POLITECHNIKA WARSZAWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI

ZAKŁAD INŻYNIERII SPAJANIA

Projektowanie procesów technologicznych spawalniczych

Wykonał:

Maciej Piątek
gr. M62

1. ANALIZA SPAWALNOŚCI STALI

Zadanym przedmiotem jest bęben spawany z czterech elementów wykonanych z trzech różnych gatunków stali: St3S, St4S oraz 20HM.

Dwie pierwsze stale są to stale niestopowe, które charakteryzują się niezbyt dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi w porównaniu do niektórych stali stopowych, stosunkowo dobrą odpornością na obciążenia zmienne i są stosowane najczęściej na konstrukcje spawane ze względu na dobrą spawalność. Stale te są stalami uspokajanymi to znaczy w końcowym procesie wytopu odtlenia się je w celu zmniejszenia wydzielania gazów. W stali takiej podczas krzepnięcia wydzielanie gazów zostaje całkowicie wyeliminowane. Dzięki temu stale uspokojone mogą być stosowane na konstrukcje spawane w całym zakresie grubości.

Stal gatunku St3S ma skład chemiczny określony:

C=0,22 Mn=1,1 Si=0,1÷0,35 P=0,05 S=0,05

R_emin=225MPa R_m=360÷490MPa

Stal St4S różni się od powyższej jedynie zawartością węgla (C=0,24) a co za tym idzie właściwościami mechanicznymi (R_emin=265MPa R_m=420÷550MPa)

Równoważnik węgla dla tych stali obliczony ze wzoru:

co daje wartości:

dla St3S C_e=0,4%

dla St4S C_e=0,42%

Określam te stale jako dobrze spawalne.

Kolejna stal to gatunek 20HM. Jest to oznaczenie wg Polskiej Normy natomiast jego odpowiednik wg normy DIN ma oznaczenie 22CrMo44. Jest to stal konstrukcyjna do ulepszania cieplnego, odporna na wysokie temperatury(żarowytrzymała). Stale te w zasadzie nie podlegają spawaniu i charakteryzują się wysoką hartownością a co za tym idzie przy ewentualnym ich spawaniu należy podgrzewać materiał aby uniknąć pękania na zimno. Stale te w stanie wyżarzonym lub wysokoodpuszczonym spawa się z zastosowaniem zasadowych elektrod otulonych, metody TIG i MAG.

Skład chemiczny tej stali przedstawia się następująco:

C=0,2÷0,25 Si=0,15÷0,35 Mn=0,6÷0,8 P=0,03 S=0,03 Cr=0,9÷1,2

Mo=0,35÷0,45

i daje to wartość równoważnika węgla równą 0,55% (bardzo słaba spawalność i podatność na hartowanie)

2. ANALIZA TECHNOLOGICZNOŚCI WYROBU

Pozycje spawania ograniczą się tutaj do pozycji podolnej ponieważ element ten jest na tyle nieskomplikowany, że można umieścić go na obrotowym stole. Dodatkowo jego konstrukcja pozwala na dotarcie uchwytem spawalniczym do każdej spoiny bez możliwości kolizji uchwytu z fragmentem części.

Należy zwrócić uwagę na spoinę oznaczoną na rysunku jako spoina nr 4 znajdującej się na powierzchni bębna, na którą może być owinięta lina bądź pas gdyż lico tej spoiny może uszkodzić lub nawet zniszczyć linę. Lico tej spoiny należy usunąć mechanicznie i wyszlifować aby zapewnić pełną funkcjonalność bębna.

Materiał 20HM jest materiałem trudnospawalnym o podatności do hartowania dlatego podczas jego łączenia z innymi materiałami należy konstrukcję poddać podgrzewaniu do temperatury ok. 150 ºC w celu uniknięcia pęknięć zimnych. Następnie ze względu na powstawanie naprężeń spawalniczych całą konstrukcję należy bezpośrednio po spawaniu poddać wyżarzaniu odprężającemu z odpuszczaniem w temperaturze ok. 600ºC.

3. WYBÓR METODY SPAWANIA

Wybór metody spawania determinuje spoina łącząca materiał 20HM, który ogranicza dobór metody do spawania:

1. elektrodą otuloną

2. metodą TIG

3. Metodą MAG

Z metody a) rezygnujemy od razu, metoda b) jest zbyt kosztowna i nieekonomiczna w przypadku pojedynczego oraz mało odpowiedzialnego przedmiotu pozostaje więc wybór metody c) czyli metody Metal Active Gas. Pozostałe spoiny łączą elementy dobrze spawalne ale w przypadku zadanego elementu o niedużych wymiarach (największy wymiar średnicy na której będzie kładziona spoina jest równy
360mm) stosowanie metody łuku krytego znalazłoby sens ekonomiczny dopiero przy zwielokrotnionej produkcji. Z tego powodu dobieram metodę spawania MAG dla całego elementu. Dobór innych metod spawania wydaje się być nonsensowny biorąc pod uwagę iż jedynie metodą MAG opłaca się łączyć czop (20HM) wraz z tarczą i żebrami (St3S) a kładzenie pozostałych spoin przy wykorzystaniu innej metody wiązało by się ze zbędnymi przerwami czasowymi w pracy.

4. RYSUNEK TECHNICZNY WYROBU ZE SPOINAMI.

Rysunek techniczny wyrobu z zaznaczonymi spoinami znajduje się w załączniku I.

5. PROJEKT SPOINY - PRZYGOTOWANIE BRZEGÓW DO SPAWANIA

Rysunek ukosowania blach do spoin czołowych znajduje się w załączniku II.

6. DOBÓR PARAMETRÓW SPAWANIA.

Dobór parametrów spawania sprowadził się do obierania parametrów z normy natomiast dodatkowy materiał spawalniczy w postaci drutu został dobrany z katalogu firmy ESAB. Ze względu na wysoką jakość oraz parametry spawania dobrałem drut OK. Autrod 12.51. Jest to miedziowany lity drut elektrodowy z dodatkiem manganu i krzemu, przeznaczony do spawania metodą MIG/MAG stali niestopowych, takich jak ogólne stale konstrukcyjne, stale na zbiorniki ciśnieniowe i stale okrętowe, a także do spawania drobnoziarnistych stali węglowo-manganowych o tym samym przeznaczeniu, o minimalnej granicy plastyczności mniejszej niż 420 MPa. Podczas spawania drutem elektrodowym OK Autrod 12.51 jako gaz osłonowy może być stosowana mieszanka Ar/20%CO₂ lub czyste CO2.

Jako gazu osłonowego użyję mieszanki z grupy M21(wg PN-EN439. ) firmy Linde o oznaczeniu producenta Corgon 20 (Ar+20%CO₂). Jest to najbardziej uniwersalny gaz osłonowy do spawania metodą MAG stali węglowych i niskostopowych zarówno łukiem zwarciowym jak również natryskowym i pulsującym elementów o zróżnicowanych grubościach.

Wszystkie wartości parametrów jak również oznaczenia spoiwa oraz gazu osłonowego znajdują się w WPS

7. KOLEJNOŚĆ MONTAŻU ELEMENTÓW DO SPAWANIA.

Mamy do czynienia z bębnem który nie jest elementem technologicznie skomplikowanym to jest nie trzeba będzie korzystać ze specjalnego oprzyrządowania jednakże, z powodu słabej spawalności, kolejność spawania narzuca czop wykonany z materiału 20HM. Kolejność spawania kolejnych spoin określam w sekwencji: 4 → 2 → 3 → 1

Na wstępie wykonujemy spoinę nr (4) gdyż w ten sposób będziemy mieli bęben całkowicie przygotowany do umieszczenia na tarczy i ułatwi to późniejsze spawanie(końce blachy nie będą się przesuwać względem siebie). Następnie spajamy tarczę z czopem (2) (oraz dodatkowa spoina (5) nie zaznaczona na rysunku wstępnym) i bezpośrednio po tej operacji dodajemy żebra. Dzięki tej kolejności spawanie żeber będzie wygodne ponieważ żaden element nie będzie znajdował się w bezpośredniej bliskości z innymi elementami a dzięki temu będziemy mogli wszędzie dotrzeć uchwytem spawalniczym. Następne łączymy żebra z czopem oraz tarczą (3) (oraz nie zaznaczona na rysunku wstępnym spoina (6)) a na samym końcu bęben z tarczą (1) uzyskując gotowy element

Schemat blokowy montażu:

o

8. WYKONANIE INSTRUKCJI TECHNOLOGICZNEJ SPAWANIA

Instrukcja technologiczna spawania (WPS) znajduje się w załączniku III.

---