21. maturitná otázka strojníctvo – Zváranie, spájkovanie, lepenie

A: Charakteristika zvárania, spájkovanie, lepenia

         Zváranie– technologický spôsob nerozoberateľného spôsobu spájania materiálov s cieľom vytvoriť nerozoberateľný spoj. Kovy a plasty spájame pomocou tepla alebo tepla a tlaku.

Spájkovanie– spojenie dvoch materiálov rovnakého alebo rozličného chem. zloženia spájkou, ktorá má nižšiu teplotu tavenia ako spájané materiály

Lepenie – vytvárame nerozoberateľné spoje s materiálovým stykom

–         všetky lepidlá musia mať:

• dobrú adhéziu (prilínavosť)
• dobrú kohéziu (súdržnosť)
• ľahkú spracovateľnosť

B: Popis a rozdelenie základných druhov zvárania

1. Tavné zváranie

a)     El. oblúkom– zdrojom tepla je el. obvod medzi elektródou a základným materiálom; využívame jednosmerný alebo striedavý prúd 30- 500A s napätím 10-70V; teplota oblúka je asi 5000oC

b)    Plameňom– najčastejším zdrojom tepla je kyslíkovo-acetylénový plameň (3000oC), kyslíkovo-vodíkový plameň (2200oC) a kyslíkovo-propán-butánový plameň (5000oC)

c)     Plazmou– využíva sa energia, ktorá vzniká rozkladom plazmového plynu; teplota plazmy je rádovo 104 oC; el. oblúk horí v plazmovom horáku

d)    Laserovým lúčom– zdrojom tepla je sústredená energia žiarenia; minimálne ovplyvňuje základný materiál; vhodný na tenké materiály alebo na kombináciu materiálov

e)     Elektrónovým lúčom– zdrojom tepla je sústredený lúč elektrónov, ktorý vzniká v elektrónovej dýze; kinetická energia dopadajúcich elektrónov sa mení na teplo, zvar je čistá a hladký

f)      Aluminotermické zváranie– materiál je nahrievaný termitom, po nahriatí dochádza k spojeniu tlakom

1. Zváranie teplom a tlakom

a)     Odporové zváranie– v mieste styku dvoch zváraných súčiastok je priechodu prúdu kladený najväčší možný odpor; následne sú súčiastky pritlačené k sebe a vytvorí sa zvar

b)    Zváranie trením– prvá súčiastka sa otáča a zároveň sa pritláča k druhej; po nahriatí sa súčiastka zastaví a zväčší sa prítlak

c)     Zváranie ultrazvukom– využíva sa tlaková sila a kmitanie ultrazvukového generátora; využíva sa na tenké kovové fólie alebo plasty

d)    Zváranie tlakom za studena– najlepšie sa za studena zvaruje Al, Pb, Cu, Ag, Ni; spojenie zabezpečí difúzia medzi atómami mriežok spojovaných materiálov

C: Schéma a princíp zvárania elektrickým oblúkom

         Najčastejšie využívame zváranie obalenou elektródou. Teplom oblúka sa natavuje zváraný materiál, elektróda a jej obal. Troska vytvorená z obalu ochráni zvar pred škodlivými účinkami vzduchu, ktoré by spôsobovali oxidáciu. Obalené elektródy sa používajú pre jednosmerný aj pre striedavý el. prúd. Polarita závisí od druhu jej obalu. Rozhodujúci vplyv má na akosť zvaru             ø elektródy, zvárací prúd, dĺžka oblúku a rýchlosť zvárania. Konštruktér musí na výkres napísať, aký druh elektródy sa má použiť.

A)   Oblúkové zváranie taviacou sa elektródou v ochrannej atmosfére

MIG– metal, inert, gass

MAG- metal, aktiv, gass

Oblúk a zvarový kúpeľ sa chránia prúdom inertného alebo aktívneho plynu. Ako prídavný materiál sa používajú drôtové alebo rúrkové elektródy vhodného chemického zloženia. Sú navinuté na cievkach. Ako ochranný materiál môžeme použiť CO2. Pomer množstva jednotlivých plynov sa volí podľa typu materiálu. Zváranie využívame na súčiastky malých a veľkých hrúbok a na zliatiny Al. Táto metóda sa dá ľahko mechanizovať a použiť na robotizovaných pracoviskách.

B)   Oblúkové zváranie netaviacou sa elektródou v ochrannej atmosfére

TIG– tungsten, inert, gass

WIG– wolfram inert gass

Pri tomto type zvárania horí el. oblúk medzi netaviacou sa elektródou a základným materiálom v inertnom ( chem. nezlučiteľnom) prostredí plynu. Používa sa argón alebo aj hélium.

Okrem elektródy, ktoré sú z volfrámu alebo jeho zliatin, musíme použiť prídavný materiál, ktorý dopĺňa potrebné množstvo materiálu pri zváraní.

D: Charakteristika a spôsoby zvárania plameňom

         Zdrojom tepla je plameň, vznikajúci spaľovaním horľavého plynu, najčastejšie zmes kyslíka a acetylénu (2700oC -3200oC). Namiesto acetylénu môžeme použiť aj iný plyn, napríklad propán alebo vodík.

Zváranie plameňom je vhodné na materiály menšieho priemeru, na zváranie a naváranie zliatin, v opravárstve, prípadne v kusovej a malosériovej výrobe.

Zvárací plameň sa určuje podľa pomeru jednotlivých plynov:

1. Oxidačný –viac kyslíku

1. Redukčný –viac acetylénu

1. Neutrálny –rovnaký pomer

         Zváracia súprava sa skladá:

–         fľaše s jednotlivými plynmi, fľašových a redukčných ventilov, hadíc, horákov + príslušenstvo

Druhy horákov:

1. Nízkotlaký (injektorový)

1. Vysokotlaký (zmiešavací)

Spôsoby zvárania:

–         Ľavosmerný (zvar nie je chránený)

–         Pravosmerný (zvar je chránený)

E: Spôsoby tlakového zvárania elektrickým obvodom

         Využíva sa najmä na zváranie plechov, kde prúd v danom mieste, vplyvom veľkého el. odporu, nataví materiál do plastického stavu. Plech hrúbky 1-3mm, prúd 50-100A, napätie 60V.

A)   Bodové zváranie

–         teplo vznikajúce v mieste zvaru závisí od prúdu, odporu v mieste zvaru a času             Q = I2. R. t

–         po natavení natavení materiálu nastane fáza pôsobenia tlaku a uvoľnenie

–         elektródy sú chladene cirkulovanou vodou

Zvárací cyklus pri bodovom zváraní:

B)   Švové zváranie

–         zváranie sa podobá bodovému zváraniu, ale elektródy majú tvar kladiek, ktoré sa odvaľujú po zváranom materiály

–         podľa hustoty prúdových impulzov môže byť švový zvar prerušovaný alebo súvislý

C)   Výstupkové zváranie

–         materiál je vopred pripravený tak, že jedna zo spájaných častí má vytvorené výstupky, v ktorých je zväčšený prechodný odpor a v týchto miestach nastáva natavenie

–         pritláčajú sa k sebe platňovými elektródami a výhodou je vytvorenie viacerých zvarov naraz

D)   Odporové zváranie na tupo     

–         zvárané diely uchytené do čeľustí sa dotknú a oddialia, čím sa zapáli el. oblúk, ktorý nataví spájané časti a tie sa následne tlakom spoja

F: Charakteristika spôsobov spájkovania (na mäkko, na tvrdo)

A)   Mäkké spájkovanie

–         teplo do 450oC

–         používame ho na spájanie rôznych typov materiálov

–         najčastejšie sa používajú cínové spájky s prídavkom olova

–         pevnosť:

• v ťahu: max. 80MPa
• v šmyku: max. 40MPa

B)   Tvrdé spájkovanie

–         používame ocele, Cu, Al, Ni a ich zliatiny

–         spájky sú najčastejšie na báze medi a jej zliatin

–         pevnosť:

• v ťahu: max. 400MPa
• v šmyku: max. 100-300Mpa

Pojmom spájka označujeme materiál, ktorý vypĺňa medzeru medzi spájanými materiálmi.

Aby sa vytvoril kvalitný spoj, musia byť vytvorené základné fyzikálne predpoklady. Materiál a spájka musia mať dobrú zmáčavosť, zatekavosť a zlínavosť. Ak je medzi materiálmi malá medzera (0,5mm), využíva sa kapilárny- vzostupný spôsob spájkovania.