Λύσεις στις 14 ερωτήσεις του κεφαλαίου 2: ορισμός της συγκόλλησης και της ΖΕΘ, πλεονεκτήματα/μειονεκτήματα της συγκόλλησης έναντι ηλώσεων και κοχλιωτών συνδέσεων, περιπτώσεις όπου δεν ενδείκνυται η συγκόλληση, η διάκριση σε συγκολλήσεις τήξης και πίεσης, τις αυτογενείς συγκολλήσεις (οξυγονοκόλληση, ηλεκτροσυγκόλληση) και τις ετερογενείς συγκολλήσεις (μαλακές/σκληρές, όριο 500°C), τα είδη των συγκολλήσεων πίεσης, καθώς και τέσσερις ερωτήσεις κρίσεως που εφαρμόζουν τη θεωρία σε πρακτικά σενάρια επιλογής μεθόδου σύνδεσης/συγκόλλησης και σημασίας του καθαρισμού επιφανειών.
Ερώτηση: Δώστε τον ορισμό της συγκόλλησης δύο μεταλλικών κομματιών και αναφέρατε τις αλλαγές που συμβαίνουν στην εσωτερική δομή τους, στην περιοχή της συγκόλλησης.
Απάντηση:
Σύνοψη: Συγκόλληση ονομάζεται η ένωση δύο ή περισσοτέρων μεταλλικών κομματιών με τη βοήθεια της θέρμανσης ή της πίεσης ή με ταυτόχρονη εφαρμογή και των δύο. Κατά τη διαδικασία αυτή δημιουργείται ανάμεσα στα μεταλλικά κομμάτια μία κρυσταλλική σύνδεση. Στην περιοχή της συγκόλλησης (ζώνη συγκόλλησης ή ΖΕΘ) η κρυσταλλική δομή των δύο κομματιών αλλάζει· το είδος και η έκταση αυτής της αλλαγής στην εσωτερική δομή των μετάλλων εξαρτάται από το είδος των μετάλλων και από τη θερμοκρασία συγκόλλησης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα παρουσιάζουν οι συγκολλήσεις σε σύγκριση με τις ηλώσεις και τις κοχλιοσυνδέσεις;
Απάντηση:
Σύνοψη: Σε σύγκριση με τις ηλώσεις και τις κοχλιοσυνδέσεις, οι συγκολλήσεις έχουν ως πλεονεκτήματα: δημιουργούν συνδέσεις αντοχής, η σύνδεση είναι ελαφρότερη, έχει καλή εμφάνιση (καλαισθησία), οι συσκευές/υλικά είναι μικρού κόστους και το συνολικό κόστος της σύνδεσης είναι συνήθως μικρότερο (φθηνότερη μέθοδος)· επιπλέον επιτρέπουν αυτοματοποίηση (ρομποτισμό) με χαμηλότερο κόστος παραγωγής και άριστη ποιότητα, καθώς και αξιόπιστο ηλεκτρονικό έλεγχο ποιότητας. Ως μειονεκτήματα αναφέρονται: απαιτούν καλή εκπαίδευση των τεχνιτών (και, στην αυτοματοποιημένη παραγωγή, υψηλού επιπέδου εκπαίδευση προσωπικού), ο έλεγχος ποιότητας είναι δύσκολος, και τα προς συγκόλληση κομμάτια πρέπει να είναι από το ίδιο ή παρόμοιο μέταλλο — περιορισμός που δεν ισχύει για τις ηλώσεις/κοχλιώσεις.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Σε ποιες περιπτώσεις δεν ενδείκνυται η εφαρμογή της συγκόλλησης για τη σύνδεση μεταλλικών κομματιών;
Απάντηση:
Σύνοψη: Η συγκόλληση δεν ενδείκνυται στις εξής περιπτώσεις: όταν τα κομμάτια πρέπει να έχουν τη δυνατότητα να αποσυνδέονται και να επανασυνδέονται (λυόμενες κατασκευές)· όταν η συγκόλληση δεν είναι τεχνικά δυνατή ή όταν το αποτέλεσμά της δεν είναι ασφαλές· όταν η εφαρμογή της απαιτεί ειδικές εγκαταστάσεις και συσκευές μεγάλου κόστους, η απόσβεση των οποίων ανεβάζει πολύ το κόστος των συγκολλήσεων (οπότε προτιμώνται άλλες μέθοδοι, εκτός αν υπάρχουν ειδικοί λόγοι που την επιβάλλουν)· και όταν τα προς σύνδεση τεμάχια είναι από διαφορετικό υλικό (π.χ. σίδηρο με αλουμίνιο), αφού η συγκόλληση προϋποθέτει τεμάχια από το ίδιο ή παρεμφερές υλικό.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Τι είναι οι συγκολλήσεις τήξης και ποια είδη συγκολλήσεων τήξης γνωρίζετε;
Απάντηση:
Σύνοψη: Οι συγκολλήσεις τήξης είναι εκείνες στις οποίες η θερμοκρασία αυξάνεται μέχρι το σημείο τήξης των μετάλλων στα σημεία συγκόλλησής τους, με συνέπεια τα μόρια του ενός μετάλλου να εισχωρούν στα μόρια του άλλου και να πραγματοποιείται η σύνδεσή τους μετά την επαναφορά στη θερμοκρασία περιβάλλοντος (με ή χωρίς τη χρήση συγκολλητικού υλικού - κόλλησης). Διακρίνονται, ανάλογα με το είδος της κόλλησης που χρησιμοποιείται, σε δύο μεγάλες κατηγορίες: τις αυτογενείς συγκολλήσεις (τεμάχια από ίδιο/παρόμοιο υλικό) και τις ετερογενείς συγκολλήσεις (κόλληση διαφορετικής χημικής σύστασης από τα τεμάχια).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Δώστε τον ορισμό της ΖΕΘ (ή ζώνης συγκόλλησης).
Απάντηση:
Σύνοψη: Ζώνη συγκόλλησης ή ΖΕΘ (ζώνη επηρεαζόμενη θερμικά) ονομάζεται το τμήμα που περιλαμβάνει τη συγκόλληση (ραφή) μαζί με τις γειτονικές περιοχές των συνδεόμενων κομματιών, οι οποίες δέχονται την επίδραση της θερμοκρασίας που αναπτύσσεται κατά τη συγκόλληση.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Τι είναι οι αυτογενείς κολλήσεις;
Απάντηση:
Σύνοψη: Αυτογενείς ονομάζονται οι συγκολλήσεις τήξης στις οποίες τα προς συγκόλληση μεταλλικά τεμάχια είναι από το ίδιο ή από παρόμοιο υλικό· περιλαμβάνουν και τις συγκολλήσεις τήξης χωρίς χρήση κόλλησης, εφόσον τα συγκολλούμενα τεμάχια είναι από το ίδιο υλικό ή από κράμα ίδιας χημικής σύστασης. Όταν στερεοποιηθούν τα τηχθέντα σημεία, πραγματοποιείται η εσωτερική κρυσταλλική σύνδεσή τους και η κόλληση με τα τεμάχια γίνονται «ένα σώμα». Η συνηθέστερη πηγή θερμότητας είναι η καύση ασετιλίνης με καθαρό οξυγόνο (οξυγονοσυγκόλληση), αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ηλεκτρική ενέργεια (ηλεκτροσυγκόλληση).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Τι είναι οι ετερογενείς συγκολλήσεις;
Απάντηση:
Σύνοψη: Ετερογενείς ονομάζονται οι συγκολλήσεις στις οποίες τα προς συγκόλληση μεταλλικά κομμάτια είναι διαφορετικής χημικής σύστασης από τη χημική σύσταση της κόλλησης, η οποία έχει πάντα θερμοκρασία τήξης μικρότερη από εκείνη των κομματιών. Όταν η θερμοκρασία φθάσει στο σημείο τήξης της κόλλησης, αυτή λειώνει, απλώνεται στις επιφάνειες συγκόλλησης και, όταν στερεοποιηθεί το προκύπτον κράμα, πραγματοποιείται η κρυσταλλική σύνδεση των κομματιών. Οι επιφάνειες πρέπει να καθαρίζονται σχολαστικά. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι ασημοκολλήσεις, οι μπρουντζοκολλήσεις και οι κασσιτεροκολλήσεις.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιο είδος συγκόλλησης ονομάζεται οξυγονοκόλληση; Ποια αέρια χρησιμοποιούνται στην οξυγονοκόλληση;
Απάντηση:
Σύνοψη: Οξυγονοκόλληση (ή οξυγονοσυγκόλληση) ονομάζεται η αυτογενής συγκόλληση στην οποία η απαιτούμενη θερμότητα εξασφαλίζεται από την καύση ασετιλίνης με τη βοήθεια καθαρού οξυγόνου· η συσκευή που τη χρησιμοποιεί ονομάζεται συσκευή οξυγονοασετιλίνης. Τα αέρια που χρησιμοποιούνται είναι η ασετιλίνη (καύσιμο αέριο) και το οξυγόνο (καθαρό οξυγόνο, απαραίτητο για την καύση).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Τι είναι μαλακές και τι σκληρές συγκολλήσεις;
Απάντηση:
Σύνοψη: Οι μαλακές συγκολλήσεις είναι ετερογενείς συγκολλήσεις στις οποίες η χρησιμοποιούμενη κόλληση έχει θερμοκρασία τήξης μικρότερη των 500 °C (π.χ. κασσιτεροκόλληση, με θερμοκρασία τήξης κασσιτέρου περίπου 230 °C), ενώ οι σκληρές συγκολλήσεις χρησιμοποιούν κόλληση με θερμοκρασία τήξης άνω των 500 °C (π.χ. ασημοκόλληση, μπρουντζοκόλληση).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιες συγκολλήσεις ονομάζουμε συγκολλήσεις πίεσης και ποια είδη συγκολλήσεων πίεσης γνωρίζετε;
Απάντηση:
Σύνοψη: Συγκολλήσεις πίεσης ονομάζονται εκείνες στις οποίες τα μεταλλικά κομμάτια θερμαίνονται στη θέση της συγκόλλησης σε θερμοκρασία μικρότερη από τη θερμοκρασία τήξης τους και, ταυτόχρονα, τους ασκείται μεγάλη πίεση, χωρίς χρήση συγκολλητικού υλικού. Διακρίνονται σε: ηλεκτροσυγκολλήσεις αντίστασης (κατά σημεία — με ηλεκτροπόντες, ραφής, κατά άκρα, με προεκβολές), καμινοσυγκολλήσεις, συγκολλήσεις τριβής και ψυχρές συγκολλήσεις.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιο είδος σύνδεσης θα διαλέγατε για τη σύνδεση ενός κομματιού χυτοσιδήρου με ένα κομμάτι χάλυβα;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο χυτοσίδηρος και ο χάλυβας, αν και είναι και οι δύο σιδηρούχα μέταλλα, έχουν διαφορετική χημική σύσταση (διαφορετική περιεκτικότητα σε άνθρακα) και διαφορετική θερμοκρασία τήξης (χυτοσίδηρος 1150–1250°C, χάλυβας 1450–1530°C), οπότε δεν πληρούν την προϋπόθεση του «ίδιου ή παρεμφερούς υλικού» που απαιτεί η αυτογενής συγκόλληση· μια αυτογενής (π.χ. οξυγονοκόλληση ή ηλεκτροσυγκόλληση χωρίς κατάλληλη κόλληση) θα κινδύνευε να μη δώσει ασφαλή, αξιόπιστη σύνδεση. Θα επιλέγαμε επομένως μια ετερογενή (σκληρή) συγκόλληση, με κατάλληλη κόλληση χαμηλότερης θερμοκρασίας τήξης από αυτή και των δύο μετάλλων, η οποία γεμίζει το διάκενο και δημιουργεί κρυσταλλική σύνδεση χωρίς να απαιτείται τήξη των ίδιων των βασικών μετάλλων· εναλλακτικά, αν η ετερογενής συγκόλληση δεν κρίνεται τεχνικά ασφαλής για τη συγκεκριμένη εφαρμογή, προτιμότερη είναι μια μηχανική σύνδεση (κοχλιωτή ή ήλωση).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιο είδος συγκόλλησης θα διαλέγατε για τη σύνδεση δύο κομματιών χάλυβα;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Δύο κομμάτια χάλυβα είναι από το ίδιο υλικό, οπότε ενδείκνυται μια αυτογενής συγκόλληση (ίδια όπως το ρητό παράδειγμα του βιβλίου με δύο τεμάχια μαλακού χάλυβα), χωρίς να χρειάζεται κόλληση διαφορετικής σύστασης. Στην πράξη επιλέγεται συνήθως η ηλεκτροσυγκόλληση (με ηλεκτρική πηγή θερμότητας), λόγω απλότητας και χαμηλού κόστους εξοπλισμού, αν και εναλλακτικά θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί οξυγονοσυγκόλληση (συσκευή οξυγονοασετιλίνης) αν αυτή είναι διαθέσιμη.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποια συσκευή θέρμανσης θα επιλέγατε για τη συγκόλληση δύο μεταλλικών κομματιών με μαλακή κόλληση;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Αφού η μαλακή κόλληση έχει θερμοκρασία τήξης μικρότερη των 500°C (π.χ. κασσιτεροκόλληση με θερμοκρασία τήξης περίπου 230°C), δεν χρειάζεται η ισχυρή θερμότητα μιας συσκευής οξυγονοασετιλίνης, που προορίζεται για τις πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες τήξης μετάλλων στις αυτογενείς συγκολλήσεις (π.χ. χάλυβας στους 1450-1530°C). Θα επιλέγαμε επομένως μια συσκευή χαμηλής, ελεγχόμενης θερμότητας, όπως κολλητήρι (ηλεκτρικό κολλητήρι) ή, για μεγαλύτερα κομμάτια, έναν μικρό καυστήρα υγραερίου/προπανίου, αρκετή για να τήξει την κόλληση χωρίς να επηρεάσει τα ίδια τα μεταλλικά κομμάτια.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Τι θα συμβεί, αν δεν καθαριστούν οι προς συγκόλληση επιφάνειες, όταν αυτό απαιτείται από το είδος της συγκόλλησης;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Αν δεν καθαριστούν σχολαστικά οι προς συγκόλληση επιφάνειες όπου αυτό απαιτείται (κυρίως στις ετερογενείς συγκολλήσεις), ακαθαρσίες, οξείδια ή λίπη θα εμποδίσουν τη ρευστή κόλληση να απλωθεί σωστά και να διεισδύσει στους πόρους των επιφανειών, δηλαδή δεν θα δημιουργηθεί η απαραίτητη «αγκίστρωση». Αποτέλεσμα θα είναι ελλιπής ή ασθενής κρυσταλλική σύνδεση, δηλαδή μια αδύναμη, αναξιόπιστη συγκόλληση με κίνδυνο αστοχίας ή αποκόλλησης στη λειτουργία, παρότι εξωτερικά η ραφή μπορεί να φαίνεται ολοκληρωμένη.
Κριτήρια αξιολόγησης: