Procesy specjalne: spawanie
Jednym z najważniejszych procesów specjalnych wykorzystywanych w procesie produkcji rozjazdów kolejowych i tramwajowych jest spawanie, które ma kluczowe znaczenie dla utrzymania ciągłości torów i zapewnienia bezpieczeństwa podróżujących. Jakie rodzaje spawania wykorzystywane są podczas produkcji rozjazdów kolejowych i tramwajowych?
Czym jest spawanie?
Spawanie polega na łączeniu dwóch topliwych materiałów przez miejscowe doprowadzenie energii cieplnej – przetopienie ich krawędzi. Łączone elementy mogą, ale nie muszą być wykonane z tego samego materiału. Często do połączenia materiałów potrzebne jest spoiwo, np. drut spawalniczy, który pomaga w ich scaleniu. Występowanie w złączu spawanym przetopionego materiału odróżnia spawanie od zgrzewania, gdzie ciekły metal jest z reguły usuwany z obszaru złącza przed powstaniem trwałego połączenia.
Spawanie jako proces specjalny
Efektu spawania – jakości i trwałości wykonanych połączeń – z reguły nie da się sprawdzić w prosty i ekonomiczny sposób. Niektóre niezgodności spawalnicze ujawniane są dopiero podczas użytkowania lub w przypadku pojawienia się awarii produktu – jak wiesz z artykułu Przemysł: procesy specjalne w KZN Bieżanów, to charakterystyczna cecha procesów specjalnych. W związku z tym, spawanie musi być traktowane jako proces, który trzeba nadzorować od momentu wpłynięcia zapytania ofertowego i przynajmniej do momentu odbioru gotowego produktu przez klienta. W wielu przypadkach nadzór ten konieczny jest również w trakcie eksploatacji. W KZN zwracamy więc szczególną uwagę na spawanie w kontekście:
- Analizy zapytań ofertowych – czy jesteśmy w stanie wykonać złącza spawane w sposób zgodny z obowiązującymi normami oraz wymaganiami klienta
- Uprawnień personelu – każdy spawacz musi mieć aktualne świadectwa egzaminów spawacza Jeden spawacz posiada z reguły kilka takich świadectw, tak by móc wykonywać złącza różnych materiałów, różnymi metodami, i w różnych konfiguracjach geometrycznych
- Utrzymania sprzętu do spawania i kontroli – sprzęt przechodzi regularne przeglądy gwarantujące stabilność parametrów spawania
- Planowania produkcji – z uwzględnieniem dostępności dokumentacji wykonawczej (np. instrukcji dla spawaczy), sprzętu i personelu – nie tylko spawaczy, ale również kontrolerów jakości
- Badań przed, w trakcie i po spawaniu – w szczególności badania po spawaniu – tak zwane badania nieniszczące – wymagają personelu o udokumentowanych kwalifikacjach
- Kwalifikowania technologii spawania – przed przystąpieniem do spawania nowego dla nas złącza wykonujemy jedno lub więcej złączy próbnych, które następnie poddajemy badaniom niszczącym, tj. różnego rodzaju próbom zginania, badaniom twardości na przekroju, badaniom mikro- i makrostruktury. W badaniach złączy nawierzchni szynowej czasem stosuje się również statyczną próbę rozciągania, jednak praktycznie nie stosuje się próby udarności Charpy’ego, która jest bardzo rozpowszechniona w innych branżach
- Magazynowania oraz identyfikowania materiałów podstawowych i dodatkowych do spawania – niewłaściwe warunki środowiskowe, np. wilgoć, lub pomylenie gatunku stali lub drutu spawalniczego może mieć katastrofalne skutki w trakcie eksploatacji
- Dokumentowania całego procesu – aby w razie wykrycia niedopuszczalnej niezgodności spawalniczej móc ustalić jej przyczynę
- Nasz sposób postępowania w powyższych kwestiach jest zgodny z wymaganiami norm takich jak ISO 3834, EN 15085, ISO/TS 22163, oraz specyficznymi wymaganiami kluczowych klientów.
Jakie rodzaje spawania wykorzystujemy?
W krakowskiej hali produkcyjnej KZN Bieżanów, gdzie wytwarzane są stalowe konstrukcje rozjazdów kolejowych i tramwajowych, najczęściej wykorzystujemy:
-
Spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazów aktywnych,
inaczej spawanie MAG, potocznie spawanie półautomatem lub (również potocznie, lecz w naszym przypadku błędnie) spawanie MIGiem lub migomatem.
To metoda spawania łukowego, tj. takiego, w którym ciepło bierze się z łuku elektrycznego jarzącego się między elektrodą a materiałem spawanym. W metodzie tej elektrodą jest drut spawalniczy, który jest jednocześnie materiałem dodatkowym (spoiwem). Prócz drutu-elektrody w miejsce spawania dostarczany jest jeszcze gaz osłaniający ciekły metal przed wpływem powietrza – w tym przypadku gaz aktywny, tj. wchodzący w pewnym stopniu w reakcję z materiałem podstawowym i dodatkowym. Stąd nazwa MAG – skrót od angielskiego metal-active-gas (w metodzie MIG mamy do czynienia z gazem całkowicie obojętnym – tę metodę stosujemy przy spawaniu np. stopów aluminium).
MAG jest obecnie najbardziej rozpowszechnioną w krajach rozwiniętych metodą spawania stali – zapewnia wysoką wydajność przy umiarkowanej cenie sprzętu i zachowaniu dużej uniwersalności. Pozwala spawać elementy wykonane z niemal dowolnych gatunków stali, o grubościach od niecałego milimetra do nawet kilkuset milimetrów. Spawanie tą metodą bardzo często jest automatyzowane lub robotyzowane.
Metodą MAG prowadzimy również proces napawania, a konkretnie napawania prewencyjnego (w odróżnieniu od napawania regeneracyjnego). W tym procesie nie łączymy elementów, lecz pokrywamy stal szynową materiałem stopowym, z reguły o wysokiej zawartości chromu niklu i manganu, który jest znacznie droższy od stali szynowej, ale pozwala znacznie zwiększyć trwałość elementów rozjazdu szczególnie narażonych na zużycie. Napawanie prewencyjne stosujemy w przypadku rozjazdów tramwajowych.
-
Spawanie metodą TIG
– w tej metodzie spawania łukowego elektrodą jest zwykle odpowiednio zaostrzony pręt wolframowy, a gazem osłonowym czysty argon (rzadziej inne gazy obojętne). Materiał dodatkowy jest podawany ręcznie przez spawacza, rzadziej za pomocą podajnika automatycznego.
-
Spawanie elektrodą otuloną (MMA – manual metal arc)
– w tej metodzie spawania łukowego łuk elektryczny jarzy się pomiędzy materiałem podstawowym, a drutem elektrodowym w postaci pręta otulonego materiałami wytwarzającymi gazy oraz żużel chroniące ciekły metal przed utlenianiem.
Zarówno metoda TIG jak i MMA są stosowane w KZN Bieżanów, jednak jako proces pomocniczy – np. przy wytwarzaniu oprzyrządowania produkcyjnego.
- Spawanie drutem proszkowym samoosłonowym (FCAW-S – flux cored arc welding – self shielded)*
-
Spawanie termitowe*
*-metoda stosowana do spawania szyn stosowana w torach przez KZN Rail – o tym już wkrótce