Rodzaje spoin: szczegółowe fakty na ich temat

Spawanie to metoda, która towarzyszy nam od dawna, a na przestrzeni dziesięcioleci wprowadzane są różne rodzaje spoin.

Złącza spawane można sklasyfikować zgodnie ze sposobem, w jaki kawałki metalu są ułożone razem lub wyrównane względem siebie. Każdy rodzaj spoin różni się od siebie konstrukcją, jakością i kosztami. Dobór odpowiedniego rodzaju spoiny zgodnie z wymaganiami wymaga szczególnej uwagi i umiejętności spawacza.

Proces spawania polega na wykorzystaniu ciepła do stopienia oddzielnych kawałków metalu, tak aby ich stopiona część płynęła razem i stapiała się, tworząc jeden bezszwowy element.

Różne rodzaje połączeń spawanych

Spoiny mogą być przygotowywane geometrycznie na wiele różnych sposobów.

Zgodnie z Amerykańskie Towarzystwo Spawalnicze (AWS), złącza spawalnicze można zasadniczo sklasyfikować w następujący sposób:

• Połączenie doczołowe
• Połączenie narożne
• Połączenie krawędzi
• Staw biodrowy
• Trójnik

Wyżej wymienione złącza spawane obejmują różne rodzaje spoin.

Spawacze muszą wybrać rodzaj spoiny, przestrzegając pewnych kryteriów, takich jak metoda spawania i grubość spawanych elementów. Generalnie spoiny opisywane są kształtami, gdy obserwujemy ich przekroje. 

W połączeniu spawanym różne elementy są łączone ze sobą, tworząc jedną część, tak że działające na nie naprężenia są rozłożone. Złącze spawane musi wytrzymać różne rodzaje naprężeń, takie jak naprężenia rozciągające, ściskające, zginające, skręcające i ścinające. Zdolność złącza spawanego do przezwyciężenia tych naprężeń zależy zarówno od konstrukcji, jak i integralności spoiny.

Metoda spawania i projekt złącza są ze sobą powiązane, w zależności od metody spawania musimy wybrać rodzaj złącza i odwrotnie.

Określona metoda spawania zapewnia dokładny i wydajny określony rodzaj spoiny. Charakterystyki metody spawania, takie jak prędkość przesuwu, penetracja, szybkość stapiania, doprowadzone ciepło itp., wpływają na jej wydajność i wynikową spoinę.

Połączenie doczołowe

Spoiny doczołowe są bardzo powszechne i proste do spawania, w tym przypadku elementy metalowe są umieszczane blisko siebie na tej samej powierzchni, a elementy są łączone krawędzią do krawędzi. Najczęstsze zastosowania zgrzewania doczołowego to przemysł produkcyjny i systemy rurociągów.

Poniżej wymieniono różne rodzaje spoin doczołowych (zmienność kształtu rowka, zastosowania, szerokość szczeliny itp.) w zgrzewaniu doczołowym:

• Kwadratowe
• Ukos pojedynczy
• Podwójny skos
• Pojedynczy J
• Podwójne J
• Pojedynczy V
• Podwójne V.
• Pojedyncze U
• Podwójne rowki U

.

Ponieważ orientacja materiału zwykle przedstawia tylko jeden koniec długiej powierzchni klejenia lub spawania, powstałe połączenie jest z natury słabe. 

Nagromadzenie żużla, porowatość, pękanie itp. to pewne wady spoin czołowych, które powodują ich osłabienie. Spawy doczołowe mogą być precyzyjnie podawane przez automaty spawalnicze ze względu na ich prostotę konstrukcji.

Połączenie narożne

Połączenia narożne są powszechne w przemyśle blacharskim do spawania ram, skrzynek, zbiorników itp. Jest to podobne do spoin czołowych, dwóch płyt ustawionych pod kątem prostym do siebie w „narożu” w sposób otwarty lub zamknięty, co daje kształt litery L.

W przypadku lekkich arkuszy elastycznych dokładne wyrównanie jest dość trudne. Aby uniknąć powstania zasyfonowania, staraj się pozbyć kieszeni powietrznych, wgłębień, nierówności powierzchni na spoinie.

Poniżej przedstawiono różne wzory geometryczne spoin narożnych w połączeniach narożnych:

(i) Spoina pachwinowa
(ii) Zgrzew punktowy
(iii) Rowek kwadratowy spawać lub doczołowo spoina
(iv) Spoina V-fugowa
(v) Spoina skośno-rowkowa
(vi) Spoina w kształcie litery U
(vii) Spoina J-rowkowa
(viii) Spoina kielichowa V-rowek
(ix) Spoina krawędziowa
(x) Spoina narożna z kołnierzem

Połączenie krawędzi

W połączeniu krawędziowym, metalowe elementy są umieszczane w taki sposób, że krawędzie dają równą powierzchnię, a następnie jedna lub obie powierzchnie są wyginane pod kątem, aby utworzyć połączenie. W przypadku zastosowań, które mają wytrzymać duże obciążenia, stosuje się dodatkowe spoiwa, aby całkowicie stopić krawędzie.

Różne typy spoin w tym złączu spawanym to:

Spoina czworokątna lub spoina czołowa
Spoina skośno-rowkowa
Spoina V-fugowa
Spoina J-rowkowa
Spoina w kształcie litery U
Spoina krawędziowa z kołnierzem
Spoina narożno-kołnierzowa

Staw biodrowy

W przypadku spoin zakładkowych dwa końce kawałków metalu o różnej grubości są ułożone w taki sposób, aby jeden kawałek mógł zachodzić na drugi. W zależności od potrzeb spawy wykonujemy tylko z jednej strony lub z obu stron.

Tego typu połączeń zazwyczaj unika się w przypadku grubszych materiałów i preferuje się je w przypadku blach. Korozja jest głównym problemem związanym ze spoinami zakładkowymi, jednak stosując nowoczesne techniki i zmieniając zmienne można temu problemowi zapobiec. Ponieważ połączenia zakładkowe mają takie same właściwości jak spoiny pachwinowe, są również uważane za spoiny pachwinowe.

Różne typy spoin w połączeniu zakładkowym są

(i) Spoina pachwinowa
(ii) Spoina skośno-rowkowa
(iii) Spoina J-rowkowa
(iv) Spawanie czopu
(v) Spoina szczelinowa
(vi) Zgrzew punktowy
(vii) Spoina kielichowa skośna-rowkowa

Trójnik

W spoinach T dwa elementy są spawane pod kątem 90 stopni względem siebie, jeden element jest zwykle mocowany do środka drugiego, tworząc kształt litery T. Ten typ połączenia jest często spotykany podczas spawania rury na płycie podstawy.

Różne style spawania, które można wykorzystać do utworzenia połączenia teowego, są następujące

• Spawanie wtykowe
• Spoina szczelinowa
• Spoina skośno-rowkowa
• Spoina pachwinowa
• Spoina J-rowkowa
• Spoina topliwa
• Spoina kielichowo-skośna-rowkowa

 Rowek jest wprowadzany, gdy metalowa podstawa jest gruba i spawanie po obu stronach nie jest w stanie wytrzymać obciążenia, połączenie musi się podtrzymywać. W przypadku połączeń teowych należy zapewnić skuteczne wtopienie spoiny w dach.

Różne rodzaje spoin to:

• Spoina pachwinowa
• Spoina rowkowa
• Spoina szwowa
• Miejsce spoiny
• Zatyczka do spawania
• Spoina szczelinowa
• Spoina z pełną i częściową penetracją

Spoina pachwinowa

Jest to jeden z najczęściej spotykanych rodzajów spoin w przemyśle wytwórczym.

Spoiny pachwinowe objęły prawie 70-80% wszystkich spoin wykonanych metodą spawania łukowego. Połączenie teowe, połączenie zakładkowe, połączenia narożne są objęte połączeniami spawanymi pachwinowo. Ponieważ nie ma wymogu przygotowania krawędzi, spoiny pachwinowe są prostsze i tańsze niż spoiny czołowe.

Poniżej wymieniono różne rodzaje spoin pachwinowych:

Spoina z rowkiem kwadratowym

Spoina jednorowkowa V

Spoina z pojedynczym ukosem żłobkowym

Spoina pojedyncza -U

Spoina z pojedynczym rowkiem J

Spoina kielichowa V

Spoina kielichowa

Główną różnicą między spoinami doczołowymi i pachwinowymi jest to, że powierzchnie łączone w spoinach czołowych znajdują się na tej samej płaszczyźnie, a w przypadku spoin pachwinowych powierzchnie tworzą względem siebie kąt 90 stopni.

W przypadku spoin pachwinowych pomiędzy obiema częściami powstaje kąt 45 stopni, podczas gdy spoina czołowa wygląda jak szew lub ścieg.

Gdy śruby nie są wystarczająco mocne i łatwo się zużywają, spawacze na ogół preferują spoiny pachwinowe, a także do łączenia kołnierzy z rurociągami i spawanymi elementami.

Spoina rowkowa

Spoina rowkowa to rodzaj połączenia, w którym otwór między dwoma elementami zapewnia przestrzeń do osadzania metalu.

Dwa główne typy spoin czołowych to pojedyncze typu V i podwójne typu V. Spoiny czołowe mogą przypominać spoiny czołowe, gdy dwa elementy spoiny czołowej mają na sobie rowki.

Spoina szwowa

Spoiny szwowe to ciągłe połączenie między dwoma zachodzącymi na siebie elementami, podobnymi lub odmiennymi materiałami, utworzone przy użyciu ciśnienia i prądu elektrycznego.

Ponieważ metale mają właściwości przewodzenia prądu i mogą wytrzymać wysokie ciśnienie, proces ten przeprowadza się głównie na metalach. Zgrzewanie oporowe jest najczęściej stosowanym procesem do zgrzewania szwów. Spoiny szwowe są bardzo trwałe i wytrzymałe, ponieważ spoina łączy dużą powierzchnię, a połączenie jest kute pod wpływem ciepła i nacisku.

Spoiny punktowe

Tutaj dwie blachy są ze sobą połączone w określonych miejscach. W przypadku zgrzewów punktowych dwa arkusze są nakładane na siebie (podobnie jak w przypadku połączenia zakładkowego), a następnie obracające się narzędzie dociskane jest z dużą siłą do górnej powierzchni.

 Ciepło tarcia i wysokie ciśnienie uplastyczniają blachę, trzpień narzędzia jest wbijany w arkusze, aż występ styka się z powierzchnią górnej blachy.

Narzędzie to składa się z kołka, który obraca się i wnika w blachę, występ w narzędziu jest źródłem wysokiego ciśnienia kucia, które wiąże blachy bez topienia. Po krótkiej przerwie narzędzie obrotowe jest wyciągane z materiałów arkuszowych, aby co 5 sekund wykonać kolejne zgrzewanie punktowe.

Zatyczka do spawania

Spoiny otworowe służą głównie do wymiany nitów i łączenia zachodzących na siebie powierzchni, z których jedna ma otwory.

 Są to spoiny kołowe używane do łączenia dwóch elementów przez mały otwór w jednym z elementów, a otwór jest na ogół częściowo lub całkowicie wypełniony metalem spoiny.

W większości zastosowań motoryzacyjnych zgrzewanie punktowe zastępuje zgrzewanie punktowe, gdy przestrzeń wymagana do obsługi sprzętu do zgrzewania punktowego jest niewystarczająca. Spoiny czopu dają mocniejsze połączenie niż spoina punktowa.

Spoina szczelinowa

Podobnie jak spoiny otworowe, spoiny szczelinowe są również używane do łączenia zachodzących na siebie powierzchni, z których jedna ma na sobie otwory, okrągłe w przypadku spoin otworowych i wydłużone w przypadku spoin otworowych.

W prostych słowach w przypadku spoin szczelinowych jeden kawałek materiału łączy się z innym kawałkiem metalu poprzez otwór o wydłużonym kształcie. Podłużny otwór może być otwarty na jednym końcu lub może być częściowo lub całkowicie.

Spoiny z pełną i częściową penetracją

Spoina z pełną penetracją lub z pełną penetracją spoiny (CJP) ma specjalny rodzaj rowka, który umożliwia przepływ materiału wypełniającego przez całą szczelinę, zaczynając od góry do dołu spoiny.

W przypadku spoin z częściową penetracją złącza (PJP), materiał wypełniający nie dociera do części graniowej złącza. Jeśli przyjrzysz się przekrojowi połączenia, zobaczysz przerwę między dwoma prętami.

Metalowe krawędzie są zazwyczaj odpowiednio ukosowane, aby zapewnić pełną penetrację lub rowki CJP, U, J i V są bardzo powszechnymi kształtami dla pełnej penetracji. Dobrze wykonany CJP daje mocną i trwałą spoinę niż PJP.

Często Zadawane Pytania

Q1: Różnice stanów między spoinami doczołowymi i pachwinowymi.

Odpowiedź: Jeśli dwa metalowe elementy leżą na tej samej płaszczyźnie i są ze sobą połączone, otrzymujemy spoinę czołową. Spoiny doczołowe wymagają przygotowania krawędzi.

Jeśli łączone elementy metalowe tworzą ze sobą kąt 90 stopni, otrzymujemy spoinę pachwinową. Przygotowanie krawędzi nie jest konieczne.

Q2. Jakie są różnice między złączem spawanym a złączem nitowym.

Odpowiedź: Różnica między złączem spawanym a nitowanym jest wymieniona poniżej:

Wnioski:

Podsumowując nasz post możemy stwierdzić, że istnieją różne rodzaje spawów i każda z nich ma unikalne cechy. Aby osiągnąć specjalizację w spawalnictwie powinniśmy właściwie znać ich cechy i które z nich będą odpowiednie zgodnie z naszymi wymaganiami.

Sangeeta Das

Jestem Sangeeta Das. Ukończyłem studia magisterskie z inżynierii mechanicznej ze specjalizacją w silnikach spalinowych i samochodach. Mam około dziesięcioletnie doświadczenie w przemyśle i środowisku akademickim. Moje zainteresowania obejmują silniki spalinowe, aerodynamikę i mechanikę płynów. Możesz mnie znaleść w