Co powinniśmy wiedzieć o napawaniu?

Jak wymyślono proces napawania?

Za prekursora napawania możemy uznać Nikołaja N. Bernardosa, który pod koniec XIX wieku w publikacji „Metody obróbki metalu za pomocą bezpośrednio użytego prądu elektrycznego” przedstawił zarys tej technologii. W praktyce wykorzystał ją niewiele później Nikołaj Sławianow, inżynier w fabryce broni w Permie, który poprzez napawanie łukowe naprawiał wadliwe odlewy elementów. Choć na przestrzeni dziesięcioleci metody napawania mocno wyewoluowały – głównie w aspekcie kontroli procesu i sterowania – to wciąż główny zamysł pozostał bez zmian.

Co to jest napawanie?

Napawanie polega na nakładaniu materiału dodatkowego na roztopiony materiał podłoża, w wyniku czego powstaje napoina, złożona z pierwotnego materiału oraz spoiny. Napawanie może odbywać się zarówno metodą gazową, jak i elektryczną. Materiałem dodatkowym jest zazwyczaj drut, pręt, taśma lub proszek. Jednokrotna warstwa napoiny może wynosić od 0,05 mm do nawet 100 mm.

Napawanie w celach regeneracyjnych

Zamiast wyrzucać zużyte elementy, można je poddać napawaniu i powtórnie użyć, co daje także wymierne oszczędności. Podczas samego procesu można wykorzystać m.in. elektrody, czyli stopy o zbliżonych właściwościach w stosunku do regenerowanego przedmiotu, jak i stopy twardsze, dzięki którym odnowiony element stanie się bardziej wytrzymały, co zwiększy przy okazji jego żywotność.

Oczywiście, jeśli dany element jest w produkcji seryjnej, a jego wykonanie nie jest technologicznie skomplikowane, lepiej kupić nowy zamiennik, natomiast nie zawsze jest to możliwe, a przede wszystkim opłacalne.

Czy wiesz, że…?

Metodą napawania często dokonuje się renowacji torów tramwajowych. Jest to znacznie tańsze niż wymiana szyn. Służą do tego specjalne automaty spawalnicze. Istnieją w Polsce nawet zakłady, które specjalizują się w tego typu regeneracji torów.

Napawanie w celu uszlachetnienia powierzchni materiałów

Regenerację można również przeprowadzić przy użyciu spoin diametralnie innych niż napawana powierzchnia. Możemy wtedy poprawić oryginalne właściwości materiału. Prekursorami napawania uszlachetniającego byli Amerykanie, bracia W. i S. Stoocy, którzy w 1921 roku zastosowali je do napraw koronek wierteł w sprzęcie wiertniczym.

Napawanie w celu uszlachetnienia powierzchni materiałów sprawia, że dodatkowo uzyskamy:

• odporność na ścieranie czy naciski;

• odporność na korozję;

• niewrażliwość na środowisko chemiczne;

• odporność na szoki termiczne;

• odporność na naciski.

Jakie elektrody do napawania domowego?

Elektrodę tworzy metalowy rdzeń oraz stworzone z różnych materiałów otuliny, które mogą mieć także różne grubości i długości. Otuliny osłaniają i stabilizują łuk elektryczny oraz mają decydujący wpływ na efekt końcowy, czyli na kształt spoiwa oraz jego skład chemiczny, a także czas stygnięcia materiału.

Najpopularniejsze rodzaje elektrod

 

• Elektrody rutylowe

W otulinie elektrod rutylowych są rutyl oraz odtleniacze – żelazomangan i żelazokrzem. Uznawane są za uniwersalne, ponieważ można nimi spawać w niemal wszystkich pozycjach (z wyjątkiem pionowej z góry na dół), nadają się także do spawania cienkich blach.

Są łatwe w użyciu, dlatego polecane są nawet początkującym. Wadą elektrod rutylowych może być jednak obniżona trwałość, której powodem jest duża zawartość wodoru.

• Elektrody kwaśne

Ich użycie pozwala na  wytworzenie bardzo gładkiej i cienkiej spoiny. Spawa się nimi głównie w pozycji podolnej i nabocznej.

W otulinach kwaśnych elektrod znajdują się duże ilości tlenków żelaza oraz odtleniaczy. Powoduje to tworzenie słabszych spoin w porównaniu do elektrod rutylowych i zasadowych. Elektrody kwaśne są odpowiednie do spawania prądem przemiennym i stałym z biegunowością dodatnią na elektrodzie.

• Elektrody zasadowe

W składzie otulin jest mniejsza ilość wodoru, przez co są mniej kruche niż elektrody kwaśne i rutylowe. Przed użyciem wymagają jednak suszenia w temperaturze 300-350 stopni Celsjusza i to przez kilka godzin, co w warunkach domowych często jest niemożliwe.

Wysuszone elektrody zasadowe należy przechowywać w specjalnych termosach, inaczej zawartość wodoru znów wzrośnie. Spawa się nimi grube elementy metalowe we wszystkich pozycjach, z wyjątkiem pozycji pionowej z góry na dół. 

• Elektrody celulozowe

Elektrody z otuliną celulozową wykorzystuje się zazwyczaj w czasie spawania na zewnątrz. Sprawdzą się w trudnych warunkach pogodowych i nie wymagają dokładnego oczyszczania detali. Nie trzeba ich także suszyć, zawarta w nich woda (powyżej 3%) poprawia ich działanie. Nadają się do spawania w każdej pozycji, w tym pionowej z góry na dół. 

 

Elektrody do napawania delikatnie różnią się od tych używanych do spawania. Co ważne, podczas napawania wprowadzany z elektrody materiał częściowo wtapia się w materiał rodzimy, co uniemożliwia zerwanie powstającej warstwy. Elektrody do napawania mają więc inny materiał, który powstaje z rdzenia (litego lub proszkowego). Jest on dużo twardszy od materiału rodzimego, są to np.: węgliki wolframu, stellit, stopy wolframu i chromu, niklu czy molibdenu. Do napawania można więc wybrać elektrody wolframowe, elektrody rutylowe czy elektrody rutylowo-celulozowe.