμότητας των μετάλλων αυτών και των κραμάτων τους. Τέλος, υπάρχει απαίτηση μέτρων ασφαλείας διότι η δέσμη μπορεί να είναι άκρως επικίνδυνη για τον άνθρωπο και κυρίως για τα μάτια, όπου μπορεί να επιφέρει ακαριαία τύφλωση. Εικόνα 15: Διάταξη συγκόλλησης με δέσμη laser (LW). Συγκόλληση πλάσματος (PAW) Η συγκόλληση πλάσματος, όπως και η TIG, χρησιμοποιεί ένα μη καταναλισκόμενο ηλεκτρόδιο. Η τσιμπίδα πλάσματος αποτελείται από ένα υδρόψυκτο ακροφύσιο συμπίεσης, το οποίο δημιουργεί ένα θάλαμο αερίου που περιβάλλει το ηλεκτρόδιο. Το τόξο θερμαίνει το αέριο αυτό σε θερμοκρασία ιονισμού. Τα ιονισμένο αυτό αέριο ονομάζεται πλάσμα και εξέρχεται από το ακροφύσιο σε θερμοκρασία περίπου o C. Η συγκόλληση με πλάσμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τα περισσότερα υλικά και σε όλες τις θέσεις συγκόλλησης. Παρέχει καλύτερο έλεγχο του τόξου και μικρότερη ΘΕΖ σε σχέση με την TIG. Εικόνα 16: Μέθοδος συγκόλλησης με πλάσμα (PAW). 22

24 Επίσης, παρέχει στενότερα πάσα έχοντας ως αποτέλεσμα τις λιγότερες στρεβλώσεις των ελασμάτων. Το ηλεκτρόδιο του βολφραμίου είναι εσωτερικά της τσιμπίδας, επομένως δεν υπάρχει ο κίνδυνος εγκλεισμάτων βολφραμίου συν του γεγονότος ότι στη χρήση πληρωτικού μέσου υπάρχει μεγαλύτερη άνεση χώρου καθώς το μήκος του τόξου είναι μεγαλύτερο από αυτό της μεθόδου TIG. 10. Ασυνέχειες στις Συγκολλήσεις Εισαγωγή Ασυνέχεια (discontinuity), ορίζουμε τη διακοπή της συνέχειας της δομής μιας συγκόλλησης. Οι ασυνέχειες υπάρχουν σε όλες τις συγκολλήσεις όμως δεν είναι όλες επικίνδυνες για τη συγκόλληση. Η αποδοχή των ασυνεχειών ορίζονται από διεθνή πρότυπα καθώς και οι έλεγχοι που πρέπει να γίνουν για τη διερεύνηση των υπαρχουσών ασυνεχειών στη συγκόλληση. Είδη ασυνεχειών Τα είδη των ασυνεχειών που μπορούμε να εντοπίσουμε οφείλονται σε πολλούς παράγοντες που εξαρτώνται από τη μέθοδο συγκόλλησης, τα βασικά υλικά, και τη διαδικασία εκτέλεσης της συγκόλλησης και διακρίνονται σε ασυνέχειες λόγω της κατεργασίας και ασυνέχειες λόγω μεταλλουργικών αλλαγών. Οι ασυνέχειες μπορούν να εντοπίζονται σε όλες τις περιοχές των συγκολλήσεων (λουτρό, ρίζα, καπάκι, πόδα). Τα είδη των ασυνεχειών είναι: Πορώδες (porosity) Είναι πόροι που οφείλονται στην παγίδευση αερίων κατά τη στερεοποίηση του μετάλλου. Εμφανίζονται κυρίως στο λουτρό και στο καπάκι της συγκόλλησης. Μπορεί να είναι ομοιόμορφα κατανεμημένοι, να σχηματίζουν συστάδες ή να βρίσκονται σε γραμμές. Οι πόροι καταλαμβάνουν μεγάλο μέρος της διατομής της συγκόλλησης και έτσι είναι αρνητικός παράγοντας για την αντοχή, άρα όταν εντοπιστούν πρέπει να γίνει επισκευή στη συγκόλληση. Εικόνα 17: Πόροι σε συγκόλληση. 23

25 Εγκλείσματα (inclusions) Τα εγκλείσματα μπορεί να είναι σκωρίας που εμφανίζονται κυρίως κατά τη χρήση των μεθόδων με επικαλυμμένα ηλεκτρόδια και βυθισμένου τόξου, μπορεί να είναι και εγκλείσματα βολφραμίου από το ηλεκτρόδιο στην μέθοδο TIG. Τα εγκλείσματα παρουσιάζονται συνήθως στην επιφάνεια και στη ρίζα ή μεταξύ των ραφών σε συγκολλήσεις πολλαπλών πάσων. Εικόνα 18: Εγκλείσματα βολφραμίου όπως απεικονίζονται σε ραδιογραφία. Ατελής τήξη (lack of fusion) Είναι η ατελής τήξη του βασικού μετάλλου και εμφανίζεται συνήθως στις πλευρικές επιφάνειες του μετάλλου συγκόλλησης. Προκύπτει από κακό χειρισμό του ηλεκτροδίου ή από μεγάλη ταχύτητα προώθησης της συγκόλλησης, ανεπαρκούς έντασης ρεύματος, ανεπαρκούς προετοιμασίας ακμών. Εικόνα 19: Ατελής τήξη σε συγκολλήσεις τύπου -Τ και πρόσωπο. Ατελής διείσδυση (lack of penetration) Είναι η ανεπαρκής τήξη του μετάλλου σε όλο το πάχος του ελάσματος. Μπορεί να εμφανιστεί στην ρίζα και ανάμεσα στα πάσα σε συγκολλήσεις με διαμόρφωση διπλής γεωμετρίας (double-v, double-u, double-y). 24

26 Εικόνα 20: Ατελής διείσδυση στη ρίζα της συγκόλλησης. Υποκοπή (undercut) Είναι η γεωμετρική ασυνέχεια με τη μορφή της εγκοπής λόγω έλλειψης υλικού πλήρωσης. Συνήθως τη βρίσκουμε στον πόδα της συγκόλλησης ή τη ρίζα. Επικάλυψη (overlap) Εικόνα 21: Υποκοπή στους πόδες και τη ρίζα της συγκόλλησης. Πρόκειται για επιπλέον υλικό που καλύπτει το μέταλλο βάσης πέραν του πόδα ή της ρίζας. Συμβαίνει λόγω αργής προώθησης της συγκόλλησης με αποτέλεσμα εναπόθεσης περίσσειας πληρωτικού υλικού. Εικόνα 22: Επικάλυψη στο καπάκι της συγκόλλησης. Κρατήρας (crater) Δημιουργείται στο τελείωμα της ραφής όταν σβήνει το τόξο. Στις μεθόδους με παλμικό ρεύμα είναι εύκολο να αποφευχθεί χρησιμοποιώντας σταδιακή μείωση της έντασης ώστε το τόξο να σβήσει ομαλά. Ένας άλλος τρόπος αποφυγής είναι το τελείωμα να γίνεται σε βοηθητικό κομμάτι μετάλλου που είναι προσαρμοσμένο στο άκρο των ελασμάτων προς συγκόλληση, έτσι ώστε ο κρατήρας να δημιουργηθεί σε εκείνο το οποίο θα πεταχτεί. 25

27 Εικόνα 23: Κρατήρας και η τρύπα του κρατήρα σε συγκόλληση. Πιτσιλίσματα (spatters) Πρόκειται για σωματίδια μετάλλου που εκτοξεύονται κατά τη συγκόλληση. Συνήθως τα συναντάμε σε συγκολλήσεις με επενδυμένα ηλεκτρόδια καθώς και σε συγκολλήσεις με προστατευτικά αέρια και σύρμα. Είναι εύκολη η επιδιόρθωση μιας τέτοιας ατέλειας σε μια συγκόλληση με απλό τρόχισμα του βασικού μετάλλου μετά τη συγκόλληση. Εικόνα 24: Πιτσιλίσματα εκατέρωθεν της συγκόλλησης. Ρωγμές (cracks) Οι ρηγματώσεις μπορούν να δημιουργηθούν σε όλες τις μεθόδους συγκόλλησης και σε όλα τα μέρη της περιοχής της συγκόλλησης. Υπάρχουν διάφορα είδη ρωγμών που οφείλονται σε διαφορετικά αίτια. Τα αίτια αυτά μπορεί να είναι η ταχεία απόψυξη του μετάλλου συγκόλλησης, η ύπαρξη μεγάλων ποσοτήτων υδρογόνου (ψαθυροποίηση υδρογόνου), οι υψηλές παραμένουσες τάσεις κ.α. Τα πιο συχνά είδη που συναντάμε σε μια συγκόλληση είναι: Εγκάρσιες ρωγμές στο μέταλλο συγκόλλησης (transverse cracks) 26

28 Εγκάρσιες ρωγμές στη ΘΕΖ Εξωράφειες ρωγμές (underbead cracks) Διαμήκεις ρωγμές στο μέταλλο συγκόλλησης (longitudinal cracks) Ρωγμές στον πόδα και στη ρίζα (toe and root cracks) Διαστρωματική ρηγμάτωση (lamellar Tearing) Εικόνα 25: Διάφορα είδη ρωγμών σε συγκόλληση. Εικόνα 26: Διαστρωματική ρηγμάτωση σε συγκόλληση τύπου -Τ. 27

29 11. Βιβλιογραφία Hellenic Welding Association, Welding Processes and Equipment, Γ. Ν. Χαϊδεμενόπουλος, Εισαγωγή στις Συγκολλήσεις, Εκδόσεις Τζιόλα, ISBN , Θ. Διαμαντούδης, Συγκολλήσεις Μετάλλων, Θεσσαλονίκη, Πηγές Ίντερνετ en.wikipedia.org nptel.ac.in Inspektorkimpalan.wordpress.com 28