Γενικές Αρχές Συγκολλήσεων Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Γενικές Αρχές Συγκολλήσεων Κοζάνη 2018

1. Εισαγωγή στην Τεχνολογία των Συγκολλήσεων 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. 1782 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. Η TWI ανακάλυψε την τεχνική Friction Stir 1. Εισαγωγή στην Τεχνολογία των Συγκολλήσεων

2. Γενικά Στοιχεία της Τεχνολογίας Συγκολλήσεων 2. Γενικά Στοιχεία της Τεχνολογίας Συγκολλήσεων Ζώνη Μερικής Τήξης Ορισμός 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 την διευκόλυνση της εκάστοτε μεθόδου. Θερμικά Επηρεασμένη Ζώνη (ΘΕΖ) Μέταλλο Βάσης Μέταλλο Συγκόλλησης

Περιοχές της Συγκόλλησης • Λουτρό συγκόλλησης (weld) • Ρίζα συγκόλλησης (root) • Πόδας συγκόλλησης (toe) • Καπάκι συγκόλλησης (cap / face)

Κατηγοριοποίηση των μεθόδων συγκόλλησης Οι μέθοδοι συγκόλλησης κατηγοριοποιούνται σύμφωνα με: 1) Τον τρόπο μεταφοράς της ενέργειας. 2) Τον τύπο του μετάλλου βάσης. 3) Το σκοπό της συγκόλλησης. 4) Τον τρόπο μεταφοράς της ενέργειας (συγκόλληση τόξου, συγκόλληση πίεσης). 5) Το βαθμό αυτοματοποίησης

Συμβολισμοί και ονοματολογία των μεθόδων συγκόλλησης 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 μη-καταναλισκόμενο ηλεκτρόδιο (TIG/GTAW) 151 Μέθοδος συγκόλλησης με πλάσμα (PAW) 751 Μέθοδος συγκόλλησης με δέσμη φωτός (LBW) 76 Μέθοδος συγκόλλησης με δέσμη ηλεκτρονίων (EBW) EN DIN 24063

Θέσεις συγκόλλησης κατά EN ISO 6947/2011

Προετοιμασία των άκρων συγκόλλησης EN ISO 9692-1:2003 Παράγοντες επιλογής προετοιμασίας άκρων συγκόλλησης: • 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.

S.O.S Μέθοδοι Συγκόλλησης 1. Συγκολλήσεις με Χρήση Φλόγας Οξυγόνου • Απόταση και επαναφορά παραμορφώσεων • Συγκόλληση • Κοπή • Αναγόμωση με σπρέι • Σκλήρυνση επιφανειών • Προθέρμανση • Καθαρισμός χάλυβα • Μπρουτζοκόλληση • Κασσιτεροκόλληση Τα αέρια που χρησιμοποιούνται στη μέθοδο αυτή, βρίσκονται υπο υψηλή πίεση 150-200 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 Ουδέτερη φλόγα Οξειδωτική φλόγα Αναγωγική φλόγα

2. Συγκολλήσεις με Επικαλυμμένα Ηλεκτρόδια (MMA/SMAW) Κατηγορίες ηλεκτροδίων κατά ΕN ISO 14172/2015. • C- Σελουλόζης • A- Όξινα (Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2) • R- Ρουτιλίου • B- Βασικά (BaO, CaO, CaF2, MgO, K2O, MNO, Na2O, FeO)

3. Συγκόλληση με Χρήση Προστατευτικών Αερίων (MIG||MAG/ GTAW)

Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Υψηλός ρυθμός εναπόθεσης υλικού πλήρωσης (deposition rate). Ευαισθησία στο εξωτερικό περιβάλλον και σε ρεύματα αέρος. Απουσία σκουριάς λόγω μη χρήσης πάστας με αποτέλεσμα απαλλαγή από εγκλείσματα σκουριάς (slag inclusion). Υψηλοί ρυθμοί απόψυξης της περιοχής της συγκόλλησης. Απλή και εύκολη ρύθμιση του τρόπου μεταφοράς του τηγμένου υλικού. Υποβιβασμός των μεταλλουργικών και μηχανικών ιδιοτήτων της συγκόλλησης. Χρήση της μεθόδου σε όλες τις θέσεις συγκόλλησης με κατάλληλες ρυθμίσεις παραμέτρων. Ευαισθησία στην εμφάνιση ατελούς τήξης (luck of fusion). Μεγάλη διείσδυση λόγω υψηλών τιμών πυκνότητας ρεύματος. Δυσκολία πρόσβασης σε στενά σημεία λόγω διαστάσεων του «όπλου» της μεθόδου. Μεγάλη ευελιξία και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ευρύ πεδίο εφαρμογών.  

4. Συγκόλληση με τη Μέθοδο Βυθιζόμενου Τόξου (SAW) Στους περιορισμούς της μεθόδου συγκαταλέγεται η χρήση της σε περιορισμένες θέσεις συγκόλλησης (PA, PB), η 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 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. • 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.

5. Συγκόλληση με Χρήση Μη-καταναλισκόμενου Ηλεκτροδίου (TIG/GTAW)

Ηλεκτρόδια Βολφραμίου Ηλεκτρόδια καθαρού βολφραμίου: πρόκειται για σχεδόν καθαρό βολφράμιο (~99.5%) με ελάχιστες προσμίξεις B. Ηλεκτρόδια βολφραμίου με προσθήκη ThO2 (thoriated) Ηλεκτρόδια βολφραμίου με προσθήκη CeO2 (ceriated) Ηλεκτρόδια βολφραμίου με προσθήκη La2O3 (lanthanated) E. Ηλεκτρόδια βολφραμίου με προσθήκη ZrO3 (zirconiated) F. Ηλεκτρόδια βολφραμίου με προσθήκη σπάνιων γαιών: Σπάνιες γαίες είναι το νεοδύμιο (Nd), το δυσπρόσιο (Dy), το σκάνδιο (Sc) κ.α.

6. Συγκολλήσεις Αντίστασης • Συγκόλληση σημείου (spot welding) • Συγκόλληση ραφής (seam welding) • Συγκόλληση προεξοχής (projection welding)

7. Άλλες Μέθοδοι Συγκόλλησης Συγκόλληση δέσμης ηλεκτρονίων (EBW)

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.

Συγκόλληση με χρήση Laser (LW)

• Η ελάχιστη παροχή θερμότητας άρα και η πολύ μικρή ΘΕΖ • 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.