Co to jest napawanie?

Napawanie jest metodą spawalniczą, polegającą na pokrywaniu metalowych materiałów w wysokich temperaturach dodatkową powłoką, która najczęściej jest stopem metalu. Innymi słowy, polega ono na stopieniu materiału dodatkowego, pełniącego rolę spoiwa z nadtopionym materiałem podłoża. Proces ten dokonuje się w jarzącym się łuku elektrycznym, a źródłem ciepła najczęściej jest materiał dodatkowy, np. w postaci drutu, takim jak druty pełne czy druty proszkowe.

Materiały w procesie napawania mogą być nakładane na metal w różnej postaci. Najczęściej stosuje się napawanie warstw o grubości od 0,05mm do 100mm, zaś udział materiału podłoża w spoinie może osiągnąć do 40 procent.

Metoda napawania ma swoje początki w latach 50. XX wieku – konkretniej wywodzi się z techniki napawania łukiem krytym jako alternatywy dla tradycyjnego procesu spawania w osłonie gazowej. Po stopieniu pewnej ilości materiału, wypełniacza i topnika, reszta procesu odbywa się bez obecności łuku elektrycznego, a jedynie na wskutek oporowego grzania ciekłej warstwy topnika. 

Napawanie przydaje się w wprowadzeniu materiału dodatkowego do takich stopów jak: stale niskostopowe, stopy miedzi, stopów aluminium lub też czystych metali, zwiększając ich odporność na korozję, zużycie ścierne czy erozję.

Jakie są podstawowe techniki napawania?

Podstawowe techniki napawania możemy podzielić nie tylko ze względu na używane materiały spawalnicze, ale także na rodzaj procesu:

• napawanie łukowe elektrodą otuloną
• napawanie łukowe elektrodą nietopliwą, alternatywnie napawanie łukowe GTA w osłonie gazowej
• napawanie gazowe
• napawanie plazmowe
• napawanie elektrożużlowe
• napawanie produkcyjne
• napawanie regeneracyjne
• napawanie łukowe GMA w osłonie gazu obojętnego lub aktywnego (używane do np. stali)

Metody napawania

Napawanie łukowe elektrodą otuloną

Napawanie elektrodą otuloną – elektrody do napawania wykonane są z metalowego rdzenia i pokryte są specjalnymi powłokami. Metoda ta jest stosunkowo tania i dlatego jest często stosowana podczas spawania amatorskiego. W dodatku różnorodność stosowanych materiałów daje nam możliwość stosowania jej do szerokiej gamy materiałów.

Ręczne napawanie jest używane raczej przy okazji drobnych prac, niewymagających dużego pokrycia. Grubość pojedynczej warstwy mieści się w zakresie od 1 do 5 mm, a udział metalu nieszlachetnego w spoinie może sięgać od 10% do 40%.

Napawanie łukowe elektrodą nietopliwą GTA

Ten rodzaj napawania odbywa się w osłonie gazów obojętnych takich jak argon i polega na wprowadzaniu materiału w obszar łuku elektrycznego. Materiał dodatkowy wprowadzany jest w łuk elektryczny, którzy jarzy się między elektrodą wolframową a napawanym materiałem. Materiałem dodatkowym może być tutaj drut, pręt spawalniczy lub proszkowy. Najczęściej ta metoda ta wykorzystywana jest w celach naprawczych maszyn profesjonalnych lub specjalistycznych odlewów.

Napawanie gazowe

Napawanie gazowe cechuje się wykorzystaniem gazu, którym najczęściej jest acetylen – tym samym jest on źródłem ciepła, który służy do estetycznego spajania elementów za pomocą płomienia gazowego. Płomień gazowy spalając się w temperaturze kilku tysięcy stopni Celsjusza topi powierzchnię napawanego materiału, następnie wypełniając ubytek. Stosując ten rodzaj napawania możemy pracować z żeliwem, stalą oraz innymi metalami i ich stopami.

Napawanie plazmowe

To najnowocześniejsza z wszystkich dostępnych technik napawania. Łuk plazmowy uzyskiwany jest w temperaturze do 24000 stopni Celsjusza. Sam obszar w łuku plazmowym jest wypełniany materiałem proszkowym ulegającym stopnieniu, by stworzyć spoinę. Ten rodzaj procesu wykorzystywany jest najczęściej w profesjonalnych procesach produkcyjnych, do napawania silników spalinowych, narzędzi skrawających czy części maszyn, np. czopów walców hutniczych.

Napawanie elektrożużlowe

Ten rodzaj procesu stosowany jest najczęściej do łączenia ze sobą grubszych blach stalowych. Łuk elektryczny zajarza się pomiędzy wykorzystywaną elektrodą a napawanym materiałem. Wraz ze wzrostem temperatury żużla, zwiększy się jego przewodność elektryczna, co sprawi, że łuk zacznie wygasać, a prąd będzie przepływał przez płynny żużel.

Metoda ta została opatentowana przez Roberta K. Hopkinsa w USA w 1940 roku. W późniejszym czasie Instytut PATON ciągle ją udoskonalał.

Co należy wiedzieć przed rozpoczęciem procesu napawania?

Jak zostało wcześniej napisane, napawanie jest nakładaniem materiału dodatkowego na powierzchnię roztopionego podłoża. Przed rozpoczęciem pracy musimy więc odpowiednio dobrać rodzaj procesu do materiału, jaki chcemy zespawać w tej metodzie. Materiał dodatkowy jest niezwykle ważny w całym procesie.

Nieodpowiednie dobranie procesu czy materiału dodatkowego może powodować występowanie pęknięć przy np. napawaniu stali.

Do podstawowych kryteriów, jakimi powinniśmy kierować się przy wyborze metody napawania należą następujące rzeczy:

• wielkość napawanych elementów
• rodzaj materiału i jego spawalność, 
• wymagane własności
• stan powierzchni,
• rodzaj materiału dodatkowego

Oczyszczanie powierzchni przed napawaniem

Przygotowanie metalu bazowego przed napawaniem jest bardzo ważne. Metale o dowolnej grubości i ich stopy muszą być odpowiednio oczyszczone lub wstępnie podgrzane, w zależności od rodzaju metalu. Wstępne podgrzewanie można wykonać np. za pomocą palnika lub innego źródła ciepła, zaś czyszczenie metalu może być wykonane przy użyciu rozpuszczalników lub formy piaskowania. Należy jednak wziąć uwagę, że niektóre materiały odporne na wysokie temperatury będą trudniej podgrzewać się.

Które więc metale najbardziej nadają się do podgrzewania?

Żeliwo jest materiałem, który należy podgrzać, gdyż jest to zarówno gruby jak i ruchy metal, którego właściwości muszą być powoli przekształcane, aby można było go efektywnie spawać lub napawać. Każdy grubszy materiał musi być wstępnie podgrzany do określonej temperatury, aby ułatwić cały proces spawania.

Stal węglowa czy stopy aluminium najczęściej bywają po prostu czyszczone przez przetarcie delikatnym środkiem czyszczącym lub użycie procesu mechanicznego, takiego jak piaskowanie.

Jednym ze sposobów badania twardości materiałów jest skala Rockwella i skala Brinella. Metoda Rockwella testuje materiały żelazne, a metoda Brinella mierzy twardość materiałów nieżelaznych. Im wyższa liczba odczytana w obu skalach, tym twardszy jest dany materiał.

Obecnie napawanie odgrywa ogromną rolę na rynku przemysłowym. Bez tego procesu duże, drogie i nienaprawialne części maszyn musiałyby być wymieniane, a tak mogą bezproblemowo podlegać procesowi regeneracji.

Ponieważ koszty urządzeń rosną, coraz więcej branż, w których występują części zużywające się, naprawia je za pomocą napawania twardego lub procesu łuku termicznego. Wiodący producenci stosują napawanie twarde również w celu wydłużenia żywotności części.

Zobacz też inne ciekawe artykuły z naszego bloga:

– Rodzaje elektrod otulonych