KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  1

STALE WĘGLOWE 

I WĘGLOWO-MANGANOWE

EWE III

2 godz.

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  2

Układ równowagi fazowej 
żelazo-węgiel

Najczęściej stosowane stale na 
konstrukcje spawane: 

-stale niskowęglowe o zawartości do 
0,20%C,

-stale węglowe, o zawartości 

0,2-06%C,

-stale C-Mn

Stal o zawartości C<0,25%-
dobrze spawalna

Stal niestopowa:

<1,65%Mn, 0,5%Si, 0,4%Cu,  
0,3%Cr, Ni, 0,1%Al, Bi, Co, Se,  
V, W,  0,05%La, Ti, Zr,  
0,0008%B

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  3

X –stal nieuspokojona, Y – półuspokojona , S – uspokojona, Spawalna 

W- nie starzejąca się uspokojna dodatkowo Al

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  4

Nb, V – mikrododatki w 
stalach mikrospopowych

Stale o podwyższonej 
wytrzymałości i odpowiedniej 
odmiany plastyczności, np.:

15G2ANb/E355C

C – odmiana plastyczności

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  5

Stale drobnoziarniste na różne konstrukcje 
wg norm EN 10028, 10013, 10137, 
10149:

Oznaczenie jak w EN10025, np. P460NL

P- stal pracująca pod ciśnieniem, (EN10028)

L-stal na rury przewodowe,(EN10013)

E-stal maszynowa,(EN10137)

B-stal na zbrojenia betonu(EN10149)

460 – Re w MPa

N–normalizowana lub walcowana normalizująco,

M-stal walcowana termomechanicznie,

Q-stal ulepszona cieplnie,

L-stal do stosowania w niskich temperaturach,

H- stal do stosowania w podwyższonych temperaturach,

C-stal do formowania na zimno.

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  6

ZJAWISKA WYSTĘPUJĄCE W SWC  to:
- krótki czas przebywania metalu w podwyższonych temperaturach,
- duża szybkość nagrzewania,
- duża szybkość chłodzenia,
- wysokie i zróżnicowane temperatury maksymalne nagrzewania,
- nakładanie się dwóch lub więcej cykli na siebie przy spawaniu wielościegowym.

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  7

Jak wynikało z poprzednich wywodów w złączu 
spawanym następuje chłodzenie z dużą
szybkością. Przy odpowiedniej zawartości węgla 
w stali może dojść do zahartowania. Zdolność
stali do zahartowania nazywa się hartownością. 
Na wzrost hartowności wpływają w różnym 
stopniu również inne pierwiastki znajdujące się
w stali. Wpływ pierwiastków stopowych na 
hartowność wyraża równoważnik węgla C

e

.

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  8

Najczęściej używane 
wyrażenia określające 
równoważniki węgla

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  9

Wpływ składników stopowych na twardość i udarność metalu spoiny (temperatura przejściowa dla energii 20J)

A – Spawanie automatyczne łukiem krytym,

B - MAG

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  10

Wpływ różnych warunków technologicznych spawania na zjawiska cieplne

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  11

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  12

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  13

Koncepcja czasu chłodzenia pomiędzy temperaturą 800 i 500

o

C – uogólnienie 

zjawisk cieplnych w SWC

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  14

Wykres CTP

cs

Nagrzewanie i chłodzenie 
spawalniczym cyklem cieplnym z 
austenityzacją o temp. ok. 1200

o

C.

Metody wyznaczania  wykres CTPcs:

-bezpośrenia (w czasie spawania),

-Symulacyjna.

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  15

 

Zawartość pierwiastków, % 

stal St3S

 

C 

Mn Si  P 

S  Al

met

 

Cr Ni Mo V Nb 

0,23 

0,44 

0,10 

0,034 

0,051 — — — — — — 

 

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  16

Przykład wykresu 
CTPcs stal 18G2A

Sterowanie 
ciągliwością:

dokonywane jest 
poprzez regulację
parametrów 
spawania 
zmieniających t

8/5

.

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  17

Określanie czasu t 

8/5

dla złącza spawanego- metoda 1 (wg EN1011-2)

Zależności Uwera i Dentendolbe:

V – prędkość spawania,

K

2

–wsp. uwzględnienia sprawności nagrzewania dla 

procesu spawania

F –wsp. kształtu złącza

t –grubość materiału

Wartości wsp. K

2

dla różnych metod spawania:

Metoda:

K2

SAW

1,0

MMA

0,85

MIG/MAG

0,85

TIG

0,6

PAW

0,6

E=1000*U*I*K

2

/v   kJ/mm

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  18

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛ −

⋅

+

⋅

−

⋅

=

−

α

π

β

0

500

800

2

1

)

(

g

g

arctg

T

T

E

K

t

o

n

Określanie czasu T

800-500

⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡

⋅

=

cm

J

v

U

I

E

  

T

o

- temperatura początkowa [°C]

g – grubość [mm]

C

600

 

T

O

=

β 

M etoda 

spaw ania 

K   n g

0

 

α 

czołow a pachw inow a

M M A  

1,35 1,5 14,6  6 

1 

2 

M A G  

1/2,9 1,7  13  3,5  1 

1,7 

g<32 

g

22

,

0

5

10

5

,

9

−

 

2,5-0,059 12 

3 

1 

- 

SA W  

g

≥32 

950 0,95  12  3 

1 

- 

 

Metoda 2 (Inagaki)

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  19

Metoda 3 - Nomogramy do określania czasu t

8/5

(z metody 2)

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  20

Inne  metody:

-Rikalina,

-Metoda Elementów Skończonych,

-Metoda Różnic Skończonych,

-Eksperyment.

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  21

Określenie temperatury podgrzewania

z użyciem wymagań normowych – EN 1011

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  22

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  23

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  24

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  25

Metoda B

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  26

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  27

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  28

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  29

Symulacja cykli cieplnych spawania

Symulacja polega na podgrzewaniu i chłodzeniu metalu zgodnie z cyklem 
spawalniczym odpowiadającym danemu obszarowi SWC.

Cel symulacji -pełne odwzorowanie metalu określonego obszaru SWC w 
większej niż to występuje w rzeczywistym złączu objętości.
Większa objętość metalu niezbędna jest do:
-określenia dokładnych skutków metalurgicznych w materiale po działaniu na 
metal określonego cyklu cieplnego– na zgładach określa się:

- składniki strukturalne, 
- wielkość ziarna, 
- morfologię wydzieleń,
- morfologię zanieczyszczeń.

- określenia własności mechaniczne metalu na większych próbkach (Re, Rm, A5, 
KV i in.) bez wpływu sąsiednich obszarów SWC.

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  30

Zasada symulacji

Wymiary próbek: najczęściej o przekroju 10x10mm i długości rzędu 150mm.

W bardziej skomplikowanych urządzeniach istnieje możliwość symulowania również cyklu 
odkształceniowego

KTMM i Spawalnictwa P.G

Materiały i ich zastosowanie przy spawaniu  dr inż. Tomasz Kozak

EWE III   2_8  31

Wpływ utwierdzenia na możliwość pękania

W wyniku oddziaływania pola cieplnego na 
złącze spawane 
Będzie ono obiektem generowania w nim 
odkształceń i naprężeń wewnętrznych 
(spawalniczych). Poziom naprężeń
wewnętrznych w złączy zależny będzie 
między innymi od stopnia jego utwierdzenia 
(zdolności do swobodnego odkształcania się
(sztywności).
Dla przykładu:
Złącze doczołowe spawane z płaskich płyt w 
pozycji A1 (podolnej) w przypadku:
- zapewnienia swobodnego ruchu elementów 
i całego złącza w trakcie spawania,
- ograniczenia ruchu elementów i całego 
złącza w czasie spawania – np. Dla złącza, 
którego krawędzie płyt wcześniej zostały 
przyspawane do innych elementów.
W tym drugim przypadku wartości naprężeń
wewnętrznych będą większe, gdyż
otaczający złącze materiał będzie 
przeciwstawiał się skurczom.