Σύγχρονες Τεχνολογίες Συγκολλήσεων Δρ Π.Π. Ψυλλάκη Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΕΞΑΜΗΝΙΑΙΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Γενική εισαγωγή και μέθοδοι μη καταστροφικού ελέγχου Κύριες τεχνικές συγκόλλησης τήξης Μετάδοση θερμότητας και θερμικοί κύκλοι κατά τη συγκόλληση Μικροδομή και μεταλλουργικοί μετασχηματισμοί στο μέταλλο συγκόλλησης και τη θερμικά επηρεασμένη ζώνη Διαμόρφωση πεδίου εσωτερικών τάσεων και παραμορφώσεις σε συγκολλημένα τεμάχια Κατεργασίες τεμαχίων μετά τη συγκόλληση Μηχανική συμπεριφορά συγκολλητών κατασκευών Συγκολλήσεις χαμηλών και μέσων θερμοκρασιών Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. ASM Handbook (1993), Vol. 6 “Welding Brazing and Soldering”, ASM International 2. Θ.Α. Διαμαντούδης (2000): «Συγκολλήσεις μετάλλων», Θεσσαλονίκη 3. Γ.Δ. Παπαδημητρίου (1990): «Εισαγωγή στη Μεταλλουργία, την Τεχνολογία και τον Ελεγχο των Συγκολλήσεων», εκδόσεις ΕΜΠ, Αθήνα 4. Β.Ι. Παπάζογλου (1989): «Επιστήμη και Τεχνική των Συγκολλήσεων», εκδόσεις ΕΜΠ, Αθήνα 5. Γ. Παρίκος (μετάφραση, 2008): «Τεχνολογία Συγκολλήσεων», εκδόσεις ΙΩΝ, Αθήνα 6. Σ. Σκολιανός (1991): «Σημειώσεις Χύτευση-Συγκολλήσεις», έκδοση Υπηρεσία Δημοσιευμάτων ΑΠΘ, Θεσσαλονίκη 7. Γ.Ν. Χαϊδεμενόπουλος (2010): «Εισαγωγή στις Συγκολλήσεις», εκδόσεις Τζιόλα, Αθήνα Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΜΕΡΩΝ 1. Μηχανική σύνδεση, με χρήση «στοιχείων σύνδεσης», π.χ. ηλώσεις, κοχλιώσεις 2. Συγκόλληση, μεταλλουργική σύνδεση μερών με ενεργοποίηση μεταλλουργικών διεργασιών (τήξη, διάχυση, σχηματισμός στερεού διαλύματος) που οδηγούν σε αλλαγή της μικροδομής στην περιοχή της διεπιφάνειας επαφής. 3. Κόλληση, με χρήση συνδετικών οργανικών ουσιών (κόλλες) υψηλής πρόσφυσης σε μεταλλικές επιφάνειες και υψηλής αντοχής σε διάτμηση. Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΜΕΘΟΔΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ Οι μεταλλουργικοί μετασχηματισμοί που λαμβάνουν χώρα ενεργοποιούνται με πρόσδοση θερμότητας ή/ και με ταυτόχρονη εφαρμογή πίεσης Ανάλογα με την περιοχή θερμοκρασιών όπου διενεργουνται, διακρίνουμε τεχνικές: • Συγκόλλησης χαμηλών θερμοκρασιών, <450°C (κασσιτεροκόλληση, soldering) • Συγκόλλησης μέσων θερμοκρασιών, <θτήξης και >450°C (μπρουντζοκόλληση, brazing) • Συγκόλλησης υψηλών θερμοκρασιών, >θτήξης Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Ετερογενείς συγκολλήσεις Αυτογενείς συγκολλήσεις Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ (α) Ως προς τον τρόπο παροχής θερμότητας Δημιουργία ηλεκτρικού τόξου ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΜΕ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ Χρήση ηλεκτρικής αντίστασης Χρήση επαγωγικής αντίστασης Φλόγα καύσιμου αερίου ΘΕΡΜΟΧΗΜΙΚΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗ Δημιουργία πλάσματος Εξώθερμη αντίδραση Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ (α) Ως προς τον τρόπο παροχής θερμότητας Δέσμη ηλεκτρονίων ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΔΕΣΜΗΣ ΥΨΗΛΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Δέσμη laser Εφαρμογή συμπίεσης ΧΩΡΙΣ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΠΗΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Με τριβή Με έκρηξη Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΚΟΣΤΟΣ ΕΠΕΝΔΥΣΗΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ, $ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΟΤΗΤΑ, cm ευθύγραμμης ραφής/ s Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ (β) Ως προς τον τρόπο προστασίας του τήγματος • Χωρίς προστασία • Απομάκρυνση αέρα με συμπίεση των προς συγκόλληση επιφανειών • Υπό κενό • Σε ατμόσφαιρα αδρανούς αερίου • Σε ατμόσφαιρα δραστικού αερίου • Με χρήση σκουριάς συλλιπάσματος Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ (γ) Ως προς τη γεωμετρία της συγκολλητής κατασκευής Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΜΕ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ • Υψηλή μηχανική αντοχή της σύνδεσης που ενδέχεται να υπερβεί αυτή των μετάλλων βάσης • Στεγανότητα της σύνδεσης στη δράση υγρών και αερίων • Δυνατότητα σύνδεσης μερών, ανεξαρτήτως σχήματος, πάχους, γεωμετρίας • Οικονομία υλικού, χρόονου κατασκευής Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά μείωση κοστους κατασκευής Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΝΔΕΣΩΝ Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΜΕ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ • Κίνδυνος ψαθυρής θραύσης, λόγω της μονολιθικότητας των συγκολλητών κατασκευών και εσωτερικών ελαττωμάτων της συγκόλλησης (εγκλείσματα οξειδίων, πόροι, ρωγμές) ή δημιουργία εσωτερικών τάσεων • Κίνδυνος στρέβλωσης και παραμόρφωσης σύνθετων κατασκευών, λόγω θερμικών διαστολών κατά την κατασκευή • Δυσκολία εντοπισμού εσωτερικών ελαττωμάτων, χωρίς τη χρήση Μη συγκολλητών Καταστροφικών Τεχνικών Ανάλυσης • Δυσκολία συγκόλλησης ορισμένων μετάλλων/ κραμάτων Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Ρωγμάτωση στη ζώνη τήξης ή σε γειτονικές περιοχές Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Εντοπισμός ασυνεχειών δομής: πόροι, εγκλείσματα, ρωγμές 1. Ελεγχος με μαγνητικά σωματίδια (για φερρομαγνητικά υλικά/ υποεπιφανειακές ασυνέχειες) • Διασπορά λεπτομερών μαγνητικών σωματιδίων στην επιφάνεια του αντικειμένου • Εφαρμογή μαγνητικού πεδίου • Προσανατολισμός των μαγνητικών σωματιδίων με τις μαγνητικές γραμμές του εφαρμοζόμενου πεδίου • Υπαρξη ασυνεχειών δομής => διαρροή των προσανατολισμένων σωματιδίων Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ 2. Ελεγχος με διεισδυτικά υγρά (για μη φερρομαγνητικά υλικά/ υποεπιφανειακές ασυνέχειες) • Ψεκασμός της επιφάνειας με φωσφορίζοντα σωματίδια • Διείσδυση των σωματιδίων μέσω τριχοειδών φαινομένων • Υπαρξη ασυνεχειών δομής => Χρωματική διαφοροποίηση των σωματιδίων Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ 3. Ραδιογραφία ακτίνων Χ ή γ Εκθεση του εξεταζόμενου αντικειμένου σε ακτινοβολία πηγής ακτίνων Χ ή γ & ταυτόχρονη αποτύπωση του εσωτερικού του υλικού σε φιλμ Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Υπαρξη ασυνεχειών δομής => Μεταβολή της πυκνότητας στο φιλμ Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ 4. Ελεγχος με υπερήχους Τοποθέτηση πομπού υπερηχητικών κυμάτων στην επιφάνεια του αντικειμένου και ανίχνευση των διαδιδόμενων ακουστικών κυμάτων Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Υπαρξη ασυνεχειών δομής => Μεταβολή της λαμβανόμενης κυματομορφής Αντικείμενο χωρίς εσωτερική ασυνέχεια Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Αντικείμενο με εσωτερική ασυνέχεια Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Δειγματοληψία συγκολλήσεων και εργαστηριακός έλεγχος • Μακροσκοπικός οπτικός έλεγχος, για τον εντοπισμό ελαττωμάτων «μεγάλων διαστάσεων» (πόροι, ρωγμές, εγκλείσματα) • Μικροσκοπικός οπτικός έλεγχος, για τον εντοπισμό «επικίνδυνων» μεταβολών της μικροδομής του μετάλλου βάσης σε περιοχές γειτονικές της συγκόλλησης • Σκληρομέτρηση στη συγκόλληση, σε περιοχές γειτονικές της συγκόλλησης και στο μέταλλο βάσης, για την εκτίμηση της ύπαρξης εσωτερικών τάσεων • Δοκιμές εφελκυσμού, για την εκτίμηση της μηχανικής αντοχής της συγκολλητής κατασκευής (σε συγκολλήσεις ελασμάτων) • Δοκιμές κάμψης τριών ή τεσσάρων σημείων, για την εκτίμηση της ολκιμότητας της συγκολλητής κατασκευής (σε συγκολλήσεις ελασμάτων) Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Επίπεδα δοκίμια εφελκυσμού Κυλινδρικά δοκίμια εφελκυσμού Δοκίμια κάμψης τριών σημείων, μετά τη δοκιμή Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΙΜΟΤΗΤΑ Συγκολλησιμότητα: Η δυνατότητα πραγματοποίησης συγκόλλησης με ικανοποιητικές ιδιότητες. Είναι τεχνολογικός όρος και συνδέεται με το επίπεδο της υπάρχουσας τεχνολογίας τη δεδομένη χρονική περίοδο Γενικά: • Καλή συγκολλησιμότητα: Μέταλλα που σχηματίζουν εκτεταμένα στερεά διαλύματα • Περιορισμένη συγκολλησιμότητα: Μέταλλα περιορισμένης διαλυτότητας σε στερεή κατάσταση • Μη συγκολλήσιμα: Μέταλλα αδιάλυτα σε στερεή κατάσταση Η χαμηλή συγκολλησιμότητα αντιμετωπίζεται με κατάλληλη προετοιμασία των προς συγκόλληση παρειών, χαρακτηριστικό παράδειγμα ο χυτοσίδηρος που καθίσταται συγκολλήσιμος με προαπόθεση νικελίου στις επιφάνειες που θα συγκολληθούν Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΤΕΕΡΕΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΛΗΡΗΣ ΑΝΑΜΙΞΙΜΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΤΕΕΡΕΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΤΕΕΡΕΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΜΕΡΙΚΗ ΑΝΑΜΙΞΙΜΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΤΕΕΡΕΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΤΕΕΡΕΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΜΕΡΙΚΗ ΑΝΑΜΙΞΙΜΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΤΕΕΡΕΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΤΕΕΡΕΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΜΗΔΕΝΙΚΗ ΑΝΑΜΙΞΙΜΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΤΕΕΡΕΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΜΕΤΑΛΛΑ ΠΟΥ ΣΥΓΚΟΛΛΩΝΤΑΙ ΜΕ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΤΗΞΗΣ 1. Κοινοί ανθρακούχοι, ελαφρά κραματωμένοι/ μικροκραματωμένοι χάλυβες, χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα 2. Ανοξείδωτοι χάλυβες, με χρήση κατάλληλων ηλεκτροδίων 3. Πολύτιμα μέταλλα Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ ΜΕ ΤΗΞΗ Θερμικά Επηρεασμένη Ζώνη (2) Μέταλλο προσθήκης/ πλήρωσης (1) Θερμικά Επηρεασμένη Ζώνη ( 2) Μέταλλο βάσης Μέταλλο βάσης (1) Αραίωση: % αναλογία μετάλλου βάσης προς μέταλλο βάσης/ ηλεκτρόδιο, στο τήγμα (2) Ανακρυστάλλωση ή μεγέθυνση κόκκων Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΠΕΡΙΟΧΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ ΜΕ ΤΗΞΗ Μέτωπο συγκόλλησης Ρίζα συγκόλλησης Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΠΕΡΙΟΧΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ ΜΕ ΤΗΞΗ Κορδόνι Πάσσο: κορδόνια ίδιας στάθμης Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Μετωπικές συγκολλήσεις 1. Χωρίς λοξοτομή (ελάσματα πάχους 3-8 mm) 2. Λοξοτομή απλού V (ελάσματα πάχους 14-16 mm) 3. Λοξοτομή διπλού V (ελάσματα πάχους >16 mm) 4. Λοξοτομή απλού ή διπλού U (ελάσματα πάχους >20 mm) Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΩΝ Mε επικάλυψη (μήκος επικάλυψης ×3-5 πάχος ελάσματος) Γωνιακές χωρίς λοξοτομή ή με λοξοτομή (πάχος > 10 mm) Αυχενική χωρίς λοξοτομή ή με λοξοτομή (πάχος > 10 mm) Σύνδεση ακμών Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ 1. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΚΑΥΣΙΜΟ ΑΕΡΙΟ (Oxyfuel Gas Welding) Πηγή πρόσδοσης θερμότητας: μίγμα καύσιμου αερίου/ οξυγόνου Ανάφλεξη αερίου και δημιουργία φλόγας στο άκρο καυστήρα Τήξη μετάλλου βάσης ή/ και προστιθέμενου μετάλλου (εάν χρησιμοποιείται) Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 1. 1. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΕΡΙΟ ΑΚΕΤΥΛΕΝΙΟ ΠΡΟΠΑΝΙΟ ΜΕΘΑΝΙΟ ΥΔΡΟΓΟΝΟ Χημικός τύπος C2H2 C3H8 CH4 H2 Ειδικό βάρος1 (16°C) 0,906 1,52 0,62 0,07 Ογκος/ βάρος (16°C), m3/kg 0,91 0,54 1,44 11,77 Θερμοκρασία φλόγας2, °C 3087 2526 2538 2660 Θερμογόνος δύναμη, MJ/ m3 55 104 37 12 Ταχύτητα καύσης, m/s 7,9 3,9 5,5 11,6 434,5 405,6 203,5 139,2 Θερμική ένταση καύσης3, J/m2.s 1 Ειδικό βάρος αέρα: 1. 2 Θερμοκρασία ουδέτερης φλόγας. 3 Θερμική ένταση καύσης: το γινόμενο της θερμογόνου δύναμης επί την ταχύτητα καύσης Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 1. 1. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΑΕΡΙΩΝ Ειδικό βάρος ως προς τον αέρα: ένδειξη του τρόπου συσσώρευσης του καυσίμου σε περίπτωση διαρροής (αν <1, το αέριο τείνει να΄πάει προς τα πάνω και να διαλυθεί) Θερμοκρασία φόγας: Εξαρτάται από τη σύσταση του μίγματος καυσίμου/ οξυγόνου, εάν είναι μεγαλύτερη εκείνης της ουδέτερης ⇒ Φλόγα οξειδωτική (για κοπή) Υψηλή θερμογόνος δύναμη: Κοπή αντί συγκόλληση Ταχύτητα καύσης: Ταχύτητα προχώρησης του μετώπου της φλόγας διαμέσου άκαυστου αερίου. Επηρεάζει το μέγεθος και την ταχύτητα της φλόγας και την ταχύτητα ροής των αερίων από το ακροφύσιο (αναστροφή φλόγας) Θερμική ένταση καύσης: Επιτρέπει τη σύγκριση διαφόρων αερίων καυσίμων, το ακετυλένιο εμφανίζει την υψηλότερη τιμή Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 1. 1. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΑΕΡΙΩΝ Θερμοκρασίες ανάφλεξης καύσιμων αερίων Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 1. 2. ΦΛΟΓΑ ΑΚΕΤΥΛΕΝΙΟΥ/ ΟΞΥΓΟΝΟΥ 5 2 Συνολική χημική αντίδραση: C2 H 2 + O2 → 2CO2 + H 2O Πρώτο στάδιο (πρωτογενής καύση): C2 H 2 + O2→ ← 2CO + H 2 + 106,5 Kcal Λαμβάνει χώρα σε λεπτή κελυφοειδή περιοχή στη βάση της φλόγας Μέγιστη θερμοκρασία στην κορυφή της περιοχής, όπου % κ.ο. Αερίων: 60% CO, 20% H2, 20% H Προϊόντα χημικής αντίδρασης: Ζώνη αναγωγής (γαλάζιου χρώματος) ⇒ φλόγα συγκόλλησης Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 1. 2. ΦΛΟΓΑ ΑΚΕΤΥΛΕΝΙΟΥ/ ΟΞΥΓΟΝΟΥ Στα εξωτερικά όρια της φλόγας: παγίδευση αέρα από το περιβάλλον ⇒ δευτερογενής καύση Η αραίωση των καυσαερίων πρωτογενούς καύσης αυξάνεται με την απομάκρυνση από το άκρο του καυστήρα, λόγω διάχυσης Δεύτερο στάδιο (δευτερογενής καύση): 2CO + O2 + 3,78 N 2 → 2CO2 + 3,78 N 2 2 H 2 + O2 + 3.78 N 2 → 2 H 2O + 3,78 N 2 Κώνος φλόγας δευτερογενούς καύσης (κοκκινωπός): οξειδωτικός Περίσσεια ακετυλενίου: ανθρακούχος φλόγα με ελεύθερο άνθρακα σε όλη τη ζώνη αναγωγής Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 1. 2. ΦΛΟΓΑ ΑΚΕΤΥΛΕΝΙΟΥ/ ΟΞΥΓΟΝΟΥ Ο ψευδάργυρος οξειδώνεται προς οξειδωτικό επίστρωμα στην επιφάνεια του τήγματος, εμποδίζοντας την περαιτέρω αντίδραση. Με ουδέτερη φλόγα, ο Zn εξάχνώνεται προς την ατμόσφαιρα Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ Πηγή ενέργειας: βολταϊκό τόξο (η ηλεκτρική ενέργειας μετατρέπεται σε θερμική) Ανάπτυξη υψηλών θερμοκρασιών (ως 4200 °C) σε σύντομο χρονικό διάστημα Για συγκόλληση: ένταση ρεύματος ως 1000 Α και τάση 15-50 V Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.1. ΒΟΛΤΑΪΚΟ ΤΟΞΟ Δημιουργία ηλεκτρικού τόξου με την εφαρμογή τάσης από πηγή συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος, μεταξύ ενός ηλεκτροδίου και του προς συγκόλληση μετάλλου Από την ηλεκτρική εκκένωση, ο αέρας ιονίζεται προς δημιουργία πλάσματος με γεωμετρία «καμπάνας»: τα μόρια του διασπώνται προς θετικά ιόντα και ελεύθερα ηλεκτρόνια Υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου, τα φορτισμένα σωματίδια του αέρα κινούνται προς τους πόλους του τόξου, και προσπίπτοντας σε αυτούς προκαλούν αύξηση της θερμοκρασίας Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.1. ΒΟΛΤΑΪΚΟ ΤΟΞΟ Τα ηλεκτρόνια οδεύουν προς την άνοδο (θετικό πόλο) με μεγάλη επιτάχυνση, λόγω της μικρής τους μάζας, προκαλώντας αύξηση της θερμοκρασίας ως και 4200 °C Τα θετικά ιόντα οδεύουν προς την κάθοδο (αρνητικό πόλο) με μικρότερη επιτάχυνση, λόγω της μεγάλης τους μάζας, προκαλώντας αύξηση της θερμοκρασίας ως και 3600 °C Ορθή ή αρνητική πολικότητα: αρνητικός πόλος το ηλεκτρόδιο Æ υψηλή θερμοκρασία στο Μ.Β Αντίστροφη ή θετική πολικότητα: θετικός πόλος το ηλεκτρόδιο Æ υψηλή θερμοκρασία στο ηλεκτρόδιο. Εφαρμόζεται σε αναγομώσεις και για την απομάκρυνση οξειδίων από το τήγμα Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.2. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΤΟΞΟΥ Λόγω ανομοιόμορφης κατανομής στη διατομή του τόξου, δεν ισχύει ο νόμος του Ohm. Επιλέγεται τόξο υψηλών εντάσεων (συγκεντρωμένο τόξο, μικρού εύρους) Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.3. ΙΔΙΑΙΤΕΡΟΤΗΤΕΣ ΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΤΟΞΟΥ Σταθερότητα τόξου: Ο κώνος του τόξου να διατηρεί σταθερά τα γεωμετρικά του χαρακτηριστικά Να μη συμβαίνουν εκτινάξεις τηγμένου μετάλλου και το λουτρό να ακολουθεί σταθερά την κίνηση του ηλεκτροδίου Η ένταση του ρεύματος να μην παρουσιάζει διακυμάνσεις και να μην επηρεάζεται αισθητά από μικρο-μεταβολές του περιβάλλοντος Μαγνητικό φύσημα: Στην περίπτωση συνεχούς ρεύματος (>200 Α), ενδέχεται το τόξο να αποκλίνει από τον άξονα του ηλεκτροδίου με αποτέλεσμα την απόθεση υλικού σε άλλη θέση από εκείνη της θέρμανσης. Οφείλεται στα μαγνητικά πεδία της πλάκας που συγκολλάται, τα οποία επηρεάζουν τη ροή ηλεκτρικών φορτίων στο τόξο Είναι εντονότερο στα άκρα της πλάκας, όπου το πεδίο δεν είναι ομοιόμορφο Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.4. ΕΠΙΛΟΓΗ ΠΗΓΗΣ Συνεχές ρεύμα: Συγκολλήσεις κατακόρυφες και οροφής Συγκολλήσεις ανοξείδωτων χαλύβων Συγκολλήσεις με μη σιδηρούχα ηλεκτρόδια ή με ισχυρά κραματωμένα Εναλλασσόμενο ρεύμα: Όταν επιδιώκεται υψηλή ταχύτητα εναπόθεσης Για να αποφευχθεί το μαγνητικό φύσημα Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.5. ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑ Ηλεκτρόδια με επένδυση (1907), μέση ταχύτητα κατανάλωσης: 200 mm/min Εσωτερικός μεταλλικός πυρήνας σύρματος 30-45 cm Eξωτερική στερεή πάστα, μίγμα διαφόρων ενώσεων (συλλίπασμα) Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.5. ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑ Μεταλλικός πυρήνας Αγωγή ρεύματος Προσφορά υλικού συγκόλλησης Επένδυση Συστατικά της εξαχνώνονται ή παράγουν αέρια που ιονιζόμενα σταθεροποιούν το τόξο. Τα ιονιζόμενα αέρια «καθοδηγούν» τα σταγονίδια του τήγματος, ώστε να είναι δυνατή η εναπόθεση υλικού, ενάντια στη βαρύτητα, ενώ η παραγόμενη παχύρρευστη σκωρία συγκρατεί το ρευστό μέταλλο στη θέση του Προστασία τήγματος από την επίδραση του περιβάλλοντος (υγρασία, άζωτο, οξυγόνο), επιβράδυνση στερεοποίησης και, αναλόγως χημικής σύστασης, καθαρισμός του τήγματος Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.6. ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΥΛΙΚΟΥ ΥΠΟ ΜΟΡΦΗ ΣΤΑΓΟΝΩΝ Επιφανειακές δυνάμεις (Fs): Συγκράτηση σφαιρικής σταγόνας στο άκρο του ηλεκτροδίου Ηλεκτρομαγνητική δύναμη (Lorenz, Fm): Από την αλληλεπίδραση ηλεκτρικού ρεύματος και επαγόμενου μαγνητικού πεδίου Δύναμη βαρύτητας (Fg): Δύναμη συγκράτησης ή απόσπασης, ανάλογα με την κατεύθυνση του ηλεκτροδίου Δυνάμεις λόγω ταχείας ατμοποίησης (Fe): Αντίδραση στην απόσπαση της σταγόνας από το ηλεκτρόδιο Συνολική δύναμη απόσπασης σταγόνας τηγμένου μετάλλου: F = Fm+Fg-Fs-Fe Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.7. ΤΕΧΝΙΚΕΣ Α. Συγκόλληση με επενδεδυμένα ηλεκτρόδια (SMAW, Shielded Metal-Arc Welding) Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.7. ΤΕΧΝΙΚΕΣ Β. Συγκόλληση με μη αναλισκόμενο ηλεκτρόδιο βολφραμίου και αδρανή ατμόσφαιρα (TIG, Tungsten Inert Gas ή GTAW, Gas Tungsten Arc Welding) Tο αδρανές αέριο (Ar, He) προστατεύει το τήγμα από οξείδωση και δεν απαιτείται χρήση επενδεδυμένων ηλεκτροδίων Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη συγκόλληση σχεδόν όλων των μετάλλων/ κραμάτων Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.7. ΤΕΧΝΙΚΕΣ Γ. Συγκόλληση με αναλισκόμενο ηλεκτρόδιο και αδρανή ατμόσφαιρα (ΜIG, Metal Inert Gas ή GMAW, Gas Metal Arc Welding) Tο αδρανές αέριο (Ar, He) προστατεύει το τήγμα από οξείδωση και δεν απαιτείται χρήση επενδεδυμένων ηλεκτροδίων Υψηλή παραγωγικότητα (~4-5 της TIG), λόγω της συνεχούς παροχέτευσης σύρματος Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012 2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΜΕ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΞΟΥ 2.7. ΤΕΧΝΙΚΕΣ Δ. Συγκόλληση βυθιζόμενου τόξου (SAW, Submerged Arc Welding) ή Ηλεκτροσκωριωτική Συγκόλληση Η προστασία του τήγματος παρέχεται από στρώμα τηγμένης σκωρίας και στρώμα άτηκτου κοκκώδους συλλιπάσματος (βόρακα), το οποίο προ-αποτίθεται στο μέτωπο της διεύθυνσης συγκόλλησης Τμήμα Μηχανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Πειραιά Χειμ. Εξάμηνο 2011-2012