Zgrzewanie
Zgrzewanie to jedna z podstawowych metod trwałego łączenia dwóch niezależnych elementów lub konstrukcji wykonanych z metalu lub tworzyw sztucznych. Spajane części w miejscu łączenia doprowadza się do stanu plastycznego lub do nadtopienia granicy styku, przez nagrzanie powierzchni łączonych przekrojów.
Połączenie zgrzewanych elementów następuje dzięki ich dociśnięciu do siebie, z zastosowaniem odpowiedniej siły przez kucie, prasowanie lub inny docisk, bez używania materiału dodatkowego czyli spoiwa. Po ochłodzeniu uzyskuje się trwałe i wytrzymałe złącze. W zależności od stosowanej metody zgrzewania, najpierw następuje docisk, a potem rozgrzewanie, albo odwrotnie.
Możliwości łączenia materiałów w procesie zgrzewanie są bardzo duże. Proces zgrzewania jest najprostszy, jeśli zgrzewane elementy są wykonane z tego samego materiału, lub ich struktura różni się nieznacznie. Zgrzewanie elementów wykonanych z różnych substancji jest możliwe gdy tworzą one ze sobą roztwory stałe lub wchodzą w związki chemiczne. Wymaga to zwykle specjalnych metod, ale też można uzyskać złącza o wymaganej wytrzymałości.
Zgrzewanie metali
W zależności od sposobu nagrzewania części łączonych rozróżnia się zgrzewanie: elektryczne, tarciowe, gazowe, ogniskowe, termitowe. W przemyśle najczęściej stosowane są dwie pierwsze metody.
W zgrzewaniu gazowym za rozgrzewanie materiałów odpowiada płomień gazowy, gdy element osiągnie już stan plastyczny, przez młotkowanie lub docisk prasami uzyskuje się połączenie trwałe.
Zgrzewanie ogniskowe prowadzone jest w kuźniach. Tam następuje najpierw rozgrzewanie materiałów w ognisku lub piecu kuziennym. A potem docisk przez użycie młotów lub pras.
Zgrzewanie termitowe jest stosowane do łączenia szyn oraz dużych elementów konstrukcyjnych o wielkich przekrojach. Ciepło do podgrzania zgrzewanych elementów pochodzi ze spalania termitu czyli mieszaniny sproszkowanego tlenku żelaza i proszku aluminium.
Zgrzewanie elektryczne oporowe
Szczególnie popularną metodą jest zgrzewanie oporowe, które polega na wykorzystaniu ciepła wytwarzanego w obszarze styku łączonych elementów, dzięki przepływowi przez nie prądu o dużym natężeniu.
Powierzchnie części zgrzewanych umieszcza się między elektrodami, które doprowadzają prąd elektryczny do obszaru styku i nagrzewają go do temperatury topnienia. Ponieważ strefa styku ma większy opór niż reszta materiału, to tam wydziela się najwięcej ciepła. Powoduje to powstanie i wzrost ciekłego jądra zgrzeiny przez czas przepływu prądu.
Uplastycznieniu ulega tylko niewielka objętość materiału na granicy styku. Po rozgrzaniu stykających się powierzchni i wyłączeniu przepływu prądu, na materiał działa siła docisku elektrod. Następuje stygnięcie jądra zgrzeiny i powstanie trwałego złącza
Wyróżniamy wiele metod zgrzewania oporowego, między innymi:
Zgrzewanie punktowe
Proces zgrzewania punktowego stosuje się najczęściej do łączenia cienkich blach układanych do zgrzewania na zakładkę. Blachy dociska się do siebie za pomocą elektrod kłowych wykonanych ze stopu miedzi, do których dopływa prąd. Zgrzewanie punktowe pozwala także na łączenie blach z różnymi kształtownikami, drutami i prętami. Grubość łączonych elementów zależy od mocy zgrzewarki.
Do zgrzewania punktowego metali nieżelaznych oraz produkcji wielkoseryjnej łączonych blach stosuje się nowoczesne zgrzewarki automatyczne, których elektronika precyzyjnie reguluje natężenie prądu zgrzewania, czas przepływu prądu, siłę docisku łączonych elementów.
Zgrzewanie garbowe
Zgrzewanie garbowe jest odmianą zgrzewania punktowego i polega na łączeniu elementów w miejscach występów zwanych garbami. Garby mają najczęściej kształt kulisty i usztywniają elementy wykonane z cienkich blach. W zgrzewaniu garbowym elektrody płytowe przez dociśnięcie i nagrzewanie garbów wytwarzają zgrzeiny punktowe. Garby powinny być na tyle sztywne, aby uległy tylko częściowemu zgnieceniu.
Zgrzewanie liniowe
Stosuje się do łączenia blachy cienkiej. Blachy założone na zakładkę, przeciąga się między dwiema toczącymi się, napędzanymi elektrodami krążkowymi. Dostarczają one prąd elektryczny powodujący nagrzanie blach i jednocześnie wywierają docisk. Efektem jest ciągła i szczelna liniowa zgrzeina spajająca połączone elementy.
Zgrzewanie doczołowe
Zgrzewanie czołowe stosuje się do zgrzewania prętów, odkuwek, rur i innych elementów, w których zgrzeina obejmuje całe pole powierzchni styku czoła elementu. Łączone są w ten sposób rurociągi, a także narzędzia np. wiertła gdzie część skrawającą narzędzia ze stali narzędziowej łączy się z pomocą zgrzewania z trzonkiem ze stali węglowej.
Zgrzewanie iskrowe
Łączone części metalowe po włączeniu prądu są do siebie zbliżane, w celu wytworzenia łuku elektrycznego. Łuk najpierw wypala materiał powierzchni złącza, w wyniku czego uzyskuje się gładką czystą powierzchnię. Następnie nadtapia powierzchnie części zgrzewanych i po dociśnięciu powstaje zgrzeina w postaci spęczenia. Zgrzewanie to znajduje zastosowanie do połączenia części o nierównych, lub niedokładnie oczyszczonych powierzchniach styku.
Zgrzewanie tarciowe
To proces spajania, w którym ciepło umożliwiające nagrzanie elementów i wykonanie połączeń, pochodzi z zamiany energii mechanicznej na energię cieplną, w wyniku tarcia w obszarze wzajemnego styku zgrzewanych przedmiotów.
Metoda służy do zgrzewania materiałów: stali, stali nierdzewnej i narzędziowej, metali kolorowych, niklu, tytanu, cyrkonu oraz tworzyw sztucznych.
Najczęściej stosowane metody zgrzewania tarciowego to:
Zgrzewanie tarciowe doczołowe obrotowe
Elementy wykonują ruch obrotowy, trąc o siebie intensywnie, co powoduje ich nagrzewanie. Po osiągnięciu potrzebnej temperatury, obroty są gwałtownie zatrzymywane a detale dociskane do siebie dla utworzenia połączenia. To metoda zgrzewania rur, prętów i detali które można wprawić w ruch obrotowy.
Liniowe tarciowe zgrzewanie
Jeden element drga liniowo z dużą prędkością i jest dociskany do drugiego nieruchomego detalu. Po nagrzaniu w wyniku tarcia, ruch drgający ustaje i przy nadal działającym docisku, powstaje zgrzeina łącząca elementy na stałe.
Zgrzewanie tarciowe liniowe z przemieszaniem FSW
W metodzie tej wykorzystywane jest specjalne cylindryczne narzędzie, zaopatrzone w kołnierz z wyprowadzonym trzpieniem. Szybko obracające się narzędzie zagłębia się w obszar złącza między dwoma detalami ustawionymi czołowo. Wskutek tarcia narzędzia o powierzchnie złącza wytwarzane jest ciepło. Wskutek oddziaływania kołnierza i trzpienia z elementami zgrzewanymi następuje uplastycznienie i przemieszanie materiału z obu łączonych elementów.
Zgrzewanie tworzyw sztucznych
To proces połączenia elementów z tworzyw termoplastycznych na skutek wywierania nacisku na uplastyczniony materiał. Uplastycznienie następuje pod wpływem ciepła doprowadzonego z zewnątrz albo wytworzonego wewnątrz materiału, w wyniku działania prądu elektrycznego lub energii mechanicznej.
Po dociśnięciu zachodzi wzajemne przeplatanie się łańcuchów polimeru z łączonych elementów w wyniku częściowego ich przenikania. Splątane segmenty makrocząsteczek tworzą po ochłodzeniu trwałe połączenie.
Najpopularniejsze metody zgrzewania tworzyw termoplastycznych (polietylenu, polipropylenu, polistyrenu, poliamidu i innych) to:
Zgrzewanie impulsowe
Polega na ściśnięciu i uplastycznieniu łączonych elementów między szybko nagrzewającymi się i następnie ochładzanymi listwami, lub pierścieniami w przypadku rur i prętów. Element jest ogrzewany nie w sposób ciągły, lecz przez krótki impuls prądu elektrycznego o dużej mocy. Stosowane jest nagrzewanie jednoimpulsowe i wieloimpulsowe.
Zgrzewanie ultradźwiękowe
Zgrzewarki ultradźwiękowe do tworzyw sztucznych działają na zasadzie dostarczenia dawki energii mechanicznej do elementów umieszczonych między drgającym narzędziem, jakim jest sonotroda a kowadłem. Energia ultradźwiękowa wydzielana na styku łączonych detali wywołuje punktowe podgrzanie, oraz wywarcie dużego ciśnienia. W wyniku tych zjawisk następuje złączenie materiałów.
Usługi zgrzewania metali / zgrzewania tworzyw termoplastycznych
Systemowy Park Technologiczny MetalTop.pl oferuje wyszukiwanie firm wykonujących usługi zgrzewania metali i tworzyw; zgrzewania blachy, rur, prętów. Oferty można przeszukiwać wg. parametrów technicznych, lokalizacji, terminu itp. Zapraszamy!
