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.