201401_PSpaw_1489.pdf 51Przegląd sPawalnictwa 1/2014 Spawanie w budowie pojazdów do 1939 r. (z teki Jacka Lassocińskiego) Vehicle welding before 1939 (from Jacek lassociński’s portfolio) Stre zczenie W artykule przedstawiono krótką historię roweru; od konstrukcji drewnianej do bliskiej rowerom współczesnym. Opisano również polskie spawane konstrukcje samocho- dowe i zastosowanie spawania w budowie rowerów. Słowa kl czowe spawanie, motoryzacja a tract The paper presents the short story of bicycle: from wood structure to such as current used. Some of polish car body welded structures and the use of this techniques for bicycle welding are also presented. ey word : welding, automotive industry t p Spawanie w produkcji samochodów rozwinęło się w latach trzydziestych XX wieku, jednak już wcześniej czyniono próby wykonywania karoserii tą metodą. Wyeliminowanie połączeń nitowanych zwiększało trwałość konstrukcji, ponieważ zapewniało uniknięcie pęknięć, które przy normalnym użytkowaniu rozpoczy- nały się w miejscu nitowania. Ponadto wykonanie ramy i szkieletu samochodu jako jednej całości pozwalało uzyskać konstrukcję nadzwyczaj sztywną i wytrzyma- łą. Szkielet karoserii stanowił wówczas element nośny, współpracujący z ramą [1]. Był on wykonywany z ką- towników i płaskowników (rys. 1a), które cięto palnikiem gazowym na odpowiedniej długości elementy, a następ- nie spawano je płomieniem acetylenowo-tlenowym. Tak przygotowany szkielet pokrywano blachą aluminiową (rys. 1b) [2]. Spawanie umożliwiło znaczne zmniejszenie ciężaru samochodu. Samochód ze szkieletem spawanym wy- konanym z elementów o przekroju kwadratowym wa- żył o 300 kg mniej niż podobne konstrukcje nitowane i skręcane [3]. Spawane konstrukcje rurowe miały też tę zaletę, że mogły być produkowane w małych zakła- dach, bez konieczności zakładania wielkich wytwórni wyposażonych w kosztowne oprzyrządowanie [1]. Pierwsze próby budowy w Polsce samochodu o konstrukcji szkieletowej spawanej z rur zostały podjęte w 1927 r. w zakładach samochodowych Gustaw Spöt- tle w Bydgoszczy. Samochód ten był wyposażony w używany silnik i części mechaniczne pochodzące z samochodu Essex. W kolejnej konstrukcji firmy Spöttle karoseria pełniła funkcję ramy, współpracu- jąc w przenoszeniu obciążeń z podłużnicami krato- wymi, z którymi stanowiła całość (rys. 2) [1]. Oprócz Anna Pocica r inż anna Pocica – Politechnika Opolska. Autor korespondencyjny/Corresponding author: apocica@po.edu.pl a) b) Ry 1 Szkielet karoserii: a) widok z przodu, b) szkielet pokryty bla- chą aluminiową [2] ig 1 Car body structure: a) front view, b) aluminium plates struc- ture [2] Ry 2 Szkielet samochodu osobowego z rur spawanych (a) i gotowy samochód (b) [1] ig 2 Pipes welded structure of car body (a) and a car (b) a) b) 52 Przegląd sPawalnictwa 1/2014 ciekawej konstrukcji szkieletu w samochodach tych zastosowano niezależne zawieszenie przednich kół (rys. 3) i zawieszenie tylne na wahaczu, którego ramio- na opierały się na resorach za pośrednictwem podu- szek gumowych (rys. 4) [1]. Oba nowatorskie rozwią- zania zostały opracowane i opatentowane w Polsce. Konstrukcje szkieletowe stosowano również w bu- dowie krajowych samochodów ciężarowych (rys. 5) [4]. Wprowadzenie sztywnych podwozi spowodowało, że konstruktorzy wzmocnili klasyczną ramę samocho- du przyspawanymi łukowo blachami bądź też wstawiali poprzeczno-środkowe wiązania. Zaczęto również bu- dować podwozia z blach całkowicie spawanych. Rama taka była o 60 kg lżejsza od klasycznej ramy z belek korytkowych [5]. Wybór metody spawania zależał od wielkości pro- dukcji, konstrukcji samochodów, a także umiejętności robotników wykonujących prace spawalnicze. Ry 4 Oparcie podwozia na tylnych resorach za pomocą wahacza (patent polski) [1] ig 4 The back of the chassis to the rear suspension using the rocker (Polish patent) [1] Ry 3 niezależne zawieszenie przednich kół (patent polski) [1] ig 3 Independent suspension front wheels (Polish patent) [1] Podwozie samochodu Austro-Daimler, wykonane jako konstrukcja kratowa z kształtowników i blach spa- wanych na styk (doczołowo), zespawano palnikiem acetylenowo-tlenowym. Ramy firmy Delage spawano łukiem elektrycznym, wykonując spoiny krawędziowe. Z kolei Peugot stosował ceowniki z wywiniętymi krawę- dziami zgrzewane punktowo, a krajowe podwozia z rur spawano gazowo [6]. Karoserie samochodów spawano wszystkimi wy- mienionymi metodami, a także zgrzewano je iskrowo, szczególnie w przemyśle amerykańskim i francuskim [6]. Oprócz podwozi i karoserii spawano także waha- cze samochodowe, wykonywane z blach prasowanych i spawane z ich połówek lub z rur [7]. Do utwardzania części pojazdów samochodowych stosowano napawanie powierzchni roboczych (rys. 6 i 7), co zdecydowanie wydłużało ich żywotność [8]. Ry 5 Szkielet samochodu ciężarowego wykonany z rur spawa- nych [4] ig 5 The frame of truck made by welded pipes [4] Ry 6 Części samochodowe utwardzone przez napawanie [8] ig 6 Car parts hardened by pad welding [8] Ry 7 Przyrząd do napawania gniazd zaworowych [8] ig 7 Apparatus for welding valve seats [8] Opisując historię wytwarzania pojazdów drogowych, nie można zapomnieć o historii roweru. Pierwowzorem dzisiejszego roweru był pojazd zbu- dowany we Francji w 1790 r. pod nazwą celerifére, co można przetłumaczyć jako przyspieszacz (rys. 8) [9]. Był to drewniany koń ustawiony na 2 kołach, a zmianę kierunku ruchu pojazdu uzyskiwano przez uderzenia w jego głowę. Ry 8 Przyspieszacz w kształ- cie konia [9] ig 8 Accelerant in the horse shape [9] 53Przegląd sPawalnictwa 1/2014 W Polsce rowery zaczęto produkować na początku XX w. [10]. Do września 1939 r. przemysł rowerowy obejmował 79 zakładów różnej wielkości i zatrudniał ok. 3000 robotników. Produkowano rowery męskie, dam- skie, dziecięce, turystyczne, wyścigowe, półwyścigowe, a także wózki rowerowe i części do rowerów [12, 13]. Znaczny wpływ na rozwój przemysłu rowerowego miała wojna celna z niemcami, która rozpoczęła się w 1925 r. po wygaśnięciu konwencji górnośląskiej przy- znającej Polsce prawo do bezcłowego wywozu okre- ślonych towarów z Górnego Śląska do niemiec [14]. W wyniku tej wojny rozpoczęto w Polsce wytwarza- nie łączników kształtowych, co pozwoliło na całkowite uniezależnienie się od importu przy produkcji lutowa- nych ram rowerowych. Łączniki, ramy, a także widełki wytwarzano z polskich materiałów, a ich jakość do- równywała najlepszym częściom zagranicznym [15]. Dzięki radykalnemu podwyższeniu cła na sprowadza- ne rowery ich produkcja w kraju stała się opłacalna i znacząco wzrosła. Duży popyt na rowery, wynoszący rocznie ok. 125 tys. szt., był zaspokajany przez 4 głównych krajowych pro- ducentów jedynie w połowie, 40 tys. rowerów sprowa- dzano z zagranicy, a brakujące 25 tys. szt. wytwarzały nowo powstałe warsztaty [15]. Spajanie w produkcji rowerów zastosowano dużo wcze- śniej niż w przemyśle motoryzacyjnym. Już w 1899 r. ramy rowerowe były łączone za pomocą lutowania, a 6 lat póź- niej zaczęto stosować spawanie [9]. Lutowanie, ze względu na obniżenie plastyczności i niejednorodność, a także małą wytrzymałość ram na zginanie zaczęto ograniczać, zastępując je całkowicie spawaniem [16]. Zastosowanie spawania zamiast lutowania rowerów pozwalało zmniejszyć ciężar konstrukcji, a także uła- twiało dostosowanie produkcji do zmian konstrukcyj- nych lub wymiarowych. Proces spawania, chociaż mniej wydajny, był tańszy, gdyż nie wymagał tylu zabiegów przygotowawczych i wykańczających (tabl. I) oraz do- datkowych łączników i skomplikowanej kształtki pedało- wej, której obróbka była kłopotliwa i kosztowna [9]. Początkowo spawanie stosowano w dużych fabry- kach, doskonale technicznie przygotowanych, lecz czasem zaczęto je również wprowadzać w mniejszych zakładach, nie zawsze uzyskując pożądany efekt, gdyż ramy często pękały w miejscu spawania, co podważyło zaufanie odbiorców do rowerów spawanych. Pęknięcia nie były jednak efektem przyjęcia złej metody łączenia, lecz wynikały z nieznajomości prawidłowej technologii spawania, braku odpowiednich urządzeń, a także wy- soko wykwalifikowanych spawaczy [17]. Pękaniu ram miał zapobiec wynalazek inż. E. Milewicza, który za- proponował, by elementy rur i widełek w miejscu łącze- nia gwintować przed spawaniem lub też wykonywać na powierzchniach drobne i płytkie nacięcia w różnych kierunkach. Równocześnie rozmiary części składo- wych ram i widełek powinny być tak dobrane by śred- nice elementów wewnętrznych były nieco mniejsze niż średnice odpowiednich części zewnętrznych [18]. Ry 9 Drezyna [9] ig 9 Motor car [9] Ry 10 Bicykl [9] ig 10 Bicycle [9] Ry 11 Rower z 1886 r. [9] ig 11 Bicycle from 1996 [9] Kolejna konstrukcja, drezyna, była już wyposażona w specjalne urządzenie kierownicze i miała napęd na przednie koło (rys. 9). Rower ten był całkowicie wy- konany z drewna, tylko koła miały stalowe obręcze. Potem drewno zostało zastąpione przez rury stalowe, wprowadzono przednie widełki, a w 1869 r. zwiększono średnicę przedniego koła (rys. 10). W 1885 r. wprowadzono rowery z tylnym kołem napędowym, dzięki zastosowaniu przekładni łańcu- chowej i „korby pedałowej” (rys. 11). Rower ten miał konstrukcję praktycznie niezmienianą przez lata; na sztywnej stalowej ramie umieszczone było siodełko, w dolnej części znajdowały się pedały, koło przednie było prowadzące, a tylne napędowe [9]. 54 Przegląd sPawalnictwa 1/2014 Rama lutowana (rys. 12) Rama spawana (rys. 13) – dwa łączniki przy kierownicy i jeden łącznik przy siodle – kształtka pedałowa z dwoma odgałęzieniami na mocowa- nie rurek ramy; całość dokładnie obrobiona – oczyszczanie końcówek rurek przed lutowaniem – obróbka końcowa rurek – założenie łączników, wiercenie i przewlekanie zawleczek – lutowanie z szybkością 5-6 ram na godz.; zużycie na 1 ramę 2-3 m3 gazu świetlnego, odpowiednia ilość lutu mosiężnego oraz topnika – oczyszczanie szczotkami stalowymi, piaskowanie, szlifo- wanie ręczne i prostowanie na płycie – nie ma łączników – zwykła rurka stalowa – bez oczyszczania – ta sama czynność – sczepianie palnikiem – spawanie gazowe z szybkością 2 ramy na godz.; zużycie na 1 ramę: 150-200 l tlenu i acetylenu oraz odpowiedniej ilości spoiwa (drut ze stali niskowęglowej) – szlifowanie ręczne i prostowanie na płycie ta lica I Porównanie procesów lutowania i spawania ram rowerowych [9] ta le I Assessment of bonding and welding processes of bicycle frames [9] Ry 13 Rama spawana [9] ig 13 Welded frame [9] Ry 12 Rama lutowana [9] ig 12 Soldered frame [9] Uzyskanie prawidłowego i wytrzymałego połącze- nia wymagało również doboru odpowiedniego gatunku rur, materiału dodatkowego, palnika i wreszcie perso- nelu [19]. Do wytwarzania ram zalecano stosowanie rur ze stali o wyższej jakości, bez zanieczyszczeń, przechodzących w czasie topienia materiału do spo- iny, co mogło spowodować spadek jej wytrzymałości [11]. Skład chemiczny materiału rur, stosowanych we Francji, podano w tablicy II [9]. Ponadto, nie można było spawać rur uprzednio lutowanych, gdyż wprowa- dzenie miedzi z lutu do złącza powodowało powstanie twardych i kruchych faz [20]. Rury specjalne, przezna- czone do produkcji ram rowerowych, miały na końcach zgrubienie, które eliminowało niebezpieczeństwo wy- topienia materiału, co się często zdarzało przy rurach cienkościennych [19]. Za najlepszy materiał dodatkowy do spawania uzna- no „żelazo szwedzkie”, czyli stal niskowęglową, a także stal zawierającą pewną ilość niklu. Średnica drutu zale- żała od grubości spawanych rur [16]. niezwykle istotny był dobór palnika i technologii wykonania złącza. najlepszy był palnik o wydajno- ści 150÷200 l acetylenu na godzinę. Większe palniki umożliwiłyby przyspieszenie spawania, jednak wyma- gałoby to zastosowania drutu o większej średnicy, co utrudnia jego prowadzenie, a także może powodować przegrzanie lub wytopienie materiałów łączonych [20]. Po spawaniu części łączone pokrywano matą azbesto- wą, zapewniającą wolne chłodzenie złącza [16]. Rower wytwarzany w latach trzydziestych XX w. miał dużo części składowych wykonywanych metodą spa- wania. Były to ramy – spawane z rur okrągłych, widełki przednie i tylne wykonywane z rur stożkowych, łączniki wykonane ze spawanych odlewów. Również przy łą- czeniu poszczególnych elementów roweru, takich jak: bagażnik, skrzynka pedałowa, uchwyty do pompki czy błotniki stosowano spawanie palnikiem acetylenowo- tlenowym. Rury okrągłe, które były spawane ze zwijanych blach stalowych, wytwarzano na automatycznych urzą- dzeniach do spawania (rys. 14). Zwinięta i dokładnie skalibrowana rura przesuwała się ze stałą szybkością pod „wielopłomiennym” palnikiem. Po spawaniu złącze szlifowano. Wydajność maszyny wynosiła 310 m spo- iny na godzinę, przy spawaniu rur o średnicy 30 mm i grubości ścianki 1,5 mm. Zużycie gazów wynosiło 11,5 l tlenu i 9,9 l acetylenu na metr bieżący spoiny [9]. Rury stożkowe stosowane na widełki były spawane ręcznie z odpowiednio wygiętej i wytłoczonej blachy. Przy grubości ścianki 1 mm prędkość spawania wyno- siła 30÷40 m/h. Podczas spawania jednej rury kolejna znajdowała się obok, przez co uzyskiwano nagrzewa- nie materiału przed spawaniem [9]. Po spawaniu rury wyginano, nadając im odpowiedni kształt (rys. 15), co jednocześnie pozwalało sprawdzić wydłużenie zarów- no rury, jak i spoiny [9]. Łączniki były spawane w specjalnym uchwycie sprężynowym obracającym się wokół osi poziomej. Po wykonaniu jednej spoiny urządzenie obracano o 1800 i wykonywano drugą spoinę. W ciągu godziny 55Przegląd sPawalnictwa 1/2014 ta lica II Skład chemiczny materiału rur ram rowerowych [9] ta le II Chemical composition of materials for bicycle frames [9] Materiał Skład chemiczny, % wag. Wytrzymałość Rm, MPaC Si Mn S i P I 0,08÷0,10 0,06÷0,08 0,015÷0,20 < 0,04 400÷500 II 0,20÷0,25 0,22÷0,25 0,70÷0,80 0,04 500÷600 III 0,25÷0,30 0,35 0,90÷1,20 0,04 650÷750 wytwarzano 100÷125 szt. łączników. Były one stoso- wane w przypadku ram lutowanych i przez ich odpo- wiednie ukształtowanie oraz lakierowanie pozwalały na indywidualizację i nadanie rowerowi wyróżniających cech [9]. Tylne części błotników spawano, stosując aparat ob- rotowy, który pozwalał obracać błotnik w miarę układa- nia spoiny (rys. 16). Spawanie wykonywano palnikiem o wydajności 75 l z prędkością 50÷75 szt./h. Bagażniki, a także ich mocowanie do ramy wykony- wano metodą spawania lub lutospawania, palnikiem o wydajności 150 l. Ry 14 Urządzenie do wytwarza- nia rur spawanych [9] ig 14 Station for welded pipes manufacturing [9] Całkowity czas spawania ramy jednego roweru, wykonanej z rur o średnicy 28 mm i grubości ścianki 1,2 mm, przy stosowaniu palnika o wydajności 225 l acetylenu na godzinę, wynosił 47 min. Czas ten ulegał pewnym zmianom, w zależności od grubości łączo- nych części i sprawności spawaczy [9]. Rozwój przemysłu motoryzacyjnego i rowerowego, związany m.in. z zastosowaniem technologii spawal- niczych w produkcji, umożliwił usprawnienie pojazdów i obniżenie ich ceny, a tym samym przyczynił się do wzrostu konkurencyjności polskiej gospodarki. Ry 15 Sposób wykonywania widełek [9] ig 15 The method of handle-bar manufacture [9] Ry 16 Spawanie części błotnika [9] ig 16 Welded parts of mudguard [9] Literat ra [1] Sznerr A., Dobrowolski Z.: Opis zbudowanych w kraju samo- chodów o konstrukcji rurowej spawanej. Spawanie i Cięcie Metali 1937, nr 4, s. 66÷70. [2] Karoseria zbudowana tanim kosztem. Spawanie i Cięcie Me- tali 1929, nr 9, s. 162. [3] Przegląd prasy zagranicznej. Spawanie i Cięcie Metali 1937, nr 8, s. 174. [4] Dobrowolski Z.: Znaczenie spawania w przygotowaniu obro- ny kraju i w czasie wojny. Spawanie i Cięcie Metali 1937, nr. Spec. IX, s.2÷4. [5] Czernielewski S.: Wrażenia z XXIX Salonu Samochodowego w Paryżu. Przegląd Techniczny 1935, nr 3, s. 481÷488. [6] Dobrowolski Z.: Postępy i kierunki rozwoju spawania i obrób- ki płomieniem. Przegląd Techniczny 1933, nr 10, s. 257÷264. [7] Werner J.: niemieckie samochody terenowe. Przegląd Tech- niczny 1938, nr 8-9, s. 270÷277. [8] Kalendarz spawalniczy 1936, nr 6, s. 282÷283. [9] Duver G.: Spawanie w przemyśle rowerowym. Spawanie i Cięcie Metali 1939, nr 1, s. 4÷11. [10] Ogłoszenie Fabryki Rowerów i Motocykli B. Wahren. Prze- gląd Techniczny 1905, nr 15, s. 249. [11] Informacja. Przegląd Techniczny 1939, nr 9. [12] Ogłoszenia fabryk rowerów Inventia, Tornedo, K.Lipiński, Fr. Zawadzki. Rynek Metalowy i Maszynowy 1929, nr 26, s. 988. [13] Rozszerzenie zakresu produkcji Fabryki Maszyn Precyzyj- nych Tow. Akc. Inventia w Poznaniu ul. Łazarska 6. Rynek Metalowy i Maszynowy 1926, nr 50, s. 1047. [14] Jezierski A., Leszczyńska C.: Historia gospodarcza Polski. Wyd. Key Text, Warszawa 2003, s. 320. [15] Przemysł rowerowy a wojna celna z niemcami. Rynek Meta- lowy i Maszynowy 1929, nr 10, s. 294. [16] Hendzl W.: Jeszcze o spawaniu w przemyśle rowerowym i motocyklowym. Rynek Metalowy i Maszynowy 1930, rok X, s. 1351. [17] Z.: Znaczenie spawania w fabrykacji rowerów i motocykli. Rynek Metalowy i Maszynowy 1930, nr 31, s. 1232. [18] nowa metoda łączenia poszczególnych członów ramy. Ry- nek Metalowy i Maszynowy 1930, nr 31, s. 1232. [19] Hendzl W.: Znaczenie spawania przy fabrykacji ram rowero- wych i motocyklowych. Rynek Metalowy i Maszynowy 1931 (40), s. 1129. [20] Hendzl W.: Znaczenie spawania przy fabrykacji ram rowero- wych i motocyklowych. Rynek Metalowy i Maszynowy 1931 (41), s. 1154.