Zestaw 17

Automatyzacja, robotyzacja i mechanizacja procesów spawalniczych

Mechanizacja- polega na zastępowaniu pracy fizycznej człowieka przez pracę maszyn. Sterowanie

procesem zmechanizowanym dokonywane jest bezpośrednio przez człowieka. W tym procesie

występuje sterowanie ręczne.

Automatyzacja- polega na zastępowaniu człowieka w sterowaniu ręcznym urządzeniami pracującymi

bez jego udziału. W procesie tym występuje automatyczne sterowanie.

Automatyzacja częściowa- obejmuje zastosowanie urządzeń automatyki które wyzwalają człowieka

tylko od prostych czynności związanych ze sterowaniem. Sterowaniem całym procesem zajmuje się

człowiek.

Automatyzacja kompleksowa- obejmuje nie tylko sterowanie prostymi czynnościami, które na

obecnym poziomie techniki mogą być automatyzowane i których automatyzacja jest ekonomicznie

uzasadniona.

Robotyka- dziedzina techniki zajmująca się konstruowaniem i wytwarzaniem robotów.

Robotyzacja- wprowadzenie robotów do wykonywania czynności uprzednio wykonywanych przez

człowieka.

Mechanizacja i automatyzacja procesów spawania daje:

• Wzrost wydajności na stanowiskach spawalniczych,
• Wyższy współczynnik wykorzystania urządzeń produkcyjnych,
• Wyższą jakość produkcji,
• Rytmiczność produkcji,
• Możliwość optymalizacji parametrów spawania,
• Możliwość zatrudnienia pracowników po krótkim kursie szkolenia zawodowego,
• Zmniejszenie liczby wybraków,
• Możliwość wyeliminowania kosztowych i czasochłonnych procesów kontroli jakości

wykonywanych połączeń spawanych.

Platerowanie

Platerowanie- jest to proces pokrycia metalu podłoża innym metalem lub stopem (platerem):

• W stanie stałym poprzez wytworzenie nacisku na metal podłoża
• Poprzez ułożenie warstwy ze stopionego plateru na nadtopiony metal podłoża.

Sposoby platerowania:

• Platerowanie cieplno-mechaniczne (np. przez walcowanie)
• Platerowanie wybuchowe
• Poprzez spawalnicze, wysokowydajne metody napawania:

Napawanie łukiem krytym (materiał dodatkowy w postaci taśmy, napawanie przy użyciu

kilku elektrod jednocześnie)

Napawanie elektrożużlowe

Platerowanie stosuje się do nanoszenia powłok na duże powierzchnie

Platerowanie przez napawanie łukiem krytym

Zadania topnika: ochrona łuku jeziorka spawalniczego, regulacja składu chemicznego napoiny,

formowanie lica napoiny

Materiał dodatkowy może być w postaci : drutu pełnego lub proszkowego (φ1,5-5mm), taśmy pełnej

lub proszkowej o grubości 0,2-2mm i szerokości 30-200mm.

Napawanie z materiałem dodatkowym w postaci taśmy

Zastosowanie procesu: do platerowania dużych powierzchni płaskich i obrotowych- zbiorniki

ciśnieniowe, dzwony zasypowe, walce hutnicze, czopy, rury grubościenne.

Platerowanie poprzez napawanie elektrożużlowe

Proces polega na stopieniu materiału dodatkowego i materiału podłoża ciepłem kąpieli żużlowej

nagrzanej oporowo.

Cechy charakterystyczne procesu napawania elektrożużlowego:

• Brak rozprysku
• Bardzo duża sprawność (prawie 100%)
• Duża wydajność
• Duża czystość metalurgiczna jeziorka spawalniczego
• Duży udział materiału rodzimego w napoinie- powyżej 20%
• Szeroka i gruboziarnista SWC
• Mała udarność w SWC

Zastosowanie:

• Do platerowania przedmiotów płaskich lub obrotowych o dużych powierzchniach i grubości

powyżej 50mm,

• Do nakładania warstw ze stali węglowych, stopowych, odpornych na korozję, lub z żeliwa

stopowego

• Do napawania produkcyjnego lub regeneracyjnego walców hutniczych, młotów kruszarek,

bijaków

Platerowanie cieplno- mechaniczne

Platerowanie przez walcowanie

Podłoże- stal niskowęglowa lub niskostopowa

Warstwa platerująca- stale odporne na korozję, miedź, i stopy (np. M90), nikiel

Cykl technologiczny: nagrzewanie pakietów walcowanie do grubości 2,5-3,5mm trawienie

Dzielenie i obcinanie brzegów walcowanie na zimno na grubość końcową wyżarzanie

rekrystalizujące trawienie dzielenie blachy na pasy

Platerowanie wybuchowe

Wykorzystanie energii eksplodującego materiału wybuchowego umieszczonego na warstwie

platerującej.

Wykorzystanie metody: do produkcji styczników, do produkcji szczęk stalowych platerowanych

stopem Hastelloy, do produkcji platerów tantal- stal.

Stopy aluminium

Najważniejsze właściwości fizyczne Al. i jego stopów mające wpływ na projektowany wyrób to: ciężar,

wytrzymałość, wydłużenie liniowe, przewodność cieplna i elektryczna, plastyczność, odblask,

paramagnetyczność, odporność na korozję oraz nietoksyczność

Gęstość stopów Al. jest około 3krotnie mniejsza w porównaniu do gęstości stali. Al. 2,7 g/cm

3

(około

34% ciężaru stali konstrukcyjnych), najlżejsze są stopy AlLi, najcięższe AlCuMg.

Wytrzymałość stopów Al. na rozciąganie mieści się w granicach 70-800 N/mm^2 (górne wartości tego

przedziału odpowiadają wytrzymałości stali węglowej)

W przeciwieństwie do większości gatunków stali wytrzymałość Al. na rozciąganie wzrasta w niskich

temp. Cecha szczególną jest że nie staje się ono wówczas kruche.

Współczynnik sprężystości podłużnej stopów Al. wynosi średnio E=0,7*10^5 MPa co stanowi 32%

wartości współczynnika sprężystości stali. Na skutek tego przy jednakowych kształtach i wymiarach

ugięcie konstrukcji aluminiowej jest większe. W zakresie do 100

0

C wartość współczynnika

sprężystości jest stała dla danego stopu. Ze wzrostem temp maleje, a rośnie ze spadkiem temp.

W temp wysokich wytrzymałość na rozciąganie obniża się. Za max zakres temp pracy ciągłej stopów

Al. należy przyjąć 100-150

0

C

Odporność na pełzanie jest niższa w porównaniu do stali.

Udarność w porównaniu do stali jest niższa. W obniżonej temp udarność stopów Al. wzrasta. Stopy

Al. są bardzo czule na działanie karbu.

Współczynnik rozszerzalności cieplnej w temp otoczenia jest 2 razy większy niż dla stali. Wymaga to

zastosowania w konstrukcjach z Al. odpowiednich dylatacji. Wysoki w porównaniu do innych metali

jest także skurcz objętościowy.

Temp topnienia w granicach 500-650

0

C

Wysoka efektywność przetwarzania. Wysoka plastyczność aluminium jest wykorzystywania przy

walcowaniu taśm i folii, wytłaczaniu profili, gięciu i innych metodach kształtowania.

Wysoka zdolność odbijania prom. Świetlnego. Al. dobrze odbija promieniowanie w zakresie

widzialnym jak również promieniowanie podczerwone. Dla gładkiej folii wynosi 95-97%.

Paramagnetyczność wykorzystywana jest m.in. w procesach odzysku i przeróbki wtórnej jak:

fragmentacja, separacja magnetyczna, flotacja.

Odporność korozyjna. Warstwa tlenków tworząca na pow al. ma grubość kilku setnych mm i stanowi

znakomite zabezpieczenie przed korozją. Odtwarza się samoistnie.

Wytrzymałość czystego Al. jest niska, dlatego jako materiał konstrukcyjny stosuje się najczęściej stopy

Al.

Wytrzymałość stopów Al. może być zwiększona w wyniku utwardzenia zgniotowego (obróbki na

zimno) lub w wyniku obróbki cieplnej.

W przypadku obróbki na zimno, podwyższenie wytrzymałości uzyskuje się przez wyciąganie

materiału, poza granicę plastyczności, czyli zgniot na zimno. Podwyższenie wytrzymałości wiąże się

przy tym ze zmniejszeniem wydłużenia i wzrostem twardości.

Podwyższenie wytrzymałości stopów Al. w wyniku obróbki cieplnej polega na utwardzeniu

dyspersyjnym czyli wydzieleniowym. Obróbka składa się z dwóch faz przesycania i starzeni.

Utwardzeniu dyspersyjnemu podlegają stopy, w których skład wchodzi składnik stopowy ulegający

przesyceniu.

Najwyższą wytrzymałością (300-800) charakteryzują się stopy utwardzane w procesie sztucznego

starzenia. Pierwiastki stopowe Cu, Si, Mg, Zn są dodawane w celu zwiększenia wytrzymałości przez

formowanie wydzieleń w procesie starzenia. Wydzielenia te blokując dyslokację powodują

zwiększenie wytrzymałości stopu na rozciąganie.

Charakterystyka ogólna poszczególnych gatunków stopów Al

Najczęściej stosowanymi składnikami stopowymi aluminium są Cu, Si, Mg, Mn, Zn, rzadziej Ni, Ti, Fe

lub inne metale w małych ilościach.

W zależności od przeznaczenia rozróżnia się stopy odlewnicze i stopy do przeróbki plastycznej.

Stopy odlewnicze

Stopy Al. z Cu- zawierają 4-14%Cu oprócz tego małe ilości Si, Mg, Fe. Wytrzymałość 110-220MPa, są

mało odporne na korozję, odznaczają się dobrą lejnością i skrawalnością.

Stopy Al. z Si (siluminy)- zawierają 6-14Si oraz niewielkie ilości Cu, Mg, Mn, Fe. Średnia wytrzymałość

R

m

=150- 230 MPa, odporność na korozję oraz dobra lejność.

Stopy Al. z Mg- zawierają 4.5-11,6% Mg w mniejszej ilości Mn. Odznaczają się dużą wytrzymałością

R

m

=150-280 MPa oraz wysoką odpornością na korozję.

Stopy do przeróbki plastycznej

Stopy Al. z Mg- odznaczają się średnią wytrzymałością odpornością na korozję dobrą spawalnością

Stopy Al. z Mg i Si- charakteryzują się średnią wytrzymałością odpornością na korozję i średnią

spawalnością.

Stopy Al. z Cu i Mg- odznaczają się dużą wytrzymałością, słabą odpornością na korozję i słabą

spawalnością.

Stopy Al. z Zn i Mg- wykazują dużą wytrzymałość, średnią odporność na korozję i ograniczoną

spawalność.

Stopy Al. z Zn i Mg z dodatkiem Cu osiągają najwyższą wytrzymałość, ale niższą odporność na korozję

i słabą spawalność.

Metody kształtowania półfabrykatów

Półfabrykaty ze stopów Al. wytwarzane są najczęściej na drodze obróbki plastycznej. Przeróbka

plastyczna może odbywać się na gorąco lub na zimno. Najłatwiej poddają się obróbce stopy AlMn,

oraz AlMgSi, AlMgMn, najtrudniej AlCuMg.

Ważniejszymi działami obróbki plastycznej są: walcowanie, kucie, wyciskanie, gięcie wzdłużne,

przeciąganie, wytłaczanie.

Wyciskanie jest najczęściej stosowaną metodą otrzymywania kształtowników, zwłaszcza

cienkościennych otwartych lub zamkniętych

Stopy aluminium- zawartość składników stopowych powyżej 1%; podstawowe dodatki stopowe-

krzem, magnez, miedź, mangan, cynk, lit. Dodatki stopowe wprowadza się głównie w celu

podwyższenia własności wytrzymałościowych i odporności na korozję.

Odporność na korozję aluminium i jego stopów

Duża odporność na: korozję atmosferyczną, działanie tlenu, wody utlenionej, siarki i jej związków,

wodoru, siarkowodoru, chloru, bromu, jodu, fluoru, działanie większości kwasów organicznych.

Brak odporności na: działanie soli i kwasów nieorganicznych z wyjątkiem kwasu azotowego, działanie

par i jonów rtęci, działanie wody morskiej (dodatek krzemu i magnezu zwiększają odporność

korozyjną stopów aluminium).

Zastosowanie aluminium i jego stopów

Wszystkie dziedziny techniki, szczególnie:

• Elektrotechnika- kable, szynoprzewody
• Transport- pojazdy mechaniczne, cysterny, wagony
• Przemysł lotniczy- poszycia samolotów( kompozyty na osnowie aluminium i jego stopów)

• Budownictwo- maszty, stolarka budowlana
• Budowa maszyn- korpusy, chłodnice, wymienniki
• Przemysł okrętowy- barki, nadbudówki, wyposażenie przetwórni ryb
• Przemysł chemiczny- wymienniki ciepła, kolumny rektyfikacyjne, aparaty i armatura

chemiczna

A także gospodarstwa domowe- opakowania, folie naczynia.

Podstawowe rodzaje stopów aluminium:

• Stopy do przeróbki plastycznej: zaw. Do ok. 5% dodatków stopowych;
• Stopy odlewnicze: zaw. 5-25% dodatków stopowych.

Stopy aluminium- obróbka plastyczna i cieplna

Obróbka plastyczna: walcowanie (blachy), przeciąganie (druty). Powoduje wzrost własności

wytrzymałościowych i obniżenie własności plastycznych.

Obróbka cieplna:

Wyżarzanie: odprężające (100- 150

0

C) w celu wyeliminowania naprężeń spawalniczych;

rekrystalizujące (300- 400

0

C) w celu wyeliminowania skutków obróbki plastycznej.

Utwardzanie dyspersyjne:

• Przesycanie w wysokich temperaturach (400- 500

0

) i szybkie chłodzenie w celu rozpuszczenia

w osnowie stopu i utrzymanie w roztworze przesyconym związków międzymetalicznych.

• Starzenie naturalne lub sztuczne (ok. 100

0

C) w celu wydzielenia się związków

międzymetalicznych na granicach ziarn osnowy stopu.

Spawalne gatunki stopów aluminium produkcji krajowej

PN-79 H-88026:

Łatwo spawalne- stopy AL.-Mg, AL.-Mn

Spawalny – stopy Al.-Zn-Mg

Ograniczona spawalność- stopy Al.-Mg-Si

PN-76 H-88027

Odlewnicze stopy Al.-Si- łatwo spawalne i spawalne.

Stopy aluminium do przeróbki plastycznej wg PN-EN 573-3:1994 stosowane na konstrukcje

spawane

Stopy Al.-Cu- ograniczona spawalność, trudno spawalne

Stopy Al.-Mn- łatwo spawalne

Stopy Al.-Si- Mg- spawalny

Stopy Al.-Mg- łatwo spawalne

Stopy Al.-Mg-Si- ograniczona spawalność

Stopy Al.-Zn, Al.-Li- spawalne

Odlewnicze stopy aluminium wg Aluminium Association stosowane na konstrukcje spawane

Al.-Si- łatwo spawalne i spawalne

Al.-Si-Cu- spawalne, trudno spawalne, ograniczona spawalność

Al.-Mg- ograniczona spawalność

Al.-Zn-Mg- ograniczona spawalność

Spawalność Aluminium i jego stopów

Własności Aluminium i jego stopów wpływające na spawalność:

• Duże powinowactwo chemiczne do tlenu- powłoka tlenkowa utrudnia lub uniemożliwia

spawanie;

• Wysoka przewodność cieplna- utrudnia miejscowe stopienie metalu, szybkie krzepnięcie i

stygnięcie spoiny;

• Wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej i duży skurcz- powstanie naprężeń i odkształceń

w złączach oraz pęknięć w spoinach;

• Bardzo niska wytrzymałość w temperaturach powyżej 500

0

C

• Duża zdolność do rozpuszczania gazów- zdolność do porowatości gazowej;
• Brak barw nalotowych podczas nagrzewania- trudność określenia temperatury nagrzania.

Metody spawania aluminium i jego stopów:

• Spawanie gazowe
• Spawanie łukowe EO
• TIG
• MIG
• Inne metody: pod topnikiem, plazmowe, elektronowe, laserowe, laserowe wzmocnione

łukiem plazmowym

Przygotowanie do spawania elementów z al. i jego stopów:

Przygotowanie (cięcie, ukosowanie) brzegów; czyszczenie brzegów blach w miejscu złącza;

czyszczenie spoiwa; stosowanie podkładek formujących grań spoiny (grafitowe, stalowe, ceramiczne,

klejone) lub profilowanie brzegów; sczepianie elementów przed spawaniem; oprzyrządowanie

pomocnicze; wstępne podgrzewanie.

Przygotowanie brzegów elementów z Al. I jego stopów dla metody:

• TIG wg PN-70/M-69024
• MIG wg PN-70/M-69027

Metody badań nieniszczących

Badania wizualne- jest to jedno z badań nieniszczących, w którym złącze spawane poddane jest

badaniom za pomocą oględzin zew. Kontrola przed spawaniem obejmuje m.in.: spr. Stanu wymiarów

części, ukosowania brzegów, zachowania właściwych odstępów między montowanymi częściami,

wymaganej czystości pow. Które ulegną przetopieniu. Kontrola podczas spawania sprowadza się

m.in. do usuwania żużla po ułożeniu kolejnych ściegów, określenia głębokości i profilu żłobienia,

wyeliminowania pęknięć w warstwie graniowej i w spoinach sczepnych oraz skontrolowania czy

powierzchnie przejścia między poszczególnymi ściegami są w stanie zapewnić przetopienie kolejnym

ściegiem czy warstwą. Kontrola po spawaniu i naprawach polega na obserwacji wzrokowej i

pomiarach złącza w celu stwierdzenia czy zostało ono wykonane zgodnie z projektem lub

odpowiednimi normami PN-EN ISO 5817 i czy nie wykazuje nieakceptowanych niezgodności

powierzchniowych: pęknięcia, kratery, porowatość, podtopienia, wklęśnięcia lica i grani,

nieregularność kształtu spoiny, niewłaściwe jej wymiary, przesunięcie brzegów, nadmierne

odkształcenia.

Metody badań VT: bezpośrednie i pośrednie

VT bezpośrednie- badania prowadzone na powierzchniach dostępnych do oględzin bezpośrednio.

Prowadzone okiem nieuzbrojonym lub przy użyciu lupek, a czasem specjalnych mikroskopów.

VT pośrednie- prowadzone na pow. Wew. Obiektów lub pow. Zew. Niedostępnych do badań

bezpośrednich. Pośrednie są prowadzone przy użyciu lusterek, peryskopów, endoskopów, zestawów

video skopowych. Badania powinny być prowadzone w warunkach odpowiedniego oświetlenia

(natężenie oświetlenia nie mniejsze niż 350lx, zalecane 500lx. Do przeprowadzenia badań należy

zapewnić odległość między okiem badającego a badaną powierzchnią nie większą niż 600mm przy

kącie widzenia nie mniejszym niż 30

0

Zastosowanie badań VT:

• Samokontroli wykonywanej przez:

 Spawaczy
 Brygadzistów
 Mistrzów
 Kierowników

W samokontroli w badaniach NDT stosuję się: oglądanie złączy spawanych gołym okiem,

wspomaganie się podczas oględzin lupami, lusterkami.

• Kontroli wykonywanej przez etatowych pracowników działu KJ

Wyniki zestawionych badań VT z podaniem zastosowanych metod pracownicy działu KJ sporządzają

protokół badań VT, który jest jedynym oficjalnym dokumentem odbiorowym (wyniki badań VT

wykonywanych w ramach samokontroli nie wymagają protokołów badań).

PN-EN 970- badania wizualne. Zasady ogólne

PN-EN ISO 5817- Złącza spawane ze stali, niklu, tytanu i ich stopów. Poziomy jakości wg. Niezgodności

spawalniczych

PN-EN ISO 30042- złącza spawane łukowo z aluminium. Wytyczne do określenia poziomów jakości

wg. Niezgodności spawalniczych

Badania penetracyjne- polega na wykorzystaniu do wykrywania niezgodności materiałowych i

spawalniczych zjawiska włoskowatości (kapilarności). Pozwalają wykryć niezgodności zew. Sięgające

w głąb badanego obiektu np. przyklejenia na brzegu spoiny, porowatość, ale nie pozwalają na

określenie głębokości ich zalegania. Jest to metoda bezciśnieniowa , w której wykorzystuje się

zdolność wnikania penetranta w wąskie szczeliny.

Badania PT można stosować do wszystkich materiałów nieporowatych i wszystkich rodzajów złączy i

spoin. Zaletą jest prosty w stosowaniu lekki i względnie tani sprzęt oraz łatwa ocena wskazań.

Utrudnieniem w interpretacji może być wysoka temp obiektu i zanieczyszczona pow. Badania.

Wykrywane niezgodności: wgłębienia, rysy lub szerokie pęknięcia, nierówność lub porowatość

powierzchniowa, nieszczelność.

Sposób wykonywania badań: oczyszczenie powierzchni z rdzy farby korozji oraz odtłuszczenie ;

pokrycie badanej powierzchni penetrantem; usunięcie nadmiaru penetrantu z badanej powierzchni;

naniesienie wywoływacza; ocena badanej pow. Obiektu na podstawie wykrytych śladów penetrantu

czerwonego na tle wywoływacza.

Poziomy jakości i akceptacji w badaniach PT:

PN-EN 571- badania penetracyjne. Zasady ogólne

PN-EN 1289 i 1291- badania penetracyjne poziomy akceptacji

PN-EN ISO 5817- Złącza spawane ze stali, niklu, tytanu i ich stopów. Poziomy jakości wg. Niezgodności

spawalniczych

PN-EN ISO 30042- złącza spawane łukowo z aluminium. Wytyczne do określenia poziomów jakości

wg. Niezgodności spawalniczych.

Badania magnetyczno- proszkowe PN-EN 1290, PN-EN 1291 poziomy akceptacji

Polegają na wykrywaniu niezgodności spawalniczych lub materiałowych znajdujących się na pow.

materiału lub też pod nią poprzez namagnesowanie i wykrycie magnetycznego pola rozproszenia.

Jako wskaźników położenia i wielkości niezgodności w spoinie lub w materiale obiektu stosuje się

proszek ferromagnetyczny w postaci sypkiej lub zawiesiny proszkowej. Ferromagnetyczny proszek

skupiając się na niezgodnościach wskazuje je pod warunkiem że linie sil wzbudzonego pola

przebiegają pod dużym kątem względem kierunku nieciągłości- w praktyce od 45- 90

0

. Metoda ta

pozwala wykryć w złączu nieciągłości wychodzące na pow. A nawet znajdujące się tuż pod

powierzchnią (do głębokości ok. 5mm przy b. silnym polu magnetycznym), głównie peknięcia,

przyklejenia na brzegu spoiny, porowatość na powierzchni, nawis lica. Można ją stosować tylko do

materiału ferromagnetycznego, praktycznie do stali o strukturach innych niż austenityczna. Badania

MT są przydatne do większości złączy. Ich zaletą jest krótszy czas badania oraz dokładne

odwzorowanie wymiarów nieciągłości.

Zakres wykrywalności:

• Głębokość niezgodności do 0,1mm
• Szerokość niezgodności od 0,001mm
• Kąt składowej pola wzbudzenia min 45

0

Sposoby wzbudzania pola magnetycznego:

• Za pomocą magnesów stałych
• Elektromagnesy jarzmowe
• Cewka przelotowa
• Magnesowanie poprzez bezpośredni przepływ prądu elektrycznego i indukcyjne wzbudzenie

prądu elektrycznego

Rodzaje proszków do badań magnetyczno- proszkowych

Stosowane proszki magnetyczne zależą od używanych pigmentów:

 Czarne (używane w świetle widzialnym białym naturalnym lub sztucznym)
 Barwne (używane w świetle widzialnym białym naturalnym lub sztucznym)
 Fluoroscencyjne (używane w świetle ultrafioletowym)
 Barwno- fluorescencyjne (używane w świetle białym lub fluoroscencyjnym)

Wykrywalność

Zależy od:

 Dostępu miejsca przyłożenia
 Rozmieszczenia linii sił pola magnetycznego
 Kształtu i rodzaju niezgodności
 Występowania połączeń materiałów o różnej przenikalności magnetycznej
 Stosowanie różnej mocy pól magnetycznych
 Występowania w badanym obiekcie niejednorodności struktury i składu chemicznego

materiału

 Występowania stref (SWC, spoina, MR) o różnej przenikalności magnetycznej
 Występowania naprężeń wew. i zew.
 Występowania uszkodzeń materiałów
 Rodzaju proszku i jego zawiesiny

Wykonywanie badań MT:

• Ustanowienie określonych niezgodności wzorcowych za pomocą wzorca i proszku

ferromagnetycznego;

• Namagnesowanie badanych obiektów
• Pokrycie badanych miejsc obiektu proszkiem ferromagnetycznym
• Detekcji magnetycznego pola rozproszenia w miejscach występowania powierzchniowych i

podpowierzchniowych niezgodności namagnesowanych obiektów

• Oceny stwierdzonych na obiekcie niezgodności na podstawie ustanowionych wcześniej

niezgodności wzorcowych

Rodzaje niezgodności wykrywane za pomocą badań MT

• Niezgodności odlewnicze- wtrącenia niemetaliczne, pęcherze, włoskowiny
• Niezgodności walcownicze- zawalcowania, naderwania, nawisy
• Niezgodności kuzienne- zakucia, rozerwania, pęknięcia hartownicze
• Niezgodności spawalnicze- pęknięcia, przyklejenia, brak przetopu i wklęśnięcie grani,

porowatość

Badania wiroprądowe PN-EN 1711

Metoda wiroprądowa (indukcyjna) jest to jedna z metod badań NDT polegająca na wykorzystania do

wykazywania nieciągłości prądów wirowych.

Cechami prądów wirowych są: występowanie w obiektach metalowych (ferromagnetycznych oraz nie

ferromagnetycznych); naskórkowość.

Wykrywalność: na powierzchni spoin czołowych występujące: pęknięcia, przyklejenia, braki przetopu,

porowatość, pęcherze kanalikowe, wyciek stopiwa.

metodą ET najczęściej bada się rury ze spoinami lub zgrzeinami wzdłużnymi w czasie ich produkcji i

rury wymienników ciepła podczas ich remontów oraz szyny kolejowe.

Zalety: niski koszt i możliwość zastosowania b. dużej prędkości badanego obiektu- łatwość

automatyzacji i rejestracji danych. W metodzie tej możliwe jest wykrywanie niezgodności ukrytych.

Badania prowadzone są bezkontaktowo. Czułość i niezawodność wykrywania są wysokie można

wykryć niezgodność nawet do około 0,1mm.

Skuteczność może obniżyć się przez stan powierzchni: zabrudzenie, zatłuszczenie, chropowatość,

odpryski.

Badania ET nie są szkodliwe dla zdrowia i mogą być prowadzone w miejscach trudno dostępnych.

Ograniczeniem jest brak możliwości określenia wymiarów nieciągłości. Metoda ta nadaje się do

obserwacji rozwoju nieciągłości już wykrytych i zmierzonych innymi metodami przez porównanie

wskazań z kolejnych okresowych badań.

Zasada wykorzystania wiroprądów do badania nieciągłości

Prądy te powstają w obiektach metalowych na wskutek powstania indukcji magnetycznej. Zjawisko

to polega na indukowaniu obiektu metalowego za pomocą przetwornika prądowego. Niezgodności

znajdujące się w obiekcie powodują zmiany w polu magnetycznym danego obiektu, które

rejestrowane jest przez układ pomiarowy defektoskopu.

Zasada działania defektoskopów wiroprądowych ET

Defektoskop wiroprądowy stanowi: źródło sygnałów do zasilania przetwornika, układu analizy

sygnałów przetwornika.

Defektoskopy realizują funkcje:

• Wytwarzania sygnałów do zasilania przetworników
• Prezentacja przetworzonych sygnałów przetworników
• Współpraca z urządzeniami wykonawczymi;
• Współpraca z urządzeniami do zadawania ruchu przetworników oraz dostarczenia i odbioru

sygnałów przetworników

Badania radiograficzne PN-EN 1435

Schemat badania radiograficznego (rys w materiałach)!!!!

Polega na prześwietlaniu badanego obiektu wiązką promieniowania jonizującego emitowanego przez

aparat rentgenowski lub źródło izotopowe. Różnice w absorpcji promieniowania przechodzącego

prze badany obiekt powodują powstanie obrazu na detektorze. Badania te należą do najbardziej

wiarygodnych ale jednocześnie najdroższych. Cechuje jest dobra wykrywalność nawet małych

nieciągłości oraz stosunkowo jednoznaczna ich interpretacja. Zasada wykrywania niezgodności

polega na zmianie natężenia promieniowania docierającego do radiogramu po przejściu przez złącze,

w którym nieciągłości tworzą obszary o różnej grubości lub różnym pochłanianiu. Natężenie I

promieniowania po przejściu przez materiał o grubości g wynosi I=I

0

*exp(-μ, g) μ- współczynnik

absorpcji. Występowanie niezgodności typu wtrącenia wolframu lub nadmierny nadlew czy nawis

powoduje osłabienie promieniowania zaczernienie w miejscu jej występowania będzie mniejsze niż

zaczernienie tła. Inaczej jest gdy jest brak przetopu lub podtopienie wtedy zaczernienie większe.

Kontrola RT obejmuje wykonanie radiogramu i ocenę wykrytych niezgodności.

Ograniczeniem jest konieczność obustronnego dostępu do złącza ponieważ filtr znajduje się po

przeciwnej stronie spoiny niż źródło promieniowania. Stosowana przeważnie do złączy doczołowych i

rzadziej kątowych ze spoinami czołowymi. Do spoin pachwinowych w szczególnie uzasadnionych

przypadkach. Dobrą wykrywalność uzyskuje się dla nieciągłości trójwymiarowych natomiast

nieciągłości płaskie (przyklejenia) są w miarę pewnie wykrywane gdy są usytuowane wzdłuż kierunku

promieniowania. Gdy niezgodność płaska będzie prostopadła do osi wiązki promieniowania wykrycie

może być utrudnione.

Złącza o gr. Do 30mm zaleca się badać promieniami X.

Zjawiska przy przechodzeniu przez materię: zjawisko fotoelektryczne, Comptona, tworzenia się par

Wykorzystane zjawisko:

• Fotochemiczne działanie promieniowania zamiana oporności materiału pod wpływem

promieniowania

• Fluorescencyjne działanie promieniowania
• Jonizacyjne działanie promieniowania

Radiologiczne metody badań nieniszczących:

a) Metody radiograficzne (radiografia) np. utrwalenie obrazu na błonie, papierze lub odbitce

kserograficznej. Detektor promieniowania: błona radiograficzna, papier radiograficzny, płyta

kserograficzna)

b) Metody radioskopowe (radioskopia)- obserwacja obrazu na ekranie. Detektor

promieniowania: ekran fluorescencyjny

c) Metoda radiometryczna (radiometria)- rejestracja sygnałów elektrycznych. Detektor

promieniowania: detektor scyntylacyjny, Geigera- Mullera, półprzewodnikowy.

Kasety radiograficzne: wsuwana, z magnesami

Rodzaje densynometrów: bez własnego źródła światła, z własnym źródłem światła

Wadą radiografii izotopowej jest brak możliwości regulowania energii wiązki oraz duża przenikliwość

promieniowania, dająca mały kontrast obrazu. Zaletą jest mała masa i wymiary źródła co ułatwia

operowanie nim w trudnych warunkach.

Niezaprzeczalną zaletą jest stosowanie do wszystkich znanych materiałów konstrukcyjnych.

Badania US PN-EN 1714, PN-EN 1712- poziomy akceptacji

Badania US są to metody badań NDT polegających na wykrywaniu niezgodności materiałowych i spawalniczych

za pomocą zjawisk towarzyszących wytwarzaniu i rozchodzeniu się drgań mechanicznych o częstotliwości

ponad 16kHz.

Do wytwarzania i wprowadzania drgań mechanicznych do badanego obiektu jest głowica ultradźwiękowa,

której głównym składnikiem jest przetwornik piezoelektryczny. Zmienia on grubość płytki piezoelektrycznej pod

wpływem przyłożonego napięcia prądu, która zostaje pobudzona do drgań rezonansowych o częstotliwości

rzędu miliona cykli na sekundę. Głowicę przykłada Się do badanego obiektu dochodząc do powierzchni

badanego obiektu lub powierzchni niezgodności. Obite od powierzchni niezgodności lub dna wracająco głowicy

w postaci ech fali ultradźwiękowej. Ponieważ zjawisko piezoelektryczne jest odwracalne zostają one

przetworzone na impulsy elektryczne obserwowane na ekranie monitora defektoskopu.

Badania UT bardzo dobrze nadają się do badania niezgodności płaskich. W sposób pewny wykazują

występowanie takich niezgodności, jak przyklejenia międzyściekowe, pęknięcia, co do których RT może być

zawodne. Badania UT i RT wzajemnie się uzupełniają. Do badań UT najczęściej stosuje się defektoskopy

impulsowe analogowe lub impulsowe z przetwarzaniem cyfrowym.

Rodzaje fal ultradźwiękowych stosowanych w badaniach US: fala podłużna, poprzeczna, powierzchniowa,

płytowa- rysunki

Metody badań US

Metoda kontaktowa echa- rysunek!!!!- niezgodności występujące w badanym przedmiocie odbijają część fal

która po powrocie do głowicy i ponownym przetworzeniu na sygnał elektryczny powoduje powstanie impulsu

świetlnego. Na podstawie odległości impulsu echa niezgodności od impulsu początkowego ustala się położenie

niezgodności. Metoda ta jest stosowana do badania złączy spawanych z dostępem jednostronnym, a wiązkę fal

wprowadza się do badanego przedmiotu za pomocą głowic kątowych i głowic normalnych (prostych). Fale

wprowadzane są w badany przedmiot pod pewnym kątem (30,45,60 lub najczęściej 70) względem normalnej

do pow. Badania. Metodę tą stosuje się gdy przynajmniej jedna strona spoiny jest dostępna dla głowicy. Pow.

Badanego przedmiotu musi umożliwić poruszanie głowicą w zakresie wymaganego skoku głowicy s oraz

zbliżenia jej na odległość 0,25- 1,25s od osi spoiny gdzie s=2gtgβ g- grubość, β- kąt wejścia wiązki do materiału.

Badaniom UT poddaje się obszar materiału obejmujący całą spoinę i co najmniej 10mm od niej ale zawsze całą

SWC. W metodzie echa głowicą normalną fale wchodzą w badany obiekt pod kątem prostym. Metodę tą

stosuje się zazwyczaj do badania spoin czołowych w złączach teowych, płaskich napoin oraz rozwarstwień w

blachach.

Metoda zanurzeniowa echa- rysunek!!!!

Metoda przepuszczania (cienia)- rysunek!!!!- polega na przepuszczaniu wiązki z głowicy nadawczej przez

badany obiekt do głowicy odbiorczej i rejestracji na ekranie energii wiązki w wyniku tego przejścia. Badanie tą

metodą jest bardziej precyzyjne i wiarygodne niż metodą echa, ale wymaga obustronnego dostępu do

badanego obiektu

Głowice: proste- do fal podłużnych, skośne- fale poprzeczne, głowice podwójne.

Badanie głowicami US- rysunek!!!!

Metody badań US:

Metoda rezonansowa oraz za pomocą ultradźwiękowej holografii skaningowej.

Metody UT umożliwiają wykrywanie różnego rodzaju wew. nieciągłości w złączach spawanych i MR.

Istnieją możliwości lokalizowania i rejestrowania wykrytych niezgodności zarówno na głębokości jak i

szerokości. Badania UT są szczególnie przydatne do badania grubych elementów, wykrywania

nieciągłości płaskich np. pęknięć, braków wtopienia i przetopu, rozwarstwień które są trudne do

wykrycia metodą RT. Przy spawaniu odpowiedzialnych konstrukcji (rurociągi przemysłowe gazu czy

ropy) stosuje się UT i RT. Badanie UT jest bardziej operatywne, szybsze, tańsze niż RT

Badania szczelności (LT)

Cel: wykrycie i lokalizacja nieszczelności obiektu i ewentualnie określenie natężenia przecieku.

Stosowane w praktyce metody:

• Metoda spektrometryczna- jest to metoda najbardziej czuła a wyniki wiarygodne i

powtarzalne. Stosuje się w niej spektrometry masowe, najczęściej helowe. Można

zlokalizować przeciek i zmierzyć jego natężenie lub określić natężenie przecieku całego

obiektu, do którego wprowadza się hel i utrzymuje się nadciśnienie 4bar.

• Metoda znaczników radioaktywnych- charakteryzują się wysoką czułością oraz możliwością

prowadzenia badań w produkcji seryjnej. Znacznik radioaktywny dodawany jest do ośrodka

próbnego lub roboczego jest wykrywany detektorem promieniowania gamma.

• Metoda chlorowcowa (halogenowa)- jej zaletą jest wysoka czułość i szybkość wykrywania,

wiarygodność i powtarzalność wyników oraz możliwość dokładnego zlokalizowania

przecieku. Stosuje się wykrywacze halogenowe, działające na zasadzie zmiany emisji jonów

dodatnich z gorącej płytki platynowej w obecności związków halogenowych.

• Metoda wychwytywania elektronów- wykorzystuje się możliwość wykrywania gazów

próbnych tworzących jony ujemne. Jest to metoda czuła, łatwa w obsłudze, pozwalająca

dokładnie zlokalizować nieszczelność, ale kosztowna i ograniczona do instalacji wypełnionej

freonem i SF6.

• Metody chemiczne- wykorzystuje się reakcje chemiczne wywołane przez płyn roboczy lub

próbny po przejściu przez nieszczelność i kontakcie z pewnymi związkami chem. Efektem

reakcji może być zmiana barwy, dymienie lub woń. Stosuję się głownie w badaniach

eksploatacyjnych do wykrywania przecieków chloru, CO

2

, H

2

S, etylenu, amoniaku. Szerokie

zastosowanie ma metoda amoniakalna w której wykorzystuje się barwienie przez NH

3

pewnych związków chem. Jest to metoda czuła prosta i tania, pozwalająca wykryć

nieszczelności lokalne i ogólne.

• Metoda hydrostatyczna i ciśnieniowa- płyn, najczęściej woda, zwarty w badanym obiekcie

otwartym do atmosfery np. walcowym zbiorniku magazynowym, wypływa przez

nieszczelności pod wpływem ciśnienia hydrostatycznego słupa płynu, umożliwiając ich

lokalizacje. Próbie ciśnieniowej płyn spręża w zamkniętym obiekcie np. rurociągu, kotle,

instalacji grzewczej. Miara nieszczelności jest spadek ciśnienia mierzony w określonym czasie.

• Metoda pęcherzykowa- próba nadciśnieniowa lub podciśnieniowa z użyciem gazu np.

powietrza lub azotu którego przenikanie przez nieszczelności tworzy pęcherzyki w substancji

pianotwórczej, którą pokrywa się badany obszar. Zazwyczaj w badanym obiekcie wytwarza

się nadciśnienie na tyle wysokie aby ujawnić nieszczelności, ale nie uniemożliwić powstania

pęcherzyków. Podobne wymagania dotyczy badania podciśnieniowego stosowanego przy

braku dostępu do obu powierzchni złącza np. przy badaniu szczelności dna dużego zbiornika

magazynowego.

• Metoda penetracyjna- polega pokrywaniu jednej powierzchni złącza cieczą o wysokich

zdolnościach przenikania przez szczeliny, a drugiej strony wywoływaczem, który wykazuje

przeniknięcie penetranta barwnego. Wykrywanie penetrantem można zintensyfikować

wytworzeniem nadciśnienia lub podciśnienia skracającego czas próby.

Kalibracja

Badania wizualne- stosuję się dla celów szkoleniowych złącza próbne z niezgodnościami w danej

klasie jakości.

Badania PT, MT, wiroprądowe- stosuje się wzorce dla określenia szerokości i głębokości niezgodności

wzorcowych.

Badania RT

Stosuje się 2 typy wzorców:

 Wzorce do określenia klasy jakości radiogramów (np. wzorce pręcikowe i schodkowo-

otworkowe)

 Radiogramy niezgodności wzorcowych (radiogram złącza spawanego posiadające

niezgodności danego rodzaju wielkości i nasileniu)

Badania US

Stosuje się 3 typy wzorców:

 Wzorzec do badań grubości materiału (schodkowy)
 Wzorce do skalowania defektoskopów (W1, W2)
 Wzorce z otworkami płaskodennymi dla głowic normalnych i skośnych tzw. Niezgodności

wzorcowych,

 Wzorce z rowkami prostokątnymi i wzorce z otworami cylindrycznymi do badań układu

głowica- defektoskop.

Zestaw 21

Gazy osłonowe wykorzystywane w metodzie MIG/MAG- charakterystyka

Zadania, własności

Gaz osłonowy chroni płynne jeziorko przed dostępem powietrza. Wpływa na procesy zachodzące w

łuku spawalniczym, powstawanie kropli stopionego metalu i kształt przekroju poprzecznego spoiny.

Gazy osłonowe są bezwonne, bez kolorów i bez smaku. Nie są gazami trującymi, ale mogą wypierać

powietrze niezbędne do oddychania.

Rodzaje gazów osłonowych do spawania metodami MIG/MAG

Gazy obojętne (szlachetne) do spawania metali nieżelaznych metodą MIG: Argon (Ar), mieszanki

argonu + helu (Ar+He)

Gazy aktywne do spawania stali metodą MAG: CO

2

, mieszanki Ar+ CO

2

, mieszanki Ar+O

2

, mieszanki

Ar+ CO

2

+O

2

Warunki dostawy gazów osłonowych w butlach:

Mieszanka gazowa:

Poj.[l] 10 20 50

Ciś[bar] 180 180 180

Zaw. Gazu [m

3

] 2 4 10

Dwutlenek węgla:

Płynny[l] 12 27 40

Poj butli[l] 10 20 30

Zaw. Gazu [m

3

] 5 11 16

Przy pobieraniu większych ilości dwutlenku węgla w krótkim czasie, występuje niebezpieczeństwo

zamarzania reduktora butlowego i dlatego przed reduktorem do CO

2

należy zamontować elektryczny

podgrzewacz gazu.

Najczęściej stosowane gazy osłonowe do spawania metodami MIG/MAG. Oznaczenia wg PN EN ISO

14175

Skład chemiczny gazu

Oznaczenie wg EN 439

Materiały

100%Ar
50%Ar+50%He

I1
I3

Metale nieżelazne

97%Ar+3%CO

2

97%Ar+3%O

2

M 11
M12

Stale wysokostopowe
nierdzewne

75%Ar+ 25%CO

2

82%Ar+18%CO

2

87%Ar+19%CO

2

+3%O

2

92%Ar+8%O

2

M21
M21
M22
M23

Stale niestopowe i
niskostopowe

100%CO

2

C1

Wpływ często stosowanych gazów osłonowych do spawania metodą MAG stali niestopowych

(tendencje)

Wpływ na

Rodzaj gazu osłonowego
Ar+18%CO

2

Ar+8%O

2

CO

2

Głębokość wtopienia
Szerokość wtopienia

Łuskowatość

Dobra

b. drobna

Gruba

Tworzenie żużla

Nieznaczne

Średnie

Duże

Powstawanie
odprysków

Nieznaczne

Średnie

Zwiększone

Powstawanie porów

Małe

średnie

b. małe

Możliwe rodzaje łuku
spawalniczego

Krótki, długi,
natryskowy,
impulsowy

Krótki, długi,
natryskowy,
impulsowy

Krótki, długi

Nastawa i wskazania przepływu gazu osłonowego za pomocą manometru

Kalibrowana zwężka w przewodzie doprowadzającym gaz ochronny ogranicza przekrój przepływu

przez to ilość przepływającego gazu uzależniona jest od ciśnienia gazu. Zwężka znajduje się w

reduktorze ciśnienia lub w wężu doprowadzającym gaz do urządzenia spawalniczego. Za pomocą

śruby nastawczej ustawia się ciśnienie gazu, manometr gazu wyskalowany jest w l/min wskazuje

ilość gazu odpowiadającą ciśnieniu.

Za pomocą rotametru

Redukcja ciśnienia jest stała; przez zmiany ustawienia zaworu regulacyjnego zmienia się przekrój

przepływu i przez to przepływ gazu. Przepływający gaz osłonowy podnosi korpus pływający w

pionowej stożkowej rurce pomiarowej odpowiednio do ilości przepływającego gazu.

Niezgodności spawalnicze i ich wpływ na wytrzymałość złącza

Niezgodność spawalnicza może być uznana za niezgodność dopuszczalną gdy wymiar niezgodności

nie przekracza wymiaru granicznego, który jest określony w oparciu o odpowiednią normę, przepis

lub kryteria ustalana indywidualnie. Dopiero niezgodność spawalniczą przekraczającą ustalony

wymiar graniczny nazywa się wadą.

Niezgodności występujące w złączach spawanych zostały opisane w normie PN- EN ISO 6520.

Niezgodności sklasyfikowano w niej w 6 podstawowych grupach, zależności od przyczyn

powstawania, rodzaju, kształtu.

Są to: pęknięcia, pustki, wtrącenia stale, przyklejenia i braki przetopu, niezgodności spawalnicze

dotyczące kształtu.

Klasyfikacja ze względu na położenie: zewnętrzne i wew.

Klasyfikacja ze względu na wielkość: makroskopowe- widoczne okiem nieuzbrojonym lub przy pow.

25razy; mikroskopowe- badania metalograficzne.

Ze względu na przyczyny występowania:

• Powstałe na skutek niewłaściwego przebiegu procesu spawania np. niezgodności kształtu,

przetopu, przyklejenia, wtrącenia niemetaliczne lub metaliczne

• Mające charakter metalurgiczny- pęknięcia, mikropęknięcia, pustki powstałe na skutek

skurczu jeziorka spawalniczego, pustki gazowe, niejednorodność składu chemicznego

• Wynikłe z błędów popełnionych w fazie projektowania- nadmierna koncentracja naprężeń i

poziom naprężeń w węzłach; nieodpowiedni rodzaj złączą do charakteru obciążenia np.

dynamicznego.

Występowanie niezgodności w złączach zmniejsza przekrój czynny, co obniża zdolność do

przenoszenia obciążeń projektowych. W wyniku działania karbu wytworzonego przez niezgodność

spawalniczą można spodziewać się koncentracji naprężeń. Mogą one doprowadzić do przekroczenia

krytycznego poziomu naprężeń i w konsekwencji do pęknięć eksploatacyjnych: kruchych,

zmęczeniowych lub korozyjnych.

Biorąc pod uwagę skłonność do powstawania pęknięć w wyniku oddziaływania niezgodności

spawalniczych można wyróżnić 2 grupy:

• Wew (objętościowe)- np. pustki gazowe, wtrącenia stałe, które w mniejszym stopniu niż

niezgodności płaskie są przyczyną powstawania pęknięć ze względu na równomierny kształt

niezgodności;

• Płaskie (tworzące płaszczyzny w przestrzeni)- np. pęknięcia, przyklejenia, brak przetopu,

które są ostrymi koncentratorami naprężeń w znacznym stopniu zwiększają ryzyko

powstania pęknięć eksploatacyjnych(kruchych, zmęczeniowych)

Reszta skan materiałów z Gliwic!!!!

Zestaw 20

Spajanie kompozytów i ceramiki

Spajanie przez spiekanie- spiekanie w odpowiednio wysokiej temp., często prowadzone w procesie

produkcyjnym materiałów ceramicznych i kompozytowych, z udziałem lub bez udziału materiału

dodatkowego (najczęściej materiał ceramiczny).

Klejenie- klejenie klejami organicznymi na bazie elastomerów, lub kitów i wosków albo klejami

zawierającymi butyral poliwinylu, wielosiarczki (polisufidy), żywice epoksydowe, żywice epoksydowe

modyfikowane elastomerami, polimery krzemoorganiczne, neopren (kauczuk syntetyczny)

Spajanie szkliwami- np. szkliwem ołowiowo-cynkowo- boro krzemianowym lub wysokotopliwymi

(temp. Top. 800- 1200) mieszaninami tlenków Al

2

O

3

-MnO-SiO

2

, Al

2

O

3

-CaO-MgO-SiO

2

(spajanie

ceramiki korundowej)

Przebieg procesu spajania szkliwami:

• Natryskiwanie warstwy szkliwa na powierzchnie łączone elementów;
• Spiekanie (glazurowanie)
• Spajanie zmontowanych elementów w temp ok. 40

0

C wyższej od temp mięknięcia spoiwa.

Zgrzewanie

• Zgrzewanie dyfuzyjne (wykorzystanie zjawiska dyfuzji reaktywnej)- w próżni lub czystej

atmosferze neutralnej chemicznie, po wytworzeniu warstwy pośredniej na łączonych

powierzchniach ceramicznych lub poprzez warstwę pośrednią metalu, np. miedzi dla ceramiki

korundowej)

• Zgrzewanie tarciowe- poprzez przekładkę metalową np. Aluminiową dla ceramiki korundowej

Spawanie

Spawanie laserowe lub elektronowe ceramiki korundowej (niewysoka jakość połączeń- kruchość)

oraz kompozytów o osnowie krzemianowej (szklano- ceramicznej)

Lutowanie twarde

• Lutowanie twarde lutami aktywnymi (luty tytanowo- niklowe, tytanowo- cyrkonowe,

tytanowo- srebrne z miedzią i niklem) zawierającymi metale reaktywne tytan, cyrkon lub

pastami lutowniczymi z wodorkiem tytanu. Składniki reaktywne dyfundują do podłoża

ceramicznego, tworząc z nim trwałe wiązanie chemiczne. Proces lutowania prowadzony jest

w próżni (10

-2

- 10

-3

Pa), lub w atmosferze wodoru czy też argonu o wysokiej czystości (punkt

rosy co najmniej -60

0

C).

• Lutowanie twarde „klasycznymi lutami”- na osnowie srebra, Nilu lub złota po uprzednim

wytworzeniu na powierzchni ceramicznej techniką metalizacji proszkowej tzw. Warstwy

pośredniej, trwale związanej z podłożem i zwilżanej przez lut.

Przebieg procesu:

 Nałożenie na powierzchnię łączoną ceramiki pasty złożonej z proszków manganu oraz

molibdenu lub wolframu, a następnie spiekanie jej w wilgotnym wodorze

 Pokrycie spieczonej warstwy pośredniej kolejną warstwą metalu łatwo zwilżalnego

przez lut (żelazo, miedź lub nikiel) i spieczenie tej warstwy

 Lutowanie klasycznym spoiwem tak przygotowanych elementów w próżni lub w

atmosferze wodoru, czy też neutralnej chemicznie o wysokiej czystości.

• Lutospiekanie- proces twardego spajania materiałów ceramicznych z użyciem spoiwa

składającego się w trakcie spajania z fazy ciekłej i stałej. Ciekłą fazą spoiwa zwilża lutowane

powierzchnie i krystality fazy stałej, a następnie wskutek adhezji, dyfuzji i/lub reakcji

chemicznych następuje trwale spojenie łączonych materiałów.

Spajanie materiałów węglowych i kompozytów na ich osnowie

Przykłady zastosowań: żaroodporne elementy silników lotniczych i rakietowych, elementy

konstrukcyjne pojazdów kosmicznych, obudowy reaktorów nuklearnych.

Lutowanie twarde

• Lutowanie próżniowe lub w czystej atmosferze neutralnej chemicznej plastycznymi spoiwami

miedziowymi i srebrnymi po wstępnym pokryciu powierzchni łączonych kompozytów

warstwą molibdenu lub wolframu o grubości 0,005mm (np. naparowanie chemiczne)

• Lutowanie lutami aktywnymi, zawierającymi Cr, Ti, Zr, a więc składniki tworzące trwałe

węgliki np. 48%Ti-48%Zr-4%Be. Proces lutowania prowadzi się w próżni lub czystej

atmosferze neutralnej chemicznie

Klejenie- stosuje się kleje zawierające alkohol furfurylowy lub żywice fenolowe podlegające pirolizie,

tj. ulegające w wyniku odpowiedniej obróbki termicznej samoczynnej przemianie przez rozkład

termiczny na materiały węglowe.

Spajanie materiałów i kompozytów ceramicznych oraz węglowych z metalami

Spajanie ceramiki i kompozytów ceramicznych z metalami:

• Klejenie klejami organicznymi;
• Zgrzewanie dyfuzyjne;
• Zgrzewanie tarciowe (przez przekładkę metalową);
• Spajanie szkliwami;
• Lutowanie twarde (jak w przypadku ceramiki);
• Spiekanie jednoczesne warstw metalicznych i ceramicznych z użyciem specjalnych past.

Spajanie materiałów i kompozytów węglowych z metalami:

• Klejenie klejami organicznymi;
• Lutowanie twarde (jak w przypadku materiałów węglowych).

Spawanie miedzi i jej stopów

Spawalność miedzi

Miedź jest materiałem trudno spawalnym.

Przyczyny oraz objawy

• Wysoka przewodność cieplna 7-11 krotnie wyższa od stali- utrudnione miejscowe stapianie

materiału spawanego

• Duża rozszerzalność cieplna i skurcz 1,5 i 2,4 krotnie wyższe od zwykłej stali- naprężenia wew.

powodujące odkształcenia spawanych elementów spawanych elementów i pęknięcia spoin.

• Wysoka przewodność elektryczna 10-12 krotnie większa od stali- błądzenie i uginanie się łuku

spawalniczego

• Niska wytrzymałość i plastyczność temp. 500-600

0

C- powstawanie pęknięć spoin

• Duża skłonność do pochłaniania tlenu w stanie silnie podgrzanym a zwłaszcza w stanie

ciekłym- tworzenie się eutektyki Cu-Cu20 na granicach ziarn, powodującej spadek

wytrzymałości i dużą kruchość tzw. Przegrzanie miedzi.

• Duża skłonność do pochłaniania wodoru w stanie ciekłym- pęcherze i pęknięcia jako wynik

reakcji Cu20+2H= 2Cu +H20 tzw. Choroba wodorowa lub kruchość wodorowa

• Duża rzadkopłynność stanie ciekłym- utrudnione formowanie spoiny i wycieki
• Niska temp. Rekrystalizacji- znacznie niższa wytrzymałość MR w strefie połączenia

spawanego.

Do spawania łukowego nadaję się tylko: miedź beztlenowa- gat. M00B, M01B, M0B; miedź

odtleniona- gat. M1R, M2R i M3R

Tlenowe gatunki miedzi jak: katodową przetopioną, rafinowaną ogniowo i odlewniczą można

spawać tylko metodą gazową jeśli zachodzi taka konieczność.

Spawanie miedzi

Miedź można spawać następującymi metodami:

• Gazowo;
• EO;
• TIG

najczęściej stosowane

• MIG
• Wiązką elektronów

Spawanie gazowe:

• B. niskie własności wytrzymałościowe i plastyczne połączeń
• B. niska wydajność spawania
• Niezbędne wysokie podgrzewanie wstępne i dogrzewanie
• Trudne warunki pracy spawacza

Spawanie EO:

• Możliwość spawania bez podgrzewania
• Duża wydajność spawania

• Niskie koszty spawania
• Spawanie tylko w pozycji PA
• Trudne warunki pracy spawacza- duża emisja pyłów i dymów

Spawanie metodą TIG:

• Najwyższa jakość połączeń
• Możliwość spawania w różnych pozycjach
• Mała wydajność spawania zwłaszcza grubych blach
• Grubsze elementy >4mm wymagają podgrzewania wstępnego

Spawanie metodą MIG:

• Dobra jakość połączeń
• wysoka wydajność spawania
• spawanie tylko w pozycji podolnej
• elementy o większej grubości od 8mm wymagają podgrzewania wstępnego

Spawanie wiązką elektronów:

• brzegi elementów muszą być bardzo dokładnie dopasowane (bez ukosowania)
• elementy spawane są umieszczone w komorze próżniowej
• źródłem ciepła jest wiązka elektronów o wysokiej koncentracji energii
• spawanie polega na przetopieniu stykających się brzegów elementów bez udziału spoiwa
• ograniczenia gabarytowe spawanych elementów
• bardzo wysoka jakość połączeń spawanych
• bardzo wysokie ceny spawarek elektronowych

Spawanie mosiądzów

Mosiądze są bardzo trudno spawalne ze względu na intensywne parowanie cynku w temp. Topnienia

mosiądzów. Zjawisko to powoduje:

 porowatość spoin
 znaczne obniżenie zawartości Zn w spoinie
 intensywną emisję ZnO o własnościach silnie toksycznych.

Mosiądze zawierające ołów nie są spawalne

Metody spawania mosiądzów:

 gazowe, TIG- najczęściej stosowane
 EO, MIG- rzadko stosowane

Spawanie gazowe:

• Źródło ciepła- palnik tlenowo- acetylenowy o płomieniu utleniającym
• Spoiwo- gołe druty lub pręty mosiężne albo pręty z rdzeniem topnikowym
• Topnik- typu boraksowego

• Przygotowanie blach- do 4mm bez ukosowania; grubsze ukosowanie na V
• Pozycja spawania- podolna lub pionowa
• Zabiegi dodatkowe- blachy o grubościach ponad 4mm wymagają wstępnego podgrzania;

stosowanie podkładek grafitowych

Spawanie TIG:

• Rodzaj prądu- stały, biegun dodatni na materiale spawanym; przemienny- mosiądze

zwierające aluminium

• Gaz osłonowy- argon
• Spoiwo- brąz cynowy lub brąz krzemowy
• Technika spawania- podobna jak przy spawaniu miedzi

Najkorzystniejsze własności mają spoiny brzeżne, grzbietowe i narożne, wykonywane metodą TIG

bez dodatku spoiwa.

Spawanie brązów

Brązy są łatwiej spawalne niż miedź ze względu na :

 Znacznie niższą przewodność cieplną
 Niższe temp. Topnienia
 Nie występowanie zagrożenia tzw. „chorobą wodorową”

Do dobrze spawalnych zalicza się brązy przeznaczone do obróbki plastycznej: cynowe, aluminiowe,

krzemowe.

Znacznie trudniej spawalne są brązy ołowiowe oraz brązy wieloskładnikowe zawierające ołów.

Metody spawania: EO, TIG, MIG.

Wskazówki technologiczne:

 Spawane brzegi metaliczne czyste i odtłuszczone
 Rodzaj prądu i biegunowość: EO- DC+; TIG- DC- lub AC- brązy aluminiowe; MIG-DC+
 Elementy o większej masie, a zwłaszcza odlewy należy podgrzać wstępnie do temp około

200- 300

0

C

 Przy spawaniu TIG brązów cynowych i krzemowych użycie dodatkowo topnika „Lumos”

polepsza jakość spoin

Miedzionikle

Są materiałem dobrze spawalnym. Ze wzrostem zawartości niklu spawalność miedzionikli pogarsza

się ze względu na rosnącą temp. Topnienia oraz skłonność do pochłaniania tlenu i wodoru.

Metody spawania: EO, TIG, MIG

Spoiwa do spawania miedzionikli: EO, pręty i druty miedzioniklowe, taśmy (napawanie łukiem

krytym)

Skład chemiczny spoiw miedzioniklowych:

 Ni- 10-30%
 Małe dodatki Fe, Mn i Ti
 Cu(reszta)

Wskazówki technologiczne:

 Zapewnić wysoką czystość brzegów i złączy
 Spawać wąskim ściegiem
 Nie przegrzewać kąpieli jeziorka
 Unika podgrzewania wstępnego

Uwaga:

Spoiwa miedzioniklowe stosuje się też do spawania połączeń mieszanych miedzionikli z monelami

lub niklem.

Przy napawaniu stali spoiwem miedzioniklowym stosuje się warstwę podkładową z niklu lub

monelu

Lutowanie miękkie

Miedź jest najłatwiej lutowanymi na miękko metalem konstrukcyjnym. Stopy miedzi są również

łatwo lutowalne na miękko, lecz wymagają użycia topników o wyższej aktywności.

Podstawowe spoiwa do lutowania miękkiego: luty cynowo- ołowiowe

Temp. Topnienia lutów- od ok. 180

0

do ok. 320

0

C

Topniki do lutowania miękkiego wg PN-EN 29454:

 Kalafonia
 Roztwór alkoholowy aktywowany związkami organicznymi
 Chlorkowo- kwasowe w postaci ciekłej lub pasty

Podstawowe metody lutowania miękkiego miedzi i stopów miedzi:

 Lutowanie lutownicami
 Lutowanie kąpielowe
 Lutowanie kąpielowe na fali stojącej
 Lutowanie gazowe
 Lutowanie indukcyjne

Lutowanie twarde

Miedź i większość stopów miedzi są łatwo lutowalne na twardo. Do trudno lutowalnych na twardo

zalicza się mosiądze i brązy zawierające ołów i aluminium.

Podstawowe spoiwa do lutowania twardego: luty mosiężne, miedziowo- fosforowe, miedziowo-

fosforowe ze srebrem, luty srebrne

Najczęściej stosowane metody lutowania twardego Cu i stopów Cu: gazowe (ręczne,

zmechanizowane), indukcyjne, piecowe

Rodzaje rowków spawalniczych

Rowki do spawania większości spoin czołowych mogą być wykonywane bez progu (V, 1/2V, K, 2V) lub

z progiem (Y, U, 1/2Y, 2 ½ Y, 2 ½ U), jako spoiny jednostronne z podpawaniem, na podkładce

pozostającej (M), usuwalnej (R) lub jako spoiny dwustronne. Ukosowanie brzegów bez progu cechuje

niska pracochłonność przygotowania brzegów, ponieważ można zukosować blachę w jednej operacji

cięcia. Ułatwia to, w porównaniu z ukosowaniem z progiem, uzyskanie dobrego wtopienia w

przypadku spawania na podkładce . przy spawaniu na podkładce z progiem (Y), szczególnie gdy jest

on wysoki, a odstęp między blachami jest mały, w gardzieli rowka mogą powstać pory i brak

wtopienia w podkładkę topliwą. Dlatego nie zaleca się ukosowania z progiem blach w złączach z

podkładką zarówno topliwą jak i nietopliwą. Ukosowanie bez progu w przypadku spawania bez

podkładki stwarza spawaczowi trudności w uzyskaniu poprawnego przetopu, ponieważ ostre

krawędzie ścianek nie są stabilnym oparciem dla dynamicznie przepływającego stopiwa.

Kąt rowka

Jeżeli kąt rowka jest za mały to nie uzyska się wymaganego przetopienia. Zbyt duży kąt rozwarcia jest

przyczyną dużych odkształceń, szczególnie kątowych. Wraz ze zmniejszaniem się kąta rozwarcia

rowka wzrasta zagrożenie powstania braku wtopienia (przyklejeń) w boczną ściankę rowka,

szczególnie przy 135 i 131. Spawanie EO jest pod tym względem korzystniejsze.

Nadmierny odstęp między brzegami spawanych blach może spowodować przepalenie łączonych

brzegów, niezgodności w grani w postaci jej nierówności, wklęśnięć, nadmiernego przetopu

(nawisów).

Należy zachować właściwe proporcje między wysokością progu, kątem rowka oraz odstępem.

Obowiązuje zasada, że przy wysokim progu należy zwiększyć odstęp i odwrotnie. Również przy

małym kącie rowka (ukosowania) należy zachować zwiększony odstęp gdyż brak swobodnego

dostępu do gardzieli rowka spowoduje brak przetopu.

Korzyści ukosowania na X: pole przekroju spoiny dwustronnej jest mniejsze niż jednostronnej, co

przekłada się na mniejsze zużycie materiałów dodatkowych, skrócenie czasu spawania; znacznie

mniejsze odkształcenia spawalnicze złącza, zwłaszcza kątowe; mniejsze jest prawdopodobieństwo

wystąpienia niezgodności ponieważ warstwa graniowa zostaje przetopiona; spoina dwustronna jest

łatwiejsza do wykonania.

Zalecane sposoby przygotowania brzegów do spawanie są podane w normie PN- EN ISO 9692.

Metody napraw złączy spawanych

Zestaw 12

Spawanie elektronowe

Zasada procesu

Proces spawania wiązką elektronów polega na wykorzystaniu energii kinetycznej elektronów

poruszających się w próżni z wysoka prędkości. Podczas bombardowania elektronami powierzchni

metalu zasadnicza część energii kinetycznej elektronów przechodzi w ciepło, które jest

wykorzystywane do roztopienia metalu.

Podstawowe zespoły urządzeń do spawania elektronowego: działo elektronowe, komora robocza,

zespoły pomp próżniowych, układ sterowania.

Spawarki elektronowe dzieli się na:

• Wyspecjalizowane- charakteryzują się małymi komorami roboczymi o gabarytach ściśle

dostosowanych do wielkości spawanych przedmiotów i wyposażone są w specjalistyczne

manipulatory. Czas uzyskania próżni w komorze roboczej wynosi od kilku do kilkunastu

sekund. Przeznaczone do produkcji seryjnej.

• Uniwersalne- charakteryzują się dużymi komorami roboczymi, posiadają uniwersalne

wieloosiowe manipulatory. Czas uzyskania próżni w komorze roboczej wynosi przeciętnie od

kilku do kilkunastu min.

Wyrzutnie elektronów pracują przy napięciu przyspieszającym rzędu 60kV. Moc dział elektronowych

spawarek mieszcząca się w granicach 10-12kW pozwala na uzyskanie głębokości przetopu do ok.40-

50mm dla stali konstrukcyjnych niskowęglowych.

Technika spawania wiązką elektronów i własności złączy

Elementy do spawania przygotowuje się „na styk”, bez konieczności ukosowania krawędzi.

Zalecane jest utrzymanie wysokiej dokładności obróbki i niewielkiej szczeliny styku powierzchni

łączonych (szczelina nie powinna przekraczać 0,1mm). Wynika to z b. małych wymiarów wiązki i

niewielkiej szerokości warstwy przetapianego materiału. Zbyt dużą szczelinę styku można

zlikwidować przez stosowanie odpowiednio dobranych parametrów, zmniejsza to jednak prędkość

spawania i prowadzić może do wystąpienia takich niezgodności jak: podtopienia, przepalenia z

wypływem materiału od strony grani.

Pole przekroju strefy przetopionej przy spawaniu wiązką elektronów jest orientacyjnie 25 razy

mniejsze, niż przy spawaniu metodami łukowymi.

Dzięki prawie równoległym granicom wtopienia i min SWC odkształcenia elementów spawanych

elektronowo są pomijalnie małe.

Ze względu na fakt, że proces jest prowadzony w próżni spoiny charakteryzują się wysoką

czystością metalurgiczną co podnosi ich własności wytrzymałościowe.

Zastosowanie przemysłowe spawania wiązką elektronów:

• Produkcja seryjna przedmiotów o symetrii obrotowej typu tarcza, wałek tuleja;
• Najszersze zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, obrabiarkowym i narzędziowym-

spawanie wiązką elektronów stosuję się przy łączeniu elementów kół zębatych skrzyń biegów

i przekładni planetarnych, wałów, narzędzi bimetalowych;

• W energetyce- łączenie rur z dnami sitowymi.

Zalety procesu:

Metoda zapewnia:

• Automatyzację procesów technologicznych;
• Możliwość dowolnych oscylacji wiązki;
• Wykonywanie połączeń metali różnych własnościach fizyko-chemicznych (np. tantal+

wolfram)

• Zmniejszenie zużycia energii
• Uzyskanie b. wąskich spoin przy ograniczonej szerokości SWC oraz min odkształceniach zlącza

spawanego;

• Łączenia materiałów bez ukosowania krawędzi i przy całkowitej eliminacji materiałów

dodatkowych

• Możliwość spawania elementów obrobionych na gotowo (elementy te mogą być używane w

stanie otrzymanym po spawaniu, bez potrzeby stosowania obróbki cieplnej i obróbki

skrawaniem)

Wady:

• Konieczność spawania w próżni
• Konieczność ochrony personelu przed promieniowaniem X
• Relatywnie wysokie koszty urządzeń w porównaniu z urządzeniami do spawania łukowego

Metoda spawania Nr:76

Proces formowania spoiny przy spawaniu elektronowym

Charakterystyczne dla procesu spawania elektronowego jest wykorzystanie dużej gęstości mocy

wiązki elektronów, wynoszącej od 10

7

do 10

9

W/cm

2

. Po osiągnięciu tak dużej koncentracji energii

metal nie tylko topi się ale zaczyna parować. Tworzy się wówczas wąski kanał wypełniony parami i

otoczony płaszczem stopionego metalu, przez który wiązka wnika w głębsze warstwy materiału. W

czasie spawania na przedniej ściance kanału następuje ciągłe topienie materiału, w tylnej jego części

krystalizacja. W ciekłym płaszczu kanału występuje wymieszanie materiału. Spoina ma

charakterystyczny wydłużony kształt.

Materiały w pełni spawalne wiązką elektronów: stale niskowęglowe (uspokojone), nierdzewne,

utwardzone przez starzenie, nieutwardzone dyspersyjnie stopy aluminium, stopy miedzi nie

zawierające cynku, tytan i jego stopy, ołów, molibden, tantal, cyrkon, miedź z niklem.

Materiały spawalne z pewnymi ograniczeniami: nieuspokojone stale węglowe, stale węglowe o

zawartości węgla przekraczającej 0,2%, automatowe, narzędziowe, niskostopowe, utwardzone

dyspersyjnie stopy aluminium, stopy manganu, wolfram, miedź ze stalą.

Materiały niespawalne wiązką elektronów: stopy miedzi zwierające cynk, aluminium ze stalą, tytan ze

stalą.

Spawalność stali niskostopowych do pracy w niskich temperaturach

Stale niskowęglowe

Stale te z uwagi na niski równoważnik węgla nie są skłonne do pękania zimnego i nie wymagają

podgrzewania przed spawaniem. Głównym problemem jest uzyskanie spoiny i całego złącza

odpowiedniej udarności wymaganej dla danej temp. Pracy. Stosowane jest spawanie EO o otulinie

zasadowej, metodą MAG oraz łukiem krytym.

Przy spawaniu jednostronnym (rurociągi) warstwę graniową można wykonać EO o otulinie rutylowej

w celu uzyskania prawidłowego przetopu. Stosuje się również metodę TIG która ułatwia wykonanie

ściegu graniowego o korzystnym kształcie przetopu. Warstwy wypełniające wykonuje się EO o

otulinie zasadowej.

Dla zapewnienia wymaganej udarności spoin należy zastosować większą ilość warstw wykonywanych

mniejszą energią liniową. Temp międzyściegowa nie powinna przekraczać 150

0

C.

Stale o podwyższonej wytrzymałości

Podwyższona zawartość Mn (do 1,6%) oraz dodatek Cr i Ni i Mo powodują że stale przy większych

grubościach są skłonne do utwardzania się w SWC i powstania pęknięć zimnych. Należy przestrzegać

następujących zasad:

• Ograniczać ilość wodoru dyfundującego wprowadzanego do spoiny
• Stosować podgrzewanie wstępne łączonych elementów (przy większych grubościach)
• Ograniczać wielkość spawalniczych naprężeń pozostających w złączu spawanym

W zależności od składu chemicznego stali, grubości spawanych elementów, stopnia utwierdzenia

złączy i ilości wodoru dyfundującego należy dobierać temp. Podgrzania.

Spawanie w osłonie gazów ochronnych metodą MAG można prowadzić stosując druty z dodatkiem

niklu 1-2,5% Ni. Łukiem krytym stosować druty zawierające 2%Ni.

Stale zawierające 3,5 i 5% Ni

Stale te dostarczone są w stanie wyżarzonym normalizująco lub ulepszonym cieplnie (hartowanie+

odpuszczanie). Po normalizowaniu uzyskuje się strukturę ferrytyczno- perlityczną o drobnym ziarnie.

Wyższe własności wytrzymałościowe i wyższą udarność uzyskuje się po ulepszeniu cieplnym.

Spawalność stali zależy przede wszystkim od zawartości węgla. Przy zawartości C w stali mniejszych

niż 0,1% utwardzenie w SWC nie jest zbyt i przy spawaniu ręcznym EO stali zawierającej 3,5% Ni max.

Twardość nie przekraczają 350HV.

Na ogół nie stosuje się podgrzewania wstępnego i obróbki cieplnej po spawaniu. W przypadku stali o

większej zawartości węgla niż 0,1% i/lub większej grubości spawanych elementów niż 20mm zaleca

się podgrzanie wstępne do temp. 100

0

C. zbyt wysoka temp. Podgrzania i temp. Międzyściegowa

powoduje obniżenie udarności złącza spawanego w niskich temp.

Stale te spawa się przeważnie EO lub w atmosferze argonu i mieszanek gazowych, a w mniejszym

stopniu łukiem krytym. Gdy temperatura pracy urządzeń jest wyższa niż -80

0

C stosuje się EO

zasadowe o zawartości 2- 3%Ni. Spawać wąskimi ściegami o małej grubości

W przypadku temp. eksploatacji poniżej -80

0

C stosuje się spoiwa austenityczne lub o dużej zawartości

niklu np.:

• 18%Cr, 8%Ni, 6%Mn- udział materiału rodzimego w spoinie nie powinien przekraczać 15-

20%, w przeciwnym razie spoina może posiadać częściowo strukturę martenzytyczną;

• 25%Cr, 20%Ni- stabilna struktura austenityczna pozwala na większy udział materiału

rodzimego w spoinie. Spoina jest natomiast skłonna do powstawania pęknięć gorących

dlatego jeziorko metalu powinno być małe a temp. międzysciegowa powinna być niższa niż

150

0

C

Spoiny wykonane spoiwami o powyższym składzie chemicznym mają przeważnie niższe własności

wytrzymałościowe niż stale zawierające 3,5 i 5%Ni w stanie ulepszonym cieplnie. W celu zwiększenia

granicy plastyczności spoiny, do spoiw wprowadza się węglikotwórczy wolfram.

Stale o zwartości 9% Ni

Zaletą tej stali jest duża wartość granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie, wysoka

udarność i dobre własności plastyczne w b. niskich temp. zastosowanie głównie w urządzeniach do

wytwarzania przewozu i składowania ciekłych gazów np. metanu -162

0

C.

Nikiel zwiększa hartowność stali 9Ni zmniejszając krytyczną prędkość chłodzenia.

Stale 9Ni charakteryzują się dobrą spawalnością dzięki małej zawartości węgla (zwykle do 0,1%).

Utwardzenie przylegającego do spoiny obszaru SWC nie jest zbyt duże (nieco powyżej 350HV) .

Powstawanie pęknięć zimnych, które często pojawiają się przy spawaniu stali niskostopowych o

średniej zawartości węgla, przy spawaniu stali 9Ni jest zjawiskiem rzadkim.

Przy spawaniu konstrukcji z tej stali na ogół nie stosuje się podgrzewania wstępnego, ponieważ stal

ta jest mało skłonna do pękania zimnego, zwłaszcza przy stosowaniu niskowodorowych EO. Nie

stosuje się również obróbki plastycznej po spawaniu z uwagi na wysokie własności plastyczne

połączeń nawet przy b. niskich temp. oraz znaczną skłonność tej stali do kruchości odpuszczania.

Do spawania stali 9Ni nie stosuje się spoiw o składzie materiału rodzimego, ponieważ nie uzyskuje się

zadawalających własności złączy. Przyczyną tego jest surowy stan lanego metalu spoiny przeważnie o

strukturze martenzytycznej. Do spawania stosuje się chromowo- niklowe spoiwa austenityczne lub

spoiwa wysokoniklowe.

Klasyfikacja złączy spawanych

Złącza doczołowe

Złącza kątowe: teowe, krzyżowe, narożne

Złącza przylgowe: zakładkowe (spoina otworowa, spoina punktowa), nakładkowe, przylgowe (spoiny

grzbietowe)

Najlepsze cechy mają złącza doczołowe, stosowane powszechnie w konstrukcjach powłokowych

(zbiorniki, rurociągi, poszycie statków) przenoszące znaczne i zasadnicze obciążenia statyczne i

dynamiczne (zmienne). Najczęściej, szczególnie w konstrukcjach budowlanych i maszynowych

obciążonych przeważnie statycznie stosuje się złącza kątowe (teowe, krzyżowe, narożne) i przylgowe

(zakładkowe, nakładkowe) ze względu na łatwość ich kształtowania i wykonania. Złącza kątowe

spełniają z powodzeniem swoją rolę w konstrukcjach przestrzennych, w stosunku do których

wymagana jest znaczna sztywność. Pod względem wytrzymałości, szczególnie zmęczeniowej ustępują

zdecydowanie złączom doczołowym.

Pomiar parametrów spawania

Pomiar to czynność doświadczalna mająca na celu wyznaczanie wartości mierzonej obarczonej

niepewnością pomiaru.

Pomiar wielkości elektrycznych:

• Pomiar bezpośredni za pomocą miernika magnetoelektrycznego
• Pomiar za pomocą wzmacniacza elektronicznego

Pomiar napięcia

Pomiar woltomierza do obiektu mierzonego:

Pomiar napięć w.cz.; pomiar napięć stałych; pomiar napięć m.cz.

Wskazania woltomierza będą obarczone, zależnie od c częstotliwości błędem systematycznym

spowodowanym skończoną impedancją wejściową woltomierza.

Zaletą woltomierzy elektronicznych:

• B.duża impedancja wejściowa
• Szeroki zakres pomiarowy
• Szeroki zakres częstotliwości pracy
• Duża dokładność pomiaru

Pomiar prądu

Prąd mierzymy metodą pośrednią przez pomiar spadku napięcia na:

• Rezystorze wzorcowym R (pomiar prądu stałego i prądu m.cz)
• Kondensatorze C (pomiar przy częstotliwościach nadakustycznych lub radiowych)

Pomiar pośredni prądu za pomocą woltomierza elektronicznego i bocznika rezystancyjnego lub

bocznika pojemnościowego.

Pomiar temperatury :

1. Termometry termoelektryczne

• Termoelementy do pracy w temp. maks. 1820

0

C

• Termoelementy wysokotemperaturowe

2. Termoelementy rezystancyjne do pracy w temp. do 850

0

C

3. Termometry półprzewodnikowe tzw. Termistory (pomiar w badaniach do temp. 300

0

C)

4. Pirometry

• Bezstykowa ocena temp nieuzbrojonym okiem na podstawie porównania elementu

pomiarowego z charakterystycznymi barwami promieniowania podczerwonego i

widzialnego (od 0,4 do 20µm)

• Zakres pomiarowy do 20000

0

C lub do 3500

0

C

• Podstawowy element pirometrów to detektor promieniowania, który zaczyna

przewodzić prąd elektryczny przy naświetlaniu absorbowanym promieniowaniem o

określonej długości. Detektory fotoprzewodzące; fotowoltaiczne

5. Wzmacniacze i mierniki cyfrowe

• Konieczna współpraca z czujnikiem termoelektrycznym, rezystancyjnym,

półprzewodnikowym, a nawet czujnikiem pirometrycznym

• Element podstawowy to wzmacniacz o małym poborze mocy

6. Termoindykatory kredkowe

• Szereg kredek topiących się w temp.: 55, 105, 155, 200, 240, 280, 320, 370 do 800

0

C

• Praktyczne do sprawdzania temp. wstępnego podgrzewania w warunkach polowych

7. Pomiar temp. metodą skanowania pola temperaturowego
8. Termometry ultradźwiękowe (częstotliwość pracy od 0,1 do 3 MHz) zastosowanie: pomiary

w reaktorach jądrowych, pomiar wew. zbiorników o złożonej konstrukcji i mediach niebezp.

Dla zdrowia.

Pomiar czasu chłodzenia t

8/5

W procesie spawania przylegający do spoiny obszar materiału nagrzewany jest do różnych temp.

maks. W zależności od odległości źródła ciepła.

Kontrola stabilności parametrów spawania:

a) Spawanie gazowe:

• Kontrola stabilności i szybkości spawania, pochylenia drutu lub pałeczki w stosunku

do spawanego materiału,

• Kontrola regulacji płomienia acetylenowo- tlenowego (1<O

2

/C

2

H

2

>1,3)

b) Spawanie elektryczne

• Kontrola parametrów prądowo- napięciowych, szybkości spawania (energii liniowej

spawania E),

• Wpływ pozycji spawania na parametry spawania
• Kształt rowka spawalniczego

c) Zgrzewanie

• Kształt elektrod i stopień zużycia
• Natężenie prądu, nacisk i czas zgrzewania
• Dobór właściwego programu zgrzewania
• Problem zgrzewania blach z pokryciami ochronnymi (stosowanie korekcji prądu

zgrzewania)

Kontrola parametrów obróbki cieplnej

a) Podgrzewanie wstępne

• Zmniejszenie szybkości stygnięcia by zapobiec powstawaniu niekorzystnych struktur

typu hartowniczego (martenzytu, ledeburytu)

• Zmniejszenie ogólnego poziomu naprężeń spawalniczych

b) Podgrzewanie w czasie spawania

• Niebezpieczeństwo pojawienia się karbu strukturalnego

Zestaw 2

Rodzaje płomieni gazowych

Do spawania stali powinien być stosowany płomień normalny. Płomień z nadmiarem acetylenu działa

nawęglająco (utwardzająco) na stal, zaś płomień z nadmiarem tlenu utlenia spoinę i strefę spawania,

powodując zarazem powstawanie odprysków.

Metody badan nieniszczących, zastosowanie

VT:

Kontrola podczas spawania sprowadza się m.in. do usuwania żużla po ułożeniu kolejnych ściegów,

określenia głębokości i profilu żłobienia, wyeliminowania pęknięć w warstwie graniowej i w spoinach

sczepnych oraz skontrolowania czy powierzchnie przejścia między poszczególnymi ściegami są w

stanie zapewnić przetopienie kolejnym ściegiem czy warstwą. Kontrola po spawaniu i naprawach

polega na obserwacji wzrokowej i pomiarach złącza w celu stwierdzenia czy zostało ono wykonane

zgodnie z projektem lub odpowiednimi normami PN-EN ISO 5817 i czy nie wykazuje

nieakceptowanych niezgodności powierzchniowych: pęknięcia, kratery, porowatość, podtopienia,

wklęśnięcia lica i grani, nieregularność kształtu spoiny, niewłaściwe jej wymiary, przesunięcie

brzegów, nadmierne odkształcenia.

Zastosowanie badań VT:

• Samokontroli wykonywanej przez:

 Spawaczy
 Brygadzistów
 Mistrzów
 Kierowników

W samokontroli w badaniach NDT stosuję się: oglądanie złączy spawanych gołym okiem,

wspomaganie się podczas oględzin lupami, lusterkami.

• Kontroli wykonywanej przez etatowych pracowników działu KJ

PT:

Pozwalają wykryć niezgodności zew. Sięgające w głąb badanego obiektu np. przyklejenia na brzegu

spoiny, porowatość, ale nie pozwalają na określenie głębokości ich zalegania. Jest to metoda

bezciśnieniowa , w której wykorzystuje się zdolność wnikania penetranta w wąskie szczeliny.

Badania PT można stosować do wszystkich materiałów nieporowatych i wszystkich rodzajów złączy i

spoin. Zaletą jest prosty w stosowaniu lekki i względnie tani sprzęt oraz łatwa ocena wskazań.

Utrudnieniem w interpretacji może być wysoka temp obiektu i zanieczyszczona pow. Badania.

MT:

Metoda ta pozwala wykryć w złączu nieciągłości wychodzące na pow. A nawet znajdujące się tuż pod

powierzchnią (do głębokości ok. 5mm przy b. silnym polu magnetycznym), głównie peknięcia,

przyklejenia na brzegu spoiny, porowatość na powierzchni, nawis lica. Można ją stosować tylko do

materiału ferromagnetycznego, praktycznie do stali o strukturach innych niż austenityczna. Badania

MT są przydatne do większości złączy. Ich zaletą jest krótszy czas badania oraz dokładne

odwzorowanie wymiarów nieciągłości.

Rodzaje niezgodności wykrywane za pomocą badań MT

• Niezgodności odlewnicze- wtrącenia niemetaliczne, pęcherze, włoskowiny
• Niezgodności walcownicze- zawalcowania, naderwania, nawisy
• Niezgodności kuzienne- zakucia, rozerwania, pęknięcia hartownicze
• Niezgodności spawalnicze- pęknięcia, przyklejenia, brak przetopu i wklęśnięcie grani,

porowatość

ET:

Wykrywalność: na powierzchni spoin czołowych występujące: pęknięcia, przyklejenia, braki przetopu,

porowatość, pęcherze kanalikowe, wyciek stopiwa.

metodą ET najczęściej bada się rury ze spoinami lub zgrzeinami wzdłużnymi w czasie ich produkcji i

rury wymienników ciepła podczas ich remontów oraz szyny kolejowe.

Zalety: niski koszt i możliwość zastosowania b. dużej prędkości badanego obiektu- łatwość

automatyzacji i rejestracji danych. W metodzie tej możliwe jest wykrywanie niezgodności ukrytych.

Badania prowadzone są bezkontaktowo. Czułość i niezawodność wykrywania są wysokie można

wykryć niezgodność nawet do około 0,1mm.

Skuteczność może obniżyć się przez stan powierzchni: zabrudzenie, zatłuszczenie, chropowatość,

odpryski.

Badania ET nie są szkodliwe dla zdrowia i mogą być prowadzone w miejscach trudno dostępnych.

Ograniczeniem jest brak możliwości określenia wymiarów nieciągłości. Metoda ta nadaje się do

obserwacji rozwoju nieciągłości już wykrytych i zmierzonych innymi metodami przez porównanie

wskazań z kolejnych okresowych badań.

RT:

Ograniczeniem jest konieczność obustronnego dostępu do złącza ponieważ filtr znajduje się po

przeciwnej stronie spoiny niż źródło promieniowania. Stosowana przeważnie do złączy doczołowych i

rzadziej kątowych ze spoinami czołowymi. Do spoin pachwinowych w szczególnie uzasadnionych

przypadkach. Dobrą wykrywalność uzyskuje się dla nieciągłości trójwymiarowych natomiast

nieciągłości płaskie (przyklejenia) są w miarę pewnie wykrywane gdy są usytuowane wzdłuż kierunku

promieniowania. Gdy niezgodność płaska będzie prostopadła do osi wiązki promieniowania wykrycie

może być utrudnione.

Złącza o gr. Do 30mm zaleca się badać promieniami X.

Badania te należą do najbardziej wiarygodnych ale jednocześnie najdroższych. Cechuje jest dobra

wykrywalność nawet małych nieciągłości oraz stosunkowo jednoznaczna ich interpretacja.

Wadą radiografii izotopowej jest brak możliwości regulowania energii wiązki oraz duża przenikliwość

promieniowania, dająca mały kontrast obrazu. Zaletą jest mała masa i wymiary źródła co ułatwia

operowanie nim w trudnych warunkach.

Niezaprzeczalną zaletą jest stosowanie do wszystkich znanych materiałów konstrukcyjnych.

US:

Badania UT bardzo dobrze nadają się do badania niezgodności płaskich. W sposób pewny wykazują

występowanie takich niezgodności, jak przyklejenia międzyściekowe, pęknięcia, co do których RT

może być zawodne. Badania UT i RT wzajemnie się uzupełniają. Do badań UT najczęściej stosuje się

defektoskopy impulsowe analogowe lub impulsowe z przetwarzaniem cyfrowym.

Metody UT umożliwiają wykrywanie różnego rodzaju wew. nieciągłości w złączach spawanych i MR.

Istnieją możliwości lokalizowania i rejestrowania wykrytych niezgodności zarówno na głębokości jak i

szerokości. Badania UT są szczególnie przydatne do badania grubych elementów, wykrywania

nieciągłości płaskich np. pęknięć, braków wtopienia i przetopu, rozwarstwień które są trudne do

wykrycia metodą RT. Przy spawaniu odpowiedzialnych konstrukcji (rurociągi przemysłowe gazu czy

ropy) stosuje się UT i RT. Badanie UT jest bardziej operatywne, szybsze, tańsze niż RT

Powiązanie norm ISO 9001/729/3834

Ponieważ stosuje się podejście procesowe w systemie zarządzania jakością PN-EN
ISO 9001:2001 należy pamiętać, że każde działanie traktuje się jako proces. Oznacza to,
że dane wejściowe przetwarzane są na dane wyjściowe i związane są z wytwarzaniem
dóbr lub usług.

Norma PN-EN ISO 9001:2001 nie precyzuje dokładnie jak powinna wyglądać
Księga jakości lub procedury i instrukcje. Nie określa również ich ilości. Natomiast
wskazuje jakie procedury i zapisy jakościowe systemu zarządzania powinny być
umieszczone w dokumentacji. Wykaz tych procedur to:
. 4.2.3 Nadzór nad dokumentami
. 4.2.4 Nadzór nad zapisami
. 8.2.2 Audit wewnętrzny
. 8.3 Nadzór nad wyrobem niezgodnym
. 8.5.2 Działania korygujące
. 8.5.3 Działania zapobiegawcze

Wymagania dotyczące jakości zawarte w PN-EN ISO 9001:2001 są uogólnione co wynika z faktu, że
norma dotyczy wielu gałęzi gospodarczych. Dla procesów specjalnych do których zalicza się procesy
spawalnicze uogólnienia te są niewystarczające do stworzenia systemu jakości.
Dla procesów specjalnych musza być spełnione pewne wymagania, do których zaliczamy:

1. Sprawowanie właściwego nadzoru nad wykonywanymi pracami.
2. Nadzór musi być prowadzony przez wysoko wykwalifikowany personel spawalniczy.
3. Należy zapewnić warunki monitorowania od fazy projektowania aż do fazy wydania

gotowego produktu do klienta.

Spełnienie wymienionych wymagań spowodowało, że zostały utworzone normy
umożliwiające spełnienie podanych czynników. Pierwszą normą dotyczącą jakości w spawalnictwie
była norma PN-EN 729:1997. Składała się ona z czterech arkuszy, w których w zależności od stopnia
wymagań ustalono pewne warunki, które musiały być spełnione, aby można było stosować w
przedsiębiorstwie system jakości dotyczący procesów spawalniczych.

Zgodnie z PN-EN 729: 1997 elementami wymaganymi były:
1. Przegląd umowy.
2. Przegląd projektu.
3. Ocena Poddostawców.
4. Spawacze i operatorzy.
5. Personel nadzoru spawalniczego.
6. Personel kontroli.
7. Urządzenia stosowane w produkcji.
8. Utrzymanie wyposażenia i urządzeń.

9. Plan produkcji.
10. Instrukcja Technologiczna Spawania (WPS).
11. Uznanie Technologii Spawania wg odpowiednich norm.
12. Instrukcje robocze.
13. Dokumentowanie.
14. Badanie partii materiałów dodatkowych.
15. Przechowywanie i postępowanie z materiałami dodatkowymi.
16. Magazynowanie materiałów podstawowych.
17. Obróbka cieplna po spawaniu.
18. Badania przed, podczas oraz po spawaniu.
19. Niezgodności.
20. Wzorcowanie.
21. Identyfikowalność wyrobu.
22. Zapisy jakości

Arkusze nieaktualnej normy PN-EN 729:1997 były następujące:
1. PN-EN 729-1:1997: Spawalnictwo. Spawanie Metali. Wytyczne doboru wymagań
dotyczących jakości i stosowania. Zastąpiona przez PN-EN ISO 3834-1:2007
2. PN-EN 729-2:1997: Spawalnictwo. Spawanie Metali. Pełne wymagania dotyczące
jakości w spawalnictwie. Zastąpiona przez PN-EN ISO 3834-2:2007.
3. PN-EN 729-3:1997: Spawalnictwo. Spawanie Metali. Standartowe wymagania
dotyczące jakości w spawalnictwie. Zastąpiona przez PN-EN ISO 3834-3:2007.
4. PN-EN 729-4:1997: Spawalnictwo. Spawanie Metali. Podstawowe wymagania
dotyczące jakości w spawalnictwie. Zastąpiona przez PN-EN ISO 3834-4:2007.

Obecnie obowiązująca normą jest PN-EN ISO 3834: 2007 w sześciu arkuszach
Zarówno PN-EN 729:1997 jak i PN-EN ISO 3834: 2007 nie wymaga Księgi Jakości.
Dla najwyższego poziomu zaleca się stworzenie dokumentu w formie Księgi Jakości lub
Przewodnika Systemu (częściej stosowane)

Dla najwyższego poziomu Przewodnik systemu zawierać może następujące elementy:
1. Informacje o zakładzie.
2. Schemat organizacyjny.
3. Cele jakościowe.
4. Deklarację najwyższego kierownictwa.
5. Opis wdrożonego systemu jakości z powołaniem się na procedury, instrukcje, itp.

Dla niższego poziomu powinny znajdować się:
1. Dokumenty robocze obejmujące:
a) Procedury opisujące w sposób ogólny prowadzone procesy.

Dla najniższego poziomu powinno stosować się:
1. Instrukcje systemu tworzące podstawową dokumentację, która jest stosowana do
planowania, realizacji i nadzorowania wszystkich działań, które maja wpływ na
jakość wytwarzanych dóbr (urządzeń, maszyn, podzespołów, elementów
konstrukcyjnych).

Jeżeli organizacja posiada system zarządzania jakością wg PN-EN ISO

9001:2001 (PN-EN ISO 9001:2009) to dokumentacja systemu jakości w

spawalnictwie zgodnie z PN-EN ISO 3834-1:2007 (stara, nieaktualna norma

PN-EN 729-1:1997) powinna być częścią całej dokumentacji systemu i mieć

zastosowanie do procesów spawalniczych, które są procesami specjalnymi.

Norma dotycząca systemów jakości w spawalnictwie PN-EN ISO 3834:2007
składa się z sześciu arkuszy:
1. PN-EN ISO 3834-1:2007: Wymagania jakości dotyczące spawania materiałów
metalowych. Kryteria wyboru odpowiedniego poziomu wymagań jakości.
2. PN-EN ISO 3834-2:2007 Wymagania jakości dotyczące spawania materiałów
metalowych. Pełne wymagania jakości.
3. PN-EN ISO 3834-3:2007 Wymagania jakości dotyczące spawania materiałów
metalowych. Standartowe wymagania jakości.
4. PN-EN ISO 3834-4:2007. Wymagania jakości dotyczące spawania materiałów
metalowych. Podstawowe wymagania jakości.
5. PN-EN ISO 3834-5:2007. Wymagania jakości dotyczące spawania materiałów
metalowych. Dokumenty konieczne do potwierdzenia zgodności z wymaganiami
jakości ISO 3834-2, ISO 3834-3, ISO 3834-4.
6. PKN-CEN ISO/TR 3834-6:2007. Quality requirements for fusion welding of
metallic materials - Part 6: Guidelines on implementing ISO 3834 (oryg.) –
wytyczne do wprowadzenia ISO 3834.

Arkusz 1 podaje kryteria wyboru poziomu wymagań jakości możliwych do zastosowania
w organizacji (wytwórca). Wybór poszczególnych arkuszy (z numerami 2, 3, 4), które
określają wymagania jakościowe i wytyczne dla procesów spawalniczych powinno być
dokonywane po uwzględnieniu różnych czynników. Najważniejsze z nich to:
1. Stopień bezpieczeństwa oraz odpowiedzialności wytwarzanych
ustrojów, konstrukcji stalowych.
2. Złożoność realizacji procesów służących do wytworzenia
konstrukcji.
3. Zakres wytwarzanych wyrobów.
4. Rodzaj materiałów spawanych, które są stosowane podczas
produkcji.
5. Problemu metalurgiczne podczas spawania (np. powstawanie
pęknięć gorących).
6. Możliwość powstawania niezgodności spawalniczych

W arkuszu 2 przedstawione są pełne wymagania, jakie powinien spełniać producent,
który wykorzystuje procesy spawalnicze. Wymagania te dotyczą wszystkich czynników,
które wpływają na jakość wytwarzanych zespołów, konstrukcji spawanych. Należy
zaznaczyć, że arkusz 2 stawia najwyższe wymagania, które dotyczą 14-stu obszarów,
które związane są z realizowaną w zakładzie produkcją. Wymagane obszary to:
1. Przegląd wymagań i przegląd techniczny – producent musi stwierdzić czy jest w stanie spełnić
wymagania klienta zawarte w umowie i czy jest wstanie zapewnić odpowiedni poziom jakości
swojego wyrobu.
2. Podwykonawstwa – producent musi być pewien, że podwykonawca spełni jego wymagania
jakościowe.
3. Personelu spawalniczego – producent powinien posiadać kadrę zapewniającą kompetentną
obsługę obszarów planowania, wykonania oraz kontroli.
4. Personelu kontrolującego – producent powinien posiadać kompetentną kadrę do planowania,
sprawowania nadzoru, kontroli, badań oraz prób produkcyjnych.

5. Wyposażenia – wyposażenie musi umożliwiać prawidłowe funkcjonowanie w celu wykonania
odpowiednich prac spawalniczych. Powinien posiadać wykaz urządzeń wraz kartami zawierającymi
ich charakterystyki. Powinien zapewnić kontrolę urządzeń, a w szczególności zespołów, które sterują
parametrami zawartymi w instrukcjach technologicznych.
6. Produkcji spawalniczej i związanej – producent powinien (ma obowiązek) przygotowania planów
produkcji oraz instrukcji technologicznych spawania. Należy stosować procedury nadzoru, które
dotyczą dokumentów jakości, czyli raportów z badań przedłużających uprawnienia spawaczy, kart
technologicznych spawania, certyfikatów spawaczy itp.
7. Materiałów dodatkowych do spawania – należy ustalić procedury dotyczące przechowywania,
zabezpieczenia, identyfikacji oraz użytkowania materiałów dodatkowych.
8. Magazynowania materiałów podstawowych – należy zapewnić odpowiednie warunki
przechowywania. Należy je chronić przed czynnikami mogącymi wpływać niekorzystnie na ich stan.
Muszą być łatwo identyfikowalne.
9. Obróbki cieplnej – należy zachować komplet dokumentów z przeprowadzonej obróbki cieplnej.
10. Kontroli i badań - .kontrola musi być przeprowadzana na odpowiednich etapach procesu
produkcyjnego. Kontrola ta może być zawarta w umowie i dotyczy kontroli przed, w czasie i po
spawaniu.
11. Niezgodności z wymaganiami i działaniami korygującymi – należy prowadzić nadzór nad częściami
składowymi wykonywanych konstrukcji. Naprawy powinny być wykonywane wg odpowiednich
procedur znajdujących się na stanowisku pracy. Jednocześnie każda naprawa lub poprawka musi być
ponownie przebadana w celu określenia niezgodności spawalniczych. Wszystkie czynniki
niekorzystnie wpływające na jakość powinny być możliwe do identyfikacji i do wyeliminowania.
12. Kalibracji i wzorcowania urządzeń do kontroli i badań – wytwórca odpowiada za odpowiednie
wykalibrowanie (wzorcowanie) urządzeń do kontroli, badań i pomiaru. Dotyczy to wszystkich
urządzeń, które służą uzyskaniu odpowiedniej jakości.
13. Identyfikacja i identyfikowalność – plany produkcji, plany spawania powinny być identyfikowalne.
Łatwe do zidentyfikowania powinny również być: karty przewodnie, procedury badań nieniszczących,
materiały dodatkowe oraz podstawowe, miejsce naprawy. Lokalizacja spoin powinna również być
łatwa do zlokalizowania.
14. Zapisy jakości – powinny być zgodne z ustaleniami w umowie

Arkusz 3

W arkuszu tym zawarte są standardowe wymagania, jakie musi spełniać wytwórca
stosujący w wytwarzaniu procesy spawalnicze. W porównani do arkusza 2 tej normy
wymagania zostały zmniejszone o:
1. Niesprecyzowano wymagań odnośnie stosowania urządzeń (nowych i regenerowanych).
2. Nie określono wymagań odnośnie opracowania planów remontów i przeglądów.
3. Nie uwzględniono kalibrowania i wzorcowania. Może być stosowane tylko jeżeli jest takie
wymaganie.

Arkusz 4

W arkuszu 4 przedstawiono podstawowe wymagania, które musi spełniać wytwórca
wykorzystujący w produkcji procesy spawalnicze. Porównując ten arkusz z arkuszem
2-gim tej normy jest on uboższy. Wymagania dotyczą następujących punktów:
1. Przeglądu wymagań i przeglądu technicznego (opis z arkusza 2).
2. Podwykonawstwa (opis z arkusza2).
3. Personelu spawalniczego – spawacze oraz operatorzy musza posiadać aktualne
uprawnienia.

4. Personelu kontrolującego i badawczego- muszą posiadać odpowiednie kwalifikacje.
5. Wyposażenia – sprawne urządzenia.
6. Produkcji spawalniczej i związanej – stosowanie właściwej techniki spawalniczej.
7. Materiałów dodatkowych do spawania – odpowiednie przechowywanie wg zaleceń dostawcy,
stasowanie właściwych materiałów.
8. Badania i kontroli – badania należy prowadzić z ustaleniami umowy oraz zapewnić odpowiedni
nadzór produkcyjny.
9. Niezgodności z wymaganiami i działań korygujących (opis z arkusz 2).
10. Zapisów jakości (opis z arkusza 2).

Arkusz 5
W arkuszu tym zawarto wykaz norm, które muszą być uwzględnione przy wdrażaniu systemu jakości
w spawalnictwie. Obecnie powołanych jest 41 norm. Zaznaczyć jednak należy, że nie wszystkie są
jeszcze ustanowione w Polsce. Niektóre normy są ustanowione w formie uznaniowej (z literką U –
tłumaczona pierwsza strona, a zawartość w języku angielskim). Dodatkowo przedstawiono
dokumenty, które muszą być uwzględnione przy spełnianiu wymagań jakościowych wg arkuszy 2, 3, i
4.

Zestaw 24

Spawanie pod topnikiem

Spawanie łukiem krytym- to proces w czasie którego łuk jarzy się między gołym (nieotulonym)
drutem elektrodowym (taśmą elektrodową) a elementem spawanym pod warstwą specjalnego
ziarnistego topnika, przy ciągłym podawaniu drutu (taśmy)
T

ł

= 5000-6000

0

C

Stosowane średnice drutów elektrodowych i zakresy natężeń prądu spawania

Krótki wylot drutu elektrodowego pozwala na stosowanie wysokich gęstości prądu spawania, co

umożliwia uzyskanie wysokiej wydajności stapiania. Zwykle I

w

= (8-15)d

e

. zakres prędkości spawania

jednym drutem elektrodowym wynosi 30-60 m/h.

Topniki- ziarniste (ziarnistość 0,3- 2,5 mm), łatwo topliwe produkty pochodzenia mineralnego

wytwarzane różnymi metodami.

Podział topników wg. Metody wytwarzania:

• F- topnik topiony. Wytwarzane przez topienie i granulację
• A- aglomerowany- spiekane ziarniste mieszaniny zmielonych składników wyjściowych.
• M- mieszany- obejmują wszystkie topniki wytwarzane przez producenta poprzez zmieszanie

dwóch lub więcej rodzajów topników

Niezbędna grubość warstwy topnika

I=200-400 gr 25-35mm

I=400-800 gr 35-45mm

I=800-1200 gr 45-60mm

Grubość warstwy topnika zależy przede wszystkim od mocy łuku, powinna stanowić ok 2/3 długości

wylotu drutu elektrodowego. Zbyt gruba warstwa topnika powoduje duży nacisk topnika na ciekły

metal jeziorka spawalniczego, utrudniając odgazowanie spoiny (może to prowadzić do porowatości

spoin), co uwidacznia się w postaci wgłębień w licu spoiny.

Współczynnik napawania- Dla średnicy drutu 5mm- wzrost współczynnika napawania następuje

wraz ze zwiększeniem natężenia prądu spawania I od wartości minimalnej do maks dla

poszczególnych średnic; wartość współczynnika napawania wyraźnie rośnie ze zwiększaniem się

wylotu drutu elektrodowego l

w

Współczynnika zużycia topnika: zwiększenie natężenia prądu spawania I powoduje wzrost zużycia

topnika, co jest widoczne przy średnicy 4,0 i 5,0 mm (40-75%). Dla mniejszych średnic wpływ ten jest

mniejszy (10-20%); wzrost napięcia łuku U zwiększa zużycie topnika (40-80%)

Z

t

= (0,-1,6)*Z

dr

W skład urządzeń do spawania łukiem krytym wchodzą:

• Głowica spawalnicza
• Mechanizm ruchów ustawczych prowadnika drutu elektrodowego (suporty)
• Mechanizm jazdy zapewniający przesuw głowicy wzdłuż złącza
• Układ sterowania z przyrządami pomiarowymi
• Układ topnika
• Źródło prądu spawania

Półautomat do spawania łukiem krytym- sposób stosowany rzadko. Prawie wszystkie operacje

ręczne, brak możliwości dokładnego prowadzenia drutu elektrodowego w rowku spawalniczym,

kwalifikacje spawacza i jego stan fizyczny okazują bezpośredni wpływ na proces spawania.

Źródła prądu spawania

O opadającej charakterystyce statycznej- dużym zmianom napięcia łuku odpowiadają niewielkie

zmiany natężenia prądu spawania . wówczas prędkość podawania drutu jest regulowana napięciem

łuku (przy niskich lub średnich gęstościach prądu spawania)

O płaskiej charakterystyce statycznej- niewielkie zmiany napięcia łuku prowadzą do dużych zmian

prądu spawania. Wówczas wykorzystuje się tzw. Samoregulację długości łuku (przy wysokich

gęstościach prądu spawania)

Warunkiem stabilnego jarzenia się łuku może być:

• Stała długość łuku, którą uzyskuje się przy płaskiej charakterystyce źródła prądu stałego,

stałej prędkości podawania drutu dużych gęstościach prądu (samoregulacja łuku)

• Stała długość łuku, którą uzyskuje się przez sterowanie napięciem łuku prędkością podawania

drutu przy opadającej charakterystyce źródła i średnich gęstościach prądu (stosowane źródła

prądu stałego i przemiennego.

Połączenia doczołowe spawane łukiem krytym

Spawanie ŁK jest stosowane do wykonywania spoin czołowych : jedno lub dwustronnych

W przypadku spawania jednostronnego wykonuje się spoiny I, Y, U, 1/2Y, lub L. aby uniemożliwić

wyciekanie stopiwa z rowka stosowane są odpowiednie podkładki technologiczne. Mogą być

topnikowe, ceramiczne, miedziane, topnikowo- miedziane, stalowe lub podpawanie grani. Spoiny I

wykonuje się wyłącznie jako jednościegowe, pozostałe jako jedno lub wielościegowe.

Dwustronne wykonuje się jako 2I, Y/I, X, K, 2U. przy odpowiednim przygotowaniu rowka możliwe jest

spawanie bez podkładek. W niektórych przypadkach pierwszy ścieg spoin dwustronnych wykonuje się

na podkładce topnikowej. W zależności od grubości, spoiny dwustronne wykonuje się jako dwu lub

wielowarstwowe.

Spoiwa i topniki

Przy spawaniu łukiem krytym materiały spawalnicze stanowi zestaw drut- topnik, który należy

odpowiednio dobrać w celu uzyskania spoin o wymaganym składzie chem i własnościach

mechanicznych.

Spoiwa:

Druty:

• Lite- typowe średnice 2,6-6,0 mm)
• Proszkowe- 1,6- 3,2mm
• Taśmy elektrodowe zimnowalcowane- przekrój np. 0,4x100mm, 1x15mm)

Przy spawaniu stali konstrukcyjnych niestopowych oraz niskostopowych stosowane są druty

dobierane pod kątem zapewnienia spoinom odpowiednich własności mechanicznych.

Druty elektrodowe stosowane do spawania połączeń o kontrolowanym składzie chem powinny

zapewnić uzyskanie spoin o składach zbliżonych do składów chemicznych łączonych stali.

Druty lite są najczęściej miedziowane.

Ciąg dalszy materiały z gliwic !!!!!

Przygotowanie próbek do metalografii

Norma PN-EN 1321

Próbki do badań powinny być przygotowane zgodnie PN-EN 1321 i wytrawione po jednej stronie

tak, aby była wyraźnie widoczna linia wtopienia, HAZ i ułożenie ściegów.

Badanie makroskopowe powinno obejmować materiał podstawowy nie objęty wpływem spawania

i powinno być udokumentowane co najmniej jedną reprodukcją zgładu makroskopowego do

badania technologii spawania

Badania makroskopowe- badanie próbki okiem nieuzbrojonym lub przy niewielkim powiększeniu

powierzchni próbki wytrawionej lub niewytrawionej.

Badania mikroskopowe- badanie próbki z użyciem mikroskopu w zakresie powiększeń od 50 do 500

razy pow. Próbki wytrawionej lub niewytrawionej.

Badania wykonuje się w celu ujawnienia makroskopowych i mikroskopowych cech złacza spawanego,

zwykle na jego przekroju poprzecznym. Oględziny wykonuje się na pow. Wytrawionej lub

niewytrawionej.

Zwykle badania wykonuje się na próbkach pobranych prostopadle do osi spoiny (przekrój

poprzeczny) obejmujących obszar spoiny i SWC po obydwu jej stronach.

Badania można również wykonywać na próbkach pobranych w innych kierunkach w stosunku do

złącza spawanego.

Umiejscowienie, kierunek i liczbę badanych próbek należy określać zgodnie z normą wyrobu i/lub

wymaganiami technicznymi, lub wg specjalnych uzgodnień.

Przygotowanie próbek do badań

Próbki do badań należy przygotować poprzez cięcie, oprawianie, szlifowanie, i/lub polerowanie i/lub

odpowiednie trawienie (CR 12361). Procesy te nie mogą niekorzystnie wpływać na powierzchnię

przeznaczoną do badań.

Stan powierzchni próbek:

Wymagania dot. Stanu pow. Próbek zależą od:

• Rodzaju badania (makroskopowe lub mikroskopowe)
• Rodzaju materiału
• Dokumentacji

Informacje dotyczące materiałów szlifierskich i polerskich oraz metod szlifowania i polerowania są

podane w CR 12361

Metody trawienia :

• Poprzez zanurzenie zgładu w odczynniku do trawienia
• Trawienie poprzez przecieranie powierzchni zgładu gazikiem z waty
• Elektrolityczne

Inne metody mogą być stosowane po ustaleniach miedzy stronami umowy.

Po zakończeniu trawienia badaną próbkę zaleca się umyć i wysuszyć

Odczynniki do trawienia

Typowe czynniki do trawienia materiałów podstawowych i spoin oraz cele i rodzaje metod badań są

podane w CR12361.

W zależności od wymaganych informacji rodzaj i stężenie odczynnika do trawienia, jak również temp.

i czas trawienia mogą być dobierane stosownie do gatunku materiału i rodzaju badania.

Dla tych samych złączy mogą być stosowane różne odczynniki do trawienia.

Przygotowana powierzchnia zgładu może być badana przed i/lub po trawieniu w zależności od

potrzeb lub zgodnie z właściwą normą lub warunkami technicznymi.

Stale do pracy w obniżonych temperaturach, wpływ działania karbu

Ogólna charakterystyka stali

W miarę obniżania temp i wzrostu prędkości obciążania, plastyczne w normalnych warunkach metale

przechodzą w stan kruchy (rysunek- wykres materiały z Gliwic 2.13 AW1 )

Szereg konstrukcji spawanych pracuje w niskich i b. niskich temp i na te konstrukcje stosowane są

materiały o wymaganej odporności na kruche pękanie. Do konstrukcji takich zalicza się: kadłuby

statków pływających w warunkach arktycznych i lodołamacze, cysterny do transportowania

skroplonych gazów , zbiorniki do przechowywania skroplonych gazów, statki zbiornikowce do

transportu gazu ziemnego i innych gazów.

W zależności od przewidywanej temp pracy i składu chem wyróżnia się 4 grupy stali:

1. Stale niskowęglowe, zawierające do 0,2%C, przewidziane do pracy w temp do -40,

uspokojone, normalizowane o własnościach wytrzymałościowych R

e

=200-240MPa,

R

m

<500MPa, A

5=23-26%

2. Stal o podwyższonej wytrzymałości przeznaczone do pracy w temp do -60:

• Stale o podwyższonej zawartości Mn z dodatkiem glinu lub z mikrododatkami, w stanie

normalizowanym i ewentualnie odpuszczonym lub w stanie ulepszonym cieplnie

(R

e

=300-355MPa)

• Stale drobnoziarniste o podwyższonej zawartości manganu z dodatkiem co najmniej

0,5%Ni, w stanie normalizowanym lub ulepszonym cieplnie (R

e

>365MPa)

• Stale niskostopowe o podwyższonej zawartości manganu z dodatkiem Cr, Ni, Mo, w

stanie ulepszonym ciepnie (R

e

=350-580MPa)

3. Stale niklowe

• O zawartości 3,5%Ni stosowane m.in. na zbiorniki dwutlenku węgla (-78) i etanu (-

89), o zwartości 5%Ni stosowane do budowy elementów eksploatowanych w temp

do -120

• O zawartości 9%Ni znajdują szerokie zastosowanie do budowy urządzeń

kriotechnicznych umożliwiających ich eksploatację w temp do -196.

4. Stale austenityczne typu 18-8 nadają się do pracy w najbardziej niskich temp. Jak skroplony

wodór (-253) i hel (-270)

Stale niskowęglowe

Stale te z uwagi na niski równoważnik węgla nie są skłonne do pękania zimnego i nie wymagają

podgrzewania przed spawaniem. Głównym problemem jest uzyskanie spoiny i całego złącza

odpowiedniej udarności wymaganej dla danej temp. Pracy. Stosowane jest spawanie EO o otulinie

zasadowej, metodą MAG oraz łukiem krytym.

Przy spawaniu jednostronnym (rurociągi) warstwę graniową można wykonać EO o otulinie rutylowej

w celu uzyskania prawidłowego przetopu. Stosuje się również metodę TIG która ułatwia wykonanie

ściegu graniowego o korzystnym kształcie przetopu. Warstwy wypełniające wykonuje się EO o

otulinie zasadowej.

Dla zapewnienia wymaganej udarności spoin należy zastosować większą ilość warstw wykonywanych

mniejszą energią liniową. Temp międzyściegowa nie powinna przekraczać 150

0

C.

Stale o podwyższonej wytrzymałości

Podwyższona zawartość Mn (do 1,6%) oraz dodatek Cr i Ni i Mo powodują że stale przy większych

grubościach są skłonne do utwardzania się w SWC i powstania pęknięć zimnych. Należy przestrzegać

następujących zasad:

• Ograniczać ilość wodoru dyfundującego wprowadzanego do spoiny
• Stosować podgrzewanie wstępne łączonych elementów (przy większych grubościach)
• Ograniczać wielkość spawalniczych naprężeń pozostających w złączu spawanym

W zależności od składu chemicznego stali, grubości spawanych elementów, stopnia utwierdzenia

złączy i ilości wodoru dyfundującego należy dobierać temp. Podgrzania.

Spawanie w osłonie gazów ochronnych metodą MAG można prowadzić stosując druty z dodatkiem

niklu 1-2,5% Ni. Łukiem krytym stosować druty zawierające 2%Ni.

Stale zawierające 3,5 i 5% Ni

Stale te dostarczone są w stanie wyżarzonym normalizująco lub ulepszonym cieplnie (hartowanie+

odpuszczanie). Po normalizowaniu uzyskuje się strukturę ferrytyczno- perlityczną o drobnym ziarnie.

Wyższe własności wytrzymałościowe i wyższą udarność uzyskuje się po ulepszeniu cieplnym.

Spawalność stali zależy przede wszystkim od zawartości węgla. Przy zawartości C w stali mniejszych

niż 0,1% utwardzenie w SWC nie jest zbyt i przy spawaniu ręcznym EO stali zawierającej 3,5% Ni max.

Twardość nie przekraczają 350HV.

Na ogół nie stosuje się podgrzewania wstępnego i obróbki cieplnej po spawaniu. W przypadku stali o

większej zawartości węgla niż 0,1% i/lub większej grubości spawanych elementów niż 20mm zaleca

się podgrzanie wstępne do temp. 100

0

C. zbyt wysoka temp. Podgrzania i temp. Międzyściegowa

powoduje obniżenie udarności złącza spawanego w niskich temp.

Stale te spawa się przeważnie EO lub w atmosferze argonu i mieszanek gazowych, a w mniejszym

stopniu łukiem krytym. Gdy temperatura pracy urządzeń jest wyższa niż -80

0

C stosuje się EO

zasadowe o zawartości 2- 3%Ni. Spawać wąskimi ściegami o małej grubości

W przypadku temp. eksploatacji poniżej -80

0

C stosuje się spoiwa austenityczne lub o dużej zawartości

niklu np.:

• 18%Cr, 8%Ni, 6%Mn- udział materiału rodzimego w spoinie nie powinien przekraczać 15-

20%, w przeciwnym razie spoina może posiadać częściowo strukturę martenzytyczną;

• 25%Cr, 20%Ni- stabilna struktura austenityczna pozwala na większy udział materiału

rodzimego w spoinie. Spoina jest natomiast skłonna do powstawania pęknięć gorących

dlatego jeziorko metalu powinno być małe a temp. międzysciegowa powinna być niższa niż

150

0

C

Spoiny wykonane spoiwami o powyższym składzie chemicznym mają przeważnie niższe własności

wytrzymałościowe niż stale zawierające 3,5 i 5%Ni w stanie ulepszonym cieplnie. W celu zwiększenia

granicy plastyczności spoiny, do spoiw wprowadza się węglikotwórczy wolfram.

Stale o zwartości 9% Ni

Zaletą tej stali jest duża wartość granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie, wysoka

udarność i dobre własności plastyczne w b. niskich temp. zastosowanie głównie w urządzeniach do

wytwarzania przewozu i składowania ciekłych gazów np. metanu -162

0

C.

Nikiel zwiększa hartowność stali 9Ni zmniejszając krytyczną prędkość chłodzenia.

Stale 9Ni charakteryzują się dobrą spawalnością dzięki małej zawartości węgla (zwykle do 0,1%).

Utwardzenie przylegającego do spoiny obszaru SWC nie jest zbyt duże (nieco powyżej 350HV) .

Powstawanie pęknięć zimnych, które często pojawiają się przy spawaniu stali niskostopowych o

średniej zawartości węgla, przy spawaniu stali 9Ni jest zjawiskiem rzadkim.

Przy spawaniu konstrukcji z tej stali na ogół nie stosuje się podgrzewania wstępnego, ponieważ stal

ta jest mało skłonna do pękania zimnego, zwłaszcza przy stosowaniu niskowodorowych EO. Nie

stosuje się również obróbki plastycznej po spawaniu z uwagi na wysokie własności plastyczne

połączeń nawet przy b. niskich temp. oraz znaczną skłonność tej stali do kruchości odpuszczania.

Do spawania stali 9Ni nie stosuje się spoiw o składzie materiału rodzimego, ponieważ nie uzyskuje się

zadawalających własności złączy. Przyczyną tego jest surowy stan lanego metalu spoiny przeważnie o

strukturze martenzytycznej. Do spawania stosuje się chromowo- niklowe spoiwa austenityczne lub

spoiwa wysokoniklowe.

Stale austenityczne

Stale tego typu są dobrze spawalne i łatwo dają się obrabiać za pomocą obróbki skrawaniem oraz

kształtować za pomocą obróbki plastycznej. Przykłady: 1H18N9 (brak odporności na korozję

międzykrystaliczną); 1H18N9T; 317L

Do spawania stosuje się spoiwa o składzie chemicznym materiału rodzimego lub zbliżonym do niego.

Jeśli chodzi o EO to przykładowo mogą to być spoiwa typu E317L. do spawania MIG można

zastosować np. drut ER308LSi wg AWS A5.9

Na ogół stali przed spawaniem nie podgrzewa się i nie przeprowadza się obróbki cieplnej.

Z uwagi na duże wymagania odnośnie odporności na kruche pękanie urządzeń pracujących w niskich i

b. niskich temp (w szczególności urządzeń ciśnieniowych) bardzo ważnym jest aby nie zawierały one

niezgodności spawalniczych (wad) stanowiących koncentratory naprężeń, które mogą być

inicjatorami pęknięć i spowodować uszkodzenie instalacji. Zalicza się do nich przede wszystkim:

wszelkiego rodzaju pęknięcia i mikropęknięcia, braki przetopu i braki wtopienia, ostre podtopienia i

żużle pasmowe. O dopuszczalności wykrytych niezgodności spawalniczych decydują odpowiednie

normy i przepisy dotyczące poszczególnych rodzajów urządzeń.

Do kontroli jakości stosuję się powszechnie metody badań NDT: VT, PT, MT (tylko materiały

ferromagnetyczne), UT, RT

Struktura organizacyjna dużego zakładu produkcyjnego (kontrola jakości)

WYKŁAD dr GRZEGORZA ROGALSKIEGO- KONTROLA JAKOŚCI PODCZAS PRODUKCJI

Zestaw 1

Zależność pomiędzy naprężeniami i odkształceniami, zachowanie się

konstrukcji w różnych temperaturach.

Definicja naprężeń

Siły zew (siły czynne)= obciążenia

Siły wew.= napięcia

Napięcie- siła z jaką oddziaływają jedne cząstki, położone wew. ciała, na drugie cząstki

Stan sił międzycząsteczkowych wywołany działaniem obciążenia nazywamy: STANEM

NAPIĘCIA

Jeżeli na nieskończenie małym polu przekroju dF wypadkowa sił międzycząsteczkowych

wynosi dP przez pole dF nazywamy naprężeniem (σ)

Naprężenie jest miarą stanu napięcia w danym punkcie ciała.

Klasyfikacja obciążeń

Wyróżnia się 3 zasadnicze proste rodzaje obciążeń: rozciąganie lub ściskanie, zginanie,

skręcanie. W praktyce różne obciążenia proste występują równocześnie. Są to przypadki

wytrzymałości złożonej.

Powstawanie naprężeń własnych:

Proces spawania: nagrzewanie (wydłużenie) i chłodzenie (skrócenie)

Ograniczenie swobody odkształceń powoduje powstawanie naprężeń

Σ=E*α*Δt

E- moduł sprężystości

α- współczynnik rozszerzalności cieplnej liniowej

Δt- różnica temp między nagrzaną i nie nagrzaną strefą metalu

Wielkości E i α ulegają dużym zmianom w zakresie temp występującej w procesie

spawania.

Dużym zmianom ulegają również granica plastyczności metalu.

GRANICA PLASTYCZNOŚCI MALEJE ZE WZROSTEM TEMP

Wraz ze wzrostem temp spada wartość modułu sprężystości podłużnej co oznacza

podatność na odkształcenia oraz zanik własności sprężystych materiałów

Współczynnik rozszerzalności cieplnej rośnie ze wzrostem temp

Wpływ przemian strukturalnych- w czasie nagrzewania w temp ok. 700

0

C następuje

przemiana fazy Fe

α

w fazę Fe

γ

która związana jest ze zmianą objętości.

W przypadku spoiny która jest nagrzewana i chłodzona nierównomiernie, następuje silne

oddziaływanie naprężeniowe pomiędzy jej różnymi obszarami.

Cykl cieplny spawania:

• Przemieszczanie się źródła ciepła podczas spawania powoduje gwałtowny wzrost

temp przed jego frontem następnie obniżenie temp za strefą jeziorka

spawalniczego

• Nierównomierne nagrzewanie obszarów wokół spoiny, powoduje reakcje siłowe w

objętościach przyspoinowych

• Duży wpływ na powstawanie naprężeń wywierają czynniki technologiczne (np.

spawanie wielowarstwowe)

Biorąc pod uwagę przyczyny powstawania naprężeń rozróżnia się:

• Naprężenia cieplne, spowodowane tylko gradientem temperatury w materiale izotropowym

tzn. gdy występuje w nim lokalne pole temp. o nierównomiernym rozkładzie.

• Naprężenia reakcyjne, wywołane mechanicznymi reakcjami zewnętrznymi hamującymi

odkształcenia cieplne- gdy na ciało działają więzy zdolne do wytworzenia samo

równoważącego się układu reakcji na odkształcenia cielne niezależnie od rodzaju pola temp

• Naprężenia strukturalne spowodowane zmianą mikrostruktury materiału w wyniku cyklu

cieplnego np. hartownicze związane z przemianą martenzytyczną w stali

• Naprężenia powodowane różną rozszerzalnością materiałów, wywołane różnicą

współczynników rozszerzalności cieplnej spajanych materiałów np. ceramiki i metalu . w tym

przypadku nie musi występować gradient temp. ani więzy zew. Hamujące odkształcenia.

W praktyce spawalniczej dominują dwie pierwsze przyczyny. Podczas spawania wysoka temp

występuję w ograniczonej przestrzennie masie metalu, więc zachodzi hamowanie odkształceń

cieplnych przez chłodne partie materiału, czyli warunki powstania naprężeń i odkształceń

spawalniczych są spełnione. Jeżeli pole temp nie spowodowałoby wystąpienia odkształceń

plastycznych w materiale to efektem byłyby naprężenia zanikające po obniżeniu temp do poziomu

wyjściowego. Zachodziłyby więc tylko procesy termosprężyste a nie termoplastyczne niezbędne do

wystąpienia trwałych odkształceń i naprężeń.

Naprężeniu własnemu σ towarzyszy składowa sprężysta odkształcenia ε

s

. obie te wielkości są

powiązane prawem Hooke’a (dla jednoosiowego stanu naprężeń σ=ε*E

Klasyfikacja naprężeń względem osi spoiny :

• Wzdłużne (σ

x

) względem osi spoiny

• Poprzeczne (σ

y

) do osi spoiny

• Prostopadłe (σ

z

) do powierzchni łączonych elementów (blach)

Mechanizm powstania naprężeń i odkształceń cieplnych

Można przedstawić na przykładzie pręta o ograniczonej możliwości odkształcania się. Jeśli pręt o

długości l jest zamocowany jednostronnie i ma możliwość swobodnego wydłużania się to po

podgrzaniu go równomiernie w całej jego masie od temp T

o

do końcowej T

k

osiągnie on przyrost

długości

ΔL= L*α*(T

k

-T

o

)

Po ostygnięciu pręt powróci do długości początkowej jaką miał w temp T

o

. jeśli przyrost temp nie był

na tyle wysoki aby spowodować wygięcie pręta pod wpływem jego masy, w pręcie nie wystąpią

naprężenia własne ani trwałe odkształcenia.

Jeśli jeden koniec pręta jest sztywno zamocowany a drugi opiera się swobodnie o niepodatną

ściankę, pręt nie mogąc się wydłużyć po podgrzaniu dozna spęczenia, czyli zwiększy się jego średnica.

W pręcie pojawią się także naprężenia ściskające. Gry temp końcowa podgrzania T

k

będzie na tyle

niska, że w pręcie wystąpią tylko odkształcenia sprężyste i odpowiadające im naprężenia cieplne

σ=E*ε

s

, to po powrocie do temp początkowej w pręcie nie będzie żadnych naprężeń własnych ani

trwałych odkształceń.

Przekroczenie podczas nagrzewania pręta temp T

e

wywołującej w nim odkształcenia plastyczne

odpowiadające granicy plastyczności R

e

spowoduje jego trwałe skrócenie o wartość ΔL

pl

które nie

zniknie w trakcie stygnięcia.

Przy podgrzaniu pręta do temp wyższej niż T

e

w pręcie będą istnieć cieplne reakcyjne naprężenia

ściskające o wartości granicy plastyczności materiału pręta w danej temp. podczas stygnięcia pręta

wartość naprężenia ściskającego będzie maleć, a w momencie powstania przerwy między czołem

pręta i ścianką całkowicie zaniknie.

Pręt zamocowany obustronnie oba końcami niepodatnie w ściankach bez możliwości odkształcania

się wzdłuż jego osi. Przy podgrzewaniu go do temp niższej od temp T

e

stan naprężeń i odkształceń

będzie odpowiadać stanowi z rysunku b. po ochłodzeniu pręta nie będzie w nim żadnych naprężeń i

odkształceń.

Podgrzanie pręta powyżej temp T

e

spowoduje jego plastyczne spęczenie i wystąpienie naprężeń

ściskających równych granicy plastyczności w danej temp. po ochłodzeniu pręta do temp

początkowej T

o

jego wymiary nie zmienią się ponieważ obustronne zamocowanie zahamowało

odkształcenia. W pręcie wystąpią i pozostaną osiowe reakcyjne naprężenia własne rozciągające o

wartości równej granicy plastyczności materiału w danej temp.

Usuniecie więzów hamujących odkształcenia np. przecięcie pręta spowodowałoby całkowite

usunięcie naprężeń rozciągających i skrócenie o jednostkowa wartość ε=σ/E

Rozkłady spawalniczych naprężeń własnych

W zależności od występowania jednej lub kilka składowych wyróżnia się: jednoosiowy, dwuosiowy

(płaski), i trójosiowy (przestrzenny) stan naprężeń.

Jednoosiowy stan naprężeń występuje w prętach i jest wywołany zahamowaniem odkształcenia się

pręta przez sztywne elementy do których jest przyspawany.

Płaski stan- o składowej wzdłużnej σ

x

i porzecznej σ

y

występuje w większości konstrukcji spawanych.

Można przyjąć jako regułę, że występuję on w spawanych elementach powłokowych płaskich lub

ukształtowanych o grubości kilkunastu milimetrów. W elementach o większej grubości powstaje

dodatkowo (i nabiera istotnego znaczenia) składowa prostopadła do powierzchni. Warunkiem

powstania płaskiego stanu naprężenia jest lokalne nagrzewanie elementów, występujące prawie

zawsze podczas spawania.

Obniżone naprężenia

Spawane materiały, które w wyniku nagrzewania tracą swoje wysokie własności mechaniczne

uzyskane przez zgniot, po spawaniu mają obniżone naprężenia s trefie zmiękczonej ,

nieprzekraczające R

e

w stanie zmiękczonym. Przemiany strukturalne w stalach np. przemiana

martenzytyczna, mogą również zmienić charakter rozkładu i wartość naprężeń własnych

Rozkład naprężeń σ

y

na długości złącza zależy od wielu czynników tj. pr. spawania, kolejność i

kierunek układania poszczególnych odcinków spoiny itp. Cienkie blachy zespawane zestawione

swobodnie bez sczepiania naprężenie to ma niewielką wartość, najwyższą ma na końcach i może być

rozciągające lub ściskające. Przy spawaniu krótkich i wąskich blach z dużą prędkością w procesie

stygnięcia zachodzi znaczny skurcz poprzeczny aż do zetknięcia się blach 5.3.3/4a

Jeśli spawa się z mała prędkością to końcowy odcinek spoiny doznaje naprężeń rozciągających które

mogą osiągnąć R

e

.

Składowa σ

y

ma większy i bardziej niekorzystny wpływ na wytrzymałość eksploatacyjną złączy

spawanych niż składowa σ

x

mimo że zwykle jest od niej mniejsza co do wartości . pęknięcia

zmęczeniowe i kruche przebiegają najczęściej wzdłuż osi spoiny.

Trójosiowy stan naprężeń (płaski stan odkształcenia) występuje w złączach z grubych blach gdyż

pojawia się σ

z

, jest ona spowodowana gradientem temp na grubości blachy. Jest zawsze rozciągająca,

a jej wartość maks. Występuje w środku grubości spoiny jest znacznie mniejsza od składowej σ

x

. Dużą

zmienność na grubości spawanego materiału wykazuje składowa σ

y

zarówno co do znaku jak i

wartości i ma to duże znaczenie praktyczne. W grani naprężenia są rozciągające a ich wartość jest

tym większa im grubość materiału i liczba warstw są większe. Jest to niebezpieczne gdyż może

prowadzić do PZ lub kruchych w grani w której często zachodzi wyczerpanie plastyczności materiału i

spiętrzenie naprężeń. Spawając blachy grube sztywno zamocowane uzyskuje się rozkład wew

niezrównoważony . Po usunięciu zamocować rozkład naprężeń zmieni się (zmianie towarzyszy

odkształcenie kątowe w zakresie sprężystym) i osiągnie stan równowagi.

Odkształcenia spawalnicze

Odkształceniami spawalniczymi określa się trwałe zmiany wymiarów i kształtów elementów

konstrukcji, które wystąpiły w skutek cyklu cieplnego spawania. Przyczyny takie same które powodują

powstanie naprężeń. O wartości decyduje składowa plastyczna odkształcenia.

Przyczyny:

• Skurcz wzdłużny- w kierunku długości spoiny- powoduje skrócenia
• Skórcz poprzeczny- w kierunku szerokości spoiny- powoduje wygięcia
• Skurcz w kierunku grubości- nie wywiera istotnego wpływu na odkształcenia (pomijalny)

Skrócenie- zmniejszenie wymiarów liniowych

Wygięcie- zmiany kształtu elementu

Odkształcenia- spawanych elementów są wypadkową skróceń i wygięć

Rodzaje odkształceń

• Skrócenia wzdłużne, poprzeczne, wygięcia kątowe, wzdłużne, wybrzuszenia.

Wielkość sił skurczu wg Malisiusa

Skrócenie podłużnej spoiny zależne jest od siły skurczu. Siła skurczu zależy od rodzaju spoiny, od jej

grubości, sposobu przygotowania krawędzi i technologii spawania (liczby warstw, średnicy elektrod i

sposobu rozprowadzania ściegów).

Podłużne spoiny pachwinowe łączące środnik z pasem powodują pojawienie się wygięć kątowych

pasa (rysunek r4.3 AW19)

Elementy drugorzędne mogą być przyczyną odkształceń kątowych (rys. 4.3 AW 21)

Usztywnienie elementów spawanych wpływa na rodzaj odkształceń kątowych (rys. 4.3 AW 21)

Wpływ technologii spawania oraz ukosowania na wartość wygięć kątowych, sposób układania

ściegów (rys 4.3 AW 22)

Wytwarzanie stali, sposoby odtleniania, wady w wytwarzanych stalach

Rozdział 2.1 wytwarzanie stali!!!!

Klasyfikacja procesów spawalniczych

PN-84/M-69001- spawalnictwo. Spajanie metali i procesy pokrewne. Podział”

Jakość, kontrola jakości, służby kontroli jakości w zakładzie produkcyjnym

Zapis w normie PN-EN ISO 3834 pkt. 14- odpowiednie kontrole i badania powinny być

wdrożone w odpowiednich punktach procesu wytwarzania w celu zapewnienia zgodności z

wymaganiami umowy. Miejsce i częstotliwość takich kontroli i/lub badań zależą od umowy

i/lub od normy wyrobu, od procesu spawania i od typu konstrukcji (w normie pkt 5.2 i 5.3)

Pkt. 5.2

Należy rozpatrzyć następujące aspekty:

• Stosowaną normę wyrobu łącznie z wymaganiami dodatkowymi
• Wymagania ustawowe i wynikające z przepisów
• Wymagania dodatkowe określone przez wytwórcę

• Zdolność wytwórcy do spełnienia opisanych wymagań

Pkt. 5.3

Przegląd techniczny:

Należy rozpatrzyć następujące wymagania techniczne:

• Specyfikację materiałów podstawowych i własności
• Jakość i wymagania dotyczące akceptacji spoin
• Położenie, dostępność i kolejność spoin, łącznie z dostępnością dla kontroli i badań

nieniszczących

• Wykaz technologii spawania, procedur badań NDT i procedur obróbki cieplnej
• Zastosowane podejście do kwalifikowania technologii spawania
• Kwalifikowanie personelu
• Dobór, identyfikację i/lub identyfikowalność (dotyczącą materiałów, spoin)
• Przygotowanie kontroli jakości, łącznie z zaangażowaniem niezależnej jednostki

inspekcyjnej

• Kontrole i badanie
• Podwykonawstwo
• Obróbkę cieplną po spawaniu
• Inne wymagania dotyczące spawania np. badanie partii mat. Dodatkowych,

zawartość ferrytu itp.

• Stosowanie specjalnych metod
• Wymiary i szczegóły przygotowania złącza i gotowej spoiny
• Spoiny które są wykonywane w warsztacie lub gdzie indziej
• Stosowanie procesu odpowiedniego do warunków środowiskowych
• Postępowanie dot. Niezgodności

Wytwórca powinien dysponować wystarczającym i kompetentnym personelem do

planowania, wykonywania i nadzorowania kontroli i badania produkcji spawalniczej, zgodnie

z określonymi wymaganiami.

Personel badań nieniszczących powinien być kwalifikowany. Do badań wizualnych może nie

być wymagany egzamin kwalifikacyjny. Gdy egzamin nie jest wymagany kompetencje

powinien zweryfikować wytwórca.

Personel badań nieniszczących dla spawania łukowego, wiązką elektronów, promienia

laserowego i spawania gazowego ISO 9712

Kontrola procesów spawalniczych ma ograniczyć do minimum wykonania wadliwych połączeń

spawanych. Obejmuje ona sprawdzenie zgodności wszystkich elementów procesu technologicznego z

ustaleniami określonymi w dokumentacji konstrukcyjno- technologicznej, z przepisami, normami,

oraz ma na celu sprawdzenie jakości wykonanych połączeń spawanych. Kontrola realizowana jest w 3

etapach jako:

• Kontrola przed spawaniem
• Kontrola w czasie spawania
• Kontrola po spawaniu

Przed rozpoczęciem procesu spawania pracownicy odpowiedzialni za kontrolę procesów spawania

powinni sprawdzić szereg elementów.

Do spawania mogą być dopuszczeni spawacze posiadający ważne uprawnienia do spawania stali

zgodnie z normą PN-EN 287-1, do spawania aluminium zgodnie z PN-EN ISO 9606-2, do spawania

miedzi zgodnie z PN-EN ISO 9606-3, do spawania niklu zgodnie z normą PN-EN ISO 9606-4 i do

spawania Ti PN-EN ISO 9606-5. Natomiast do spawania na stanowiskach zautomatyzowanych i

zmechanizowanych dopuszczeni mogą być tylko operatorzy posiadający ważne uprawnienia zgodnie

z PN-EN 14732 (stara 1418). Ważność uprawnień potwierdzana jest zapisem na świadectwie

przeprowadzonego egzaminu (raz na 2 lata) oraz wpisem potwierdzającym ciągłość pracy spawacza w

zawodzie co pół roku.

Na stanowiskach pracy spawacze powinni mieć do dyspozycji WPS-y, właściwe dla rodzaju i typu

wykonywanych połączeń spawanych. W przypadku konieczności stosowania uznawanych technologii

spawania, WPS powinny mieć pieczęć i podpis osoby reprezentującej niezależną stronę trzecią.

Do spawania może być dopuszczony tylko materiał oznakowany. Oznakowanie materiału powinno

być wyraźne i czytelne oraz umożliwić przyporządkowanie do niego atestu dostarczonego przez

dostawcę razem z materiałem. W przypadku cięcia materiału na mniejsze części, każda z nich

powinna być oznakowana w celu jej pełnej identyfikacji.

Stosowane na stanowiskach pracy materiały dodatkowe do spawania powinny mieć pełną

identyfikację, a kontrola polega na sprawdzeniu rodzaju, gatunku i własności materiałów

wymaganiami przedstawionymi w WPS-ach. Kontrola dotyczy również sprawdzenia ich stanu

technicznego.

Należy sprawdzić kształt złącza i wymiary elementów spawanych. Dopasowanie ich do siebie,

właściwe sczepianie oraz mocowanie na stołach montażowych. Właściwe ustalenia co do

przygotowania złącza do spawania powinny być odnotowane w WPS-ach.

Jeśli wymaga tego technologia spawania to kontrola powinna również obejmować zabiegi specjalne

tj. stosowanie odkształcenia wstępnego w celu minimalizowania odkształcenia po spawaniu.

Stanowisko pracy powinno być bezpieczne i nienarażające spawacza na utratę zdrowia lub życia.

Dotyczy to zarówno bezpiecznej eksploatacji urządzeń wykorzystywanych na stanowisku, jak

zagwarantowaniu właściwych i sprawnych środków ochrony osobistej. Kontroli powinny podlegać

warunki pracy na montażu, zabezpieczenie przed opadami deszczu, śniegu, wiatrami, zbyt niską i zbyt

wysoką temp.

Podczas prowadzenia operacji spawania o odpowiednich odstępach czasowych lub ciągłej kontroli

powinny podlegać opisane poniżej elementy.

W czasie spawania należy kontrolować przede wszystkim natężenie prądu spawaniu, napięcie łuku,

prędkość spawania i porównywać je z parametrami podanymi w właściwych WPS-ach.

W przypadku spawania materiałów skłonnych do pęknięć zimnych bardzo ważną rolę odgrywa

podgrzanie wstępne przed spawaniem, a w przypadku materiałów wrażliwych na przegrzanie np.

wysokostopowe stale austenityczne odporne na korozję, nieprzekraczanie odpowiednich wartości

temp międzyściegówych. Kontrola temp powinna być dokonywana np. przy użyciu przyrządów do

kontroli temp, lub kredek termicznych albo innych wskaźników.

Wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia znajdujące się w miejscu spawania wpływają na powstanie wad

spawalniczych. Dlatego przed rozpoczęciem spawania oraz podczas układania kolejnych warstw

należy sprawdzić czystość blach zwłaszcza przy spawaniu EO lub pod topnikiem.

W przypadku wykonywania bardzo odpowiedzialnych połączeń spawanych, technologia spawania

wymaga usuwania grani spoiny i ponownego wykonania warstwy graniowej.

Kolejność wykonywania spoin ma istotny wpływ na wartość odkształceń spawalniczych i naprężeń.

Ma to istotne znaczenie w przypadku spawania konstrukcji złożonych wykonywania spoin długich na

cienkich blachach. Kolejność powinna być zgodna z WPS.

Materiały dodatkowe do spawania powinny być stosowane zgodnie z instrukcją podaną przez

producenta. Zabrania się korzystania z materiałów uszkodzonych

Nieprzestrzeganie wymagań podanych w WPS zwłaszcza kolejności spawania i wielkości stosowanej

energii liniowej może spowodować odkształcenie konstrukcji. Dlatego należy przeprowadzać między

kolejnymi operacjami kontrolę istotnych wymiarów konstrukcji.

Wg PN-EN ISO 3834 dokumenty jakościowe potwierdzające poprawność prowadzenia kontroli

podczas spawania powinny być zgodne z normami PN-EN ISO 13916, ISO/TR 17671-2 i ISO/TR 17844.

Kontrola po spawaniu powinna obejmować:

• Sprawdzenie oznaczeń materiałowych na poszczególnych elementach konstrukcji i

porównanie ich z oznaczeniami na atestach;

• Spr. Zgodności oznakowania spoin z ich ewidencją w dzienniku spawania;
• Sprawdzenie realizacji wpisanych do dziennika spawania uwag i zaleceń kontroli;
• Sprawdzenie zgodności wymiarów konstrukcji z dokumentacją projektową
• Przeprowadzenie badań VT wszystkich spoin
• Przeprowadzenie po VT badań NDT
• Przeprowadzenie ewentualnych badań DT na złączach kontrolnych wykonanych w warunkach

identycznych z warunkami wykonywania badanej konstrukcji.

Wg PN-EN ISO 3834 dokumenty jakościowe potwierdzające poprawność prowadzenia kontroli po

spawaniu powinny być zgodne z normami ISO 17635(dotyczy ogólnych wymagań), ISO 17637 (w

zakresie badań VT), ISO 17638 (w zakresie badań MT), ISO 17639 (w zakresie badań mikro i makro) i

ISO 17640 (w zakresie badań UT)

Zestaw 28

Wytwarzanie stali termomechanicznie walcowanych, różnice pomiędzy stalą

konwencjonalną a termomechaniczną

Charakterystyka stali walcowanych termomechanicznie

Walcowanie konwencjonalne

Zadaniem jest uzyskanie wymaganego kształtu i wymiaru. Po nagrzaniu w Peciu przepychowym do

temp ok. 1200

0

C odbywa się walcowanie w stosunkowo wysokiej temp a stygnięcie na powietrzu.

Struktura stali jest gruboziarnista, co ogranicza jej zastosowania. W celu poprawienia własności

plastycznych stali, a w szczególności jej udarności stosuje się wyżarzanie normalizujące (temp ok.

900)

Walcowanie termomechaniczne

Wymagane własności wytrzymałościowe uzyskuje się w wyniku zastosowania specjalnego

kontrolowanego walcowania. Obróbka termomechaniczna (cieplno- plastyczna) polega na takim

prowadzeniu procesu walcowania, aby poszczególne stopnie odkształcania stali odbywały się w

określonych temp. wykorzystuje się tutaj:

• Wpływ drobnoziarnistej struktury na wzrost wytrzymałości i poprawę udarności
• Organicznie i/lub opóźnienie rekrystalizacji przez wprowadzone do stali mikrododatki (Nb, Ti)

Proces walcowania przebiega dwustopniowo. Walcowanie wstępne odbywa się w temp niższej o ok.

100- 150 od temp walcowania konwencjonalnego, natomiast walcowanie końcowe- w temp nieco

powyżej A

3

w celu uniknięcia lub ograniczenia rekrystalizacji austenitu. Powstrzymanie procesu

rekrystalizacji jest w dużym stopniu wynikiem obecności pierwiastków mikroskopowych jak Nb i Ti,

które przesuwają rekrystalizację do wyższych temp i dłuższych czasów. W czasie następującego po

walcowaniu chłodzenia przemiany fazowe rozpoczynają się w silnie odkształconym drobnoziarnistym

austenicie o dużej gęstości dyslokacji i o dużej liczbie zarodków powstawania nowych składników

strukturalnych. Gdy chłodzenie zachodzi na powietrzu powstaje b. drobnoziarnisty ferryt z mała

ilością perlitu (stale nisko- perlityczne)

W przypadku zastosowania przyspieszonego chłodzenia strumieniem wody produktem przemiany

jest drobnoziarnisty ferryt poligonalny lub iglasty, a przemiana perlityczna zostaje zastąpiona

przemianą bainityczną i w pewnym stopniu martenzytyczną (w zależności od temp końca walcowania

i szybkości chłodzenia.

Termomechaniczne walcowanie z przyspieszonym chłodzeniem umożliwia produkcję stali o granicy

plastyczności do 700MPa. Podwyższenie R

e

powyżej 700MPa wymaga zastosowania ulepszania

cieplnego.

Stale termomechaniczne (M) charakteryzują się niższym równoważnikiem węgla w porównaniu ze

stalami po wyżarzaniu normalizującym (N) o tym samym poziomie R

e

. również w zakresie R

e

>550MPa

stale termomechaniczne z przyspieszonym chłodzeniem i odpuszczeniem (A+T) posiadają

równoważnik węgla aniżeli stale ulepszone cieplnie (Q). wynika z tego że stale termomechaniczne są

łatwiej spawalne od stali w stanie normalizowanym lub ulepszonym cieplnie o zbliżonej granicy

plastyczności.

Gatunki stali obrobionych termomechanicznie

Stale wytworzone przy zastosowaniu obróbki termomechanicznej objęte są następującymi normami

europejskimi :

EN- 10028-5- wyroby płaskie ze stali na urządzenia ciśnieniowe. Stale spawalne drobnoziarniste

walcowane termomechanicznie.

EN-10113-3 wyroby walcowane na gorąco ze spawalnych drobnoziarnistych stali konstrukcyjnych.

Techniczne warunki dostawy po walcowaniu termomechanicznym

EN-10149-2 wyroby walcowane na gorąco ze stali o wysokiej granicy plastyczności do kształtowania

na zimno. Warunki dostawy stali walcowanych termomechanicznie

Spawalność stali walcowanych termomechanicznie

Utwardzanie się SWC

Z uwagi na mniejszą zawartość składników stopowych, a w szczególności obniżoną zawartość węgla,

stale obrobione termomechanicznie posiadają wyraźnie mniejszą skłonność do utwardzania się w

SWC w porównaniu ze stalami w stanie normalizowanym o zbliżonych własnościach

wytrzymałościowych. W warunkach czasu chłodzenia t

8-5

w zakresie od 5 do 10 s twardość SWC stali

w stanie normalizowanym o granicy Re=355 przekracza 350HV e wyniku czego zwiększa się ryzyko

wystąpienia pęknięć zimnych. W przypadku stali TM twardości SWC są wyraźnie mniejsze nie

przekraczają 280HV.

Mała skłonność do utwardzenia SWC jest stanowi także podstawowy wymóg w przypadkach gdy

złącze jest narażone na oddziaływanie kwaśnych gazowych środowisk korozyjnych.

Do oceny skłonności stali do powstawania pęknięć zimnych szerokie zastosowanie znalazła próba

implant.

Stale po obróbce TM o tej samej Re nie wymagają podgrzania przed spawaniem. Stale konstrukcyjne

o wysokich własnościach mechanicznych uzyskanych poprzez TM walcowanie, charakteryzujące się w

porównaniu ze stalami w stanie normalizowanym wyraźnie niższym równoważnikiem węgla, a w

szczególności mniejszą zawartością węgla są łatwiej spawalne, ponieważ wymagane temp.

podgrzania są niższe lub w ogóle można spawać bez podgrzewania.

Materiały dodatkowe powinny posiadać większą zawartość składników stopowych niż materiał

rodzimy. W wyniku tego przemiana gamma w alfa w metalu spoiny zachodzi w niższej temp aniżeli w

obszarze SWC, co powoduje że spoina staje się bardziej skłonna do powstawania pęknięć zimnych niż

MR. Pęknięcia zimne w spoinach powstają na ogół wzdłuż ziaren ferrytu i bainitu i często są

zorientowane pod kątem 45 do kierunku spawania. Istotnym jest odpowiedni dobór składu

chemicznego spoiw i stosowaniu procesów niskowodorowych.

Zastosowanie stali obrobionych termomechanicznie

Głównym zastosowanie stali obrobionych TM są rurociągi magistralne, konstrukcje morskie platform

wiertniczych, zbiorniki ciśnieniowe jak również coraz częściej konstrukcje spawane w budownictwie

stalowym.

Omówić spawanie EO, rodzaje otulin, biegunowość, dobór natężenia

Spawanie EO jest procesem, w którym trwałe połączenie uzyskuje się przez stopienie ciepłem łuku

elektrycznego topliwej EO i materiału spawanego. Łuk elektryczny jarzy się między rdzeniem

elektrody pokrytej otuliną i spawanym.

EO otulona przesuwana jest ręcznie przez operatora wzdłuż linii spawania i ustawiona pod kątem

względem złącza. Spoinę tworzą stopione ciepłem rdzeń metaliczny elektrody, składniki metaliczne

otuliny elektrody oraz nadtopione brzegi materiału spawanego (MR). Udział MR w spoinie, w

zależności od rodzaju spawanego metalu i techniki spawania, wynosić może 10- 40%.

Elementy stanowiska to:

• Źródło prądu stałego lub przemiennego;
• Uchwyt elektrody doprowadzający prąd spawania do elektrody,
• Przewody spawalnicze doprowadzające prąd spawania ze źródła prądu do uchwytu i do

spawanego przedmiotu

• Układ sterowania zdalnego źródłem prądu
• Oprzyrządowanie konstrukcji spawanej
• Odciąg dymów spawalniczych

Tworząca się w czasie osłona gazowa łuku zawiera drobne cząstki metali i związków chemicznych

tworzących dymy spawalnicze. Część z nich jest niezwykle szkodliwa dla zdrowia operatora.

Rodzaje prądu

Spawanie EO może być prowadzone:

• Prądem stałym

 Z biegunowością ujemną (minus na elektrodzie)
 Z biegunowością dodatnią

• Prądem przemiennym

Prąd stały zapewnia bardziej stabilny łuk i równomierne przenoszenie metalu w łuku, nawet przy

niskich natężeniach prądu. Większe jest również przetopienie brzegów blach i mniejsza tendencja do

zwierzania łuku. Pewne gatunki elektrod np. zasadowe niskowodorowe, przeznaczone do spawania

stali austenitycznych i metali niezależnych wymagają bardzo dobrej stabilności jarzenia się łuku i

stapiane mogą być tylko prądem stałym z biegunowością dodatnią. Biegunowość prądu stałego

decyduje o charakterze przenoszenia metalu w łuku, prędkości stapiania elektrody i głębokości

wtopienia.

Średnica elektrody decyduje o:

• Gestości prądu spawania
• Kształcie ściegu spoiny
• Głębokości wtopienia
• Możliwości spawania w pozycjach przymusowych

Dobór średnicy elektrody zależy od:

• Od grubości spawanego materiału
• Pozycji spawania
• Sposobu przygotowania
• Rodzaju zlącza

Pochylenie elektrody względem złącza pozwala na regulację kształtu spoiny, głębokości wtopienia,

szerokości lica i wysokości nadlewu.

Pochylenie elektrody względem złącza pozwala na: regulację kształtu spoiny, głębokości wtopienia,

szerokości lica i wysokości nadlewu.

Pochylenie elektrody w kierunku przeciwnym do kierunku spawania powoduje, że siła dynamiczna

łuku wyciska ciekły metal jeziorka do przodu i maleje głębokość wtopienia, a wzrasta wysokość i

szerokość lica.

Pochylenie elektrody w kierunku spawania sprawia, że ciekły metal wyciskany jest do tylnej części

jeziorka, wzrasta głębokość wtopienia, a maleje nieco szerokość i wysokość lica.

Źródła prądu, charakterystyki elektryczne itp.

Do zasilania łuku spawalniczego przy spawaniu EO w zależności od wymaganej technologii spawania

są stosowane zasilacze prądu przemiennego- transformatory lub prądu stałego: prostowniki

spawalnicze, przetwornice spawalnicze- elektromechaniczne, prostowniki spawalnicze z wew.

Przemiana częstotliwości- inwersyjne.

Odbiornikiem energii z tych źródeł jest łuk elektryczny o nieliniowej charakterystyce statycznej, której

przebieg jest pokazany Na rys. w łuku następuje przetworzenie energii elektrycznej w energię

cieplną, a powstający strumień ciepła służy do nagrzewania i topienia metalu w miejscu spawania.

Zakres zastosowania

Charakteryzuje się duża uniwersalnością techniczną i technologiczną.

Umożliwia wykonanie połączeń o wysokich własnościach eksploatacyjnych prawie wszystkich

metalowych tworzyw konstrukcyjnych w dowolnych pozycjach i trudno dostępnych miejscach co daje

jej przewagę nad innymi metodami. Spawanie EO wykorzystuje się we wszystkich tych przypadkach,

gdzie utrudnione jest technicznie lub nieuzasadnione ekonomicznie zastosowanie spawania

zmechanizowanego, półautomatycznego lub automatycznego.

Niemożliwe jest jednak spawanie tych metali których osłona łuku EO nie wystarcza do zapewnienia

odpowiedniej ochrony przed dostępem gazów z atmosfery. Należą do nich metale reaktywne, takie

jak: Ti, hafn i cyrkon oraz trudno topliwe: wolfram, niob tantal i molibden.

Możliwe jest spawanie w warunkach warsztatowych i montażowych dowolnych pozycjach i miejscach

niedostępnych dla uchwytów TIG czy MAG, jak i w różnych środowiskach, np. spawanie pod wodą.

Ciąg dalszy materiały z Gliwic rozdział 1.9 AW15

Zestaw 16

Metody natryskiwania i napawnia

Natryskiwanie- proces nakładania warstw z materiałów metalicznych ceramicznych, cermetali,

tworzyw sztucznych, w stanie ciekłym lub częściowo stopionym za pomocą odpowiedniego źródła

ciepła, na podłoże metaliczne lub niemetaliczne.

Cecha charakterystyczna- brak przetopienia materiału podłoża oraz adhezyjne lub mechaniczne

połączenie natryskiwanej warstwy z podłożem.

Podstawowe metody (w zależności od źródła ciepła): gazowe, łukowe, plazmowe.

Napawanie proces nakładania na nadtopioną powierzchnię napawanego przedmiotu warstwy

ciekłego metalu lub stopu, stopionego za pomocą odpowiedniego źródła ciepła.

Cecha charakterystyczna- dokładne metalurgiczne stopienie napoiny z metalem podłoża, którego

udział w warstwie napawanej może dochodzić nawet do 60%.

Metody: stosowane są praktycznie wszystkie metody spawania

Najczęściej stosowane to: gazowo- proszkowe; łukiem krytym; MIG/MAG drutem proszkowym;

plazmowo proszkowe

Procesy te są głównie stosowane do regeneracji części maszyn, w pracach remontowych, przy

nanoszeniu powłok na niezbyt duże powierzchnie.

Sposoby przygotowania powierzchni przed natryskiwaniem: skórowanie, rowkowanie, gwintowanie,

śrutowanie, piaskowanie, kołkowanie.

Natryskiwanie gazowe

Źródłem ciepla jest plomień gazowy otrzymany przez spalenie w tlenie gazu palnego (acy, propsn

butan wodór )

Mechanizm powstawania powłok:

• Stopione i rozpylone cząstki uderzają w podłoże ulegając spłaszczeniu
• Tworzą się cienkie warstewki dopasowujące się do nierówności podłoża
• Na zakotwiczone cząstki padają następnie łącząc się z nimi
• Tworzy się powłoka o wiązaniach adhezyjnych i kohezyjnych

W zależności od postaci materiału dodatkowego rozróżnia się: natryskiwanie przy użyciu drutu, lub

proszku

Zastosowanie:

• Do natryskiwania przedmiotów o dowolnym kształcie i wielkości wykonanych z metali

stopów, materiałów ceramicznych

• Do natryskiwania warstw ze wszystkich metali i stopów wytworzonych w postaci drutów
• Na natryskiwania walców o dużej średnicy, wew pow,

Natryskiwanie gazowo- proszkowe

Istota procesu:

Podawanie proszku metalicznego z pojemnika w strefę płomienia gazowego; topienie proszku

metalicznego ciepłem płomienia gazowego; podawanie stopionego proszku na natryskiwany

przedmiot przy pomocy ciśnienia gazów płomienia.

Typowe urządzenia do natryskiwania gazowo- proszkowego składa się z: palnika gazowego;

pojemnika proszku; podajnika proszku; wyposażenia umożliwiającego zamocowanie palnika

W zależności od wymagań powłoki stosuje się : natryskiwanie gazowo- proszkowe na zimno lub na

gorąco.

Zastosowania: powłoki ochronne na ścieranie, kawitację i erozję cierną, natryskiwania przedmiotów

wymagających dużej żaroodporności i udarności; do natryskiwania elementów tj. łożyska, gnizada

zaworów, czopy walów, walce hutnicze.

Natryskiwanie łukowe

Łuk elektryczny jarzy się pomiędzy dwoma drutami stapia ich końce, a strumień sprężonego

powietrza rozpyla stopiony metal na podłoże.

Warunki poprawnego procesu: dokładne ustawienie prowadnic drutu; styk drutów w równej

odległości od dyszy.

Jarzenie się łuku jest utrzymane dzięki: jonizacji gazów między końcami drutów elektrodowych;

odpowiedniemu nastawieniu parametrów procesu.

Stosowane mat. Dodatkowe: tylko w postaci drutu o średnicach od 1,6 do 3,2 wykonane z Al i

stopów, Cu i stopów, stali wysokostopowych, Mo, nadstopów; dwa różne rodzaje drutów.

Typowe elementy: czopy wałów hutniczych, prowadnice obrabiarek .

Natryskiwanie plazmowe

Polega na stopieniu proszku w łuku plazmowym i podawaniu roztopionych cząstek strumieniem gazu

plazmowego na przygotowane podłoże.

Materiały dodatkowe: metale, węgliki, stopy, tlenki, spieki

Zastosowanie: ochrona powierzchni roboczych matryc ze stali węglowych, ochrona części silników

odrzutowych, wzrost odporności za zużycie łopatek sprężarek, naprawa ciągadeł i prowadnic

przeciągarek drutów.

Napawanie gazowo- proszkowe

Polega na ułożeniu nadtopionej powierzchni warstwy ciekłego metalu stopionego ciepłem płomienia

gazowego.

Przebieg: podgrzanie metalu podłoża płomieniem gazowym i uzyskanie odpowiedniego nadtopienia

obszaru napawanego; otwarcie zaworu i podawanie proszku w strefę płomienia; ułożenie cienkiej

warstwy (0,2-0,25mm), która powinna się stopić i równomiernie rozpłynąć po napawanej

powierzchni; układanie napoiny o wymaganej grubości.

Przygotowanie powierzchni: usunięcie zanieczyszczeń, tlenków, smarów; szlifowanie, skórowanie,

śrutowanie- dla elementów obciążonych dynamicznie; w przypadku napawania krawędzi roboczych-

wykonanie odpowiednich podcięć lub rowków technologicznych; podgrzewanie wstępne.

Cechy charakterystyczne procesu: dobra jakość napoiny, szeroki obszar zastosowania, niski koszt

urządzeń i duża ekonomiczność procesu, niska wydajność napawania, konieczność starannego

przygotowania powierzchni przedmiotów do napawania.

Napawanie plazmowo- proszkowe

Polega na stapianiu w łuku plazmowym materiału dodatkowego w postaci proszku i przenoszenie go

na nadtopione podłoże.

Gaz plazmowy, gaz ochronny, gaz transportujący: argon

Materiał dodatkowy może być: podawany do palnika plazmowego; zasypywany przed palnikiem;

ułożony na napawanym przedmiocie.

Zalety metody: duża stabilność łuku; wysoka czystość metalurgiczna napoin, gładkie i równe lico,

duża sprawność stapiania proszku, duża wydajność.

Zastosowanie: regeneracja lub napawanie produkcyjne częś•ci silników spalinowych, narzędzi
skrawających, zaworów, gniazd zaworowych itp.

Zużycie ścierne, metody badań

Zużycie ścierne- zjawisko niszczenia warstwy wierzchniej ciał współpracujących w procesie tarcia w

wyniku: skrawania lub mikroskrawania, bruzdowania, rysowania, ścinania nierówności powierzchni,

cząstek ciał obcych oraz omywania erozyjnego, piaskowania, mielenia .

Zużycie ścierne w którym twardość ciala powodującego zużycie jest większa od twardości ciała

zużywanego nazywane jest ABRAZJĄ.

Proces ścierania może przybierać formę:

1. Ścierania przez ziarna umocowane (papier ścierny itp.)
2. Ścieranie w obecności ścierniwa (przedostanie się zanieczyszczeń pomiędzy powierzchnie

trące i mogą

• Zagłębiać się w materiał
• Przetaczać się miedzy powierzchniami
• Rozdrabniać się
3. Ścieranie w masie ściernej (maszyny drogowe, rolnicze, górnicze)

Wzrost twardości- wzrost odporności na zużycie

Opis procesu zużycia ściernego ilościowego

1. Model Chruszczowa- Babiczewa

I

z

=V/L=k*N/H

V-objetość oddzielonego materiału

L-droga tarcia na której nastąpiło oddzielenie materiału

k- współczynnik zużycia ściernego (k=24)

N-obciążenie

H- twardość określona penetratorem w kształcie piramidy

I

z

= h/L=k*P

a

/P

t

h-grubość zużywanej warstwy

L-droga tarcia

k-współczynnik proporcjonalności

P

a

- nacisk normalny

P

t

- granica płynięcia

2. Model ścierania Spurra-Newcomba

I

z

=n*d^3(R

1

-1

- R

g

-1

)=K*N/E

n-ilość ziaren przenoszących obciążenia normalne

N- obciążenie

E- moduł Younga

K- współczynnik proporcjonalności 150-180

d- szerokość bruzdy wyciśniętej przez ziarno o promieniu R1 w chwili jej wykonania

Rg- szerokość bruzdy po jej wykonaniu

3. Model zmęczeniowy Kragielskiego

I

t

=0,6qa/nE

m-liczba cykli (dobiera się z krzywej Wohlera)

qa-nacisk jednostkowy

E-moduł sprężystości podłużnej

Zmęczenie powierzchni w wyniku ścierania

Zmęczenie powierzchni jest wynikiem: oddziaływania na powierzchnie zmiennych sił, kwaitacji i

innych oddziaływań udarowych

Stwierdzono że zużycie ścierne pow. Materiałów plastycznych i kruchych zależy od:

1. Kata padania strumienia ścierniwa
a) Materiały plastyczne ulegają niszczeniu wskutek: mikroskrawania- mikroskrawania-pasma

poślizgu- uskoki które sprzyjają zużyciu abrazyjnemu; deformacji plastycznej- zmęczenie

powierzchni

b) Materiały kruche zniszczeniu wskutek

• Kruchego odwarstwiania mikropłatków--- za pomocą wskaźnika K

IC

(nie ma zależności

pomiędzy H i Kic)

Zapobieganie zmęczeniu powierzchniowemu:

• Stosowanie tworzyw o dużej twardości i ciągliwości(udarności)

• Stosowanie tworzyw jednofazowych (homogenicznych)
• Stosowanie tworzyw wielofazowych (heterogenicznych) zawierających rozdrobnione

i rozłożone w osnowie drobne twarde fazy (np. stop łożyskowy)

• Stosowanie elementów o dużej gładkości bez karbów

Metody badania odporności na zużycie

Metody jakościowe pomiaru siły i momentu tarcia:

a) Przyrząd Bowdena
b) Dynamometr sprężynowy Hondy i Yamady
c) Stanowisko Kuźniecowa

Metody ilościowe badania zużycia

a) Metoda wagowa
b) Metoda metryczna (pomiar wymiaru liniowego)
c) Metoda zużycia profilograficznego (porównanie profilu przed i po próbie tarcia- dokładność

do 0,2mm)

d) Metoda sztucznych baz (odciski penetratora—metoda Vickersa, Knoopa, Brinella)
e) Pomiar zużycia za pomocą pomiaru ciśnienia i natężenia przepływu płynów przepływających

przez szczelinę między trącymi elementami

f) Za pomocą czujników zegarowych izotopów promieniotwórczych
g) Aktywacja neutronowa przez napromieniowanie w reaktorze jądrowym
h) Aktywacja protonowa przez napromieniowanie w akceleratorze liniowym
i) Stosowanie mieszanin pierwiastków ziem rzadkich

Omów naprężenia i odkształcenia w konstrukcjach z aluminium

Główną zaletą konstrukcji Al. jest lekkość i odporność na korozję.

Ciężar konstrukcji Al. zależy od rodzaju pracy ustroju. Lekkość konstrukcji jest wykorzystywana w tych

ustrojach, w których stosunek ciężaru użytkowego do własnego jest nieduży np. konstrukcje

dachowe.

W przypadku konstrukcji o niewielkim obciążeniu użytkowym, pracujących na zginanie, belka

aluminiowa może być około 25-krotnie lżejsza od stalowej. Wraz ze wzrostem obciążenia użytkowego

oszczędność na ciężarze w porównaniu z belką stalową staje się coraz mniejsza.

Największy zysk na obniżeniu ciężaru ustrojów wykonanych ze stopów Al. osiąga się przy

obciążeniach rozciągających. Przy tych samych wartościach naprężeń dopuszczalnych rozciągane

pręty Al. są 3krotnie lżejsze od stalowych.

W przypadku ściskania, ze względu na niższą wartość współczynnika sprężystości liniowej, pręt al.

będzie tylko dwukrotnie lżejszy. Tak więc w konstrukcjach pracujących przeważnie na ściskanie

(słupy, łuki), ze względu na prawie jednakowy współczynnik E, użycie stopu o większej wytrzymałości

(droższego) nie będzie wskazane.

Odkształcenia konstrukcji al. są w porównaniu z konstrukcjami stalowymi znacznie większe z powodu

3krotnie mniejszego współczynnika sprężystości Al. dla zachowania tej samej sztywności E w

aluminiowym elemencie konstrukcyjnym, należy jego moment bezwładności, w porównaniu do

elementu stalowego, 3krotnie powiększyć.

Zmniejszenie odkształceń można też uzyskać przez zastosowanie odpowiedniego ustroju. Na przykład

ustroje statycznie niewyznaczalne wykazują z reguły mniejsze odkształcenia od ustrojów statycznie

wyznaczalnych.

Sztywność ustrojów wykonanych ze stopów Al. można zwiększyć stosując konstrukcje przestrzenne,

a więc konstrukcje z blach względnie konstrukcje powłokowe. W przestrzennych do współpracy

statycznej wprowadza się również zew. Pokrycie. Istnieje zatem możliwość pełnego wykorzystania

materiału. Każdy element konstrukcyjny jest wówczas w pełni wykorzystany pod względem

wytrzymałościowym.

Ustroje powinny być konstrukcjami jednolitymi zestawionymi z jak najmniejszej liczby elementów.

Poszczególne elementy powinny być jednorodne. Metodą otrzymania tego rodzaju elementów jest

wyciskanie. Profile te odpowiadają jednocześnie wymaganiom wytrzymałościowym i konstrukcyjnym.

W profilach tych można otrzymać łagodne przejścia jak też lepszy przebieg sil wew.

Belki

Przy wymiarowaniu belek ze stopów Al. decydującym kryterium jest najczęściej wielkość

dopuszczalnego ugięcia. Ugięcia podobnych belek stalowych i Al. będą jednakowe wówczas, gdy

moment bezwładności belki aluminiowej będzie równy I

al

=3I

st

Przy wymiarowaniu belek ze względu na niską wartość współczynnika E należy sprawdzić środnik na

miejscową utratę stateczności. Przy jednakowych wielkościach środników w belkach stalowych i Al.

grubość środnika w belce Al. powinna wynosić: gal=1,44gst

Belki zginane pełnościenne- blachownice, kształtowniki wyciskane lub wyginane z blach

Jako żebra w konstrukcjach spawanych stosuję się płaskowniki, kątowniki, teowniki, kształtowniki

wyginane z blach.

W przypadku płaskowników należy unikać ustawienia ich naprzeciw siebie lub ustawienia

mijankowego prowadzącego do lokalnych wygięć środnika.

Stężenie środnika można uzyskać też przez:

• Odpowiednie ukształtowanie
• Wykonanie z blachy załamanej lub zespawanej z odcinków blach
• Wybrzuszenie blachy uzyskane np. za pomocą lokalnego nagrzewania palnikiem

Słupy

Nośność słupów aluminowych osiowo obciążonych jest przy tych samych wymiarach mniejsza niż

slupow stalowych z powodu mniejszej wartości współczynnika E. Słupy silnie obciążone zaleca się

wykonać jako konstrukcję mieszaną, w której podpory o dużej sile osiowej będą wykonane ze stali a

dźwigary z Al.

Ze względu na stateczność wskazane jest stosowanie słupów o przekroju zamkniętym skrzynkowym

lub rurowym.

Zwiększenie sztywności przeciw wybrzuszeniu uzyskuje się przez: wyciskanie odpowiedniego

kształtownika wraz z żebrami usztywniającymi, przez wykonanie słupa z blachy fałdowej,

przynitowanie lub dospawanie żeber wzmacniających. Większe profile wykonuje się z kilku części

nitowanych spawanych lub połączonych za pomocą specjalnych złączy.

Kratownice

Ogólne zasady konstruowania kratownic są takie same jak kratownic stalowych. Kształt skratowania

powinien być tak dobrany, aby długości prętów ściskanych były jak najmniejsze oraz aby naprężenia

drugorzędne, wywołane nieprzegubowymi połączeniami w węzłach, były jak najmniejsze.

Ze względu na dość znaczne ugięcia montażowe kratownic należy zwrócić uwagę na staranne

wykonanie węzłów. Konstrukcje Al. z uwagi na brak wyraźnej granicy plastyczności materiału są

bardzo wrażliwe na działanie karbu, spiętrzenie naprężeń oraz nierównomierny rozkład naprężeń.

Dlatego też należy unikać mimośrodowego polaczenia prętów .

Warunek minimalnej długości prętów ściskanych spełnia krata rombowana ze słupkami. Przy

większych rozpiętościach warunek ten spełnia krata z dodatkowym zawszeniem.

W kratach trójkątnych warunek minimalnej długości prętów ściskanych spełnia dźwigar Polonceau.

Naprężenia drugorzędne wskutek sztywnych węzłów są najmniejsze w kratach bezsłupkowych.

Pręty kratownic mogą być wykonane jako jednościenne lub dwuścienne. Przekroje jednościenne

wykonuje się z kątowników, ceowników i teowników lub specjalnych kształtowników wyciskanych

bądź uzyskanych przez gięcie wzdłużne. Przekroje dwuścienne wykonywane są z analogicznych

kształtowników jako nitowane spawane, zgrzewane lub jednolite wyciskane bądź wyginane z taśm.

Należy zwrócić szczególną uwagę na połączenia prętów,,. Przy połączeniu prętów na blachę węzłową

wskazane jest zwłaszcza przy obciążeniach dynamicznych , odpiwednie wycięcie blachy w celu

uzyskania łagodnego przejścia linii sił krzyżulca do blachy węzłowej i uniknięcia w ten sposób wpływu

karbu.

Podstawę obliczeń przy obciążeniach statycznych stanowi wytrzymałość doraźna na rozciąganie R

m

i

umowna granica plastyczności R

0,2

. Należy zwrócić uwagę że stopy Al. nie mają wyraźnej granicy

plastyczności. Przyjmuje się umowną granice plastyczności tzn. naprężenie przxy którym wydłużenie

trwale wynosi ok. 0,2%.

Zachowanie się stopów Al. pod obciążeniem przedstawia się podobnie jak dla stali na wykresie

sigma-epsilon. .

Przy wymiarowaniu konstrukcji Al. nie w każdym przypadku można zastosować sposoby obliczeń

wytrzymałościowych odpowiednie dla konstrukcji stalowych. Wynika to z odmiennych własności

stopów Al. i stali i dotyczy szczególnie konstrukcji cienkościennych, w cienkościennych konstrukcjach

przestrzennych należy zwrócić uwagę na równomierny rozkład naprężeń w miejscach przyłożenia sił.

Obliczenia prostych belek aluminiowych i stalowych nie różnią Asię w przypadku rozciągania lub

ściskania.

Wzajemny układ naprężeń w belkach złożonych może być bardzo skomplikowany. Do ich wyjaśnienia

przeprowadza się badania za pomocą kruchych powłok lakierowanych, badania tensometryczne,

ewentualnie badania modelowe.

Przy projektowaniu konstrukcji ze stopów Al. należy zwrócić uwagę na zmianę wytrzymałości w

zależności od czasu obciążenia i temp.

Czynnikiem wpływającym na zasady tworzenia konstrukcji aluminiowych jest również silniejsza niż w

przypadku stali wrażliwość na działanie karbu. Wynika ona z braku wyraźnego zakresu odkształceń

plastycznych.

Wytrzymałość zmęczeniowa stopów Al. jest mniejsza niż stali. Zależy ona od ilości cykli zmian

obciążeń, rodzaju materiału, grubości materiału, częstotliwości zmian obciążenia, rodzaju obciążenia

i kształtu konstrukcji. Krzywa Wohlera dla stopów AL.l przechodzi w linię poziomą osiągając tzw.

Nieograniczoną wytrzymałość zmęczeniową dopiero po kilkuset milionach cykli zmian obciążenia.

Spadek wytrzymałości przy obciążeniach zmiennych wywołuje pełzanie stopów Al. w temp

podwyższonych obniżenie wytrzymałości zmęczeniowej występuje znacznie wyraźniej

Obliczenia konstrukcji można wykonać stosując metodę naprężeń dopuszczalnych lub stanów

granicznych.

Wymiarowanie wg. Metody naprężeń dopuszczalnych.

Jest najprostszą metodą wymiarowania polegającą na sprawdzeniu czy naprężenia rzeczywiste sigma

nie przekraczają naprężeń dopuszczalnych k. naprężenia dopuszczalne k są określone przepisami i

normami dla odpowiednich materiałów, rodzajów konstrukcji i ich obciążeń oraz rodzaju połaczeń.

Przy obciążeniach statycznych naprężenie s jest to największe naprężenie określone przy

uwzględnianiu sztywności przekroju na rozciąganie, zginanie lub skręcanie z uwzględnieniem zasady

superpozycji.

Ponieważ stopy Al. nie mają wyraźnej Re do obliczeń przyjmuje się umowną Re.

Personel badań nieniszczących wg PN-EN 473

W normie ustalono system kwalifikacji i certyfikacji personelu, który prowadzi przemysłowe badania

NDT.

Odpowiedzialna za certyfikacje powinna być niezależna jednostka certyfikująca zorganizowana

zgodnie z odpowiednimi normami europejskimi.

Certyfikacja obejmuje sprawy związane z kompetencją w jednej lub kilku następujących metod:

ET,PT,MT,RT,UT,LT.

System w tej normie może być również stosowany przy VT, radiografii neutronowej (NT), emisji

akustycznej (AT), termografii w podczerwieni (It) i innych badań nieniszczących.

Stopnie kwalifikacji

Osoba poddana procesowi certyfikacji wg normy powinna być zaliczona, zaleznie od jej kwalifikacji do

jednego z trzech stopni kwalifikacji.

1stopień- osoba z certyfikacją 1 stopnia ma kwalifikacje do wykonywania badań nieniszczących

zgodnie z pisemną instrukcją pod nadzorem osób mających 2 lub 3 stopień kwalifikacji. Powinna ona

mieć umiejętności: nastawiania aparatury, przeprowadzania badań, rejestrowania wyników badań i

klasyfikowania wyników na podstawie pisemnych kryteriów, wykonania sprawozdania z wyników

badań. Nie jest ona odpowiedzialna za wybór odpowiedniej metody lub techniki badania jak również

za samodzielną ocenę wyników badań.

2 stopień- osoba z certyfikacją 2 stopnia ma kwalifikację do wykonywania badań i kierowania nimi wg

ustalonych lub uznanych procedur. Powinna ona być kompetentna w zakresie: doboru techniki

badania dla stosowanej metody badania, określenia ograniczeń w stosowaniu metody badania, w

której uzyskała kwalifikacje 2 stopnia, zrozumienia norm i specyfikacji i przenoszenia ich do instrukcji

badań praktycznych dostosowanych do aktualnych warunków pracy, nastawiania i skalowania

aparatury, wykonywania i nadzorowania badań, interpretacji i oceny wyników zgodnie z

obowiązującymi normami, wytycznymi lub specyfikacjami, przygotowania pisemnych instrukcji

badania, wykonywania i nadzorowania wszystkich obowiązków 1 stopnia, szkolenia lub kierowania

personelem o kwalifikacjach poniżej 2 stopnia, zestawienia i przedstawiania wyników badań

nieniszczących.

3 stopień

Osoba z certyfikacją 3 stopnia ma kwalifikację do kierowania dowolną czynnością badań NDT dla

których uzyskała certyfikację. Wśród różnych zadań jej przypisanych osoba mająca certyfikację 3

stopnia powinna być kompetentna w zakresie:

Przyjęcia pełnej odpowiedzialności za urządzenia badawcze i za personel, opracowywania i

potwierdzania ważności technik i procedur badania, interpretacji norm, wytycznych, specyfikacji i

procedur, ustalania poszczególnych metod badania, technik badania i procedur przeznaczonych do

stosowania.

Powinna ona mieć: kompetencje w interpretowaniu i ocenie wyników wg obowiązujących norm,

wytycznych, i specyfikacji,; wystarczające praktyczne doświadczenie w stosowaniu materiałów i

technologii produkcji, aby dokonywać wyboru metod i ustalić techniki badania oraz współpracować

przy ustalaniu kryteriów odbioru, jeżeli takich brak; ogólną znajomość innych metod badań NDT,

umiejętność kierowania personelem o kwalifikacjach niższych niż 3 stopień.

Osoba ta może jeżeli zaistnieje potrzeba kierować i nadzorować egzaminami kwalifikacyjnymi, przy

założeniu, że jest ona upoważniona do tego zadania przez niezależną jednostkę certyfikującą. Osoba

mająca certyfikat 3 stopnia nie może być jedynym egzaminatorem kandydata, którego osobiście

przygotowywała do określonego egzaminu.

Praktyka przemysłowa w badaniach NDT

Zestaw 29

Zgrzewanie oporowe- rodzaje

Zgrzewanie oporowe jest metodą zgrzewania, w której połączenie materiałów uzyskuje się w wyniku:

nagrzania obszaru styku łączonych przedmiotów przepływającym przez nie prądem elektrycznym

oraz odkształcenia plastycznego tego obszaru na skutek działania siły docisku.

Zgrzewanie oporowe prowadzone może być różnymi sposobami w zależności od geometrii łączonych

przedmiotów, jak wymaganego kształtu zgrzeiny: zgrzewanie doczołowe zwarciowe i iskrowe;

zgrzewanie punktowe, garbowe, liniowe, udarowe (kondensatorowe); zgrzewanie prądami wielkiej

częstotliwości.

Zgrzewanie punktowe polega na łączeniu elementów w oddzielnych miejscach zwanych punktami. W

czasie łączenia na jednej zgrzewarce może się tworzyć jedna lub więcej zgrzein. Proces łączenia

przedmiotów ułożonych na zakładkę między elektrodami wywierającymi docisk oraz

doprowadzającymi prąd zgrzewania, nagrzewający punktowy obszar stykowy tych przedmiotów do

temp zgrzewania. Metodą tą można połączyć ze sobą punktowo dwie lub trzy blachy.

Podstawowe parametry : natężenie prądu zgrzewania; siła docisku elektrod; czas zgrzewania; oraz

wymiary i materiał części roboczych elektrod.

Może być prowadzone przy użyciu prostych zgrzewarek asynchronicznych, bez możliwości zmiany

programu zgrzewania, jak również przy użyciu zgrzewarek wyposażonych w skomplikowane układy

sterowania elektronicznego synchronicznego.

Wieloimpulsowe- przepływajacy prąd zgrzewania stosuje się do podgrzewania wstępnego,

zredukowania początkowej oporności stykowej, regulacji szybkości nagrzewania i chłodzenia obszaru

złącza oraz obróbki cieplnej po zgrzewaniu.

Pomocnicze impulsy natężenia prądu zgrzewania mają najczęściej od 20 do 70% wartości natężenia

prądu zgrzewania.

Podstawowe programy zgrzewania punktowego:

• Jednoimpulsowe ze stałym dociskiem
• Jednoimpulsowe ze zwiększonym dociskiem końcowym tzw. Przekuwającym
• Jednoimpulsowe ze zwiększonym dociskiem wstępnym i końcowym
• Wieloimpulsowe ze stałym dociskiem
• Wieloimpulsowe ze zwiększonym dociskiem końcowym

Elektrody do zgrzewania punktowego- odgrywają decydującą rolę w prawidłowym przebiegu

procesu. Wykonane ze specjalnych stopów Cu i metali żaroodpornych i ukształtowanie ich części

roboczych ma istotne znaczenie w doborze parametrów.

Podstawowe zadania elektrod: doprowadzenie prądu zgrzewania o odpowiedniej gęstości do

zgrzewanych przedmiotów; wywarcie docisku zgrzewania; odprowadzenie ciepła z obszaru

zgrzewania.

Elektrody winny odznaczać się: wysoką przewodnością elektryczną i cieplną; dużą twardością i

wytrzymałością w normalnej i podwyższonej temp.; brakiem skłonności do tworzenia połączeń

dyfuzyjnych materiału elektrod i części zgrzewanych.

Do najczęściej stosowanych materiałów do elektrod są: stopy miedzi klasy A1; A2/1 i A2/2; A3/1;

spieki wolframowo- miedziane (klasy B); wolfram, grafit, metalografit i inne.

Kształt i wymiary elektrod

Podstawowe kształty elektrod to elektrody proste, kształtowe i nasadkowe. Powierzchnia części

roboczej elektrod może być płaska lub kulista w zależności od rodzaju zgrzewanych materiałów i

konstrukcji zgrzewarki.

Podstawowe zalecenia odnośnie projektowania złączy i przygotowania elementów do zgrzewania

punktowego:

• Średnicę zgrzeiny ustala się w zależności od grubości blachy. Przyjmuje się że d

z

=5g

1/2

grubość

blachy

• Powierzchnie części łączonych powinny być płaskie i równoległe oraz metalicznie czyste.
• Ze względu na trudności w uzyskaniu odpowiedniej siły docisku większej liczby blach, nie

zaleca się łączyć jedną zgrzeiną więcej niż 3 blach

• Zgrzeiny powinny być rozmieszczonej w dostatecznej odległości od brzegów blach (e=d

z

) i w

odpowiedniej odległości od siebie (t=4d

z

)

• Złącza projektować tak aby pracowały pod obciążeniem ścinającym. Zgrzein poddanych

obciążeniom rozciągającym lub skręcającym należy unikać.

• Złącza projektować aby można było je zgrzewać za pomocą zgrzewania dwustronnego

jednopunktowego bez konieczności stosowania elektrod specjalnych, przy jak najmniejszym

wysięgu ramion zgrzewarki

Przy zgrzewaniu oporowym punktowym istotny jest kształt i materiał elektrod: stopy miedzi klasy

A2/1 i A2/2- twardość 130-170 HV, przewodność ok. 43MS/m (80% IACS)

Zgrzewanie garbowe- polega na łączeniu części w miejscach istniejących występów technologicznych

zwanych garbami. Garby mogą być wykonane celowo lub też mogą je stanowić fragmenty łączonych

części np. krawędź otworu, kulista część łba śruby, brzeg blachy. Do zgrzewania garbowego

najczęściej wykorzystuje się elektrody klasy A3/1. Twardość 160- 240 HV, przewodność- ok. 23 MS/m

(50% IACS)

Podczas zgrzewania mała początkowo pow. styku garbu ze zgrzewanym przedmiotem powoduje że

gęstość prądu i naciski jednostkowe są b duże i wyniku tego następuje szybkie nagrzanie styków obu

przedmiotów, część środkowa garbu nagrzewa się do stanu plastycznego. Następuje cofnięcie

środkowej części garbu aż do styku z elektrodą. Styk pierścieniowy łączy się z pozostała częścią garbu

o niższej temp. Obszar garbu nagrzewa się do stanu, a następnie ciekłego.

W wyniku dalszego przepływu prądu, jadro powiększa swoje wymiary do optymalnej wielkości 5g

1/2

.

Proces należy prowadzić do uzyskania zgrzania:

• W stanie stałym (przepływa przepływ prądu przerywany po nagrzaniu do stanu plastycznego

calego obszaru garbu)

• W stanie mieszanym (ciekłym i plastycznym)
• W stanie ciekłym (z rozbudowanym jadrem)

Podstawowe parametry zgrzewania garbowego:

Natężenie prądu zgrzewania; siła docisku zgrzewania (dla stali niskowęglowych 7-12daN/mm^2,

niskostopowych oraz o podwyższonej zawartości węgla 10-16daN/mm^2, dla nierdzewnych 18-

25daN/mm^2); czas zgrzewania- ustalany w zależności od wielkości natężenia prądu zgrzewania,

składa się z czasu docisku wstępnego, czasu zgrzewania tzn. czasu przepływu prądu i czasu

końcowego (obróbki cieplnej po zgrzewaniu.

Krótkie czasu zgrzewania zapewniają większą sprawność procesu i mniejsze odkształcenia konstrukcji.

Elektrody do zgrzewania garbowego są najczęściej wykonywane z materiału klasy A3/1

Zalety zgrzewania garbowego:

• Większe możliwości zgrzewania konstrukcji o złożonych kształtach i różniących się

własnościami fizycznymi

• Możliwość równoczesnego wykonywania do kilku czy kilkunastu zgrzein, w konstrukcjach o

bardzo złożonych kształtach

• Większa wydajność zgrzewania
• Mniejsze zużycie energii
• Większa możliwość mechanizacji lub automatyzacji procesu
• Brak strat energii wynikłych z bocznikowania prądu
• Możliwość zmniejszania rozstawu zgrzein lub ich odległości od krawędzi blach
• Znacznie wyższa żywotność elektrod z uwagi na dużą powierzchnię stykową elektrod
• Estetyczny wygląd zew gotowego wyrobu

Zgrzewanie oporowe liniowe- metoda łączenia, w której złącze tworzone jest prze szereg zgrzein

punktowych ułożonych jedna obok drugiej wzdłuż określonej linii, w wyniku zastosowania elektrod

krążkowych doprowadzających prąd zgrzewania i wywierających docisk. Każda kolejna zgrzeina

punktowa wchodząca skład zgrzeiny liniowej powstaje w identyczny sposób jak przy zgrzewaniu

oporowym punktowym. Podobne są zjawiska cieplne i elektryczne, jedynie występuje dodatkowo

zjawisko bocznikowania prądu zgrzewania. Ponieważ bocznikowanie zachodzi w metalu nagrzanym

do wysokich temp prąd bocznikowania jest niższy niż w przypadku bocznikowania zimną zgrzeiną

punktową.

Oporność stykowa elektrod krążkowych, w wyniku ich ruchu jest wyższa niż przy zgrzewaniu

oporowym punktowym.

Przedmioty do zgrzewania muszą być przygotowane z większą starannością, a obszar zgrzewania

musi być oczyszczony mechanicznie lub chemicznie na szerokości ok. 10-20mm.

Parametry zgrzewania liniowego: natężenie prądu zgrzewania, siła docisku elektrod, czas przepływu

prądu zgrzewania, czas przerwy między impulsami prądowymi, wymiary robocze i materiał elektrod,

prędkość zgrzewania.

Są to parametry ściśle ze sobą powiązane.

Przy zgrzewaniu liniowym ciągłym elektrody krążkowe są napędzane ze stałą prędkością, a prąd

zgrzewania przepływa przez elektrody i złącze w sposób ciągły przy stałym docisku zgrzewania.

Zgrzeina jest tworzona jako jeden ciągły szew.

Przy przerywanym elektrody są napędzane ze stałą prędkością a prąd zgrzewania przepływa w czasie

t

z

z regularnymi przerwami t

p

. ten sposób zgrzewania zapewnia lepszy rozkład ciepła w złączu i

mniejsze odkształcenia zgrzewanych konstrukcji.

Liniowe skokowe- polega na skokowym ruchu obrotowym elektrod krążkowych, które zatrzymywane

są na czas przepływu prądu i obracają się o określony skok w czasie przerwy jego przepływu.

Elektrody do zgrzewania liniowego są w kształcie krążków o średnicy od 50- 600mm i szerokości od

0,5- 20mm chłodzone wew. Wodą. Powierzchnie elektrod mogą być płaskie lub kuliste o różnym

kształcie i wymiarach.

Szerokość pow. Roboczej można wstępnie ustalić wg zależności s=2g+4mm

Przy zgrzewaniu materiałów wymagających dużych nacisków i charakteryzujących się wąskim

zakresem plastyczności, takie jak stale odporne na korozję, Ti i jego stopy, stopy Al.,Cu i inne,

konieczne jest zastosowanie elektrod o kulistej pow. Roboczej. Wąskie elektrody ok.5mm z płaską lub

kulistą powierzchnią roboczą zapewniają dobrą jakość zgrzewania i blisko 30%mniejsze zużycie

energii.

Materiał jest dobierany w zależności od materiału zgrzewanego.

Zgrzewanie liniowe może być prowadzone następującymi metodami: na zakładkę; z rozwalcowaniem

szwu; doczołowo- liniowe; liniowo- garbowe.

Liniowe na zakładkę- stosowane do łączenia elementów ze stali węglowych i stopowych, Ni, Ti,

stopów Al. oraz niektórych stopów Cu. Ponadto do zgrzewania blach stalowych pokrytych powłokami

Sn, Zn, Ni, Pb.

Zakres grubości łączonych blach zależy od materiału, charakteru impulsów prądowych oraz wymagań

stawianym złączom. Typowy zakres grubości blach wynosi: 0,5- 2mm

Liniowe z rozwalcowaniem szwu- stosowane do zgrzewania blach cienkich ze stali tłoczonych o

grubości do 1,5mm

Doczołowo- liniowe- stosowane do zgrzewania stali węglowych oraz niskostopowych i stopowych o

grubości do ok.. 4mm. Może być również stosowane do zgrzewania blach metalizowanych

(ocynkowanych, aluminiowanych)

Liniowo- garbowe- stosowane do zgrzewania blach ze stali węglowych i stali odpornych na korozję o

grubości do ok. 2mm. Wymagane jest bardzo sztywne oprzyrządowanie zgrzewanych części z uwagi

na duże naciski i prędkości zgrzewania.

Zgrzewanie doczołowe iskrowe- podczas zgrzewania zwarciowego przylegające do siebie i dociśnięte

powierzchnie łączonych elementów, wskutek znacznej oporności styku strefy zgrzewania, nagrzewają

się płynącym prądem elektrycznym.

Podczas zgrzewania iskrowego właściwe nagrzanie styku do wytworzenia jednolitej warstwy

płynnego metalu oraz dalszych warstw metalu do temp plastyczności następuje w etapie wyiskrzania.

Korozja chemiczna i elektrochemiczna

Korozja chemiczna- polega na utlenianiu metali w suchych gazach oraz ciekłych środowiskach nie

mających charakteru elektrolitu np. w cieczach organicznych. Cechą charakterystyczną jest to, że

utlenianie metalu, redukcja utleniacza i powstawanie produktu korozji zachodzi w tym samym

miejscu powierzchni metalu bez przepływu swobodnych elektronów przez granicę faz. Ten rodzaj

korozji występuje stosunkowo rzadko w porównaniu z korozją elektrochemiczną. Chodzi tu głównie o

reakcje ze suchymi gazami jak O2, Cl2, H2S, SO2 i inne np. podczas korozji wysokotemperaturowej.

Podczas utleniania się żelaza w wyższych temp, zakładając, że utlenianie odbywa się do stanu

Fe++=Fe

2+

, żelazo oddaje tlenowi 2 elektrony i powstaje tlenek żelaza. Przebieg reakcji może być

bardziej złożony ponieważ w zależności od warunków reakcji podczas tworzenia się zgorzeliny mogą

powstać również inne tlenki. Warstewki tlenków obecne na powierzchni posiadają istotny wpływ na

dalszy przebieg procesu korozji. Powstająca początkowo warstewka wzrasta w wyniku dalszego

oddziaływania tlenu, przy czym tlen lub jon metalu musi dyfundować przez istniejącą warstewkę

tlenków, aby móc dotrzeć do miejsca reakcji.

Należy tu wyróżnić dwa przypadki graniczne:

• Warstewka powierzchniowa jest porowata i posiada złą przyczepność do powierzchni w

wyniku czego tlen może przenikać do metalu i dalej go utleniać. Proces ten ustaje dopiero

wówczas , gdy cały metal zostanie zużyty, jak np. żelazo. Przy odpowiednio długich czasach

wyżarzania i wysokich temp zwykła stal przemienia się całkowicie w zgorzelinę.

• Tlenek nie jest porowaty i posiada dobrą przyczepność do powierzchni metalu. Tlen i/lub

jony metalu mogą dotrzeć do miejsca reakcji tylko drogą dyfuzji. Wraz ze wzrostem grubości

warstewki proces ten jest coraz bardziej utrudniony aż praktycznie w końcu zanika. Ma to

miejsce w przypadku stali, gdy przy zawartości 12% chromu w zgorzelinie znajduje się

stabilny tlenek chromu

W przypadku Al. Szczelne warstewki tlenku na jego powierzchni występują już w temp pokojowej.

Tworząca się warstewka Al2O3 wzrasta w metal w 2/3 swojej grubości i w 1/3 usytuowana jest nad

jesgo powierzchnią. Warstewka tlenków staje się wtedy warstewką ochronną gdy objętość molowa

tlenku V

tl

jest zbliżona do objętości molowej metalu Vmet (zależność Pillinga i Bedwortha)

V

k

- współczynnik objętości molowej

Gdy Vk<1 wówczas tworzą się warstewki nieszczelne o słabych właściwościach ochronnych i metale

charakteryzują się dużymi szybkościami utleniania.

Gdy Vk>>1 np. w przypadku żelaza, zgorzelina z uwagi na swoją porowatość nie może chronić

znajdującego się pod nią żelaza przed dalszym utlenianiem.

Dodatek do stali chromu do stali zwiększa jej odporność na utlenianie w podwyższonych i wysokich

temp. Podobny wpływ podsiada również aluminium. Korzystny wpływ chromu i aluminium na

odporność na utlenianie wynika ze znacznego wzbogacania najbardziej wew. Warstwy tlenkowej w

chrom i aluminium. Wynikiem tego warstwa w większym stopniu hamuje migrację jonów i

elektronów FeO.

Korozja elektrochemiczna

Zdecydowana większość procesów korozyjnych zachodzi w środowiskach wilgotnych i ma charakter

elektrochemiczny. W środowiskach tych procesy korozji mają przebieg podobny do procesów

obserwowanych w ogniwach elektrochemicznych. Można wyróżnić anodę i katodę oraz przepływ

swobodnych elektronów przez warstwę graniczną metal- środowisko korozyjne.

Ogniwa elektrochemiczne

Wiele reakcji typu utlenianie- redukcja zachodzi w sposób samorzutny wywalając przy tym energię.

Przykładem może być reakcja jaka ma miejsce gdy cynk zostaje umieszczony w roztworze

zawierającym jony miedzi

Cu2+(w)+ Zn(s)=Cu(s) + Zn+2 (w) w- roztwór wodny, (s)- ciało stałe

Cynk rozpuszcza się wolno tworząc jony, które przechodzą do roztworu. Uzyskane w wyniku tego

elektrony łączą się z jonami miedzi tworząc obojętne atomu Cu, które pokrywają powierzchnię Zn lub

osadzają się na dnie pojemnika. Powstała energia rozprasza się w postaci ciepła lub może być

wykorzystana z ogniw elektrochemicznych.

Półogniwo utleniania Zn-Zn

+2

+2e

Półogniwo redukcji Cu

+2

+2e- Cu

W półogniwie utlenienia (anoda) zachodzi reakcja utleniania cynku

Utworzone jony Zn przechodząco roztworu zawierającego jony Zn+2 i SO4-2(w)

Powstałe atomu Cu osadzają się na powierzchni elektrody miedzianej.

Reakcje w poszczególnych półogniwach nie zachodzą dopóki te półogniwa nie zostaną połączone ze

sobą. Aby mogła zajść reakcja utleniania musi równocześnie występować redukcja.

W celu wyrównania ładunków elektrycznych podczas reakcji utlenianie- redukcja, kationy (Zn+2)

wędrują z anody do katody przez mostek solny a aniony w kierunku przeciwnym. Powstające w

reakcji utleniania elektrony odprowadzane są przez przewodnik elektryczny do katody, gdzie

następuje redukcja jonu metalu i wyrównanie potencjału elektrycznego.

Tworzenie się rdzy na powierzchni żelaza jest złożonym procesem elektrochemicznym, który

rozpoczyna się od utleniania żelaza i powstania jonów tego pierwiastka.

Skłonność metali i stopów do przechodzenia w elektrolitach s tan jonowy charakteryzują potencjały

jednostkowe względem wodoru.

Typowym przykładem korozji elektrochemicznej jest korozja stykowa, będąca korozją metalu mniej

szlachetnego a znajdującego się w styku z metalem bardziej szlachetnym. Powstaje ona w przypadku

istnienia styku różnego rodzaju metali lub metali z materiałami przewodzącymi elektryczność w

roztworze elektrolitu, w którym materiały te mają różne potencjały elektrochemiczne.

Korozyjne ogniwa galwaniczne wywołane różnicą potencjałów elektrochemicznych mogą powstawać

nie tylko między różnorodnymi metalami. Lokalne mikro ogniwa mogą powstawać również obrębie

metalu o jednakowym składzie chemicznym i strukturze w wyniku obecności granic ziaren, wydzieleń

faz międzymetalicznych, segregacji składników stopowych, wtrąceń niemetalicznych, porowatości i

naprężeń. Przy czym anodą zostają obszary o większej energii wew.

Przyczyną tej korozji kogą być również ogniwa stężeniowe powstające na skutek różnego dostępu

tlenu do powierzchni. Obszar mniej napowietrzony stanowi anodę. Pow. chropowate ulegają przy

tym znacznie szybszej korozji niż metale o pow. wypolerowanej, na której ogniwa stężeniowe

powstają bardzo rzadko.

O odporności korozyjnej metalu decyduje nie tylko jego potencjał elektrochemiczny lecz również

zdolność pow. do pasywacji.

Stosuje się następujące sposoby walki z korozją:

• Wprowadzenie do metali dodatków stopowych (np. powyżej 12%Cr w stali) w celu

wytworzenia pasywnej warstewki tlenków;

• Naniesienie na powierzchnię ochronnej warstwy farby, lakieru, emali
• Przesunięcie potencjału metalu względem środowiska elektrolitycznego przez zastosowanie

ochrony katodowej.

Badania i kwalifikacja personelu wg 473

Patrz pytanie z zestawu 16 personel badań nieniszczących

Zestaw 4

CTPi, CTPc, CTPCs- omówić , podać rodzaje

Wykresy przemian przechłodzonego austenitu

Własności stopów zależą od ich składu chemicznego, ilości faz oraz ich budowy strukturalnej. W

stalach o określonym składzie chemicznym, odpowiednie własności mechaniczne i fizyczne uzyskuje

się między innymi poprzez obróbkę cieplną.

Określanie przemian fazowych w stalach podczas obróbki cieplnej lub po jej zakończeniu, a także

podczas spawania dokonywane jest przy pomocy szeregu metod badawczych.

Metody badania przemian strukturalnych (fazowych) wykorzystują zjawiska fizyczne takie jak:

• Zmiana objętości (dylatacja)
• Zmiana przenikalności magnetycznej
• Zmiana namagnesowania
• Zmiana oporności elektrycznej

Ilościowe dane dotyczące struktury i własności stali od temp i czasu przemiany austenitu

przedstawiają wykresy CTP- czas temp przemiana

W zależności od sposobu chłodzenia rozróżnia się następujące rodzaje:

• CTPi- (czas tem przemiana przy chłodzeniu izotermicznym)
• CTPc- (czas temp przemiana przy chłodzeniu ciągłym)

CTPCi

Opierając się na metodzie izotermicznej śledzi się przemiany austenitu w perlit, bainit i martenzyt w

różnych ustalonych temp niższych od temp A1 (ok. 723

0

C) (temp wynikająca z układu żelazo- węgiel)

Wykresy CTPi- opracowywane dla różnych gatunków stali, są wykorzystywane do określenia temp i

czasu wygrzewania np. podczas wyżarzania lub hartowania.

Czas rozpoczęcia i zakończenia każdej przemiany odczytuje się z wykresu przez zrzutowanie na oś

czasu punktów przecięcia krzywych początku i końca przemiany przez linię prostą odpowiadającą

danej temp

CTPc

Podczas obróbki cieplnej stosowanej w przemyśle, a także w czasie spawania, przemiany strukturalne

austenitu nie zachodzą w warunkach izotermicznych, ale przy chłodzeniu ciągłym.

Wykresy CTPc są stosowane przy ustalaniu struktury i twardości stali podczas zabiegu hartowania,

wyżarzania normalizującego lub wyżarzania zupełnego.

Ponadto wykresy CTPc, sporządzone dla różnych gatunków stali, umożliwiają określenie dla tych stali

wartości szybkości krytycznej Vk

Na wykresie CTPc szybkość krytyczna chłodzenia Vk jest linią chłodzenia przebiegającą stycznie do

krzywej początku przemiany austenitu w punkcie najmniejszej trwałości austenitu przechłodzonego.

Temp początku i końca poszczególnych przemian fazowych i odpowiadające im czasy chłodzenia

odczytuje się przez zrzutowanie, odpowiednio na oś temp lub oś czasu, punktów przecięcia krzywych

chłodzenia z krzywymi początku i końca przemiany.

CTPc- S

W warunkach spawalniczych konieczne jest opracowywanie wykresów przemian strukturalnych

austenitu zachodzących podczas cykli cieplnych spawania (temp austenityzowania 1250- 1350

0

C, czas

stygnięcia w zakresie temp od 800 do 500 1-600 sekund).

Wyniki badania są przedstawiane w układzie półlogarytmicznym: temp- czas, w postaci wykresów

przemian austenitu przy chłodzeniu ciągłym dla warunków spawalniczych CTPc-S.

Wykresy tego rodzaju znacznie różnią się od wykresów CTPc stosowanych w klasycznej obróbce

cieplnej stali w warunkach ciągłego chłodzenia.

Zasadnicze różnice pomiędzy warunkami cieplnymi procesu spawania a typową obróbką cieplną to:

• Znacznie większa szybkość nagrzewania i chłodzenia obszaru SWC w złączu spawanym
• O około 400

0

C wyższa temp austenityzowania podczas spawania

• Bardzo krótki czas austenityzowania tzn. b. krótki czas przebywania w temp. max cyklu

cieplnego podczas spawania.

Wykresy CTPc-S są źródłem istotnych informacji o wpływie cykli cielnych spawania na strukturę i

własności spawanego metalu. Dlatego też znalazły one zastosowanie zarówno przy ocenie

spawalności stali jak i przy opracowywaniu technologii spawania.

Metody wyznaczania wykresów CTPc- S

• Metody bezpośrednie tzw. „In situ”, w których temp przemian strukturalnych określa się w

czasie procesu spawania;

• Metody symulacyjne (klasyczne)- w których próbki o małych gabarytach poddaje się działaniu

symulowanych cykli cielnych spawania jak najbardziej precyzyjnie odpowiadającym fazie

nagrzewania i chłodzenia podczas rzeczywistego procesu spawania.

Metody pomiarowe stosowane w badaniach przemian fazowych s stopach żelaza z węglem:

• Dla metod bezpośrednich: metoda analizy termicznej, metoda dylatometryczna
• Dla metod symulacyjnych: metoda analizy termicznej, dylatometryczna, magnetometryczna.

WPS- z czego się składa, do czego służy

WPS powinien podawać jaki sposób prowadzić spawanie i zawierać wszystkie właściwe informacje

dotyczące robót spawalniczych.

pWPS należy poddać uznaniu wg jednego z następujących sposobów: uprzedniej praktyki w

spawaniu, uznanych materiałów dodatkowych, badań technologii spawania, badań

przedprodukcyjnych spawania.

WPS powinien zawierać:

1. Wymagania dotyczące wytwórcy:

• Identyfikacja wytwórcy
• Identyfikacja WPS
• Przytoczenie protokółu uznania technologii spawania lub innych dokumentów

2. Wymagania dotyczące materiału podstawowego:

• Rodzaj materiału (zaleca się przytoczenie odpowiedniej normy) lub grupy

materiałowej

• Wymiaru materiału (zakresu grubości złącza, zakresy zew średnicy rury)

3. Wymagania wspólne dla wszystkich technologii spawania:

• Proces spawania (wg ISO 4063)
• Konstrukcja złącza (schematyczny rys pokazujący kształt i wymiary złącza, kolejność

układania ściegów)

• Pozycja spawania (wg ISO 6947)
• Przygotowanie rowka lub brzegów (czyszczenie, odtłuszczanie, mocowanie,

sczepianie, stosowane metody

• Technika spawania (bez ściegów zakolowych; ściegi zakosowe, dla spawania ręcznego

max szerokość ściegu, dla spawania zmechanizowanego max szerokość ściegu lub

amplituda, częstotliwość i czas przerwy w oscylacji; kąt pochylenia uchwytu

spawalniczego, elektrody lub drutu),

• Żłobienie grani (metoda)
• Podkładka (metoda, rodzaj, materiał, wymiary; dla osłony gazowej grani wg

wymagań szczególnych)

• Spoiwo i topnik (klasyfikacja, wytwórca, wymiary, zabiegi dodatkowe np. suszenie)
• Parametry elektryczne (np. rodzaj prądu, biegunowość, natężenie, napięcie łuku)
• Spawanie zmechanizowane (prędkość posuwu, prędkość podawania drutu),
• Temp podgrzewania wstępnego lub najniższa temp otoczenia dla prac w warsztacie i

na montażu

• Temp międzyściegowa (max)
• Obróbka cieplna po spawaniu (dane obróbki lub instrukcja )

4. Wymagania szczególne (np. dla spawania łukiem krytym, spawania plazmowego itp.)

Instrukcja technologiczna spawania wg PN-EN 15609 powinna podawać w jaki sposób należy

prowadzić proces spawania, zawierać wszystkie niezbędne informacje dotyczące robót spawalniczych

w celu uzyskania złączy spawanych o określonym poziomie akceptacji.

Wzory Instrukcji technologicznych spawania przedstawione są w następujących normach:

• PN EN ISO 15609-1- dla spawania łukowego
• PN EN ISO 15609-2 dla spawania gazowego
• PN EN ISO 15609-3 dla spawania wiązką elektronów
• PN EN ISO 15609-4 dla spawania wiązką promieniowania laserowgo

Źródła prądu

Materiały z Gliwic rozdział 1.5

Naprężenia szczątkowe

Cykl cieplny spawania:

• Przemieszczanie się źródła ciepła podczas spawania powoduje gwałtowny wzrost

temp przed jego frontem następnie obniżenie temp za strefą jeziorka

spawalniczego

• Nierównomierne nagrzewanie obszarów wokół spoiny, powoduje reakcje siłowe w

objętościach przyspoinowych

• Duży wpływ na powstawanie naprężeń wywierają czynniki technologiczne (np.

spawanie wielowarstwowe)

Biorąc pod uwagę przyczyny powstawania naprężeń rozróżnia się:

• Naprężenia cieplne, spowodowane tylko gradientem temperatury w materiale izotropowym

tzn. gdy występuje w nim lokalne pole temp. o nierównomiernym rozkładzie.

• Naprężenia reakcyjne, wywołane mechanicznymi reakcjami zewnętrznymi hamującymi

odkształcenia cieplne- gdy na ciało działają więzy zdolne do wytworzenia samo

równoważącego się układu reakcji na odkształcenia cielne niezależnie od rodzaju pola temp

• Naprężenia strukturalne spowodowane zmianą mikrostruktury materiału w wyniku cyklu

cieplnego np. hartownicze związane z przemianą martenzytyczną w stali

• Naprężenia powodowane różną rozszerzalnością materiałów, wywołane różnicą

współczynników rozszerzalności cieplnej spajanych materiałów np. ceramiki i metalu . w tym

przypadku nie musi występować gradient temp. ani więzy zew. Hamujące odkształcenia.

W praktyce spawalniczej dominują dwie pierwsze przyczyny. Podczas spawania wysoka temp

występuję w ograniczonej przestrzennie masie metalu, więc zachodzi hamowanie odkształceń

cieplnych przez chłodne partie materiału, czyli warunki powstania naprężeń i odkształceń

spawalniczych są spełnione. Jeżeli pole temp nie spowodowałoby wystąpienia odkształceń

plastycznych w materiale to efektem byłyby naprężenia zanikające po obniżeniu temp do poziomu

wyjściowego. Zachodziłyby więc tylko procesy termosprężyste a nie termoplastyczne niezbędne do

wystąpienia trwałych odkształceń i naprężeń.

Naprężeniu własnemu σ towarzyszy składowa sprężysta odkształcenia ε

s

. obie te wielkości są

powiązane prawem Hooke’a (dla jednoosiowego stanu naprężeń σ=ε*E

Klasyfikacja naprężeń względem osi spoiny :

• Wzdłużne (σ

x

) względem osi spoiny

• Poprzeczne (σ

y

) do osi spoiny

• Prostopadłe (σ

z

) do powierzchni łączonych elementów (blach)

Rozkłady spawalniczych naprężeń własnych

W zależności od występowania jednej lub kilka składowych wyróżnia się: jednoosiowy, dwuosiowy

(płaski), i trójosiowy (przestrzenny) stan naprężeń.

Jednoosiowy stan naprężeń występuje w prętach i jest wywołany zahamowaniem odkształcenia się

pręta przez sztywne elementy do których jest przyspawany.

Płaski stan- o składowej wzdłużnej σ

x

i porzecznej σ

y

występuje w większości konstrukcji spawanych.

Można przyjąć jako regułę, że występuję on w spawanych elementach powłokowych płaskich lub

ukształtowanych o grubości kilkunastu milimetrów. W elementach o większej grubości powstaje

dodatkowo (i nabiera istotnego znaczenia) składowa prostopadła do powierzchni. Warunkiem

powstania płaskiego stanu naprężenia jest lokalne nagrzewanie elementów, występujące prawie

zawsze podczas spawania.

Obniżone naprężenia

Spawane materiały, które w wyniku nagrzewania tracą swoje wysokie własności mechaniczne

uzyskane przez zgniot, po spawaniu mają obniżone naprężenia s trefie zmiękczonej ,

nieprzekraczające R

e

w stanie zmiękczonym. Przemiany strukturalne w stalach np. przemiana

martenzytyczna, mogą również zmienić charakter rozkładu i wartość naprężeń własnych

Rozkład naprężeń σ

y

na długości złącza zależy od wielu czynników tj. pr. spawania, kolejność i

kierunek układania poszczególnych odcinków spoiny itp. Cienkie blachy zespawane zestawione

swobodnie bez sczepiania naprężenie to ma niewielką wartość, najwyższą ma na końcach i może być

rozciągające lub ściskające. Przy spawaniu krótkich i wąskich blach z dużą prędkością w procesie

stygnięcia zachodzi znaczny skurcz poprzeczny aż do zetknięcia się blach 5.3.3/4a

Jeśli spawa się z mała prędkością to końcowy odcinek spoiny doznaje naprężeń rozciągających które

mogą osiągnąć R

e

.

Składowa σ

y

ma większy i bardziej niekorzystny wpływ na wytrzymałość eksploatacyjną złączy

spawanych niż składowa σ

x

mimo że zwykle jest od niej mniejsza co do wartości . pęknięcia

zmęczeniowe i kruche przebiegają najczęściej wzdłuż osi spoiny.

Trójosiowy stan naprężeń (płaski stan odkształcenia) występuje w złączach z grubych blach gdyż

pojawia się σ

z

, jest ona spowodowana gradientem temp na grubości blachy. Jest zawsze rozciągająca,

a jej wartość maks. występuje w środku grubości spoiny jest znacznie mniejsza od składowej σ

x

. Dużą

zmienność na grubości spawanego materiału wykazuje składowa σ

y

zarówno co do znaku jak i

wartości i ma to duże znaczenie praktyczne. W grani naprężenia są rozciągające a ich wartość jest

tym większa im grubość materiału i liczba warstw są większe. Jest to niebezpieczne gdyż może

prowadzić do PZ lub kruchych w grani w której często zachodzi wyczerpanie plastyczności materiału i

spiętrzenie naprężeń. Spawając blachy grube sztywno zamocowane uzyskuje się rozkład wew.

niezrównoważony . Po usunięciu zamocować rozkład naprężeń zmieni się (zmianie towarzyszy

odkształcenie kątowe w zakresie sprężystym) i osiągnie stan równowagi.

Zestaw 25

Scharakteryzować złącza spawane

Materiały z Gliwic rozdział 2.7 od strony 19!!!

Spawanie tytanu

Wykład Darka Fydrycha „Inne metale i stopy”- jest tam spawanie tytanu

Zestaw 8

MIG/MAG- druty pełne i proszkowe, rodzaje wypełnienia proszkowego,

zastosowanie, wady zalety

Klasyfikacja drutów elektrodowych i stopiwa do spawania łukowego w osłonach gazowych stali

niestopowych wg PN-EN 440

Drut elektrodowy przewodzi prąd spawania od punktu styku prądowego do łuku spawalniczego i

topiąc się wytwarza część jeziorka spawalniczego. Pod wpływem działania łuku spawalniczego,

zależnie od rodzaju gazu osłonowego i parametrów spawania, zmienia się skład chemiczny tego

jeziorka w wyniku pochłaniania gazów i wypalania składników stopowych. Skład chemiczny drutów

musi być taki, aby zrównoważyć wypalanie się składników stopowych i zapewnić spoinie właściwości

zbliżone do materiału podstawowego.

Rodzaje drutów elektrodowych: pełne i proszkowe

Rdzeń proszkowego drutu elektrodowego:

Rdzeń proszkowego drutu elektrodowego w ograniczonym zakresie spełnia te same zadania co

otulina elektrod otulonych: tworzy żużel ochraniający jeziorko ciekłego metalu, wprowadza dodatki

stopowe do jeziorka, zmniejsza szkodliwy wpływ otaczającej jeziorko atmosfery.

Dobór średnicy drutu zależy od rodzaju spawania. Druty pełne do spawania metodą MAG stali

niestopowych i niskostopowych o granicy plastyczności 500MPa.

Rodzaje drutów elektrodowych

Druty elektrodowe dobiera się wg rodzaju gazu osłonowego. Im większy jest udział tlenu w gazie

osłonowym tym większa musi być zawartość krzemu i manganu w drucie elektrodowym (utlenianie

jeziorka spawalniczego).

Przykłady oznaczania drutów

Druty o rdzeniu zasadowym dają stopiwo o wysokiej plastyczności. Druty o rdzeniu rutylowym

pozwalają na uzyskanie spoin o gładkim licu.

Inne rodzaje drutów proszkowych

• Metalowe druty proszkowe (wypełnione proszkami metali)
• Samo osłonowe, żużlotwórcze druty do spawania bez gazu osłonowego.

SWC podział na strefy

Obszar częściowego roztopienia („a”)

Stanowi granicę pomiędzy materiałem podstawowym, który podczas spawania uległ nadtopieniu, a

ciekłym metalem spoiny. Charakteryzuje się strukturą gruboziarnistą o niekorzystnych własnościach

plastycznych. Przy dużych szybkościach chłodzenia w tym obszarze tworzą się struktury hartownicze

tzn. martenzyt i/lub bainit.

Obszar przegrzania („b”)

Obszar ten tworzy się w rezultacie nagrzania stali do temperatur powyżej 1000-1100. Wysokie tep.

Panujące w tym obszarze powodują rozrost ziaren austenitu, które nie ulegają rozdrobnieniu podczas

chłodzenia. Taki typ struktury, który powstaje w wyniku przegrzania austenitu a następnie

przyspieszonego chłodzenia, nazywa się strukturą Widmannstattena. Struktura charakteryzuje się

tym, że ferryt wydziela się nie tylko na granicach pierwotnych ziaren austenitu, ale także wewnątrz

ziaren, w postaci igieł. Obszar przegrzania, ze względu na niskie własności plastyczne (wysoka

twardość i kruchość), jest szczególnie uczulony na różnego rodzaju pęknięcia. Własności użytkowe

obszaru przegrzania SWC praktycznie decydują o własnościach użytkowych całego złącza spawanego.

Obszar normalizacji („c”)

Podczas spawania obszar ten zostaje nagrzany do temperatur pomiędzy A3 a temp przegrzania

(1000- 1100 C).W wyniku tego zachodzi całkowita austenityzacja i następuje rozdrobnienie ziarna w

strukturze. W zależności od zawartości węgla w stali oraz od szybkości chłodzenia obszar ten może

mieć różne struktury. Przy niewielkich zawartościach węgla i wolnym chłodzeniu tworzy się struktura

dwufazowa ferrytyczno- perlityczna o dobrych własnościach plastycznych. Natomiast przy wyższych

zawartościach węgla i dużych szybkościach chłodzenia (krótkie czasy t8/5) mogą tworzyć się struktury

hartownicze.

Obszar niepełnej normalizacji („d”)

W czasie spawania obszar ten jest nagrzewany do temp w zakresie A1- A3. Nagrzanie stali w tym

zakresie temp prowadzi do austenityzacji perlitu obecnego w strukturze materiału podstawowego.

Natomiast ferryt tylko częściowo ulega przemianie i praktycznie jego forma pozostaje identyczna jak

w materiale podstawowym. Podczas chłodzenia austenit, który powstał z perlitu, ulega rozpadowi na

drobnoziarnistą mieszaninę ferrytu i perlitu. W efekcie końcowym w strukturze obszaru niepełnej

normalizacji występuje ferryt o wyraźnie zróżnicowanych wielkościach ziarna.

Stale do pracy w podwyższonych temperaturach

Do tej grupy należą niestopowe stale węglowe, niskostopowe stale molibdenowe, chromo-

molibdenowe i chromowo- molibdenowo- wanadowe oraz wysokostopowe stale chromowe z

dodatkiem innych pierwiastków węglikotwórczych .

Stale te stosowane są głównie w energetyce: na walczaki kotłów parowych, rury kotłowe

przegrzewaczy, rurociągi energetyczne, do budowy turbin parowych i gazowych, na armaturę kotłów

i turbin, na zbiorniki ciśnieniowe i inne urządzenia energetyki, przemysłu chemicznego

Stale te muszą charakteryzować się: odpornością na utlenianie i korozję chemiczną w temp

eksploatacji (żaroodporność), wymaganą granicą plastyczności, wytrzymałością na rozciąganie i

wytrzymałością na pełzanie (żarowytrzymałość)

Cr i Mo zwiększają hartowność stali oraz wytrzymałość w podwyższonych temp.

Cr podnosi odporność na utlenianie przez utworzenie na powierzchni ochronnej warstewki tlenków.

Wanad zwiększa wytrzymałość na pełzanie tworząc drobne węgliki wanadu V4C3.

W zależności od składu chemicznego stale są dostarczane w stanie wyżarzonym normalizująco i

odpuszczonym, hartowanym i odpuszczonym.

Stale te spawa się: ręcznie EO, MAG, MIG, TIG, łukiem krytym, elektrożużlowo.

O doborze materiałów decyduje skład chemiczny MR i warunki pracy urządzenia. Materiały

dodatkowe powinny zapewnić skład chemiczny spoiny i jej własności mechaniczne możliwie jak

najbardziej zbliżone do odpowiednich własności MR. Wytrzymałość na pełzanie stopiwa powinna być

zbliżona do wytrzymałości stali.

Dla złączy eksploatowanych w warunkach utleniania i korozji charakterystyki korozyjne stopiwa

powinny być zbliżone do odpowiednich charakterystyk stali.

Spawalność

Ponieważ stale te zawierają dodatki stopowe (Cr, Mo, V) zwiększające skłonność do hartowania, ich

spawalność w porównaniu do stali węglowych jest w pewnym stopniu ograniczona. Wymagana jest

kontrola parametrów spawania, podgrzewanie przed spawaniem, oraz obróbka cieplna po spawaniu.

Ograniczona spawalność tej grupy stali przejawia się możliwością powstawania następujących

rodzajów pęknięć: zimnych , gorących, wydarzeniowych.

Podgrzewanie przed spawaniem

Ma na celu:

• Zapobieganie powstawaniu pęknięć zimnych oraz częściowo równie pęknięć gorących typu

likwacyjnego poprzez obniżenie odkształceń w złączu spawanym, obniżenie twardości SWC,

obniżenie poziomu pozostających naprężeń spawalniczych i zmniejszenie odkształceń

Wysokość temp wstępnego podgrzania zależy od:

• Składu chemicznego
• Ilości wodoru dyfundującego w spoinie
• Stopnia utwierdzenia złącza
• Grubości elementów spawanych
• Rozwiązania konstrukcyjnego

Przy ustalaniu temp wstępnego podgrzania należy uwzględnić również charakter przemian na

podstawie wykresu CTPc- S a w szczególności temp początku i końca przemiany martenzytycznej Ms i

Mr.

Obróbkę cieplną przeprowadza się w celu obniżenia poziomu spawalniczych naprężeń pozostających

oraz poprawienia własności plastycznych spoiny i SWC, stąd stosuje się wyżarzanie odprężające które

również jest odpuszczaniem w wypadku występowania w SWC i spoinie struktur hartowania. Złącza

spawane ze stali o dużej hartowności obrabia się cieplnie niezależnie od grubości spawanych

elementów, natomiast złącza ze stali charakteryzującej się małą hartownością wymagająca ogół

obróbki cieplnej dopiero po przekroczeniu pewnej grubości. Wyjątkiem od tego są złącza spawane

przeznaczone do pracy w środowiskach mogących wywołać pęknięcia pod wpływem korozji

naprężeniowej lub w środowiskach silnie zasadowych.

Sposób nagrzewania w procesie obróbki cieplnej powinien zapewnić równomierny wzrost temp całej

konstrukcji spawanej lub nagrzewanego obszaru w przypadku wyżarzania miejscowego.

Prędkość nagrzewania nie powinna przekraczać wartości wyliczonej z zależności 5500/g [C/h].

Prędkość chłodzenia z temp obróbki cieplnej nie powinna przekraczać 275 C/h przy grubościach do

25mm i 6785/g [C/h] przy większych grubościach (g- grubość obrabianego materiału). Poniżej temp

400 C może odbywać się w spokojnym powietrzu.

Pęknięcia pod wpływem obróbki cieplnej (pęknięcia wyżarzeniowe)

Podczas PWHT mogą w niektórych przypadkach powstać pęknięcia w SWC złączy spawanych.

Pęknięcia te mają charakter międzykrystaliczny i powstają w pobliżu linii wtopienia w obszarze

rozrostu ziaren. Zjawisko pękania związane jest z pełzaniem w gruboziarnistym obszarze SWC, które

powoduje relaksację naprężeń podczas wyżarzania złącza spawanego.

Na skłonność do pękania złączy pod wpływem obróbki cieplnej wpływa w decydujący sposób

zawartość w stali pierwiastków węglikotwórczych Cr, Mo i V oraz pierwiastków śladowych i

stanowiących zanieczyszczenie stali jak Cu, Sn, P, As, Sb.

Podczas spawania stali węgliki V, Mo i Cr ulegają rozpuszczeniu w temp dochodzących do 1200 C. w

wyniku stosunkowo dużej szybkości chłodzenia w SWC nie następuje ponowne wydzielenie

węglików. PWHT po spawaniu z kolei powoduje wydzielanie się węglików, co przyczynia się do

umocnienia ziaren a tym samym wzrostu ich twardości. Odkształcenia towarzyszące relaksacji

naprężeń koncentrują się zatem wzdłuż granic ziaren, co może spowodować powstanie mikro pustek,

które łącząc się tworzą mikropęknięcia, przechodzące następnie w pęknięcia.

Skłonność do pękania złączy spawanych pod wpływem obróbki cieplnej określa zależność:

ΔG= Cr+3,3Mo+8,1V-2

Stal jest skłonna do pękania gdy ΔG>=0

W celu zmniejszenia ryzyka pojawienia się pęknięć pod wpływem PWHT zaleca się przestrzeganie

następujących zasad:

• Ograniczyć rozrost ziaren w SWC przez spawanie z zachowaniem możliwie małej energii

liniowej łuku

• Przed obróbką cieplną usunąć przez szlifowanie występujące w złączach spawanych karby
• Stosować dwustopniową obróbkę cieplną wygrzewając złącze spawane w temp 500 C w celu

uzyskania możliwie dużej relaksacji naprężeń a następnie nagrzewać z możliwie dużą

prędkością do właściwej temp wyżarzania w celu szybkiego przejścia przez zakres temp w

którym tworzą się pęknięcia.

Podczas prac remontowych starych instalacji energetycznych jak i wykonywania nowych może zajść

potrzeba wykonania połączeń między stalami różniącymi się składem chemicznym, dla których

stosowane są różne parametry obróbki cieplnej. Materiały dodatkowe do spawania dobiera się

zazwyczaj do stali o niższych własnościach wytrzymałościowych a parametry obróbki cieplnej złączy

spawanych stanowią z konieczności pewien kompromis w stosunku do optymalnych temp.

wyżarzania ustalonych przez producenta łączonych stali.

Problem dyfuzji reaktywnej węgla

W spawanych złączach mieszanych miedzy stalami nie zawierającymi chromu, stalami

niskostopowymi do stali 10H2M 10CrMo9-10 włącznie, a stalami wysokostopowymi zawierającymi 9-

12 %Cr może wystąpić dyfuzja węgla podczas obróbki cieplnej jak również ich pracy w

podwyższonych temp. dyfuzja ta zwana reaktywną polega na przemieszczaniu się węgla z obszarów o

mniejszej zawartości Cr do obszarów o większej zawartości tego pierwiastka, gdzie tworzy on węgliki.

W miejscach z których węgiel wydyfundował powstaje strefa odwęglona, często o grubym ziarnie w

wyniku zaszłej rekrystalizacji.

W złączach ze stali P91 + X20CrMoV 12-1 dyfuzja ta nie występuje ponieważ zawartość Cr w tych

materiałach jest zbliżona (odpowiednio ok. 9% i 11%).

Naprężenia i odkształcenia własne

DEFINICJE

STAN NAPRĘŻEŃ ISTNIEJĄCY W MATERIALE, NA KTÓRY NIE DZIAŁAJĄ ZEWNĘTRZNE OBCIĄŻENIA (

ŁĄCZNIE Z SIŁAMI CIĘŻKOSCI) LUB INNE ŹRÓDŁA NAPRĘŻEN ( JAK TERMICZNY GRADIENT)

NAZYWAMY NAPRĘŻENIAMI WŁASNYMI LUB POZOSTAJĄCYMI. UKŁADY NAPRĘŻEŃWŁASNYCH W

MATERIALE SĄ W RÓWNOWADZE, TZN. WYPADKOWA SIŁ LUB MOMENTÓW BĘDĄCA ICH

PRZYCZYNA MUSI BYĆW RÓWNOWADZE.

Klasyfikacja naprężeń własnych

• Pierwszego rodzaju makroskopowe-obejmujące swym zasięgiem szereg ziarn metalu,

• Drugiego rodzaju obejmujące jedno lub kilka ziarn,

• Trzeciego rodzaju oddziaływujące w zakresie sieci krystalicznej.

ŹRÓDŁA NAPRĘŻEŃ WŁASNYCH

• PRZERÓBKA PLASTYCZNA – kucie, gięcie, walcowanie itp.

• OBRÓBKA SKRAWANIEM.

• SPAWANIE I CIĘCIE TERMICZNE oraz procesy pochodne.

• PROCESY OBRÓBKI CIEPLNEJ lub TERMOMECHANICZNEJ włączając w to hartowanie, azotowanie,

obróbka termiczna laserem, nawęglanie itp..

Definicja naprężeń

Siły zew (siły czynne)= obciążenia

Siły wew.= napięcia

Napięcie- siła z jaką oddziaływają jedne cząstki, położone wew. ciała, na drugie cząstki

Stan sił międzycząsteczkowych wywołany działaniem obciążenia nazywamy: STANEM

NAPIĘCIA

Jeżeli na nieskończenie małym polu przekroju dF wypadkowa sił międzycząsteczkowych

wynosi dP przez pole dF nazywamy naprężeniem (σ)

Naprężenie jest miarą stanu napięcia w danym punkcie ciała.

Klasyfikacja obciążeń

Wyróżnia się 3 zasadnicze proste rodzaje obciążeń: rozciąganie lub ściskanie, zginanie,

skręcanie. W praktyce różne obciążenia proste występują równocześnie. Są to przypadki

wytrzymałości złożonej.

Powstawanie naprężeń własnych:

Proces spawania: nagrzewanie (wydłużenie) i chłodzenie (skrócenie)

Ograniczenie swobody odkształceń powoduje powstawanie naprężeń

Σ=E*α*Δt

E- moduł sprężystości

α- współczynnik rozszerzalności cieplnej liniowej

Δt- różnica temp między nagrzaną i nie nagrzaną strefą metalu

Wielkości E i α ulegają dużym zmianom w zakresie temp występującej w procesie

spawania.

Dużym zmianom ulegają również granica plastyczności metalu.

GRANICA PLASTYCZNOŚCI MALEJE ZE WZROSTEM TEMP

Wraz ze wzrostem temp spada wartość modułu sprężystości podłużnej co oznacza

podatność na odkształcenia oraz zanik własności sprężystych materiałów

Współczynnik rozszerzalności cieplnej rośnie ze wzrostem temp

Wpływ przemian strukturalnych- w czasie nagrzewania w temp ok. 700

0

C następuje

przemiana fazy Fe

α

w fazę Fe

γ

która związana jest ze zmianą objętości.

W przypadku spoiny która jest nagrzewana i chłodzona nierównomiernie, następuje silne

oddziaływanie naprężeniowe pomiędzy jej różnymi obszarami.

Cykl cieplny spawania:

• Przemieszczanie się źródła ciepła podczas spawania powoduje gwałtowny wzrost

temp przed jego frontem następnie obniżenie temp za strefą jeziorka

spawalniczego

• Nierównomierne nagrzewanie obszarów wokół spoiny, powoduje reakcje siłowe w

objętościach przyspoinowych

• Duży wpływ na powstawanie naprężeń wywierają czynniki technologiczne (np.

spawanie wielowarstwowe)

Biorąc pod uwagę przyczyny powstawania naprężeń rozróżnia się:

• Naprężenia cieplne, spowodowane tylko gradientem temperatury w materiale izotropowym

tzn. gdy występuje w nim lokalne pole temp. o nierównomiernym rozkładzie.

• Naprężenia reakcyjne, wywołane mechanicznymi reakcjami zewnętrznymi hamującymi

odkształcenia cieplne- gdy na ciało działają więzy zdolne do wytworzenia samo

równoważącego się układu reakcji na odkształcenia cielne niezależnie od rodzaju pola temp

• Naprężenia strukturalne spowodowane zmianą mikrostruktury materiału w wyniku cyklu

cieplnego np. hartownicze związane z przemianą martenzytyczną w stali

• Naprężenia powodowane różną rozszerzalnością materiałów, wywołane różnicą

współczynników rozszerzalności cieplnej spajanych materiałów np. ceramiki i metalu . w tym

przypadku nie musi występować gradient temp. ani więzy zew. Hamujące odkształcenia.

W praktyce spawalniczej dominują dwie pierwsze przyczyny. Podczas spawania wysoka temp

występuję w ograniczonej przestrzennie masie metalu, więc zachodzi hamowanie odkształceń

cieplnych przez chłodne partie materiału, czyli warunki powstania naprężeń i odkształceń

spawalniczych są spełnione. Jeżeli pole temp nie spowodowałoby wystąpienia odkształceń

plastycznych w materiale to efektem byłyby naprężenia zanikające po obniżeniu temp do poziomu

wyjściowego. Zachodziłyby więc tylko procesy termosprężyste a nie termoplastyczne niezbędne do

wystąpienia trwałych odkształceń i naprężeń.

Naprężeniu własnemu σ towarzyszy składowa sprężysta odkształcenia ε

s

. obie te wielkości są

powiązane prawem Hooke’a (dla jednoosiowego stanu naprężeń σ=ε*E

Klasyfikacja naprężeń względem osi spoiny :

• Wzdłużne (σ

x

) względem osi spoiny

• Poprzeczne (σ

y

) do osi spoiny

• Prostopadłe (σ

z

) do powierzchni łączonych elementów (blach)

Mechanizm powstania naprężeń i odkształceń cieplnych

Można przedstawić na przykładzie pręta o ograniczonej możliwości odkształcania się. Jeśli pręt o

długości l jest zamocowany jednostronnie i ma możliwość swobodnego wydłużania się to po

podgrzaniu go równomiernie w całej jego masie od temp T

o

do końcowej T

k

osiągnie on przyrost

długości

ΔL= L*α*(T

k

-T

o

)

Po ostygnięciu pręt powróci do długości początkowej jaką miał w temp T

o

. jeśli przyrost temp nie był

na tyle wysoki aby spowodować wygięcie pręta pod wpływem jego masy, w pręcie nie wystąpią

naprężenia własne ani trwałe odkształcenia.

Jeśli jeden koniec pręta jest sztywno zamocowany a drugi opiera się swobodnie o niepodatną

ściankę, pręt nie mogąc się wydłużyć po podgrzaniu dozna spęczenia, czyli zwiększy się jego średnica.

W pręcie pojawią się także naprężenia ściskające. Gry temp końcowa podgrzania T

k

będzie na tyle

niska, że w pręcie wystąpią tylko odkształcenia sprężyste i odpowiadające im naprężenia cieplne

σ=E*ε

s

, to po powrocie do temp początkowej w pręcie nie będzie żadnych naprężeń własnych ani

trwałych odkształceń.

Przekroczenie podczas nagrzewania pręta temp T

e

wywołującej w nim odkształcenia plastyczne

odpowiadające granicy plastyczności R

e

spowoduje jego trwałe skrócenie o wartość ΔL

pl

które nie

zniknie w trakcie stygnięcia.

Przy podgrzaniu pręta do temp wyższej niż T

e

w pręcie będą istnieć cieplne reakcyjne naprężenia

ściskające o wartości granicy plastyczności materiału pręta w danej temp. podczas stygnięcia pręta

wartość naprężenia ściskającego będzie maleć, a w momencie powstania przerwy między czołem

pręta i ścianką całkowicie zaniknie.

Pręt zamocowany obustronnie oba końcami niepodatnie w ściankach bez możliwości odkształcania

się wzdłuż jego osi. Przy podgrzewaniu go do temp niższej od temp T

e

stan naprężeń i odkształceń

będzie odpowiadać stanowi z rysunku b. po ochłodzeniu pręta nie będzie w nim żadnych naprężeń i

odkształceń.

Podgrzanie pręta powyżej temp T

e

spowoduje jego plastyczne spęczenie i wystąpienie naprężeń

ściskających równych granicy plastyczności w danej temp. po ochłodzeniu pręta do temp

początkowej T

o

jego wymiary nie zmienią się ponieważ obustronne zamocowanie zahamowało

odkształcenia. W pręcie wystąpią i pozostaną osiowe reakcyjne naprężenia własne rozciągające o

wartości równej granicy plastyczności materiału w danej temp.

Usuniecie więzów hamujących odkształcenia np. przecięcie pręta spowodowałoby całkowite

usunięcie naprężeń rozciągających i skrócenie o jednostkowa wartość ε=σ/E

Rozkłady spawalniczych naprężeń własnych

W zależności od występowania jednej lub kilka składowych wyróżnia się: jednoosiowy, dwuosiowy

(płaski), i trójosiowy (przestrzenny) stan naprężeń.

Jednoosiowy stan naprężeń występuje w prętach i jest wywołany zahamowaniem odkształcenia się

pręta przez sztywne elementy do których jest przyspawany.

Płaski stan- o składowej wzdłużnej σ

x

i porzecznej σ

y

występuje w większości konstrukcji spawanych.

Można przyjąć jako regułę, że występuję on w spawanych elementach powłokowych płaskich lub

ukształtowanych o grubości kilkunastu milimetrów. W elementach o większej grubości powstaje

dodatkowo (i nabiera istotnego znaczenia) składowa prostopadła do powierzchni. Warunkiem

powstania płaskiego stanu naprężenia jest lokalne nagrzewanie elementów, występujące prawie

zawsze podczas spawania.

Obniżone naprężenia

Spawane materiały, które w wyniku nagrzewania tracą swoje wysokie własności mechaniczne

uzyskane przez zgniot, po spawaniu mają obniżone naprężenia s trefie zmiękczonej ,

nieprzekraczające R

e

w stanie zmiękczonym. Przemiany strukturalne w stalach np. przemiana

martenzytyczna, mogą również zmienić charakter rozkładu i wartość naprężeń własnych

Rozkład naprężeń σ

y

na długości złącza zależy od wielu czynników tj. pr. spawania, kolejność i

kierunek układania poszczególnych odcinków spoiny itp. Cienkie blachy zespawane zestawione

swobodnie bez sczepiania naprężenie to ma niewielką wartość, najwyższą ma na końcach i może być

rozciągające lub ściskające. Przy spawaniu krótkich i wąskich blach z dużą prędkością w procesie

stygnięcia zachodzi znaczny skurcz poprzeczny aż do zetknięcia się blach 5.3.3/4a

Jeśli spawa się z mała prędkością to końcowy odcinek spoiny doznaje naprężeń rozciągających które

mogą osiągnąć R

e

.

Składowa σ

y

ma większy i bardziej niekorzystny wpływ na wytrzymałość eksploatacyjną złączy

spawanych niż składowa σ

x

mimo że zwykle jest od niej mniejsza co do wartości . pęknięcia

zmęczeniowe i kruche przebiegają najczęściej wzdłuż osi spoiny.

Trójosiowy stan naprężeń (płaski stan odkształcenia) występuje w złączach z grubych blach gdyż

pojawia się σ

z

, jest ona spowodowana gradientem temp na grubości blachy. Jest zawsze rozciągająca,

a jej wartość maks. Występuje w środku grubości spoiny jest znacznie mniejsza od składowej σ

x

. Dużą

zmienność na grubości spawanego materiału wykazuje składowa σ

y

zarówno co do znaku jak i

wartości i ma to duże znaczenie praktyczne. W grani naprężenia są rozciągające a ich wartość jest

tym większa im grubość materiału i liczba warstw są większe. Jest to niebezpieczne gdyż może

prowadzić do PZ lub kruchych w grani w której często zachodzi wyczerpanie plastyczności materiału i

spiętrzenie naprężeń. Spawając blachy grube sztywno zamocowane uzyskuje się rozkład wew

niezrównoważony . Po usunięciu zamocować rozkład naprężeń zmieni się (zmianie towarzyszy

odkształcenie kątowe w zakresie sprężystym) i osiągnie stan równowagi.

Odkształcenia spawalnicze

Odkształceniami spawalniczymi określa się trwałe zmiany wymiarów i kształtów elementów

konstrukcji, które wystąpiły w skutek cyklu cieplnego spawania. Przyczyny takie same które powodują

powstanie naprężeń. O wartości decyduje składowa plastyczna odkształcenia.

Przyczyny:

• Skurcz wzdłużny- w kierunku długości spoiny- powoduje skrócenia
• Skórcz poprzeczny- w kierunku szerokości spoiny- powoduje wygięcia
• Skurcz w kierunku grubości- nie wywiera istotnego wpływu na odkształcenia (pomijalny)

Skrócenie- zmniejszenie wymiarów liniowych

Wygięcie- zmiany kształtu elementu

Odkształcenia- spawanych elementów są wypadkową skróceń i wygięć

Rodzaje odkształceń

• Skrócenia wzdłużne, poprzeczne, wygięcia kątowe, wzdłużne, wybrzuszenia.

Wielkość sił skurczu wg Malisiusa

Skrócenie podłużnej spoiny zależne jest od siły skurczu. Siła skurczu zależy od rodzaju spoiny, od jej

grubości, sposobu przygotowania krawędzi i technologii spawania (liczby warstw, średnicy elektrod i

sposobu rozprowadzania ściegów).

ZESTAW 23

Robotyzacja, automatyzacja i mechanizacja procesów spawalniczych, różnice

Automatyzacja, robotyzacja i mechanizacja procesów spawalniczych

Mechanizacja- polega na zastępowaniu pracy fizycznej człowieka przez pracę maszyn. Sterowanie

procesem zmechanizowanym dokonywane jest bezpośrednio przez człowieka. W tym procesie

występuje sterowanie ręczne.

Automatyzacja- polega na zastępowaniu człowieka w sterowaniu ręcznym urządzeniami pracującymi

bez jego udziału. W procesie tym występuje automatyczne sterowanie.

Automatyzacja częściowa- obejmuje zastosowanie urządzeń automatyki które wyzwalają człowieka

tylko od prostych czynności związanych ze sterowaniem. Sterowaniem całym procesem zajmuje się

człowiek.

Automatyzacja kompleksowa- obejmuje nie tylko sterowanie prostymi czynnościami, które na

obecnym poziomie techniki mogą być automatyzowane i których automatyzacja jest ekonomicznie

uzasadniona.

Robotyka- dziedzina techniki zajmująca się konstruowaniem i wytwarzaniem robotów.

Robotyzacja- wprowadzenie robotów do wykonywania czynności uprzednio wykonywanych przez

człowieka.

Mechanizacja i automatyzacja procesów spawania daje:

• Wzrost wydajności na stanowiskach spawalniczych,
• Wyższy współczynnik wykorzystania urządzeń produkcyjnych,
• Wyższą jakość produkcji,
• Rytmiczność produkcji,
• Możliwość optymalizacji parametrów spawania,
• Możliwość zatrudnienia pracowników po krótkim kursie szkolenia zawodowego,
• Zmniejszenie liczby wybraków,
• Możliwość wyeliminowania kosztowych i czasochłonnych procesów kontroli jakości

wykonywanych połączeń spawanych.

Łączenie materiałów różnoimiennych

Wykład dr Kozaka- spajanie różnorodnych materiałów!!!!

Różnoosiowy stan naprężeń

Rozkłady spawalniczych naprężeń własnych

W zależności od występowania jednej lub kilka składowych wyróżnia się: jednoosiowy, dwuosiowy

(płaski), i trójosiowy (przestrzenny) stan naprężeń.

Jednoosiowy stan naprężeń występuje w prętach i jest wywołany zahamowaniem odkształcenia się

pręta przez sztywne elementy do których jest przyspawany.

Płaski stan- o składowej wzdłużnej σ

x

i porzecznej σ

y

występuje w większości konstrukcji spawanych.

Można przyjąć jako regułę, że występuję on w spawanych elementach powłokowych płaskich lub

ukształtowanych o grubości kilkunastu milimetrów. W elementach o większej grubości powstaje

dodatkowo (i nabiera istotnego znaczenia) składowa prostopadła do powierzchni. Warunkiem

powstania płaskiego stanu naprężenia jest lokalne nagrzewanie elementów, występujące prawie

zawsze podczas spawania.

Charakterystyczne rozkłady naprężeń wzdłużnych σx w spawanych blachach przedstawiono na rys

wyżej. W elementach ze stali niestopowej, spawanych przy użyciu spoiwa o podobnych

właściwościach fizycznych i mechanicznych jak materiał spawany, w spoinie i w jej sąsiedztwie

naprężenia σx są rozciągające a ich największa wartość osiąga Re materiału spawanego. Szerokość

strefy naprężeń rozciągających jest wprost proporcjonalna do energii liniowej spawania i odwrotnie

proporcjonalna do szerokości (sztywności) spawanych elementów oraz do Re materiału. W

niewielkiej odległości od spoiny wartość ich raptownie maleje i naprężenia przechodzą w ściskające.

Obniżone naprężenia

Spawane materiały, które w wyniku nagrzewania tracą swoje wysokie własności mechaniczne

uzyskane przez zgniot, po spawaniu mają obniżone naprężenia strefie zmiękczonej ,

nieprzekraczające R

e

w stanie zmiękczonym. Przemiany strukturalne w stalach np. przemiana

martenzytyczna, mogą również zmienić charakter rozkładu i wartość naprężeń własnych.

Na rys. poniżej przedstawiono rozkłady naprężeń σx w spawanej belce o przekroju teowym i

skrzynkowym.

Rozkład naprężeń σ

y

na długości złącza zależy od wielu czynników tj. pr. spawania, kolejność i

kierunek układania poszczególnych odcinków spoiny itp., ilość i wytrzymałość spoin sczepnych,

długość i sztywność łączonych elementów, energia liniowa spawania. Trudno jest więc dokładnie

przewidzieć przebieg naprężeń σy Cienkie blachy zespawane zestawione swobodnie bez sczepiania

naprężenie to ma niewielką wartość, najwyższą ma na końcach i może być rozciągające lub

ściskające. Przy spawaniu krótkich i wąskich blach z dużą prędkością w procesie stygnięcia zachodzi

znaczny skurcz poprzeczny aż do zetknięcia się blach 5.3.3/4a

Jeśli spawa się z mała prędkością to końcowy odcinek spoiny doznaje naprężeń rozciągających które

mogą osiągnąć R

e

.

Składowa σ

y

ma większy i bardziej niekorzystny wpływ na wytrzymałość eksploatacyjną złączy

spawanych niż składowa σ

x

mimo że zwykle jest od niej mniejsza co do wartości . wiążę się to ściśle z

wadami w spoinach, które w większości biegną wzdłuż spoiny (braki przetopu, przyklejenia, żużle

pasmowe), a więc są prostopadłe do składowej σy, czyli niekorzystne w stosunku do niej usytuowane.

Większa koncentracja karbu geometrycznego spiętrzającego naprężenie własne i często

eksploatacyjne, a przy tym wady podłużne obniżają przekrój nośny złącza. Pęknięcia zmęczeniowe i

kruche przebiegają najczęściej wzdłuż osi spoiny.

Trójosiowy stan naprężeń (płaski stan odkształcenia) występuje w złączach z grubych blach gdyż

pojawia się σ

z

, jest ona spowodowana gradientem temp na grubości blachy. Jest zawsze rozciągająca,

a jej wartość maks. występuje w środku grubości spoiny jest znacznie mniejsza od składowej σ

x

. Dużą

zmienność na grubości spawanego materiału wykazuje składowa σ

y

zarówno co do znaku jak i

wartości i ma to duże znaczenie praktyczne. Spawając grube blachy bez zamocowań uzyskuje się

rozkład σy taki jak na rys 5.3.3 /6a. W grani naprężenia są rozciągające a ich wartość jest tym większa

im grubość materiału i liczba warstw są większe. Jest to niebezpieczne gdyż może prowadzić do PZ

lub kruchych w grani w której często zachodzi wyczerpanie plastyczności materiału i spiętrzenie

naprężeń. Spawając blachy grube sztywno zamocowane uzyskuje się rozkład wew

niezrównoważony(6b) . Po usunięciu zamocować rozkład naprężeń zmieni się (zmianie towarzyszy

odkształcenie kątowe w zakresie sprężystym) i osiągnie stan równowagi. Wtórny rozkład σy jest

korzystniejszy od przedstawionego na rys 5.3.3./ 6a ponieważ w grani spoiny naprężenie σy jest

ściskające, a więc niepowodujące pęknięć.

Normy 9606/15614/729(3834)/14731/14732

Personel wykonujący prace spawalnicze, czyli spawacze powinni wykazywać się nabytymi
umiejętnościami w taki sposób, aby wykonane złącza spełniały stawiane im wymagania. Dodatkowo
zapisy w normach ISO 9001:2001 oraz PN-EN 729:1999 i PN-EN ISO 3834 dla wybranych przypadków
zobowiązują producenta do posiadania personelu z odpowiednimi umiejętnościami, które są
potwierdzone np. certyfikatami spawacza. Normy dotyczące kwalifikowania spawaczy to:

1. PN-EN 287-1: 2007. Egzamin kwalifikacyjny spawaczy – Spawanie – Część 1: Stale.
2. PN-EN ISO 9606-2: 2007. Egzamin kwalifikacyjny spawaczy – Spawanie - Część 2: Aluminium i
stopy aluminium.
3. PN-EN ISO 9606-3: 2007. Egzamin kwalifikacyjny spawaczy – Spawanie - Część 3: Miedź i stopy
miedzi.
4. PN-EN ISO 9606-4: 2007. Egzamin kwalifikacyjny spawaczy – Spawanie - Część 4: Nikiel i stopy
niklu.
5. PN-EN ISO 9606-5: 2007. Egzamin kwalifikacyjny spawaczy – Spawanie - Część 5: Tytan i stopy
tytanu, cyrkon i stopy cyrkonu.

Lutowaczy twardych można kwalifikować wg PN-EN 13133:2002 (Lutownie twarde. Egzaminowanie
lutowaczy.

Tok postępowania i ogólna forma jest zbliżona dla poszczególnych norm.

Operatorzy są kwalifikowani wg PN-EN 1418: 2000 (ISO 14732)

Egzamin spawacza powinien być przeprowadzany w warunkach odpowiadających warunkom

występującym w produkcji i zgodnie z instrukcją spawania WPS lub przedwstępną instrukcją

spawania pWPS, przygotowaną zgodnie z normą dotyczącą uznania technologii spawania stali PN-EN

15614-1 (stara norma EN 288-2).

Kwalifikowanie operatorów wg PN-EN 1418(ISO 14732)
Spajanie automatyczne – spajanie podczas które wszystkie operacje przebiegają automatycznie.
Ręczne regulowanie zmiennych podczas spajania jest niemożliwe.

Spajanie w pełni zmechanizowane - spajanie podczas które wszystkie ważniejsze operacje
przebiegają (z wyjątkiem transportu przedmiotu spawanego). Ręczna regulacja zmiennych podczas
spawania jest możliwa.

Uprawnieni są nadawane na podstawie:

1. Badania technologii spajania (badania uznania technologii spawania wg odpowiedniego arkusza w
tym przypadku PN-EN 288-3; 4. Warunek uzyskania uprawnień: musi realizować proces na tym samy
urządzeniu).

2. Badania przedprodukcyjnego lub produkcyjnego technologii spajania (badania zgodnie z PN-EN
288-8. Warunek uzyskania uprawnień: operator prace musi realizować na tym samym urządzeniu).

3. Na podstawie badania losowego (badania próbek reprezentujących wyroby muszą dać wynik
pozytywny. Warunek uzyskania uprawnień: operator prace musi realizować na tym samym
urządzeniu przy zastosowaniu tej samej metody).

4. Na podstawie badania funkcjonowania. Nadanie uprawnień obejmuje następujące elementy:
a) widomości o wzajemnej zależności pomiędzy odchyleniami parametrów a wynikami spajania.
b) nadzorowanie nastawienia parametrów zgodnie z WPS.
c) Sprawdzenie danych zgodnie z WPS dotyczących użytkowania urządzenia,
d) Omówienie każdej usterki, która wpływa na proces spajania.

Każdy egzamin może być rozszerzony o wiedzę teoretyczną z danej metody spawania lub procesu.

Odpowiedzialność personelu spawalniczego, nadzór spawalniczy
wg PN-EN ISO 14731
System zarządzania jakością wymaga aby personel który wykonuje prace wpływającą na jakość był
kompetentny (tzn. posiadał odpowiednie wykształcenie, doświadczenie, umiejętności) rozdział 6.2.1
normy ISO 9001:2000. Szczególne znaczenie ma to jeżeli chodzi o procesy specjalne, do których
zalicza się spawanie i inne procesy spajania.
Wymagania postawione zostały ujęte w odpowiednich normach:
1. PN-EN ISO 3834-1:2007: Wymagania jakości dotyczące spawania materiałów metalowych. Kryteria
wyboru odpowiedniego poziomu wymagań jakości.
2. PN-EN 719:1999 „Nadzór spawalniczy – Zadania o odpowiedzialność”
3. PN-EN ISO 14731: 2008 Nadzór spawalniczy – Zadania i odpowiedzialność.
4. PN-EN 287-1:2007 – Egzamin kwalifikacyjny spawaczy – Spawanie –Część 1: Stale.

5. PN-EN 1418:2000 – Personel spawalniczy egzaminowanie operatorów urządzeń spawalniczych
oraz nastawiaczy zgrzewanie oporowego dla w pełni zmechanizowanego i automatycznego spajania
metali.
6. PN-EN ISO 9606-2 do 5: Egzamin kwalifikacyjny spawaczy (aluminium, miedzi, niklu, tytanu,
cyrkonu oraz ich stopów).
7. PN-EN 473:2008 – Badania nieniszczące. Kwalifikacja i certyfikacja personelu badań nieniszczących.
Zasady ogólne.

Norma PN-EN ISO 14731, która zastąpiła PN-EN 719:1999 stawia pewne wymagania
personelowi spawalniczemu i wyróżnia grupy.:
1. Personel o pełnych wiadomościach technicznych.
2. Personel spawalniczy może posiada specjalne wiadomości techniczne.
3. Personel nadzoru spawalniczego o podstawowych wiadomościach technicznych.
Międzynarodowy/Europejski Inżynier Spawalnik (IWE/EWE) – wg ISO 14731 pełne
wymagania techniczne.
Międzynarodowy/Europejski Technolog Spawalnik (IWT/EWT) – wg ISO 14731
specyficzne wiadomości techniczne.
Międzynarodowy/Europejski Mistrz Spawalnik (IWS/EWS) – wg ISO 14731
podstawowe wiadomości techniczne.
Wyróżnić można jeszcze następujące uprawnienia personelu spawalniczego:
Międzynarodowego Instruktora Spawalniczego (IWP).
Międzynarodowego Spawacza (IW).
Międzynarodowego Inspektora Spawalniczego (IWI)
Normy nadzoru spawalniczego zalecają aby nadzór spawalniczy posiadał przynajmniej trzyletnią
praktykę zawodową (certyfikat kompetencji wydawany jest dla osób z taką praktyką).
Załącznik A normy PN-EN ISO 3834-5 podaje zakresy kształcenia, szkolenia, egzaminowania personelu
nadzoru spawalniczego opracowanego przez MIS (Międzynarodowy Instytut Spawalnictwa).
Kwalifikacje personelu spawalniczego wymagane są ze strony prawnej, jednak należy pamiętać, ze
posiadanie wysoko wykwalifikowanej kadry inżynierskiej ze specjalności „spawalnictwo” powoduje
wzrost jakości wytwarzanych produktów przy zastosowaniu procesów spajania (spawania,
zgrzewania, lutowania, klejenia) w danym zakładzie produkcyjnym. Zgodnie z normą PN-EN ISO 3834
wytwórca powinien dysponować wystarczającą liczbą kompetentnych pracowników personelu
spawalniczego na poziomie inżynierskim jak i produkcyjnym. I tak np. do prowadzeni badań
nieniszczących oraz oceny ich wyników Międzynarodowy Instytut Spawalnictwa oraz Europejska
Federacja Spawalnicza powołuje Międzynarodowych/Europejskich Inspektorów Spawalnictwa
(IWI/EWI).
Uwaga:
Jednostka wdrażająca (certyfikująca) system zarządzania jakością w spawalnictwie wg PN-EN 3834
ma prawo podwyższyć wymagania stawiane personelowi spawalniczemu w zależności od
wymagań jakie są stawiane wyrobom spawanym.
Zarówno norma PN-EN ISO 3834-2 jak i PN-EN ISO 3834-3 wymaga: „producent powinien zatrudnić
odpowiednich pracowników nadzoru spawalniczego, którzy spełniają wymagania normy PN-EN ISO
14731 (Nadzór spawalniczy. Zadania i odpowiedzialność”). Norma PN-EN ISO 3834-4 nie ma takich
wymagań odnośnie personelu spawalniczego, w tym przypadku za wszystko odpowiada wytwórca.
Zgodnie z PN-EN ISO 14731 zakład powinien powołać co najmniej jedną osobę, która przejmie
odpowiedzialność za proces spawania i związane z nim operację. Osoba taka musi potwierdzić swoje
kompetencje odpowiednim wykształceniem i praktyką. Może to być np. dyplom IWE oraz certyfikat
kompetencji (wydawany po trzech latach praktyki zawodowej).
Odpowiedzialność personelu spawalniczego wg PN-EN ISO 14731 (PN-EN 719:1999) oraz
Niemieckiego Towarzystwa Spawania i Metod Pokrewnych

Zgodnie z PN-EN ISO 14731 (PN-EN 719:1999) jak już wspomniano wytwórca powinien powołać
przynajmniej jedną osobę nadzoru spawalniczego, która będzie odpowiadać za realizowane procesy
spawalnicze. Norma ta zaleca aby nadzór posiadał co najmniej 3 letnią praktykę, a wiedza powinna
być na poziomie wiadomości pełnych, specyficznych oraz podstawowych. Kształcenie obejmuje
Europejskich/Międzynarodowych Inżynierów, Technologów oraz Mistrzów Spawalników.





Zestaw 2

Łuk spawalniczy

Spawalniczy łuk elektryczny jest rodzajem wyładowania elektrycznego w gazie, przy normalnym lub
podwyższonym ciśnieniu gazu i przy dostatecznej mocy źródła zasilania.
Wyładowaniu takiemu towarzyszy wydzielanie się dużej ilości energii cieplnej, pochodzącej z
przemiany energii elektrycznej.
Ilość ciepła wydzielonego przez łuk elektryczny zależy od parametrów prądowych i sprawności
cieplnej przemiany.
Stopień wykorzystania ciepła łuku określa współczynnik sprawności procesu nagrzewania. Wartości
tego współczynnika są różne dla różnych metod spawania.
Zadaniem łuku jest: doprowadzenie ciepła do miejsca spawania, przenoszenie stopionego metalu do
jeziorka spawalniczego (dla elektrod topliwych)

Spawanie łukiem impulsowym

Proces spawania łukiem impulsowym charakteryzują następujące parametry:

• Średnie natężenie prądu spawania
• Średnie napięcie spawania
• Maksymalne natężenie prądu impulsu
• Maksymalne napięcie impulsu
• Natężenie prądu przerwy
• Czas trwania impulsu
• Czas trwania przerwy między impulsami
• Długość cyklu
• Częstotliwość impulsów

Spawanie łukiem impulsowym umożliwia w porównaniu do spawania tradycyjnego metodą

MAG/MIG:

• Wprowadzenie mniejszej ilości ciepła do przedmiotu spawanego
• Uzyskanie spoin wysokiej jakości przy spawaniu we wszystkich pozycjach
• Wyeliminowanie w wielu przypadkach podpawania grani
• Łatwiejsze sterowanie kształtem i wymiarami geometrycznymi spoiny
• Zmniejszenie strat spoiwa na rozprysk

Łuk spawalniczy odznacza się nieliniową charakterystyką statyczną

Zależność napięcia łuku od prądu spawania, dla stałej długości łuku jest nazywana charakterystyką

statyczną łuku spawalniczego Uł= f(Ił)

Przy spawaniu metodą Mig/MAG drut elektrodowy jest podawany mechanicznie ze stałą prędkością.

Z powodu stosowania drutów elektrodowych o mniejszych średnicach prędkość stapiania jest

znacznie większa niż przy spawaniu metodą MMA. Ponieważ proces spawania w metodach MAG/MIG

zachodzi przy krótkim łuku to zakłócenia jego długości, powodowane ciągłymi zwarciami kropli

metalu z elektrody do materiału spawanego, muszą być kompensowane dużymi zmianami prądu

spawania.

Zjawisko to nosi nazwę samoregulacji łuku spawalniczego (automatyczna dążność do zrównania

prędkości podawania drutu elektrodowego z prędkością stapiania drutu). Aby zjawisko samoregulacji

następowało możliwie szybko to spawalnicze źródło energii powinno mieć płaską zew

charakterystykę statyczną.

Na rysunku przedstawiono wpływ zmian długości łuku na zmiany prądu spawania przy stosowaniu

źródeł energii o płaskich charakterystykach statycznych. Przy spawaniu metodami MAG i MIG

wykorzystuje się duże gęstości prądu elektrody, dla których charakterystyki łuku są już wznoszące.

Coś więcej to rozdział 1.5

Projektowanie konstrukcji spawanych, zasady projektowania

Metody wymiarowania konstrukcji stalowych

Istotą wymiarowania konstrukcji jest określenie właściwego stosunku między postulatem

wymaganego bezpieczeństwa i niezawodności eksploatacyjnej a maksymalną ekonomicznością

konstrukcji. Proces wymiarowania składa się z następujących etapów:

 Obliczenia sił i momentów występujących w poszczególnych elementach i w całej konstrukcji

pod wpływem różnego rodzaju obciążeń zewnętrznych

 Określenia przekrojów poszczególnych elementów,
 Sprawdzenia wytrzymałości (nośności), stateczności i sztywności wstępnie zaprojektowanych

elementów konstrukcji połączeń.

Obliczanie konstrukcji i jej elementów prowadzi się zgodnie z zasadami wytrzymałości materiałów,

mechaniki właściwej dla określonych dziedzin techniki przy uwzględnieniu warunków eksploatacji i

skutków ewentualnej awarii. Zaleca się więc korzystanie z właściwych dla tych dziedzin norm i

wytycznych, a jeśli takich brak dla określonych konstrukcji, można posłużyć się innymi o podobnym

charakterze.

Z zagadnieniem bezpieczeństwa konstrukcji metalowych związane są metody ich wymiarowania , w

których uwzględnia się stan pracy konstrukcji (sprężysty lub sprężysto-plastyczny) oraz rodzaj

obciążeń wprowadzonych do obliczeń (normowych czyli charakterystycznych oraz obliczeniowych).

Aktualnie w większym stopniu, stosuje się metodę stanów granicznych niż bardziej tradycyjną

metodę naprężeń dopuszczalnych.

Metoda naprężeń dopuszczalnych jest metodą deterministyczną, w skorej zakłada się że właściwości

materiału i obciążenia są nielosowe, nie podlegające odchyłkom. Operuje się w niej obciążeniami

charakterystycznymi i normową Re stali. Natomiast wszystkie możliwe odchyłki od

charakterystycznych obciążeń, od teoretycznych wymiarów przekrojów elementów konstrukcyjnych,

od cech wytrzymałościowych stali, itp. Ujęto w jednym tylko współczynnikiem bezpieczeństwa n.

dzieląc Re przez n otrzymuje się naprężenie dopuszczalne k=Re/n

Wartość współczynnika n zawiera się w granicach 1,4-1,8 i zależy od gatunku stali i jej wytrzymałości,

rodzaju naprężeń i obciążeń.

Metoda naprężeń dopuszczalnych jest związana ze stanem sprężystym konstrukcji (w zakresie

obowiązywania prawa Hooke’a), czyli zakłada, że osiągnięcie Re w jakimś miejscu konstrukcji jest

równoznaczne z jej zniszczeniem. W rzeczywistości w pewnych częściach przekrojów pojawiają się

odkształcenia plastyczne, co nie prowadzi do zniszczenia konstrukcji, dzięki redystrybucji naprężeń w

elementach z materiałów sprężysto- plastycznych. Z tego i innych względów metoda naprężeń

dopuszczalnych jest zbyt zachowawcza i nieekonomiczna w projektowaniu.

Wytrzymałościowy warunek bezpieczeństwa jest spełniony wówczas gdy naprężenie występujące w

poszczególnych przekrojach konstrukcji w wyniku działania obciążeń normowych nie przekraczają

naprężenia dopuszczalnego k. metoda ta jest stosowana w budowie naczyń ciśnieniowych zgodnie z

przepisami UDT DT-UT-90/W0-W11 oraz w budowie maszyn i urządzeń, w projektowaniu konstrukcji

ze stopów Al.

Metoda stanów granicznych- należy do metod pół probabilistycznych gdyż zawiera w sobie zarówno

arbitralnie przyjmowane parametry bezpieczeństwa, jak też opartą na rachunku

prawdopodobieństwa analizę takich parametrów jak cechy wytrzymałościowe i geometryczne

elementów konstrukcyjnych oraz losowe odchyłki obciążeń. Wymiarowanie konstrukcji prowadzi się

w oparciu o obciążenia obliczeniowe i o obliczeniową wytrzymałość stali. Ze względu na przyjęcie w

obliczeniach sprężysto- plastycznego stanu konstrukcji dopuszcza się powstanie w części przekroju

pewnych odkształceń plastycznych, zwłaszcza w ustrojach statycznie niewyznaczalnych.

Stanem granicznym określa się taki stan konstrukcji, po osiągnięciu którego konstrukcja lub jej

element zagraża bezpieczeństwu lub przestaje spełniać wymagania użytkowe. W myśl tej metody są

dwa stany graniczne: stan graniczny nośności i stan graniczny użytkowania.

Obliczanie wg. Stanów granicznych nośności ma na celu sprawdzenie, czy jest zapewniona

wytrzymałość i stateczność konstrukcji we wszystkich fazach budowy i eksploatacji. Obliczenia

sprowadzają się na ogół do porównania naprężeń obliczeniowych s z wytrzymałością obliczeniową

stali fd przy uwzględnieniu rodzaju elementu i rodzaju obciążenia.

Sprawdzenie konstrukcji ze względu na stany graniczne użytkowania ma na celu zapewnienie

wymaganej sztywności, niepoduszczenie do nadmiernych ugięć, przemieszczeń i drgań,

utrudniających lub uniemożliwiających prawidłową eksploatację obiektu. W tym stanie stosuje się

charakterystyczne wartości obciążeń, bez współczynników obciążenia i zmęczeniowego.

Metoda stanów granicznych stosowana jest w projektowaniu konstrukcji stalowych dla budownictwa

ogólnego i przemysłowego (PN-90/B-03200), obiektów mostowych (PN-87/S- 10052), dźwignic (PN-

79/M-06515), zbiorników walcowych (PN-B-03210), zbiorników ciśnieniowych kulistych (PN-B-

03211).

Wytrzymałość obliczeniowa stali na rozciąganie, ściskanie i przy zginaniu fd przyjmowana jest wg PN-

90/B-03200. Wytrzymałość obliczeniowa na ścianie określona jest z zależności f

dv

=f

d

/3

1/2

=0,58f

d

. gdy

nie ma ujętych wytrzymałości w tej normie to ustala się indywidualnie, dzieląc charakterystyczną f

yk

przez współczynnik materiałowy g

s

.

Jeśli nie przeprowadzono odpowiednich badań, to należy przyjmować f

yk

= Remin oraz

Γ=1.15- dla stali o R<=355MPa

Γ=1.2- dla stali o 355<Re<460MPa

Γ=1.25- dla stali o 460<Re<=590MPa

Wytrzymałość charakterystyczna f

yk

jest to najmniejsza charakterystyczna (normowa) wartość Re,

czyli odpowiada ona kategorii wytrzymałościowej stali. Współczynnik g

s

jest częściowym

współczynnikiem bezpieczeństwa dla wyrobów hutniczych, uwzględniając wpływ odchyłek kształtu i

cech wytrzymałościowych.

Wytrzymałość obliczeniową spoin ustala się na podstawie wytrzymałości obliczeniowej łączonej stali,

mnożąc ją przez współczynnik wytrzymałości spoiny α.

W przypadku łączenia części ze stali różnych gatunków o różnej wytrzymałości obliczeniowej f

d

wytrzymałość obliczeniową spoin ustala się na podstawie stali o niższej wytrzymałości, przyjmując

również właściwy dla niej współczynnik α.

Wymiarowanie stalowych ustrojów nośnych dźwignic

Zasady wymiarowania nośnych dźwignic ujęte są w normach państwowych m.in. PN-79/M-06515,

PN-88/M-06516, PN-78/M-45000 oraz w warunkach technicznych UDT. Powyższe nie dotyczą

dźwignic instalowanych na taborze pływającym, które są objęte oddzielnymi przepisami.

Stalowe ustroje dźwignic wymiaruje się metodą stanów granicznych. Ustrój nośny lub jego elementy

przestają spełniać zadania, do jakich zostały przeznaczone, jeżeli zostanie przekroczony jeden z

następujących stanów granicznych:

I.

Obejmujący zjawiska związane z wytrzymałością (statyczną):

a. Zniszczenie najbardziej wytężonego przekroju na skutek przekroczenia wytrzymałości

materiału

b. Odkształcenie trwałe spowodowane przekroczeniem granicy plastyczności materiału
c. Utratę stateczności ogólnej i lokalnej na skutek przekroczenia naprężeń krytycznych

materiału

II.

Ujawniający się powstawaniem pęknięć lub uszkodzeń zmęczeniowych- związany z trwałością

ustroju nośnego

III.

Ujawniający się przez nadmierne przemieszczenia i drgania- związany ze sztywnością ustroju

nośnego.

Wytrzymałość obliczeniowa stali i spoin w projektowaniu dźwignic

Wytrzymałość obliczeniową materiałów zalecanych na ustroje nośne dźwignic podane są w normie

PN-79/M-06515. Dla innych gatunków stali, nie wymienionych w tej normie wytrzymałość

obliczeniową R

0

określa się w zależności od minimalnej normowej Re wg poniższych zależności:

R

o

=0,9Re dla Re<=240MPa

R

o

=0,85Re dla Re>=360MPa

Zasada określania wytrzymałości spoin jest podobna do stosowanej w PN-90/B-03200, lecz

przyjmowane współczynniki s są bardziej tradycyjne. Wytrzymałość obliczeniową spoin obniża się

dodatkowo o 20%, gdy spoiny wykonywane są w pozycji pułapowej i gdy kąt rozwarcia ścianek w

przypadku spoin pachwinowych wynosi 60-80

0

. Przy łączeniu dwóch gatunków stali podstawą do

określenia R

os

jest stal o niższej wartości Re.

Zasady projektowania konstrukcji spawanych w aspekcie minimalizacji naprężeń spawalniczych

I.

Konstrukcja powinna mieć minimalną niezbędną ilość spoin

II.

Grubość materiałów powinna być uzasadniona tylko względami wytrzymałościowymi i

eksploatacyjnymi

III.

Grubości spoin pachwinowych nie powinny być większe niż wynikające z warunków

wytrzymałościowych lub postanowień norm przedmiotowych.

IV.

W przypadkach uzasadnionych względami wytrzymałościowymi stosować spoiny

przerywane

V.

Stosować spoiny dwustronne czołowe i pachwinowe

VI.

Projektować złącza spawane w układach symetrycznych, w których istnieje możliwość

równoważenia sił skurczu poprzez stosowanie odpowiednich kolejności spawania

VII.

Stosować podział konstrukcji na podzespoły

Zasady projektowania konstrukcji spawanych w aspekcie minimalizacji odkształceń spawalniczych

I.

Przed spawaniem elementy muszą być właściwie przygotowane:

 Stosować zmechanizowane sposoby ukosowania brzegów
 Zapewnić minimalny odstęp pomiędzy elementami przygotowywanymi do

wykonania spoin pachwinowych

 Stosować wymiary rowków odpowiednio do zastosowanej metody spawania

II.

Stosować odkształcenia wstępne (przeciwodkształcenia)

III.

Przestrzegać właściwych kolejności wykonywania ściegów (sczepianie i spawanie

odcinkami, spawanie przemienne odcinkami, spawanie krokiem wstecz)

IV.

Stosować oprzyrządowanie

Rola głównego spawalnika w zakładzie produkcyjnym

Odpowiedzialność personelu spawalniczego, nadzór spawalniczy wg PN-EN ISO 14731
System zarządzania jakością wymaga aby personel który wykonuje prace wpływającą na jakość był
kompetentny (tzn. posiadał odpowiednie wykształcenie, doświadczenie, umiejętności) rozdział 6.2.1
normy ISO 9001:2000. Szczególne znaczenie ma to jeżeli chodzi o procesy specjalne, do których
zalicza się spawanie i inne procesy spajania.
Wymagania postawione zostały ujęte w odpowiednich normach:
1. PN-EN ISO 3834-1:2007: Wymagania jakości dotyczące spawania materiałów metalowych. Kryteria
wyboru odpowiedniego poziomu wymagań jakości.
2. PN-EN 719:1999 „Nadzór spawalniczy – Zadania o odpowiedzialność”
3. PN-EN ISO 14731: 2008 Nadzór spawalniczy – Zadania i odpowiedzialność.
4. PN-EN 287-1:2007 – Egzamin kwalifikacyjny spawaczy – Spawanie –Część 1: Stale.
5. PN-EN 1418:2000 – Personel spawalniczy egzaminowanie operatorów urządzeń spawalniczych
oraz nastawiaczy zgrzewanie oporowego dla w pełni zmechanizowanego i automatycznego spajania
metali.
6. PN-EN ISO 9606-2 do 5: Egzamin kwalifikacyjny spawaczy (aluminium, miedzi, niklu, tytanu,
cyrkonu oraz ich stopów).
7. PN-EN 473:2008 – Badania nieniszczące. Kwalifikacja i certyfikacja personelu badań nieniszczących.
Zasady ogólne.
Norma PN-EN ISO 14731, która zastąpiła PN-EN 719:1999 stawia pewne wymagania personelowi
spawalniczemu i wyróżnia grupy.:
1. Personel o pełnych wiadomościach technicznych.
2. Personel spawalniczy może posiada specjalne wiadomości techniczne.
3. Personel nadzoru spawalniczego o podstawowych wiadomościach technicznych.
Międzynarodowy/Europejski Inżynier Spawalnik (IWE/EWE) – wg ISO 14731 pełne wymagania
techniczne.
Międzynarodowy/Europejski Technolog Spawalnik (IWT/EWT) – wg ISO 14731 specyficzne
wiadomości techniczne.

Międzynarodowy/Europejski Mistrz Spawalnik (IWS/EWS) – wg ISO 14731 podstawowe wiadomości
techniczne.
Wyróżnić można jeszcze następujące uprawnienia personelu spawalniczego:
Międzynarodowego Instruktora Spawalniczego (IWP).
Międzynarodowego Spawacza (IW).
Międzynarodowego Inspektora Spawalniczego (IWI)
Normy nadzoru spawalniczego zalecają aby nadzór spawalniczy posiadał przynajmniej trzyletnią
praktykę zawodową (certyfikat kompetencji wydawany jest dla osób z taką praktyką). Załącznik A
normy PN-EN ISO 3834-5 podaje zakresy kształcenia, szkolenia, egzaminowania personelu nadzoru
spawalniczego opracowanego przez MIS (Międzynarodowy Instytut Spawalnictwa).
Kwalifikacje personelu spawalniczego wymagane są ze strony prawnej, jednak należy pamiętać, ze
posiadanie wysoko wykwalifikowanej kadry inżynierskiej ze specjalności „spawalnictwo” powoduje
wzrost jakości wytwarzanych produktów przy zastosowaniu procesów spajania (spawania,
zgrzewania, lutowania, klejenia) w danym zakładzie produkcyjnym. Zgodnie z normą PN-EN ISO 3834
wytwórca powinien dysponować wystarczającą liczbą kompetentnych pracowników personelu
spawalniczego na poziomie inżynierskim jak i produkcyjnym. I tak np. do prowadzeni badań
nieniszczących oraz oceny ich wyników Międzynarodowy Instytut Spawalnictwa oraz Europejska
Federacja Spawalnicza powołuje Międzynarodowych/Europejskich Inspektorów Spawalnictwa
(IWI/EWI).
Uwaga:
Jednostka wdrażająca (certyfikująca) system zarządzania jakością w spawalnictwie wg PN-EN 3834
ma prawo podwyższyć wymagania stawiane personelowi spawalniczemu w zależności od
wymagań jakie są stawiane wyrobom spawanym.
Zarówno norma PN-EN ISO 3834-2 jak i PN-EN ISO 3834-3 wymaga: „producent powinien zatrudnić
odpowiednich pracowników nadzoru spawalniczego, którzy spełniają wymagania normy PN-EN ISO
14731 (Nadzór spawalniczy. Zadania i odpowiedzialność”). Norma PN-EN ISO 3834-4 nie ma takich
wymagań odnośnie personelu spawalniczego, w tym przypadku za wszystko odpowiada wytwórca.
Zgodnie z PN-EN ISO 14731 zakład powinien powołać co najmniej jedną osobę, która przejmie
odpowiedzialność za proces spawania i związane z nim operację. Osoba taka musi potwierdzić swoje
kompetencje odpowiednim wykształceniem i praktyką. Może to być np. dyplom IWE oraz certyfikat
kompetencji (wydawany po trzech latach praktyki zawodowej).





Odpowiedzialność personelu spawalniczego wg PN-EN ISO 14731 (PN-EN 719:1999)
oraz Niemieckiego Towarzystwa Spawania i Metod Pokrewnych
Zgodnie z PN-EN ISO 14731 (PN-EN 719:1999) jak juz wspomniano wytwórca powinien powołać
przynajmniej jedną osobę nadzoru spawalniczego, która będzie odpowiadać za realizowane procesy
spawalnicze. Norma ta zaleca aby nadzór posiadał co najmniej 3 letnią praktykę, a wiedza powinna
być na poziomie wiadomości pełnych, specyficznych oraz podstawowych. Kształcenie obejmuje
Europejskich/Międzynarodowych Inżynierów, Technologów oraz Mistrzów Spawalników.

Zadania i zakresy odpowiedzialności personelu nadzoru spawalniczego wg wytycznych
PN-EN ISO 14731 (PN-EN 719:1999) oraz opracowań Niemieckiego Towarzystwa
Spawania i Metod Pokrewnych (DVS 7011).
● odpowiedzialność nieograniczona
○ odpowiedzialność ograniczona
- brak odpowiedzialności

Zestaw 6

Metody TIG, MIG/MAG- druty lite i proszkowe

Druty lite ciągłe stosuje się do spawania i napawania łukowego w osłonie gazów, łukiem krytym,

elektro gazowego, elektrożużlowego.

Najczęściej wykorzystuje się je do spawania różnych gatunków stali niestopowych (sklasyfikowane wg

PN- EN 440) i stopowych (do spawania stali nierdzewnych i żaroodpornych sklasyfikowane wg PN-EN

12072). Powszechnie stosuje się druty elektrodowe do spawania metodą MIG stopów aluminium

(klasyfikowane wg PN-EN ISO 18273) oraz rzadziej druty ze stopów niklu do spawania stali

wysokostopowych, niklu i złączy różnoimiennych. Dostępne są także druty do spawania miedzi oraz

ich stopów, a także do napawania i lutospawania stopami miedzi, w tym blach ocynkowanych i

aluminiowych). Podobnie jak przy spawaniu EO skład chemiczny drutu elektrodowego nie zawsze

musi być zgodny ze składem chemicznym materiału podstawowego.

Do spawania metodą MAG w osłonie CO2 lub mieszanek stali niestopowych i niskostopowych w celu

uniknięcia porowatości, skłonności do pęknięć, a także zapewnienia wymaganej wytrzymałości i

plastyczności, stosuje się drut o stosunku zawartości Mn/Si w granicach 1,3-3,0. Zawartość Mn i Si w

drucie powinna być wyższa niż w spawanej stali, ponieważ część Mn i Si ulega wypaleniu. Utlenieniu

ulegają również Al., Zr, Ti, V, Nb. ilość składników w spoiwie nie zmienia sią podczas spawania w

atmosferze gazów obojętnych.

Warunki techniczne dostawy materiałów dodatkowych do spawania, w tym drutów elektrodowych są

określone w normie PN-EN 759. Druty lite produkuje się o średnicach 0,6- 6mm, zależnie od metody

spawania, np. do MAG i MIG 0,6-4,0mm, SAW 1,0-6mm. Druty ze stali narażonej na korozję są

najczęściej pomiedziowane lub poniklowane. Skorodowane byłyby przyczyną porowatości spoin oraz

zakłóceń elektrycznych i mechanicznych przy ich podawaniu w czasie spawania. Dostarczane są

zwykle pod względem rodzaju i wymiarów szpule.

Wymagania odnośnie przechowywania drutów litych nie są tak rygorystyczne jak innych spoiw,

niemniej jednak powinny być przechowywane w czystym i suchym miejscu aby zapobiec

zardzewieniu i zanieczyszczeniu.

Druty elektrodowe z rdzeniem proszkowym

Nazywane popularnie proszkowymi lub rdzeniowymi są wykonane z ciągłej rurki o przekroju

okrągłym wypełnionej proszkiem topnikowym albo metalicznym. Spoiwa te stosuje się głwnie do

spawania i napawania łukowego w osłonie gazowej lub bez osłony gazowej, elekltrogazowego,

elektrożużlowego

Ze względu na rodzaj rdzenia proszkowego i stosowanej osłony gazowej łuku druty proszkowe dzieli

się na:

• Z rdzeniem topnikowym do spawania w osłonie gazowej
• Z rdzeniem metalowym do spawania w osłonie gazowej lub pod topnikiem
• Z rdzeniem topnikowym do spawania bez osłony gazowej, zwane drutami samo osłonowymi;

osłonę łuku tworzą gazy powstające z topnika podobnie jak przy spawaniu EO.

Druty do spawania stali niestopowych, niskostopowych drobnoziarnistych i do pracy w niskich temp

klasyfikuje się wg PN-EN 758, do stali o wysokiej wytrzymałości (ok. 700MPa) PN-EN ISO 18276, która

zastąpiła PN-EN 12535, do spawania stali odpornych na pełzanie wg PN-EN ISO 17634, do spawania

stali wysokostopowych ferrytycznych i austenitycznych wg PN-EN ISO 17633. Druty mają średnicę od

0,9mm do 3,2mm.

Jedną z istotnych cech drutów proszkowych jest typ proszku. Zawarty w osłonie proszek może być

topnikowy, rutylowy, topnikowy zasadowy, lub metalowy.

Właściwości technologiczne poszczególnych typów proszków wg normy PN-EN 758 przeznaczonych

do spawania stali niestopowych i drobnoziarnistych oraz właściwości uzyskiwanego stopiwa są

następujące:

Typ R- rutylowe- charakteryzują się natryskowym przechodzeniem metalu, małą ilością rozprysków i

wolno krzepnącym żużlem. Przeznaczone są do spawania jedno- i wielościegowego w pozycjach PA,

PB, PC. Należy spawać w osłonie CO2 lub w celu zmniejszenia rozprysków i poprawy jarzenia się łuku-

w mieszance Ar+CO2.

Typ P- rutylowe- zbliżone do drutów typu R, ale tworzą szybko krzepnący żużel rutylowo-zasadowy,

co umożliwia spawanie we wszystkich pozycjach. Należy spawać w osłonie CO2 (wykazują natryskowy

przepływ metalu) lub w mieszankach Ar+CO2.

Typ B- zasadowe- cechuje je grubo kroplowy przepływ metalu w łuku i nieco wypukłe lico spoiny.

Nadają się do spawania w pozycjach PA, PB, PC. Spoiwo ma wysoką udarność. Należy stosować

osłonę z CO2 lub Ar+CO2.

Typ M- z proszkiem metalowym- charakteryzują się drobnokroplowym przepływem metalu w łuku,

bardzo mała ilością żużla i duża wydajnością spawania. Należy stosować osłonę z CO2, lub Ar+CO2.

Można spawać w pozycjach PA, PB, PC a stosując krótki łuk lub łuk pulsujący we wszystkich

pozycjach.

Typ V- rutylowy lub zasadowy/fluorkowy- nie wymagają osłony gazowej i charakteryzują się

przechodzeniem metalu w łuku od kroplowego do natryskowego. Druty o wolno krzepnącym żużlu są

stosowane we wszystkich pozycjach stali z pokryciami cynkowymi, aluminiowymi i innymi. Można

spawać w pozycjach PA, PB, PC. Drutami zawierającymi fluorki (samo osłonowe) powinno się spawać

w pomieszczeniach o bardzo dobrej wentylacji.

Typ W zasadowy/fluorkowy- wykazują podobne właściwości jak druty typu V. nie wymagają osłony

gazowej, można nimi spawać z dużą prędkością. Niektóre posiadają w rdzeniu proszek metaliczny i

wykazują lepsze właściwości spawalnicze, m.in. wysoką odporność na pękanie. Są zalecane do

spawania jedno- i wielościegowego w pozycjach PA, PB, PC. Niektórymi gatunkami można spawać w

pozycji pionowej z góry w dół.

Typ Y- zasadowe/fluorkowe- są to druty samo osłonowe. Można nimi spawać we wszystkich

pozycjach. Cechuje je wysoka odporność stopiwa na pękanie i wysoka udarność w obniżonych temp.

Druty proszkowe do spawania stali wysokostopowych nierdzewnych i żaroodpornych sklasyfikowane

wg PN-EN 17633 zwierają proszki typu R, P, M o właściwościach takich samych jak wg normy PN-EN

758 oraz proszek U o następujących cechach:

Typ U- zasadowo- fluorkowy- nie wymagają osłony gazowej. Są zalecane do spawania jedno i

wielościegowego w pozycjach PA, PB, PC. Niektórymi gatunkami można spawać w pozycji pionowej z

góry w dół.

Typ Z- druty innego rodzaju- mają Inny skład chemiczny proszku i inne właściwości, przeznaczone do

specjalnych zastosowań.

Gazem osłonowym przy spawaniu stali niestopowych i niskostopowych drutem o rdzeniu

topnikowym jest zwykle CO2 lub Ar+CO2, wysokostopowych mieszanki Ar+(15-20)% CO2. Do

spawania stali wysokostopowych drutami z rdzeniem proszkowym metalicznym używa się Ar lub

mieszanek Ar+He z dodatkiem około 1-2,5%)2. Przy doborze gazu osłonowego do drutu należy

przestrzegać zaleceń producenta drutu.

Druty proszkowe wykazują wiele zalet w porównaniu z litymi. Umożliwiają łatwe i w dużych ilościach

wprowadzanie składników stopowych. Charakteryzują się lepszymi właściwościami spawalniczymi,

głównie mniejszym rozpryskiem, większą wydajnością stapiania, głębszym i szerszym wtopieniem

spoiny w materiał, a samo osłonowe możliwością spawania w warunkach polowych nawet przy

niewielkim wietrze..

Jakość połączeń spawanych drutami proszkowymi jest bardzo wysoka. Udarność i plastyczność spoiny

zależą od charakteru rdzenia, podobnie jak w przypadku otulin elektrod. Są one korzystniejsze niż

przy spawaniu metodą MAG i dorównują wykonywanym EO. Poziom wodoru wynosi 3-5ml/100g

stopiwa, z drutów rutylowych oraz z proszkiem metalicznym 5-10ml/100g stopiwa.

Jeśli druty proszkowe są przechowywane w oryginalnych opakowaniach w temp pokojowej i przy

wilgotności nie przekraczającej 60% to ich czas magazynowania jest nieograniczony. W temp powyżej

30 wilgotność nie powinna przekraczać 50%.

W każdym przypadku druty proszkowe powinny być chronione przed wilgocią i zanieczyszczeniem

brudem i tłuszczami. Ponieważ drutów proszkowych nie można poddać tak skutecznemu suszeniu jak

EO, drut zardzewiały lub zawilgocony albo przechowywany przez dłuższy czas niż dopuszczalny nie

może być użyty do redukcji.

Zalety i zastosowanie spawania drutem z rdzeniem proszkowym

• Metoda ta umożliwia spawanie stali od niestopowych do wysokostopowych i niektórych

stopów niklu

• Cechuje ją wysoka operatywność i wygoda w stosowaniu
• Umożliwia spawanie we wszystkich pozycjach zwłaszcza drutami o małej średnicy
• Wydajność spawania jest wyższa niż spawania drutami litymi MIG/MAG
• Spawanie drutem proszkowym łączy w sobie konieczność cechy spawania EO (procesy

metalurgiczne i jakość spoin) oraz MAG (wydajny proces spawania z ciągłym podawaniem

drutu)

• Jakość spoin jest bardzo wysoka, właściwości mechaniczne (plastyczność , udarność) spoin

nie ustępują wykonywanym EO

• Łatwe jest wpływanie na właściwości spoiny poprzez odpowiedni dobór składu proszków

wypełniających drut.

• Proces można uważać za niskowodorowy; spoiwo daje mniejszą zawartość wodoru niż przy

EO niskowodorowymi

• Druty proszkowe nie wymagają suszenia przed spawaniem a tylko przechowywania w

warunkach zapobiegających zawilgoceniu

• Duża głębokość wtopienia i szerokość
• Elastyczny i stabilny łuk

• Mniejsza niż przy drucie litym skłonność do przyklejeń
• Druty samo osłonowe eliminują koszty i trudności związane z gazem butlami i osprzętem
• Samo osłonowe nie wymagają osłon przeciwwiatrowych w warunkach terenowych
• Samo osłonowe 4-krotnie większa wydajność niż przy EO
• Mniejsza niż przy litym ilość odprysków
• Wysoka podatność na mechanizację i automatyzację procesu
• Łatwiejsze opanowanie techniki spawania niż EO
• Niższe koszty spawania niż EO lecz wyższe niż drutem litym

Wady:

• Duże koszty urządzeń i wyposażenia (wyższe niż do EO TIG, lecz takie same jak przy spawaniu

drutami litymi metodami MIG/MAG

• Wybór drutów proszkowych jest ciągle mniejszy niż EO
• Cena drutów proszkowych jest wysoka około dwóch razy wyższa niż drutów litych, zbliżona

do kosztów EO.

Pręty i druty

Pręty i druty w odcinkach o określonej długości, zwykle występujące jako lite lub rzadziej proszkowe

stosuje się w takich metodach spawania i napawania, w których nie są one przewodnikami prądu np.

spawanie ręczne TIG. Stosuje się pręty i druty okrągłe o długości 500- 1000mm i różnych średnicach,

najczęściej 1,6; 2,0; 2,4; 3,2; 4,0; 5,0; 6,0mm.

Pręty i druty lite do spawania stali niestopowych i drobnoziarnistych metodą TIG są wytwarzane wg

normy PN-EN 1668, natomiast pręty i druty do spawania gazowego stali niestopowych i odpornych

na pełzanie wg normy PN-EN 12536 do aluminium i stopów wg PN-EN ISO 18273.

Pręty do spawania TIG powinny być trwale znakowane w sposób umożliwiający ich identyfikację,

zwykle przez plastyczne wytłoczenie symbolu gatunku na jednym końcu pręta. Pełne dane o prętach

muszą być naniesione na ich opakowaniu.

Warunki przechowywania drutów litych i proszkowych są odpowiednio podobne do warunków

obowiązujących dla drutów litych i proszkowych. Podobnie przedstawiają się warunki przygotowania

ich do spawania. Szczególną uwagę należy zwracać na korozję prętów i drutów z materiałów na nią

narażonych, wilgotność prętów proszkowych i utlenienie powierzchni np. prętów z Al.

Zestaw 10

Spawanie łukiem krytym, cele zastosowania tej metody

Materiały z Gliwic rozdział 1.10

Metody wytwarzania stali termomechanicznych, porównanie do stali

wytwarzanych konwencjonalnie

Charakterystyka stali walcowanych termomechanicznie

Walcowanie konwencjonalne

Zadaniem jest uzyskanie wymaganego kształtu i wymiaru. Po nagrzaniu w Peciu przepychowym do

temp ok. 1200

0

C odbywa się walcowanie w stosunkowo wysokiej temp a stygnięcie na powietrzu.

Struktura stali jest gruboziarnista, co ogranicza jej zastosowania. W celu poprawienia własności

plastycznych stali, a w szczególności jej udarności stosuje się wyżarzanie normalizujące (temp ok.

900)

Walcowanie termomechaniczne

Wymagane własności wytrzymałościowe uzyskuje się w wyniku zastosowania specjalnego

kontrolowanego walcowania. Obróbka termomechaniczna (cieplno- plastyczna) polega na takim

prowadzeniu procesu walcowania, aby poszczególne stopnie odkształcania stali odbywały się w

określonych temp. wykorzystuje się tutaj:

• Wpływ drobnoziarnistej struktury na wzrost wytrzymałości i poprawę udarności
• Organicznie i/lub opóźnienie rekrystalizacji przez wprowadzone do stali mikrododatki (Nb, Ti)

Proces walcowania przebiega dwustopniowo. Walcowanie wstępne odbywa się w temp niższej o ok.

100- 150 od temp walcowania konwencjonalnego, natomiast walcowanie końcowe- w temp nieco

powyżej A

3

w celu uniknięcia lub ograniczenia rekrystalizacji austenitu. Powstrzymanie procesu

rekrystalizacji jest w dużym stopniu wynikiem obecności pierwiastków mikroskopowych jak Nb i Ti,

które przesuwają rekrystalizację do wyższych temp i dłuższych czasów. W czasie następującego po

walcowaniu chłodzenia przemiany fazowe rozpoczynają się w silnie odkształconym drobnoziarnistym

austenicie o dużej gęstości dyslokacji i o dużej liczbie zarodków powstawania nowych składników

strukturalnych. Gdy chłodzenie zachodzi na powietrzu powstaje b. drobnoziarnisty ferryt z mała

ilością perlitu (stale nisko- perlityczne)

W przypadku zastosowania przyspieszonego chłodzenia strumieniem wody produktem przemiany

jest drobnoziarnisty ferryt poligonalny lub iglasty, a przemiana perlityczna zostaje zastąpiona

przemianą bainityczną i w pewnym stopniu martenzytyczną (w zależności od temp końca walcowania

i szybkości chłodzenia.

Termomechaniczne walcowanie z przyspieszonym chłodzeniem umożliwia produkcję stali o granicy

plastyczności do 700MPa. Podwyższenie R

e

powyżej 700MPa wymaga zastosowania ulepszania

cieplnego.

Stale termomechaniczne (M) charakteryzują się niższym równoważnikiem węgla w porównaniu ze

stalami po wyżarzaniu normalizującym (N) o tym samym poziomie R

e

. również w zakresie R

e

>550MPa

stale termomechaniczne z przyspieszonym chłodzeniem i odpuszczeniem (A+T) posiadają

równoważnik węgla aniżeli stale ulepszone cieplnie (Q). wynika z tego że stale termomechaniczne są

łatwiej spawalne od stali w stanie normalizowanym lub ulepszonym cieplnie o zbliżonej granicy

plastyczności.

Gatunki stali obrobionych termomechanicznie

Stale wytworzone przy zastosowaniu obróbki termomechanicznej objęte są następującymi normami

europejskimi :

EN- 10028-5- wyroby płaskie ze stali na urządzenia ciśnieniowe. Stale spawalne drobnoziarniste

walcowane termomechanicznie.

EN-10113-3 wyroby walcowane na gorąco ze spawalnych drobnoziarnistych stali konstrukcyjnych.

Techniczne warunki dostawy po walcowaniu termomechanicznym

EN-10149-2 wyroby walcowane na gorąco ze stali o wysokiej granicy plastyczności do kształtowania

na zimno. Warunki dostawy stali walcowanych termomechanicznie

Spawalność stali walcowanych termomechanicznie

Utwardzanie się SWC

Z uwagi na mniejszą zawartość składników stopowych, a w szczególności obniżoną zawartość węgla,

stale obrobione termomechanicznie posiadają wyraźnie mniejszą skłonność do utwardzania się w

SWC w porównaniu ze stalami w stanie normalizowanym o zbliżonych własnościach

wytrzymałościowych. W warunkach czasu chłodzenia t

8-5

w zakresie od 5 do 10 s twardość SWC stali

w stanie normalizowanym o granicy Re=355 przekracza 350HV e wyniku czego zwiększa się ryzyko

wystąpienia pęknięć zimnych. W przypadku stali TM twardości SWC są wyraźnie mniejsze nie

przekraczają 280HV.

Mała skłonność do utwardzenia SWC jest stanowi także podstawowy wymóg w przypadkach gdy

złącze jest narażone na oddziaływanie kwaśnych gazowych środowisk korozyjnych.

Do oceny skłonności stali do powstawania pęknięć zimnych szerokie zastosowanie znalazła próba

implant.

Stale po obróbce TM o tej samej Re nie wymagają podgrzania przed spawaniem. Stale konstrukcyjne

o wysokich własnościach mechanicznych uzyskanych poprzez TM walcowanie, charakteryzujące się w

porównaniu ze stalami w stanie normalizowanym wyraźnie niższym równoważnikiem węgla, a w

szczególności mniejszą zawartością węgla są łatwiej spawalne, ponieważ wymagane temp.

podgrzania są niższe lub w ogóle można spawać bez podgrzewania.

Materiały dodatkowe powinny posiadać większą zawartość składników stopowych niż materiał

rodzimy. W wyniku tego przemiana gamma w alfa w metalu spoiny zachodzi w niższej temp aniżeli w

obszarze SWC, co powoduje że spoina staje się bardziej skłonna do powstawania pęknięć zimnych niż

MR. Pęknięcia zimne w spoinach powstają na ogół wzdłuż ziaren ferrytu i bainitu i często są

zorientowane pod kątem 45 do kierunku spawania. Istotnym jest odpowiedni dobór składu

chemicznego spoiw i stosowaniu procesów niskowodorowych.

Zastosowanie stali obrobionych termomechanicznie

Głównym zastosowanie stali obrobionych TM są rurociągi magistralne, konstrukcje morskie platform

wiertniczych, zbiorniki ciśnieniowe jak również coraz częściej konstrukcje spawane w budownictwie

stalowym.

Pozycjonery i obrotniki

Pozycjonery spawalnicze stanowią drugą grupę zespołów stosowanych do budowy stanowisk

montażowo- spawalniczych. Są to urządzenia przeznaczone do ustawiania przedmiotu spawanego w

pozycji dogodnej do spawania, pozbawione ruchu roboczego.

Pozycjonery rolkowe- służą do ustawienia przedmiotu spawanego w pozycji dogodnej do spawania za

pośrednictwem rolek na których przedmiot jest ułożony.

Pozycjonery łańcuchowe- służą do ustawienia przedmiotu spawanego w pozycji dogodnej do

spawania za pośrednictwem łańcuchów, na których przedmiot spoczywa.

Obrotniki spawalnicze- są przeznaczone do nadania ruchu (roboczego) spawanemu przedmiotowi.

Obrotniki rolkowe- służą do nadawania przedmiotowi spawanemu ruchu roboczego obrotowego za

pośrednictwem rolek, na których jest ułożony i ewentualnie ruchu roboczego obrotowego za

pośrednictwem kół jezdnych (dla obrotników przejezdnych)

Obrotniki karuzelowe- są to urządzenia przeznaczone do nadawania przedmiotowi ruchu roboczego

obrotowego wokół osi pionowej, przy czym przedmiot jest ułożone stole obrotowym.

Dobór stali na konstrukcje spawane

Doboru materiału na konstrukcje stalowe dokonuje projektant, kierując się głównie kryteriami

technicznymi i ekonomicznymi oraz uwzględniając szereg czynników związanych z konstrukcją, od

których ten dobór zależy, a przede wszystkim:

• Ważność elementu (główny przenoszący obciążenia zasadnicze, drugorzędny)
• Rodzaj elementu (nie spawany, spawany)
• Rodzaj obciążenia (statyczne, zmienne, udarowe, cieplne)
• Temp eksploatacji konstrukcji (ogrzewana, nie ogrzewana, do zastosowań kriogenicznych),
• Agresywność chemiczna środowiska (wiejskie, przemysłowe, morskie)
• Rodzaj naprężeń i poziom wytężenia konstrukcji (ściskanie, rozciąganie, wieloosiowość

naprężeń)

• Grubość elementu konstrukcyjnego.

Po pozytywnej analizie powyższych czynników wybór konkretnego gatunku stali na elementy

konstrukcji nośnych sprowadza się do:

• Przyjęcia stali o określonej granicy plastyczności, odpowiedniej do poziomu naprężeń,
• Ustalenia klasy jakości (pracy łamania w określonej temp)
• Analizy składu chemicznego (spawalności)
• Określenia klasy odporności stali na rdzewienie jeśli potrzeba

Ze spawalniczego punktu widzenia zawsze najważniejszy jest skład chemiczny materiału i jego

obróbka cieplna, gdyż decydują one o wytrzymałości technologicznej złączy, tzn. o ewentualnych

pęknięciach gorących, zimnych, hartowniczych, rozwarstwieniowych (lamelarnych).

Wybór Re (kategorii wytrzymałości) powinien uwzględniać następujące czynniki:

• Rozwiązanie konstrukcyjne spełniające kryteria stanów granicznych przy niskim zużyciu

materiału,

• Rodzaj przekrojów poprzecznych elementów nośnych odpowiednio do warunków

stateczności ogólnej i miejscowej,

• Sposób łączenia elementów ze względu na warunki wykonania, montażu i nośności (trwałości

eksploatacyjnej).

Wybór klasy jakości (udarności) powinien być poprzedzony analizą:

• Rodzaju i ważności elementu konstrukcyjnego (konsekwencji zniszczenia)
• Zastosowaniem rozwiązań konstrukcyjnych (grubość materiału, ukształtowanie elementów i

ich połączeń),

• Warunków pracy konstrukcji (rodzaj obciążeń, temp eksploatacji)

Powyższe działania mają na celu zapewnienie niezbędnej ciągliwości materiału i połączeń dla

eliminacji ewentualnych pęknięć technologicznych, kruchych i innych.

Dobór składu chemicznego (gatunku, spawalności) stali powinien koncentrować się na:

• Zastosowaniu stali na tyle dobrze spawalnej, aby uzyskać złącze o wymaganej jakości, bez

prowadzania specjalnych i kosztownych zabiegów technologicznych przed, w trakcie i po

spawaniu,

• Zastosowaniu stali odpowiedniej jakości (zwykłej, wyższej lub specjalnej) pod względem

ograniczenia zawartości składników szkodliwych, czystości metalurgicznej, rodzaju struktury,

odgazowania (stopnia uspokojenia), obróbki cieplnej itp.

• Zastosowaniu stali gwarantującej odpowiednie właściwości eksploatacyjne konstrukcji, np.

odporność na pękanie kruche, korozję przy możliwie niskiej jej cenie,

• Wytypowanie gatunki stali, który spełnia wymagania norm przedmiotowych i/lub instytucji

dozorujących daną grupę konstrukcji,

• Wytypowanie gatunku stali mającego uznane odpowiedniki, pozwalające na dokonanie

ewentualnego zastąpienia go innym.

Zestaw 15

Sposoby cięcia

Metody cięcia można podzielić ze względu na energię, powodującą rozdzielenie materiału

(pochodzenie ciepła) na następujące grupy:

• Tlenowe (tlenowo- gazowe, tlenowo- proszkowe, lanca tlenowa, tlenowo- łukowe)
• Łukowe (łukowo powietrzne, plazmowe, EO)
• Laserowe (lasery molekularne CO2, lasery na ciele stałym YAG)
• Strumieniem wody,
• Mechanicznie (gilotyny, piły taśmowe i ramowe, obróbka skrawaniem)

W metodach tlenowych do rozdzielania materiału wykorzystywana jest egzotermiczna reakcja

utleniania ciętego materiału bądź materiału dodatkowego (ciecie tlenowo- proszkowe, cięcie lancą

tlenową). W metodach łukowych materiał jest topiony ciepłem łuku elektrycznego i usuwany siłą jego

dynamicznego oddziaływania, bądź dzięki energii kinetycznej zastosowanego gazu wspomagającego.

W przypadku cięcia laserowego źródłem ciepła jest wiązka monochromatycznego promieniowania

laserowego o długości fali 10,6μm (lasery gazowe) lub 1,06μm (lasery YAG), która powoduje

miejscowe topienie a nawet odparowanie materiału.

Ciecie strumieniem wody wykorzystuje energię oddziaływania wody (często z dodatkiem proszku

ściernego) pod wysokim ciśnieniem na powierzchnię ciętego elementu, co powoduje mikro

skrawanie i utworzenie szczeliny cięcia.

Metody mechaniczne wykorzystują narzędzia i urządzenia tj.: piła, nożyca mechaniczna (gilotyna),

nóż tokarski, frez itp. Można więc powiedzieć, że następuje w urządzeniu zamiana energii

elektrycznej na energie kinetyczną narzędzia, które powoduje rozdzielenie materiału.

W praktyce przemysłowej dominują 3 podstawowe metody cięcia: cięcie tlenowo- płomieniowe,

ciecie plazmowe i cięcie laserowe.

Ciąg dalszy materiały z Gliwic rozdział 1.13

Stale wysokostopowe

Grupy stali Cr-Ni

 Cr 4-27%
 Cr-Ni 18-26%Cr+ 0-37%Ni

Dodatki: Mn, Si, Mo, Ti, Nb, Cu, V, W

Zastosowanie:

 Stale nierdzewne gdy Cr>12%
 Żaroodporne
 Nierdzewne i kwasoodporne

Struktura stali

 Ferrytyczne
 Austenityczne
 Ferrytyczno- austenityczne (mała zawartość ferrytu)
 Ferrytyczno- austenityczne DUPLEX (duża zawartość ferrytu)
 Martenzytyczne
 Martenzytyczne z miękkim martenzytem
 Martenzytyczno- ferrytyczne (półferrytyczne)

Własności cieplno- fizyczne:

 Duży współczynnik rozszerzalności cieplnej
 Mały współczynnik przewodzenia ciepła

Chromowe stale martenzytyczne (2H13, 2H14, 3H13, 3H14, 4H14 ,H18)

W stalach tych pojawia się ryzyko wystąpienia pęknięć zimnych.

Do ich spawania używa się spoiw o składzie podobnym lub różniącym się nieco od składu materiału

podstawowego. Stosowanie do spawania spoiw materiałopodopnych lub o zbliżonym składzie

chemicznym powoduje obniżenie wartości wydłużenia i udarności spoiny ze względu na

występowanie w niej martenzytu oraz ferrytu delta. Dlatego w takich przypadkach złącza

chromowych stali martenzytycznych poddaje się obróbce cieplnej po spawaniu. Bardzo ograniczona

spawalność.

Stale te spawa się: MAG, TIG, łukiem krytym, EO.

Chromowe stale ferrytyczne (0H13, 0H13J, 0H17T, H17)

Stale charakteryzują się ograniczoną spawalnością. Powodem tego jest wzrost kruchości w SWC

wynikający ze wzrostu wielkości ziarna (przy stosowaniu dużych energii liniowych spawania). Rozrost

ziarna może być usunięty przez obróbkę cieplną po spawaniu.

Stale te spawa się: MAG, TIG, lukiem krytym, EO.

Chromowo-niklowe miękkie stale martenzytyczne

Złącza o dużych przekrojach poprzecznych należy podgrzewać wstępnie przed spawaniem do temp.

100, a temp. międzyściegową utrzymywać na poziomie 100- 160. Dla uniknięcia pęknięć zimnych w

złączu, podczas spawania należy zwrócić uwagę na utrzymanie temp międzyściegowej na

optymalnym poziomie. Elektrody i topniki suszyć tak aby Hd<5ml/100g Fe. Odpuszczanie lub

ulepszanie dla uzyskania lepszej udarności

Do spawania tych stali należy stosować spoiwa o składzie chemicznym jak materiał podstawowy.

Stale te spawa się MAG, TIG, łukiem krytym, EO.

Chromowo- niklowe stale austenityczne (1H18N9, 0H18N9, 00H18N10, 1H18N9T itp.)

Problemy występujące przy spawaniu tych stali:

 Utrata odporności na korozję międzykrystaliczną,
 Pęknięcia gorące
 Wzrost kruchości

Podgrzewanie wstępne stosowane jest tylko przy spawaniu grubych elementów. Stosować niską

energię liniową. Stosunek szerokości do głębokości 1,5-1-2:1. Max temp. miedzy ściegowa 150C.

spawać ściegami prostymi, szlifować kratery i miejsca rozpoczęcia ściegów, unikać koncentracji spoin,

karbów wew i zew, gwałtownych uskoków w kierunku działania obciążenia, stosować właściwą

technikę sczepiania, stosować podpawanie jeśli to możliwe

Materiały dodatkowe stosowane do spawania tych stali powinny mieć skład chemiczny zbliżony do

materiału podstawowego.

Stale te spawa się: MAG, TIG, EO.

Stale chromowo- niklowo- molibdenowe całkowicie austenityczne

Problemem występującym przy spawaniu tych stali jest stosunkowo wysoka skłonność do pękania

gorącego, zarówno krystalizacyjnego jak i libacyjnego, korozja, kruchość. Bardzo dobra spawalność.

Ograniczyć energię liniową do 20kJ/cm, a w pozycjach przymusowych nawet poniżej 15kJ.cm, temp.

międzyściekowa <100C, stosować niezwykła czystość aby zabezpieczyć przed porami i pęknięciami,

stosować zwiększony odstęp w rowku (2-3mm) celem zmniejszenia stopnia wymieszania, starannie

szlifować kratery końcowe i początkowe ściegów, zajarzanie łuku wyłącznie w rowku

Spoiwa powinny mieć skład chemiczny zbliżony do składu materiału podstawowego.

Ferrytyczno- austenityczne stale Cr-Ni-Mo-N (stale typu Duplex)

Orientacyjny skład chemiczny: do 0,06%C (zwykle do 0,03%);

18,5-20%- Cr

1,5- 4,0%Mo

5-7%Ni

0-2%Cu

0,12-0,25%N

Stale te spawa się MIG, TIG, łukiem krytym, EO, drutami proszkowymi, plazmowo.

Zalety: niższy koszt wytworzenia (mniej Ni), niższy współczynniki rozszerzalności , lepsza odporność

na korozję naprężeniową.

Wady: kruchość 475C w skutek wydzielania się: faz międzykrystalicznych, fazy σ, azotków chromu,

austenitu wtórnego.

Nie stosować: małe energie liniowe daje wąskie spoiny i duży udział ferrytu co powoduje obniżenie

wytrzymałości złącza, uwaga na znacznie większą porowatość spoin.

Obróbka cieplna: przesycanie

Dobrać właściwe spoiwa- kierować się wytycznymi wytwórców stali

Zalecenia szczególne:

Stale Cr : martenzytyczne, półferrytyczne (martenzyt+ferryt), ferrytyczne

Cr=4-10%

 Silne hartowanie na martenzyt
 Wymagane podgrzewanie T-300 C

Odpuszczanie T- 700- 750C

Temp. pracy <620C

Cr=11-18%

 Hartowanie na martenzyt lub martenzyt+ferryt
 Wymagane podgrzewanie T-300C, odpuszczanie T=650- 750C
 Spoiwa o skaldzie MR gdy ważna jest odporność na obciążenia dynamiczne
 Spoiwa austenityczne w innych przypadkach
 Zastosowanie: łopatki turbin, wały pomp, zawory, tłoczyska, noże, nożyce, narzędzia

chirurgiczne

Wpływ C: zwiększenie zawartości C powoduje wzrost zawartości martenzytu gdy C<0,4% stal do

ulepszania cielnego, C>0,4 do 1,2% hartowanie.

Cr= 18-28%, C=~0,1%

 Struktura ferrytyczna
 Kruchość wywołana rozrostem ziaren
 Temp podgrzewania wstępnego 200-300C
 Stosować niską energię liniową
 Spoiwo o składzie MR gdy styka się z gazami zawierającymi siarkę lub nawęglającymi
 Po spawaniu obróbka cieplna 700-750C
 Elektrody i topniki suszyć przed spawaniem
 Spawalność ograniczona

Zastosowanie: rafinerie, wyposażenie hotelowe- noże, sztućce itp.

Struktura stali Cr-Ni:

 Austenit
 Austenit + ferryt

Problemy spawalnicze

 Korozja (ogólna, międzykrystaliczna, naprężeniowa)
 Faza σ i δ
 Pękanie na gorąco

Korozja stali Cr-Ni

Ogólna:

 Zależna od składu chemicznego
 Struktury
 Stanu powierzchni

Stan powierzchni: technika spawania, rodzaj otuliny (rutylowe- wyższa gładkość)

Korozja międzykrystaliczna- powstaje na granicach ziaren wskutek zubożenia ziaren austenitu w

chrom w warstwie przypowierzchniowej jako skutek wydzielania się węglików chromu

Ograniczenie uwrażliwienia na korozję:

Ograniczenie C<0,02%

Stabilizacja austenitu Ti, Nb, Ta- wiażą wegiel i nie dopuszczają do tworzenia C-Cr

Sposobem na uwolnienie się od uwrażliwienia na korozję międzykrystaliczną jest też przesycanie z

temp powyżej 1000C

Przy spawaniu należy dążyć do szybkiego chłodzenia.

Niedopuszczalne jest podgrzewanie wstępne i spawanie z dużą energią liniową. Temp

międzyściekowa <150C

Dla uniknięcia wchłaniania węgla i azotu należy unikać zanieczyszczeń w spoinie i SWC- stosować gazy

osłonowe o zawartości CO2<2,5%

Korozja naprężeniowa- środowisko z jonami chloru (ciecze i gazy), naprężenia, odporność na korozję

można zmniejszyć zmniejszając poziom naprężeń lub zastosowanie stali o zwiększonej zawartości Ni

Korozja wżerowa

Zarodkowanie od mikrowżerów

Występuje w SWC (najczęściej) stali stabilizowanych wskutek rozpuszczenia TiC, NbC, TaC i wtórne

wydzielenie CrxCy.

PREn=Cr+3,3Mo+30N

Odporność większa dla większego PREn

Faza σ i ferryt δ

Dla 40-60% Cr w temp 600-800C tworzy się FeCr(σ) . sieć tetragonalna- około 30 atomów na komórkę

elementarną. Faza sigma ma dużą twardość i kruchość.

Na szybkość tworzenia σ wpływa:

Istnienie ferrytu δ, obecność naprężeń (zgniotu na zimno), miejscowe nagrzewanie (spawanie),

obecność Cr, Mo, Si, Ti, Nb.

Skutki występowania fazy σ: kruchość na zimno (niska udarność), skłonność do korozji)

Zapobieganie: mała energia liniowa, unikanie przegrzewania nawet krótkotrwałego, unikanie

powtórnego nagrzewania do 600-850 C, ograniczenie δ.

Pękanie na gorąco

Występuje : w spoinie, czasem w SWC, jako międzykrystaliczne, głównie dla struktury czysto

austenitycznej.

Sposoby zapobiegania: spoiwa o strukturze austenityczno- ferrytycznej (δ=3-15FN), ogólne znane

sposoby wynikające z mechanizmu pękania gorącego, głownie przez kształtowanie przekroju spoiny-

stosunek szerokości do głębokości spoiny =1-1,5.

Pomiary zawartości ferrytu δ: metalograficzne, magnetyczne.

Skale zawartości (miary): %zawartość ferrytu, FN- liczba ferrytowa

Trawienie i pasywacja stali Cr-Ni

Konstrukcje spawane, rurociągi i zbiorniki

Normy i przepisy do projektowania konstrukcji spawanych

PN-90/B- 03200- Konstrukcje stalowe. Obliczenia statyczne i projektowanie”

Połączenia spawane

Materiały:

• Kształtowniki, blachy i rury należy przyjmować wg zaleceń normy

• Materiały inne niż wymienione w normie powinny posiadać aprobaty, znak bezpieczeństwa i

atesty

• Połączenie należy projektować stosownie do warunków wytwarzania, transportu, montażu i

eksploatacji

• Połączenia powinny mieć zapewnioną nośność, sztywność i zdolność do odkształceń

plastycznych

• Spiętrzenia naprężeń powinny być jak najmniejsze
• Rodzaj wymiary i jakość połączeń spawanych powinny być jednoznaczne określone w

dokumentacji

• Połączenia blach cienkich (t<3mm) powinny być projektowane wg odrębnych przepisów.
• Liczba połączeń spawanych powinna być ograniczona do minimum
• Musi być zapewniony właściwy dostęp w celu umożliwienia wykonania połączenia

spawanego

• Unikać krzyżowania się spoin, w wew. narożnikach kształtowników, oraz w strefie zgniotu na

zimno

• Grubość spoin czołowych przyjmuje się jako równą grubości cieńszej z łączonych części
• Długość spoin czołowych należy przyjmować jako długość rzeczywista pomniejszoną o

długość kraterów

• Grubość spoin pachwinowych należy przyjmować :

 0,2t

2

ale nie więcej niż 10mm i nie mniej niż 2,5mm

 0,7t

1

ale nie więcej niż 16mm

Gdzie t

1

grubość cieńszego elementu a t

2

grubość większego

Długość obliczeniowa spoin pachwinowych przyjmuje się jako sumę ich długości spoin.

PN-82/S- 10052

„Obiekty mostowe. Konstrukcje stalowe. Projektowanie”

• Połączenia powinny być projektowane w taki sposób aby maksymalnie ograniczyć spiętrzenie

naprężeń

• Unikać nadmiernego skupiania spoin w połączeniu
• Unikać stosowania spoin w strefie zgniotu na zimno
• Unikać stosowania spoin w miejscach trudnodostępnych
• Unikać stosowania nakładek
• Stosować łagodne przejścia przekrojów
• Grubość spoin czołowych przyjmuje się równą grubości cieńszego elementu
• Długość spoin czołowych przyjmuje się jako długość rzeczywistą bez kraterów
• Grubość spoin pachwinowych przyjmuje się nie mniejszą od 0,2g

1

i nie większą od 0,7g

1

przy

czym musi być większa od 4mm

• Nie należy stosować spoin przerywanych

PN-88/M- 06516

„Dźwignice. Złącza spawane w stalowych ustrojach nośnych dźwignic”

• Połączenia powinny być projektowane w taki sposób aby maksymalnie ograniczyć spiętrzenie

naprężeń

• Należy unikać połączeń czołowych w kształtownikach przenoszących naprężenia rozciągające
• Unikać nadmiernego skupiania spoin w połączeniu
• Unikać stosowania spoin strefie zgniotu na zimno
• Unikać stosowania spoin w miejscach trudnodostępnych
• Unikać stosowania nakładek
• Stosować łagodne przejścia przekrojów
• Stosować styki o płaszczyźnie przekroju prostopadłej do osi łączonych elementów
• Nie stosować spoin przerywanych
• Unikać stosowania w jednym przekroju połączeń mieszanych (śrubowych i spawanych)
• Stosować minimalną ilość spoin montażowych

Przepisy Dozoru Technicznego

DT-UT-90/W0-W/11 „Wytwarzanie- spawanie”

• Należy stosować minimalną ilość spoin
• Rozmieszczenie spoin powinno zapewniać:

 Wykonanie spoin wg wszystkich ustalonych wymagań
 Przeprowadzenie ewentualnej miejscowej obróbki cieplnej
 Przeprowadzenie kontroli jakości wszystkimi przewidzianymi metodami

• Przy spawaniu elementów o różnej grubości należy stosować fazy o kącie nie większym od

15

0

• Spoiny wzdłużne poszczególnych dzwon powinny być przesunięte nie mniej niż 100mm

• Odległość między osiami złączy obwodowych nie powinna być mniejsza od trzykrotnej

grubości ścianki i nie mniejsza od 100mm.

• Odległość brzegu blachy spoiny czołowej od brzegu spoiny złącza kątowego nie powinna być

mniejsza od grubości elementu dodatkowego i nie mniejsza od 100mm

• Nie wolno umieszczać króćców na giętych odcinkach rur
• Złącza obwodowe rur powinny być umieszczone na prostych odcinkach (za wyjątkiem kolana)

w odległości od zakończenia łuku nie mniejszej od 100mm

• Odległość osi otworów od brzegów spoin głównych nie powinna być mniejsza od 0,9

średnicy otworu

• Przy projektowaniu dennic spawanych spoiny powinny być rozmieszczone w przekrojach

równoleżnikowych lub wzdłuż cięciwy.

Pr PN- EN 286-1

„Proste nieogrzewane płomieniem zbiorniki ciśnieniowe na powietrze lub azot. Zbiorniki

ciśnieniowe ogólnego przeznaczenia”

• Złącza o niepełnym przetopie są niedopuszczalne (za wyjątkiem króćców, den płaskich oraz

kołnierzy przy czy muszą być one mocowane za pomocą dwóch spoin)

• W przypadku mocowania króćców spoinami niepełnymi muszą one mieć grubość równą co

najmniej 0,7 grubości najcieńszego z elementów

• Króćce można uwzględniać jako wzmocnienie korpusu głównego o ile są one mocowane do

płaszcza spoinami dwustronnymi (mogą to być spoiny niepełne lub pachwinowe)

• Jeżeli płaszcz zbiornika wykonywany jest z więcej niż jednego dzwona, osie spoin wzdłużnych

powinny być przesunięte między sobą o co najmniej 50mm

• Otwory w płaszczu walcowym należy umieszczać możliwie najdalej od złączy spawanych
• Nie wolno wykonywać jakichkolwiek otworów w złączu spawanym
• Odległość między dowolnymi spoinami liczona od skraju przygotowania krawędzi nie może

być mniejsza od czterokrotnej grubości złącza

• Odległość jakiejkolwiek spoiny od spoiny obwodowej nie może przekraczać odległości

określonej zależnością a= (De)

1/2

gdzie a- odległość dowolnej spoiny od spoiny obwodowej

[mm], D- średnica zbiornika, e- grubość płaszcza zbiornika

Niezgodności spawalnicze

Niezgodność spawalnicza może być uznana za niezgodność dopuszczalną gdy wymiar niezgodności

nie przekracza wymiaru granicznego, który jest określony w oparciu o odpowiednią normę, przepis

lub kryteria ustalana indywidualnie. Dopiero niezgodność spawalniczą przekraczającą ustalony

wymiar graniczny nazywa się wadą.

Niezgodności występujące w złączach spawanych zostały opisane w normie PN- EN ISO 6520.

Niezgodności sklasyfikowano w niej w 6 podstawowych grupach, zależności od przyczyn

powstawania, rodzaju, kształtu.

Są to: pęknięcia, pustki, wtrącenia stale, przyklejenia i braki przetopu, niezgodności spawalnicze

dotyczące kształtu.

Klasyfikacja ze względu na położenie: zewnętrzne i wew.

Zew- czyli takie, których choćby część można zaobserwować na powierzchniach zew. Złącza

występujących w licu , grani, SWC lub w MR

Wew- czyli niewychodzące na powierzchnię złącza lub które nie są bezpośrednio dostępne, których

nie da się stwierdzić stosując badania VT, LT lub PT.

Klasyfikacja ze względu na wielkość: makroskopowe- widoczne okiem nieuzbrojonym lub przy pow.

25razy; mikroskopowe- badania metalograficzne.

Ze względu na przyczyny występowania:

• Powstałe na skutek niewłaściwego przebiegu procesu spawania np. niezgodności kształtu,

przetopu, przyklejenia, wtrącenia niemetaliczne lub metaliczne

• Mające charakter metalurgiczny- pęknięcia, mikropęknięcia, pustki powstałe na skutek

skurczu jeziorka spawalniczego, pustki gazowe, niejednorodność składu chemicznego

• Wynikłe z błędów popełnionych w fazie projektowania- nadmierna koncentracja naprężeń i

poziom naprężeń w węzłach; nieodpowiedni rodzaj złączą do charakteru obciążenia np.

dynamicznego.

Występowanie niezgodności w złączach zmniejsza przekrój czynny, co obniża zdolność do

przenoszenia obciążeń projektowych. W wyniku działania karbu wytworzonego przez niezgodność

spawalniczą można spodziewać się koncentracji naprężeń. Mogą one doprowadzić do przekroczenia

krytycznego poziomu naprężeń i w konsekwencji do pęknięć eksploatacyjnych: kruchych,

zmęczeniowych lub korozyjnych.

Biorąc pod uwagę skłonność do powstawania pęknięć w wyniku oddziaływania niezgodności

spawalniczych można wyróżnić 2 grupy:

• Wew (objętościowe)- np. pustki gazowe, wtrącenia stałe, które w mniejszym stopniu niż

niezgodności płaskie są przyczyną powstawania pęknięć ze względu na równomierny kształt

niezgodności;

• Płaskie (tworzące płaszczyzny w przestrzeni)- np. pęknięcia, przyklejenia, brak przetopu,

które są ostrymi koncentratorami naprężeń w znacznym stopniu zwiększają ryzyko

powstania pęknięć eksploatacyjnych(kruchych, zmęczeniowych).

Wymiary graniczne niezgodności występujących w złączach spawanych- PN-EN ISO 5817.

Pęknięcia- najbardziej niekorzystne dla złączy spośród wszystkich niezgodności i muszą być usunięte.

Można je charakteryzować ze względu na położenie w złączy spawanym oraz jego kształt.

Do pęknięć powstających w procesie spawania zalicza się: pęknięcia gorące, zine, lamelarne oraz

pęknięcia wynikające z powtórnego nagrzania tzw. pęknięcia wyżarzeniowe .

Pęknięcia ze względu na lokalizację można podzielić na usytuowane w spoinie, w SWC oraz w MR.

W zależności od kształtu można wyróżnić pęknięcia podłużne tj. przebieg równoległy do osi spoiny

oraz w kierunku prostopadłym zwane pęknięciami poprzecznymi. Występują także których nie można

zakwalifikować jako podłużne ani poprzeczne czyli promieniowe.

Pęknięcia wg PN-EN ISO 6520 oznaczenie 100

Naprawa złącza w którym występuje pęknięcie może być przeprowadzona przez jego całkowite

usunięcie, najlepiej szlifowanie lub inną obróbkę mechaniczną i ponowne spawanie. Spawanie

powinno odbywać się zgodnie z właściwą procedurą naprawy.

Przyklejenia – jest brakiem ciągłości metalicznej, czyli nie doszło w danym miejscu do stopienia

powierzchni jednego z metali łączonych. Nieciągłość pomiędzy spoiną a materiałem spawanym

nazywa się przyklejeniem brzegowym lub między ściegami/ warstwami przyklejeniem

międzyściegowym/ między warstwowym.

Jeżeli występuje w grani to przyklejenie graniowe.

Stanowią ostre karby geometryczne, spiętrzające naprężenia.

Czynniki, które mogą doprowadzić do powstania przyklejeń : zbyt mała energia liniowa, napływanie

stopiwa na niedostatecznie nagrzany materiał podstawowy lub poprzedni ścieg spoiny,

nieprawidłowy, zwykle mały kąt rowka, niestabilności w jarzeniu się łuku, zbyt mała gęstość łuku,

ugięcie łuku, niewłaściwa technika prowadzenia elektrody, niesymetryczne odprowadzanie ciepła

podczas spawania elementów grubych z cienkimi, obecność tlenków, produktów korozji , żużla lub

zanieczyszczeń pochodzenia organicznego na pow zew w strefie spawania.

przyklejenia wg PN-EN ISO 6520 oznaczenie 400

naprawa złącza- całkowite usuniecie przez szlifowanie lub inną obróbkę mechaniczna i ponowne

spawanie. Brzegi wybrania mechanicznego takiego przyklejenia odpowiednio się ukosuje. Spawanie

zgodnie z kwalifikowaną procedurą naprawy.

Brak przetopu- gdy wykona się spoinę o głębokości mniejszej niż założona w projekcie. Może ona

wystąpić w grani spoiny jednostronnej lub dwustronnej oraz w złączach kątowych ze spoinami

pachwinowymi.

Można uważać to za niezgodność płaską odstęp między łączonymi elementami w miejscu

występowania tej niezgodności jest mały. Jest to groźna niezgodność kiedy wystąpi w złączu

jednostronnym. Powoduje wtedy niesymetryczne obciążenie złącza doczołowego i dodatkowe

naprężenia od zginania.

Przyczyny: mała energia liniowa, mała gęstość prądu w stosunku do średnicy elektrody, błędy w

ukosowaniu elementów do spawania np. zbyt wysoki próg lub niewłaściwy odstęp w grani,

niewłaściwą technikę spawania (zły kąt pochylenia elektrody, niestabilności wynikające ze zmiany

długości łuku.

Brak przetopu wg PN-EN ISO 6520 oznaczenie 402

Naprawianie złącza ze spoiną jednostronną polega na mechanicznym usunięciu spoiny lub poprzez

żłobienie i na wykonaniu spoiny z prawidłowym przetopem. Jeśli istnieje dostęp do grani można ją

wyszlifować lub żłobić, a następnie napawać. Technologia naprawy nie powinna odbiegać od tej,

która została wybrana do wykonania złącza.

Wtrącenia stałe- mogą występować wew. spoiny lub na jej pow. Mogą to być: żużel , pozostałości

topnika, tlenki metali, wtrącenia metalu obcego oraz żużle pochodzenia metalurgicznego tj siarczki

węgliki krzemiany, fosforki. Mogą wystąpić różnych miejscach spoiny, od grani do lica.

Przyczyny: wszelkie niestabilności jarzenia się łuku oraz w prowadzeniu elektrody w kierunku

poprzecznym do spawania, w chwili tworzenia się warstwy żużla, nieusunięte pozostałości żużla z

poprzedniego ściegu spoiny, zbyt duża energia liniowa spawania zmniejszająca lepkość ciekłego

metalu w jeziorku, która utrudnia wypływanie żużla na jego powierzchnię , zbyt duża szybkość

krzepnięcia jeziorka spawalniczego, obecność zanieczyszczeń metalurgicznych w MR lub MD, duża

gęstość żużla, kąt ukosowania brzegów niesprzyjający procesowi wypływania żużla na powierzchnię,

niewłaściwy skład gazu mieszanki osłonowej, brak ochrony jeziorka, niewłaściwy kierunek spawania i

kąt pochylenia elektrody lub uchwytu, utlenienie (upalnie) elektrody wolframowej.

Wtrącenia wg PN-EN ISO 6520 oznaczenie 300

Występujące w złączach punktowe wtrącenia nie są groźne. Wtrącenia płaskie mogą być znacznym

zagrożeniem dla złącza.

Należy je usunąć najlepiej mechanicznie.

Pustki- na skutek obecności różnego rodzaju gazów w łuku i jeziorku. Mogą pochodzić z atmosfery

gazowej łuku z MR lub MD oraz gazów powstających z zanieczyszczeń metalurgicznych tj. siarka,

siarczki ,tlenki metali.

Mogą występować w jednej warstwie spoiny, w wielu lub nawet na wskroś od grani aż do lica. w

obszarze grani najczęściej pęcherze podłużne . gniazda w okolicach warstw wypełniających.

Najgroźniejsze są pęcherze kanalikowe, łańcuchy pęcherzy i pęcherze podłużne.

Przyczyny: absorpcja gazów z otoczenia w strefie łuku oraz wilgoć zawarta w MR i MD, obecność

produktów korozji, zanieczyszczenia w strefie spawania, za mały lub za Duzy wydatek gazów

osłonowych który może powodować turbulencje gazów i zasysanie powietrza do osłony łuku,

drobnokroplowe przenoszenie metalu w łuku, mała energia liniowa prowadząca do powstania

pęcherzy kanalikowych, za duża energia liniowa- pęcherze kuliste, duża lepkość stopiwa w jeziorku

spawalniczym, brak osłony gazowej w miejscu spawania, zakłócenia długości łuku

Zapobieganie: stosować odtleniające dodatki stopowe i składniki otulin, stosować niskowodorowe

procesy spawania, wystarczające osłony gazowe, topnikowe, usuwać zanieczyszczenia ze strefy

spawania, suszyć i odpowiednio przechowywać MD

Pustki wg PN-EN ISO 6520 oznaczenie 200, 201- pustka gazowa

Pustki wew nie są tak groźne jak te wychodząc na pow. Naprawa całkowite mechaniczne usunięcie

np. przez szlifowanie i ponowne spawanie

Niezgodności kształtu i wymiarów złącza- dotyczą niewłaściwego kształtu zew. Pow. Spoiny lub

niewłaściwej geometrii lub wymiarów złącza spawanego.

Przyczyny: niewłaściwe parametry spawania, nieprawidłowe wzajemne ustalenie elementów

spawanych i ich zamocowanie, niewłaściwa kolejność i kierunek spawania, niedbałość spawacza.

Usuwanie: napawanie dodatkowej warstwy na istniejącą spoinę, usunięcie nadmiaru metalu w

spoinie przez żłobienie i ponowne spawanie, prostowanie złącza (termiczne lub na zimno).

Niezgodności te stanowią pokaźną grupę-24 typy

Niezgodności kształtu i wymiarów złącza wg PN-EN ISO 6520 oznaczenie 500

Inne niezgodności spawalnicze- które nie wpływają znacząco na wytrzymałość złącza lub decydują o

estetyce

wg PN-EN ISO 6520 oznaczenie 600

Zestaw 14

Niezgodności i metody ich wykrywania

Patrz zestaw 17 pytanie metody badań nieniszczących

Korozja chemiczna i elektrochemiczna

Patrz zestaw 29!!!

Projektowanie konstrukcji obciążonych dynamicznie

Mosty PN-EN 82/S-10052 „Obiekty mostowe. Konstrukcje stalowe. Projektowanie

Zasady obliczeń

Metoda stanów granicznych:

I stan graniczny nośności: sprawdzenie, czy zapewnione jest podczas budowy i eksploatacji

konstrukcji dostateczne bezpieczeństwo ze względu na wytrzymałość, stateczność i zmęczenie.

II stan graniczny użytkowania: sprawdzenie czy przemieszczenia i drgania konstrukcji nie ograniczają

możliwości normalnej eksploatacji.

Obliczenia wytrzymałości zmęczeniowej

Warunek wytrzymałości zmęczeniowej: R=σ/m

zm

Gdzie: σ- naprężenia od podstawowego układu obciążeń charakterystycznych [MPa], m

zm

-

współczynnik zmęczeniowy, R- wytrzymałość obliczeniowa [MPa]

Obliczenie współczynnika zmęczeniowego m

zm

݉ݖ݉ ൌ

௖

ሺ௔ఉା௕ሻିሺ௔ఉି௕ሻఘ

Gdzie a, b, c- współczynniki

Β- wsp. Wrażliwości na działanie karbu

ρ=σ

min

/σ

max

σ

min

, σ

max

- naprężenia od obciążeń charakterystycznych w przekroju z uwzględnieniem wsp. Dyn.

Konstrukcje budowlane

Obowiązek sprawdzenia konstrukcji na zmęczenie występuje w przypadku kiedy sumaryczna liczba

cykli naprężeń wynosi 10

4

(PN-90/B- 03200)

Zakres zmienności naprężeń

Δσ= σmax –σmin- dla naprężeń normalnych

Δτ= τmax –τmin- dla naprężeń stycznych

Dla naprężeń przemiennych lub tylko ściskających

Δσ=Δσt+ 0,6Δσc Δσt, Δσc- zakresy zmienności naprężeń rozciągających i ściskających

W przypadku niejednorodnego widma obciążeń zakres zmienności oblicza się z zależności

Δσe=α*maxΔσ lub Δτe=αk*maxΔτ; maxΔτ, maxΔσ- maksymalny zakres zmienności naprężeń

αk- współczynnik niejednorodności widma

wytrzymałość zmęczeniowa

Δσr=0,735Δσc*(5*10

6

/N)

1/m

>=Δσl

m=3 dla N<=5*10

6

i m =5 dla N>5*10

6

Δτr=Δτc*(2*10

6

/N)

1/5

>=Δτl

Δσc, Δτc – kategoria zmęczeniowa

Δσl, Δτl- trwała wytrzymałość zmęczeniowa

Dźwignice

I stan graniczny jest określony:

• Zniszczeniem przekroju na skutek przekroczenia granicy wytrzymałości materiału
• Odkształceniami trwałymi na skutek przekroczenia Re materiału
• Utratą stateczności na skutek przekroczenia naprężeń krytycznych

II stan graniczny jest określony:

• Powstaniem pęknięć i uszkodzeń na skutek przekroczenia wytrzymałości zmęczeniowej

III stan graniczny jest określony:

• Wystąpieniem nadmiernych drgań i przemieszczeń uniemożliwiających ???????

PN-79/M- 06515- Dźwignice. Podstawowe zasady wymiarowania stalowych ustrojów dźwignic.

Warunek wytrzymałości

Dobór przekroju

Iσ

o

(τ

0

) I<= R

0

/m σ

o

(τ

0

)- największe wartości naprężeń normalnych i stycznych wywołanych

obciążeniami obliczeniowymi.

m- współczynnik stateczności (wyboczeniowy, zwichrzenia, stateczności miejscowej)

wytrzymałość obliczeniowa spoin

R

s

=R

0

*s s- współczynnik zależny od rodzaju naprężeń występujących w spoinie

Czołowe- ściskanie i ściskanie z rozciąganiem s=1

Czołowe- rozciąganie przy zapewnionej kontroli metodami fizycznymi s=1, zgrubnymi s=0,8

Czołowe ścinanie s=0,6

Pachwinowe ścianie s=0,7

Współczynnik zmniejszający wytrzymałość obliczeniową dla spoin:

 Pułapowych 0,8
 Pachwinowych wykonywanych pod kątem 60-80

0

 Czołowych bez podpawania
 Montażowych kontrolowanych metodami zgr. 0,9

Warunek trwałości

Iσ(τ)I<=R

z

Iσ(τ)- największe naprężenie normalne lub styczne wywołane obciążeniami normowymi

bez współczynników stateczności R

z

- wytrzymałość zmęczeniowa

Wytrzymałość zmęczeniowa złączy spawanych zależy od następujących czynników: rodzaju karbu,

współczynnika asymetrii cyklu, grupy natężenia pracy

Współczynnik asymetrii cyklu σmin/σmax

Grupa natężenia pracy dźwignicy – dobierana jest na podstawie klasy liczby cykli N

i

oraz klasy

obciążenia P

i

.

Klasa liczby cykli

zakres liczby cykli zmian naprężeń

N1

N<=2*10^5

N2

2*10^5<N<=6*10^5

N3

6*10^5<N<=2*10^6

N4

2*10^6<N<=6*10^6

N5

6*10^6<N<=2*10^7

N6

N>2*10^7

Klasa obciążenia dla połączeń spawanych

P1 Kp<=0.28

P2 0,28<Kp<=0.49

P3 0,49<Kp<=0.74

P4 0,74<Kp<=1

ZSADY PROJEKTOWANIA ZŁĄCZY SPAWANYCH:

ZASADY OGÓLNE

• Minimalny wpływ karbu
• Symetryczne rozmieszczanie spoin
• Unikać przeprojektowania spoin w miejscach trudnodostępnych
• Unikać nadmiernego skupiania spoin
• Unikać spoin w strefie zgniotu na zimno
• Unikać złączy doczołowych z nakładkami

SPOINY W ZŁĄCZACH DOCZOŁOWYCH I TEOWYCH

• Grubość obli „a” równa grubości elementów cieńszych
• Dług. Obl. „l” równa szerokości elementów
• Spoiny powinny być wyprowadzone na płytki wybiegowe
• Przy łączeniu blach różnej grubości należy stosować pochylenie 1:3, a przy symetrycznych 1:2

SPOINY PACHWINOWE

• Grubość obliczeniowa „a

obl

”=a

• Przy spawaniu z dużym wtopieniem dopuszcza się: a

obl

=1,3a dla spoin jednowarstwowych,

a

obl

=a +2mm

• Maksymalna grubość = 0,7 grubości cieńszej blachy lub w złączach krzyżowych= 0,5 grubości

środnika

• Minimalna grubość =0,2 grubości cieńszej blachy lub 2mm
• Unikać złączy doczołowych kształtowników w strefie rozciąganej
• Unikać spoin przerywanych w konstrukcjach: grupy 5U i 6U, wykonywanych ze stali spw o

dużym zagrożeniu korozyjnym, z nagłymi zmianami przekroju

• Odpowiednio projektować złącza spawano- śrubowe
• Ograniczyć liczbę spoi montażowych
• Długość obliczeniowa wszystkich spoin o ile nie są krótsze od 40mm i spełnione jest

15a<l<100a przy spoinach ciągłych podłużnych, 10a<l<100a przy spoinach ciągłych

podłużnych i poprzecznych

Ciąg dalszy materiały z Gliwic rozdział 3.9 od strony 41

Zestaw 19

Spawanie prętów zbrojeniowych

Klasa A-0-: pręty zbrojeniowe walcowane na gorąco ze stali węglowej zwykłej jakości. Spawalność

bardzo dobra

Klasa A-I: pręty zbrojeniowe walcowane na gorąco ze stali węglowej konstrukcyjnej zwykłej jakości.

Spawalność bardzo dobra.

Klasa A-II: pręty zbrojeniowe walcowane na gorąco ze stali niskostopowej 18G2 i ze stali kontr.

Zwykłej jakości. Spawalność dobra

Klasa A-III: pręty zbrojeniowe walcowane na gorąco ze stali niskostopowej. Spawalność dostateczna

Klasa A-IIIN: pręty zbrojeniowe walcowane na gorąco ze stali niskostopowej. Spawalność dostateczna

Łączenie prętów za pomocą spawania wymagania ogólne

Za pomocą spawania mogą być połączone pręty ze stali spawalnych. Spawalność stali określają jej

własności podane w normie hutniczej PN-89/H-84023/06 „stal określonego zastosowania.. stal do

brojenia betonu. Gatunki”

Stale klasy A-0, A-I, A-II, A-III i A-IIIN są spawalne.

Przy spawaniu stali klasy A-IIIN należy zachować warunki umożliwiające poprawne wykonanie złączy

W obiektach mostowych kolejowych należy stosować wyłącznie połączenia czołowe prętów.

W obiektach mostowych drogowych dopuszcza się również stosowanie innego rodzaju połączeń

spawanych prętów.

Rodzaje stosowanych połączeń prętów: czołowe, nakładkowe spoiny dwustronne, nakładkowe spoiny

jednostronne, zakładkowe spoiny jednostronne, zakładkowe spoiny dwustronne, czołowe

wzmocnione spoinami bocznymi z blachą półkolistą, czołowe wzmocnione jednostronną spoiną z

płaskownikiem, czołowe wzmocnione dwustronną spoiną z płaskownikiem, zakładowe wzmocnione

jednostronną spoiną z płaskownikiem, czołowe wzmocnione dwustronną spoiną z mniejszym bokiem

płaskownika.

Wytrzymałość złączy spawanych prętów zbrojeniowych- nośność

1. W połączeniach czołowych nośność należy obliczać przy założeniu 80% wytrzymałości prętów

przy rozciąganiu oraz 100% przy ściskaniu.

W konstrukcjach obiektów mostowych kolejowych zaleca się łączenie prętów zbrojenia

spoinami czołowymi co najmniej 2 klasy spawalniczej badanymi radiograficznie na całej

długości, które dopuszcza się obliczać na 100% wytrzymałości na rozciąganie i ściskanie.

2. W połączeniach nakładkowych przyjęto do obliczania długości spoiny dwustronnej wysokość

obliczeniową spoiny 1,0d, a grubość obliczeniową a<=0,3d

3. W nakładkowych spoinach jednostronnych grubość spoiny należy przyjąć wg tablicy, a

długość spoiny każdej strony styku dwukrotnie większą od podanej w tablicy

4. W połączeniach zakładkowych ze spoiną jednostronną należy przyjmować l

s

=10d

5. W połączeniach zakładkowych ze spoiną dwustronną należy przyjmować l

s

=5d

6. W połączeniach czołowych wzmocnionych spoinami bocznymi z blachą półkolistą wymiary

połączenia w zależności od średnicy pręta i wymiarów blachy należy stosować wg tablicy 2

7. Dla połączenia czołowego wzmocnionego płaskownikiem z jednostronną spoiną bocznąnelży

przyjąć l

s

>=4d

8. Dla polaczenia czołowego z dwustronną spoiną boczną z płaskownikiem należy przyjąć

grubość wg tablicy 1 oraz długość l

s

=2d

9. Dla połączenia zakładkowego wzmocnionego jednostronnymi spoinami z płaskownikiem

grubość spoiny należy przyjąć wg pkt. 3 a długość spoin dwukrotnie większą niż w pkt. 3

10. Dla połączenia czołowego wzmocnionego dwustronną spoiną z mniejszym bokiem

płaskownika wymiary spoiny należy przyjąć wg pkt.3

Tworzywa sztuczne, rodzaje, sposób łączenia

Tworzywa sztuczne- mieszaniny związków wielocząsteczkowych, zwanych popularnie polimerami

syntetycznymi, mających dużą liczbę atomów lub grup atomowych w postaci długich łańcuchów

molekularnych rzadko uporządkowanych, ze związkami pomocniczymi tj. wypełniaczami,

pigmentami, barwnikami, plastyfikatorami, stabilizatorami czy środkami zmniejszającymi palność

Mer- baza budowanego bloku centralnego łańcucha molekularnego

Monomer- grupa merów jednego tupu

Komer- grupa merów różnego typu

Grupa merów (monomerów) poddana procesów syntezy tworzy polimer o budowie łańcuchowej.

Każdy łańcuch polimerowy zbudowany jest z kręgosłupa centralnego oraz z bocznych odgałęzień,

które łączą centralne kręgosłupy łańcuchów ze sobą tworząc w całości gęstą siatkę przestrzenną.

Podział tworzyw sztucznych

Tworzywa termoplastyczne, termoutwardzalne, chemoutwardzalne

Termoplastyczne- są to substancje wysokopolimeryczne, które miękną i stają się plastyczne w

podwyższonej temp. i w tym stanie mogą przebywać, dając się kształtować. Po ostudzeniu zachowują

nadane im kształty i odzyskują pierwotne własności, przy czym cykl uplastycznienia pod wpływem

temp. może być powtarzany kilkakrotnie.

Polimeryzacja- jest polireakcją łańcuchową zachodzącą dzięki obecności wiązań nienasyconych lub

wskutek rozerwania nietrwałego pierścienia monomeru bez wydzielania produktów ubocznych i bez

przegrupowania atomów.

Tworzywa termoutwardzalne- pod wpływem wzrostu temp. następuje najpierw ich ukształtowanie a

następnie utwardzenie. Nie jest możliwe ich powtórne przetwarzanie. Typowym przykładem jest

bakelit.

Tworzywa chemoutwardzalne zbudowane na bazie żywic epoksydowych i włókna szklanego. Przy ich

przetwórstwie zachodzi reakcja chemiczna w wyniku której następuje zestalenie włókna szklanego z

żywicą. Nie nadają się do powtórnego przetwarzania.

Rodzaje tworzyw sztucznych termoplastycznych:

Najczęściej stosowane w technice tworzywami termoplastycznymi są:

 Polichlorek winylu- PCV
 Polietylen- PE
 Polipropylen- PP
 Polo fluorek winilidenu – PVDF

PCV- tworzywo amorficzne wytwarzane z gazowego chlorku winylu w procesie polimeryzacji.

Rozróżnia się dwa gatunki PCV:

Twardy PCV- gdy materiał nie zwiera żadnych zmiękczaczy

Miękki PCV- gdy materiał zawiera zmiękczacze (plastyfikatory)

Wadą PCV jest jego kruchość niskich temp, stąd np. rurociągi wodne muszą być prowadzone poniżej

przemarzania ziemi.

Najczęstsze zastosowania: przewody nawiewne, wywiewne do odciągania gazów o średnicach

>150mm, doprowadzenia wodne do nawadniania, uszczelnienia budowlane, uszczelnienia kanałów,

wykładanie ich płytami z następnym spawaniem, rynny dachowe, w przemyśle motoryzacyjnym deski

rozdzielcze, kły zderzaków, podkładki pod akumulatory, podłokietniki, przewody do paliwa i płynu

hamulcowego.

PE- otrzymywane przez polimeryzację etylenu

5 rodzajów PE:

 LPDE- niskiej gęstości, produkowany metodą wysokociśnieniową
 MPDE- średniej gęstości, produkowany metodą średniociśnieniową
 HPDE- wysokiej gęstości, produkowany metodą niskociśnieniową
 LDPE- liniowy niskiej gęstości
 VPE- sieciowa

Najczęściej używane 3 pierwsze rodzaje. Zalety: duża wytrzymałość mechaniczna, elastyczność,

odporność na większość ciekłych i gazowych substancji chemicznych, eliminacja zabezpieczeń

antykorozyjnych, obojętność fizjologiczna tworzywa, duża odporność na niskie temp. PE jest

tworzywem ekologicznym nie wprowadza żadnych zanieczyszczeń. Każdy odpad PE może być łatwo

przerobiony ponownie na inny wyrób.

Najczęstsze zastosowanie LPDE- rury przeznaczone do transportu wody i substancji chemicznych,

MDPE- rury przeznaczone do transportu gazu, wody(zamarzanie wody nie powoduje żadnych

uszkodzeń), oraz substancji chemicznych, HDPE- rury do transportu gazu wody, oraz substancji

chemicznych. Opakowania świeżych artykułów spożywczych, filtry powietrza, korki i zakrętki

akumulatorów, zbiorniki płynów do czyszczenia szyb, zbiorniki płynu hamulcowego.

Polipropylen PP- otrzymywany przez polimeryzację propylenu. Odpowiedni dobór parametrów

polimeryzacji pozwala regulować masę cząsteczkową polipropylenu.

Rodzaje:

PPH- homopolimer

PPB- blokowy

PPR- przypadkowo usieciowany

Zastosowanie:

 Instalacje i rurociągi wodne
 Podzespoły, obudowy, kształtki w przemyśle elektrycznym, izolacyjne w przemyśle

elektromechanicznym

 Izolacja w przemyśle kablowym, opakowania w przemyśle farmaceutycznym, spożywczym i

medycynie

 Obudowy i podzespoły urządzeń AGD

PVDF- bardzo szeroki zakres temp pracy od -40 do +140, posiada dobre własności mechaniczne i

wysoką odporność chemiczną.

Materiał czysty, nie zawierający żadnych dodatków stabilizacyjnych takich jak: środki poślizgowe czy

zmniejszające palność materiału. Z uwagi na fakt, że PVDF to materiał o wysokiej czystości, ale

jednocześnie dosyć kosztowny, nie jest stosowany powszechnie, a jedynie tam gdzie zachodzi

konieczność budowy instalacji o wysokiej czystości.

Wymagania takie muszą spełniać instalacje wykonywane w przemyśle farmaceutycznym,

spożywczym oraz instalacja szpitalna

Inne tworzywa- przeznaczenie

ABS – (akrylobutadien styrenu)- obudowy komputerów, drukarek,

PMMA- (polimetakrylan metylu)- świtała odblaskowe

POM- (polioksymetylen)- przekładnie, naczynia

PS- (polistyren)- kubki, naczynia

PA-(poliamid)- obudowy urządzeń AGD, panewki, łożyska

PC- (poliwęglan)- osłony lamp i przekaźników szyby

PU- (poliuretan)- obuwie sportowe, pianki usztywniające i izolacyjne

Typ połączeń: rozłączne i nierozłączne

Nierozłączne:

1. Klejenie

2. Zgrzewanie

 Doczołowe
 Mufowe
 Elektrooporowe
 Gorącym klinem
 Tarciowe
 Ultradźwiękowe
 Przy użyciu promieni podczerwonych

3. Spawanie

 Gorącym powietrzem
 Ekstruzyjne

Nie wszystkie tworzywa termoplastyczne dają się łączyć poprzez klejenie. Polietylen oraz PP nie łączy

się w zasadzie poprzez klejenie. Natomiast bardzo dobrze łączą się materiały wykonane z PCV przy

użyciu kleju agresywnego, reagującego z materiałami łączonymi.

Zgrzewanie doczołowe- polega na bezpośrednim zgrzewaniu łączonych elementów przy pomocy

płyty grzejnej (podgrzanej wcześniej do odpowiedniej temp.) z następnym dociśnięciem do siebie

elementów zgrzewanych. Podczas nagrzewania elementy są dociśnięte do płyty grzejnej, z której

przez wykorzystanie przewodnictwa cieplnego, ciepło jest dostarczane do brzegów łączonych

elementów.

Zasada zgrzewania doczołowego- zgrzewanie doczołowe z elementem grzejnym w postaci płyt jest

jedną z najczęściej stosowanych metod zgrzewania tworzyw sztucznych, szczególnie przy łączeniu rur

w zakresie średnic 50-650mm (do 1600mm). Proces może odbywać się ręcznie lub w sposób

częściowo zmechanizowany.

Podstawowe parametry: czas nagrzewania wstępnego do wystąpienia określonej wysokości wypływki

w zależności od grubości ścianki rury, docisk przy nagrzewaniu wstępnym, czas nagrzewania

właściwego, docisk przy nagrzewaniu właściwym, czas przestawiania elementu grzejnego, czas

narastania docisku do momentu osiągnięcia docisku zgrzewania, czas nagrzewania (chłodzenia)

równy dociskowi przy nagrzewaniu wstępnym, docisk podczas zgrzewania (chłodzenia), temp.

elementu grzejnego

Z wyżej wymienionych parametrów technologicznych zgrzewania doczołowego najistotniejszy wpływ

na jakość złączy mają: docisk przy nagrzewaniu wstępnym i podczas zgrzewania, czas nagrzewania

właściwego, temp elementu grzejnego.

Zgrzewanie z wykorzystaniem promieni podczerwonych- opracowana przez firmę Georg Fischer do

zgrzewania PVDF i PP. Różnice w stosunku do metody zgrzewania doczołowego z elementem

grzejnym polegają na:

 Bezdotykowym przekazywaniu energii cieplnej do elementów łączonych przy pomocy

promieni podczerwonych

 Definiowaniu w parametrach zgrzewania nie sił docisku nagrzanych elementów lecz drogi ich

wzajemnego przesunięcia i to z dokładnością rzędu 0,1mm

 Mikroprocesorowym sterowaniu przebiegiem całego procesu zgrzewania kontroli jego

prawidłowości i rejestrowaniu.

Efekt- złącza o bardzo dobrych parametrach, o dużej powtarzalności oraz znacznie mniejszej

wypływce niż przy zgrzewaniu z elementem grzejnym w postaci płyty. wada wysoki koszt zakupu

maszyny.

Nośnikami energii są fale elektromagnetyczne o zakresach fal od 800 do 40 000nm

Zgrzewanie polifuzyjne (mufowe)- wymaga starannego przygotowania powierzchni. Wierzchnia

warstwa powierzchni rury w miejscu łączenia musi być usunięta, a średnica rury skalibrowana.

Również wysokiej czystości wymaga się od złączki, którą przed zgrzewaniem przeciera się papierem

włóknistym. Metoda stosowana przy wykonywaniu instalacji wodnych i chemicznych z PP i PVDF. Do

średnicy 63mm realizowana ręcznie, powyżej zgrzewarki wyposaża się w odpowiednie

oprzyrządowanie.

Zasad zgrzewania- elementy grzejne są wymienne dla każdej średnicy rury i złączki. Temp

nagrzewania elementów grzejnych jest stała i wynosi 260. Elementy grzejne dla złączki i rury

posiadają niewielką zbieżność, wskutek tego przy zgrzewaniu następuje dokładne przyleganie rury do

złączki. Parametrem jest czas nagrzewania elementów zależny od grubości ścianki rur i złączek.

Zgrzewanie elektrooporowe- zdobyła popularność, różni się od poprzednich tym, że element grzejny

jest zintegrowany ze złączką w postaci spirali oporowej nawiniętej wew. Złączki. Metoda ma wiele

zalet główna z nich jest mała zależność czynnika ludzkiego oraz możliwość znacznej automatyzacji i

rejestracji przebiegu procesu. Wadą wysoki koszt złączek. Pozwala na łączenie rur do średnicy

400mm (630mm). Instalacje gazowe średniego ciśnienia i niskiego ciśnienia 4bary. Nie stosuje się do

instalacji chemicznych.

Zgrzewane gorącym klinem- stosowane do wykonywania złączy zakładkowych na elementach o

grubości do 2mm, a szczególnie zalecana do łączenia folii w zakresie grubości 0,1- 1,0mm. Łączone

powierzchnie są czyszczone, po czym składane na zakładkę. Między założone powierzchnie folii

wprowadza się nagrzane narzędzie w postaci klina który jest przesuwany wzdłuż zakładki, klin

uplastycznia powierzchnię folii. Za nagrzanym narzędziem, prowadzona jest rolka radełkowana

dociskająca do siebie uplastycznione powierzchnie.

Zgrzewanie tarciowe- połączenie elementów powstaje w wyniku działania docisku na powierzchni

części nagrzanych ciepłem tarcia. Proces kończy się zatrzymaniem procesu tarcia i włączeniem

docisku spęczania. Istotną rzeczą jest nieodmocowywanie części połączonych do momentu ich

ochłodzenia. Metodą tarcia można łączyć części wykonane z PCV, PMMA, PS, PE, PP, PA.

Zgrzewanie ultradźwiękowe- wypraski w strefie styku ulegają uplastycznieniu pod działaniem energii

drgań ultradźwiękowych. Po uplastycznieniu wywierany jest określony docisk na elementy łączone.

Siła docisku jest przykładana ręcznie lub mechanicznie. Zarówno siła docisku jak i energia drgań z

reguły działają w kierunku prostopadłym do łączonych powierzchni. Nagrzewanie tworzyw

termoplastycznych w strefie złącza odbywa się na drodze przemiany cieplnej w następstwie

zmiennych obciążeń ściskających spowodowanych przez energię przyłożonych drgań mechanicznych

o częstotliwościach w zakresie 20 do 70 KHz oraz przez zjawisko tarcia na łączonych powierzchniach.

Wykonuje się np. wirniki wentylatorów w desce rozdzielczej.

Spawanie gorącym powietrzem- metoda trudniejsza od zgrzewania. Do spawania używa się spoiwa

w postaci drutu o właściwościach zbliżonych do właściwości materiału podstawowego, a brzegi MR

są ukosowane tworząc rowek spawalniczy. Zarówno rowek jak i spoiwo są nagrzewane gorącym

powietrzem wypływającym z palnika, uplastyczniającym powierzchnie. Spoiwo jest wtłaczane w

rowek przy możliwie pionowym nacisku.

Odmianą tego spawania jest spawanie z dyszą szybkiego spawania. W metodzie tej na dyszę palnika

nakłada się specjalną końcówkę, przez którą prowadzone jest spoiwo w postaci drutu. Ten sposób

umożliwia szybsze wykonywanie złączy oraz ogranicza bezpośredni kontakt spawacza z spoiwem przy

układaniu złącza. Zastosowanie: łączenie rur, płyt, króćców zbiornikowych. Materiały stosowane do

spawania to PE, PP, PVC, PVDF z zakresie grubości 1-10mm

Spawanie ekstruzyjne- metoda spawania konstrukcji z tworzyw termoplastycznych, może być

procesem spawania ręcznego, względnie częściowo zmechanizowanego. Pozwala na połączenie w

sposób ciągły i szybki elementów konstrukcyjnych z materiałów o tych samych właściwościach. Do

spawania używa się spoiwa w postaci drutu lub granulatu. Brzegi MR są odpowiednio przygotowane-

ukosowane aby tworzyć rowek spawalniczy. Rowek jest podgrzany ciepłym powietrzem, aby

uplastycznić ścianki boczne rowka, a następne poprzez nakładkę formującą zostaje wtłoczone

uplastycznione spoiwo. Powietrze podgrzewające rowek powinno być pozbawione wilgoci, oleju,

tłuszczów oraz wszelkiego rodzaju wtrąceń.

Podstawowe warunki uzyskania dobrej jakości złączy są następujące:

1. Właściwe przygotowanie brzegów materiału podstawowego, montaż i zamocowanie

łączonych elementów

2. Kształt nakładki formującej dostosowany do kształtów i wymiarów rowka spawalniczego
3. Odpowiednie dla rodzaju materiału i grubości parametry spawania
4. Zachowanie czystości przy wykonywaniu spoiny .

Właściwe przygotowanie brzegów MR polega na ukosowani u brzegów w taki sposób aby po

dosunięciu do siebie dwóch powierzchni ukosowanych tworzyły one rowek spawalniczy. Kształt i

wymiary rowka uzależnione są od grubości materiału podstawowego. Odstęp między materiałami

przyjmuje się od 1 do 2mm ze względu na uzyskanie dobrego przetopu.

Wprowadzenie uplastycznionego materiału dodatkowego w rowek odbywa się za pomocą nakładki

formującej. Zadaniami nakładki są:

 Wyznaczenie drogi spawania
 Wywieranie nacisku na wytłoczone uplastycznione tworzywo do bocznych , ścianek rowka
 Formowanie i wygładzenie lica spoiny

Podstawowe parametry:

 Temp powietrza podgrzewającego brzegi łączonych elementów
 Temp. podgrzania materiału dodatkowego
 Prędkość podawania drutu
 Prędkość spawania

Dobór parametrów spajania

Zgrzewanie doczołowe

Podtawow parametry to temp. nagrzewania płyt grzejnej, czasy nagrzewania oraz chłodzenia, nacisk

jednostkowy podczas nagrzewania i chłodzenia

Temp nagrzewania płyty grzejnej dobier aisę w zleżnosci od rodzaju tworzywa:

PEHD: 200-225

PPH: 215- 245

PVDF: 225-255

PA: 255-300

Czas nagrzewania przyjmuje się w zależności od grubości elementu Tnag=10e [s] e- grubość elementu

zgrzewanego

Czas chłodzenia Tch=15e

Nacisk jednostkowy dobierany w zależności od grubości elementu oraz rodzaju tworzywa:

PEHD: 0,15-0,2 N/mm^2

PPH: 0,1- 0,17 N/mm^2

PVDF: 0,1- 0,25 N/mm^2

PA: 0,25-045 N/mm^2

Żeliwa, rodzaje

Żeliwo zawiera zwykle od ok.2 % do ok. 4% węgla.

W zależności od postaci w jakiej występuje węgiel rozróżnia się:

 Szare, w których węgiel występuje w postaci grafitu
 Białe, w których węgiel jest związany w cementycie
 Połowiczne (pstre), w których występuje grafit i cementyt.

Żeliwo białe jest materiałem bardzo twardym, kruchym i trudno obrabialnym i z tego względu nie

nadaje się na części konstrukcyjne. Stanowi produkt wyjściowy do produkcji żeliwa ciągliwego.

Żeliwo połowiczne nie znajduje bezpośredniego zastosowania. Niekiedy stosuje się jednak tzw.

Odlewy zabielone które na powierzchni posiadają strukturę żeliwa białego, następnie połowicznego,

a rdzeń ma strukturę żeliwa szarego.

Ze względu na kształt grafitu, żeliwa węglowe dzieli się na:

Postać płatków- żeliwo szare zwykłe i modyfikowane

Postać kulista- żeliwo sferoidalne

Postać kłaczkowatych skupień- żeliwo ciągliwe

Oznaczenie żeliwa szarego węglowego, zwykłego i modyfikowanego wg PN-92/H-83101

PN-EN 1561 odlewnictwo. Żeliwo szare

Oznaczenie żeliwa ciągliwego wg PN-92/H83123

PN-EN 1562. Odlewnictwo. Żeliwo ciągliwe.

Żeliwa stopowe- oznaczenie wg PN-88H-83144

Zestaw 13

Zgrzewanie tarciowe

Metoda spajania charakteryzująca się tym, że połączenie części powstaje w wyniku działania docisku

spęczania na powierzchnie części nagrzanych ciepłem tarcia.

Parametry:

• Prędkość obrotowa tarcia n- jest dobierana w zależności od rodzaju materiału i wymiarów

przedmiotów zgrzewanych i waha się w granicach od 400 do 10000 obr/min

• Siła docisku tarcia Pt- wpływa na prędkość nagrzewania obszaru styku i jest dobierana w

zależności od własności mechanicznych zgrzewanych metali, dla większości zgrzewanych

materiałów docisk jednostkowy tarcia w granicach od 20- 200 MPa

• Czas tarcia t- zwykle od 1- 40 sek, czas trwania etapu tarcia reguluje się często automatycznie

według ustalonego skrócenia elementów zgrzewanych aby wyeliminować wpływ w różnicy w

przygotowaniu na jakość złącza i powtarzalność wyników

• Siła docisku spęczania Ps- zależy od żarowytrzymałości zgrzewanych materiałów i

wymaganego stopnia zgniotu, powinien wynosić w granicach 120- 250% wielkości siły tarcia

• Czas spęczania- wynosi zwykle kilka sekund

Zakres stosowania zgrzewania tarciowego

• Łączenie metali konstrukcyjnych niestopowych i stopowych
• Łączenie wielu gatunków stali narzędziowych nierdzewnych kwasoodpornych żaroodpornych
• Łączenie miedzi i aluminium, tytanu i niektórych stopów niklu

Zgrzewa się zarówno półfabrykaty w postaci odcinków prętów, rur, odkuwek

Zastosowanie: w seryjnej produkcji elementów konstrukcyjnych samochodów osob. I ciężar,

motocykli, rowerów, przekładni zębatych itd.

Zalety: szeroka gamma zgrzewanych materiałów. Dobra jakość połączeń przy zgrzewaniu materiałów

różnoimiennych, wysoka jakość złączy, możliwość zgrzewania elementów o różnych przekrojach i

średnicach, wysoka wydajność zgrzewania do 600 złączy/h, możliwość kształtowania elementów w

procesie zgrzewania, prosta obsługa urządzeń i łatwość automatyzacji

Wady: w przemysłowych zastosowaniach metoda stosowana do zgrzewania elementów o symetrii

obrotowej, możliwość zastosowania tylko do elementów o odpowiedniej sztywności, ograniczona

długość elementów, które mogą by zgrzewane.

Pełzanie w stalach i metody badań

Pełzanie- odnosi się do odkształcenia plastycznego zachodzącego z bardzo małą prędkością (10^-12-

10^-3 s^-1) i powodującego zniszczenie elementu przy działaniu stałego naprężenia w stałej temp.

Rozróżnia się:

• Pełzanie cykliczne (zmęczenie cieplne lub cieplno- mechaniczne występujące przy naprężeniu

cyklicznym oraz zmiennym polu temp.)

• Pełzanie dynamiczne (wibropełzanie)- nałożenie na istniejące naprężenie w próbce

naprężenie obciążającego.

W przebiegu krzywej pełzania można wyróżnić 3 okresy:

I-

Prędkość pełzania zmniejsza się na skutek umocnienia materiału związanego z

odkształceniem plastycznym

II-

Prędkość pełzania ustala się w wyniku osiągnięcia równowagi między stanem umocnienia

a efektem osłabionego wywołanego przez proces nawrotu.

III-

Poprzedza zerwanie materiału, następuje zwiększenie prędkości pełzania, spowodowane

w materiałach plastycznych powstawaniem miejscowego przewężenia (szyjki), natomiast

w innych materiałach powstawaniem i otwieraniem pęknięć.

W celu określenia wytrzymałości na pełzanie próbka umieszczona w piecu o określonej temp

obciążona stałą siłą F. wynikiem próby jest czas do zerwania w danej temp badania przy określonym.

Wielkością przyjmowaną do obliczeń elementów konstrukcyjnych pracujących w danej temp( np.

550) jest wytrzymałość na pełzanie tzn. naprężenie rozciągające Rz, przy którym zerwanie próbki

następuje po czasie 100 000 godzin co zapisuje się w postaci : R

Z/100000/550

.

Projektowanie konstrukcji obciążonych zmęczeniowo

ZSADY PROJEKTOWANIA ZŁĄCZY SPAWANYCH:

ZASADY OGÓLNE

• Minimalny wpływ karbu
• Symetryczne rozmieszczanie spoin
• Unikać przeprojektowania spoin w miejscach trudnodostępnych
• Unikać nadmiernego skupiania spoin
• Unikać spoin w strefie zgniotu na zimno
• Unikać złączy doczołowych z nakładkami

SPOINY W ZŁĄCZACH DOCZOŁOWYCH I TEOWYCH

• Grubość obli „a” równa grubości elementów cieńszych
• Dług. Obl. „l” równa szerokości elementów
• Spoiny powinny być wyprowadzone na płytki wybiegowe
• Przy łączeniu blach różnej grubości należy stosować pochylenie 1:3, a przy symetrycznych 1:2

SPOINY PACHWINOWE

• Grubość obliczeniowa „a

obl

”=a

• Przy spawaniu z dużym wtopieniem dopuszcza się: a

obl

=1,3a dla spoin jednowarstwowych,

a

obl

=a +2mm

• Maksymalna grubość = 0,7 grubości cieńszej blachy lub w złączach krzyżowych= 0,5 grubości

środnika

• Minimalna grubość =0,2 grubości cieńszej blachy lub 2mm
• Unikać złączy doczołowych kształtowników w strefie rozciąganej
• Unikać spoin przerywanych w konstrukcjach: grupy 5U i 6U, wykonywanych ze stali spw o

dużym zagrożeniu korozyjnym, z nagłymi zmianami przekroju

• Odpowiednio projektować złącza spawano- śrubowe
• Ograniczyć liczbę spoi montażowych
• Długość obliczeniowa wszystkich spoin o ile nie są krótsze od 40mm i spełnione jest

15a<l<100a przy spoinach ciągłych podłużnych, 10a<l<100a przy spoinach ciągłych

podłużnych i poprzecznych

Mocowanie i sczepianie elementów

Stanowiska montażowo- spawalnicze- przeznaczone do montażu, sczepiania a następnie spawania

luźnych elementów konstrukcji . wyróżniamy dwie podgrupy zespołów do budowy stanowisk

montażowo- spawalniczych: stoły montażowo- spawalnicze, pozycjonery.

Stoły montażowo- spawalnicze z mechanicznymi elementami.

Stoły montażowo spawalnicze z pneumatycznymi lub hydraulicznymi elementami mocującymi-

elementy spawane są ustawione do odpowiednich baz, a następnie dociskane do nich i mocowane

mechanizmami dźwigowymi napędzanymi siłownikami pneumatycznymi lub hydraulicznymi.

Stoły montażowo- spawalnicze z elektromagnetycznymi elementami mocującymi- mocowanie

elementów za pomocą elektromagnesów znalazło głownie zastosowanie przy spawaniu doczołowym

blach na podkładkach technologicznych. Zaletą bardzo dobry dostęp do miejsca spawania.

Pozycjonery spawalnicze- przeznaczone do ustawiania przedmiotu spawanego w pozycji dogodnej do

spawania, pozbawione ruchu roboczego.

Pozycjonery rolkowe- ustawienie przedmiotu spawanego w pozycji dogodnej do spawania za

pośrednictwem rolek na których przedmiot jest ułożony.

Pozycjonery łańcuchowe- ustawienie przedmiotu spawanego w pozycji dogodnej do spawania za

pośrednictwem łańcuchów, na których przedmiot spoczywa.

Zestaw 18

Czynniki wpływające na koszty spawania

• Przygotowanie brzegów do spawania (cięcie, usuwanie zgorzeliny, gratu itp.)
• Montaż
• Sczepianie
• Podgrzewanie wstępne
• Pozycjonowanie
• Spawanie
• Czyszczenie
• Demontaż
• Odprężanie (wyżarzanie odprężające lub odprężanie wibracyjne jeśli potrzebne)

Omówić rodzaje złączy spawanych w prętach zbrojeniowych

Rodzaje stosowanych połączeń prętów: czołowe, nakładkowe spoiny dwustronne, nakładkowe spoiny

jednostronne, zakładkowe spoiny jednostronne, zakładkowe spoiny dwustronne, czołowe

wzmocnione spoinami bocznymi z blachą półkolistą, czołowe wzmocnione jednostronną spoiną z

płaskownikiem, czołowe wzmocnione dwustronną spoiną z płaskownikiem, zakładowe wzmocnione

jednostronną spoiną z płaskownikiem, czołowe wzmocnione dwustronną spoiną z mniejszym bokiem

płaskownika.

1. W połączeniach czołowych nośność należy obliczać przy założeniu 80% wytrzymałości prętów

przy rozciąganiu oraz 100% przy ściskaniu.

W konstrukcjach obiektów mostowych kolejowych zaleca się łączenie prętów zbrojenia

spoinami czołowymi co najmniej 2 klasy spawalniczej badanymi radiograficznie na całej

długości, które dopuszcza się obliczać na 100% wytrzymałości na rozciąganie i ściskanie.

2. W połączeniach nakładkowych przyjęto do obliczania długości spoiny dwustronnej wysokość

obliczeniową spoiny 1,0d, a grubość obliczeniową a<=0,3d

3. W nakładkowych spoinach jednostronnych grubość spoiny należy przyjąć wg tablicy, a

długość spoiny każdej strony styku dwukrotnie większą od podanej w tablicy

4. W połączeniach zakładkowych ze spoiną jednostronną należy przyjmować l

s

=10d

5. W połączeniach zakładkowych ze spoiną dwustronną należy przyjmować l

s

=5d

6. W połączeniach czołowych wzmocnionych spoinami bocznymi z blachą półkolistą wymiary

połączenia w zależności od średnicy pręta i wymiarów blachy należy stosować wg tablicy 2

7. Dla połączenia czołowego wzmocnionego płaskownikiem z jednostronną spoiną boczną

należy przyjąć l

s

>=4d

8. Dla polaczenia czołowego z dwustronną spoiną boczną z płaskownikiem należy przyjąć

grubość wg tablicy 1 oraz długość l

s

=2d

9. Dla połączenia zakładkowego wzmocnionego jednostronnymi spoinami z płaskownikiem

grubość spoiny należy przyjąć wg pkt. 3 a długość spoin dwukrotnie większą niż w pkt. 3

10. Dla połączenia czołowego wzmocnionego dwustronną spoiną z mniejszym bokiem

płaskownika wymiary spoiny należy przyjąć wg pkt.3

Podać wpływ pierwiastków stopowych w stalach wysokostopowych,

żarowytrzymałych i żaroodpornych

Wpływ pierwiastków stopowych na żaroodporność stali:

Cr: w ilości 5% zwiększa żaroodporność w temp. 650, wzrost Cr do 30% zwiększa żaroodporność w

temp. 1100

Al., Si: zwiększają żaroodporność, powyżej 2,5% Al. I 3% Si obniżają się własności plastyczne i

podatność na obróbkę plastyczną

V, Mo- niekorzystny wpływ na żaroodporność (tlenek V stapia się, a tlenek Mo ulatnia się)

Ni- występuje z Cr w odpowiedniej proporcji (np. 9% Ni w obecności 18% Cr tworzy strukturę

austenityczną- zwiększa żarowytrzymałość stali)

Wpływ pierwiastków stopowych na żarowytrzymałość stali: wzrost żarowytrzymałości przez

wprowadzenie pierwiastków podwyższających temp. topnienia i rekrystalizacji: Mo, W, V, Co oraz Ti,

Cr, Si

Mo i V- tworzą drobno dyspersyjne wydzielenia węglikowe- podnoszą żarowytrzymałość

Wpływ pierwiastków stopowych na stale wysokostopowe:

Cr: >12% powoduje pasywność stal w mediach utleniających a tym samym odporność stali na

korozję. Warstewka tlenku chromu.

Ti, Nb- stabilizatory- wiążą węgiel w trwałe węgliki zabezpieczenie przed korozją międzykrystaliczną i

naprężeniową

Nadmiar Ti- obniża odporność na korozję ze względu na duże powinowactwo do tlenu

Nadmiar Nb nie ma ujemnego wpływu na odporność korozyjną

Si, Ta, Mo, CU- poprawa własności antykorozyjnych

Mo, Ni- zwiększenie odporności stali na korozję wżerową, szczelinową

Mn- zwiększenie twardości i wytrzymałości/ obniżenie plastyczności

Mo i Cr- zwiększenie hartowności

V- odporność na przegrzanie, drobnoziarnistość struktury

N- zwiększenie wytrzymałości

Sposoby lutowania i zastosowanie

Podział wg temp topnienia lutu:

• Lutowanie miękkie (do 450)
• Lutowanie twarde (od 450)

Wg metalurgii procesów:

• Lutowanie topnikowe (z zastosowaniem topników lutowniczych)
• Lutowanie beztopnikowe (lutowanie w atmosferach kontrolowanych, lutami

samozwilżającymi, z mechanicznym usuwaniem materiałów łączonych)

wg metody nagrzewania złącza do temp lutowania:

• Lutowanie lutownicami (tylko lutami miękkimi)
• Płomieniowe
• Piecowe

• Indukcyjne
• Kąpielowe
• Oporowe
• Specjalne metody lutowania

Lutowanie miękkie stosuje się do wykonywania połączeń uszczelniających, elektroprzewodzących, nie

pracujących w temp przekraczających 80-120 oraz pod wysokim obciążeniem elektrycznym

Lutowanie stali niestopowych i niskostopowych: lutowanie miękkie i twarde

Lutowanie stali wysokostopowych: lutowanie miękkie, lutowanie twarde.

Węgliki spiekane, zbrojenie narzędzi- lutowanie na powietrzu (płomieniowe, indukcyjne lub

oporowe); Lutowanie w odtleniającej atmosferze kontrolowanej (lutowanie piecowe lub indukcyjne)

Lutowanie miedzi – miękkie i twarde (lutowanie na powietrzu, w odtelniających atmosferach

kontrolowanych)

Lutowanie mosiądzów i brązów- miękkie i twarde

Lutowanie aluminium i stopów: lutowanie miękkie (zastosowanie powłok galwanicznych), lutowanie

twarde, lutowanie na powietrzu , w próżnie w atmosferze neutralnej (azot)

Zestaw

Metoda TIG

Zastosowanie:

Spawanie stali i metali nieżelaznych o grubościach 0,5- 4mm we wszystkich pozycjach spawania.

Napawanie. Argon, hel lub ich mieszanki chronią elektrodę wolframową i strefę spawania przed

dostępem powietrza. Aby zwiększyć natężenie prądu możliwe do zastosowania dla danej średnicy

elektrod, wykonuje się je jako elektrody wolframowe z dodatkiem 0,5- 4,5 % tlenku toru, 0,5- 1,5%

tlenku lantanu lub 0,3- 1,0% tlenku cyrkonu. Dodatek np. toru pozwala na podwyższenie o 40%

wartości natężenia prądu spawania w stosunku do elektrod z czystego wolframu. Metoda stosowana

w kombinacji z innymi metodami do wykonywania jednego złącza spawanego np. 141/111 141

przetop, wypełnienie 111

Zalety: wysoka jakość wykonanych złączy. Możliwość mechanizacji procesu spawania np. spawanie

rur z płytami sitowymi, orbitalne spawanie rur

Wady: niska wydajność spawania. Wrażliwość osłony gazowej na zaburzenia (przeciągi). Wysoka cena

gazów osłonowych. Typowe niezgodności wew: pory, wtrącenia wolframowe, wtrącenia tlenkowe-

utleniona grań (zwłaszcza dla Al.)

Charakterystyka metody: spawanie łukowe metodą TIG polega na stopieniu łączonych przedmiotów

ciepłem łuku jarzącego się między elektrodą nietopliwą a spawanymi przedmiotami w osłonie

obojętnego gazu ochronnego

Spawanie TIG może być prowadzone w warunkach warsztatowych i montażowych, we wszystkich

pozycjach spawania: ręcznie przez operatora, półautomatycznie przy użyciu sprzętu, spawanie

automatyczne.

Powłoka gazu ochronnego podawana przez dyszę palnika wokół elektrody chroni ciekły metal spoiny i

nagrzaną strefę spawania przed dostępem gazów z atmosfery.

Podstawowe wyposażenie stanowiska do ręcznego spawania metodą TIG:

• Źródło prądu spawania
• Butla z gazem ochronnym
• Reduktor butlowy z rotametrem
• Przewód uchwytu spawalniczego
• Stół spawalniczy
• Uchwyt elektrody
• Elektroda wolframowa

Oraz

• Łuk spawalniczy
• Element spawany
• Spoiwo

Parametry spawania

Spawanie może być prowadzone prądem stałym biegunowością ujemną i dodatnią oraz prądem AC.

Podstawowe parametry: rodzaj i natężenie prądu, napięcie łuku, rodzaj i natężenie przepływu gazu

ochronnego, szybkość spawania, rodzaj i średnica elektrody nietopliwej, średnica materiału

dodatkowego.

Stale drobnoziarniste z mikrododatkami

Stale o niskiej zawartości węgla z mikrododatkami zwane stalami drobnoziarnistymi lub

mikroskopowymi.

Dodatki: Ti, V, Al., Nb, Zr

Tworzenie stali mikroskopowych- suma pierwiastków <0,1%

Mechanizm główny: utwardzenie wydzieleniowe- tworzą się drobne, dyspersyjne wydzielenia

węglików i węgliko- azotków. Wydzielenia powodują także rozdrobnienie ziaren poprzez utrudnienie

przemieszczania się granic ziaren (hamują rekrystalizację) .

Wzrost wytrzymałości jest powodowany utwardzeniem wydzieleniowym.

Umocnienie przez pierwiastki znajdujące się w roztworach stałych

Rozmieszczenie atomów składnika stopowego w roztworze stałym:

Różnowęzłowym (substytucyjnym)- zastępują w sieci atomy

Międzywęzłowym (interstytucyjnym)- atomy pierwiastków znajdują się między atomami, zajmują

luki.

Roztwory stałe międzywęzłowe powodują symetryczne odkształcenie sieci krystalograficznej

rozpuszczalnika, co daje mniejszy efekty umocnienia stali w porównaniu do roztworów

międzywęzłowych, które odkształcają sieć asymetrycznie. Dodatkowe umocnienie jest wynikiem

silnego oddziaływania zachodzącego między atomami pierwiastka znajdującego się w roztworze

międzywęzłowym (C i N) a dyslokacjami.

Wpływ pierwiastków znajdujących się w roztworze na inne własności stali:

• Ciągliwość- wiele pierwiastków znajdujących się w roztworze obniża ciągliwość ferrytu, rzy

czym pierwiastki międzywęzłowe w większym stopniu

• Umocnienie odkształceniowe- większość pierwiastków znajdujących się w roztworze zwiększa

stopień umocnienia odkształceniowego ferrytu (wzrost granicy plastyczności), przy czym

większy wpływ posiadają pierwiastki mięodzywęzłowe. Jest to związane z rozmieszczeniem

dyslokacji podczas odkształcania.

• Udarność- pierwiastki w roztworze, które znacznie podnoszą wytrzymałość stali (C i N)

powodują również spadek udarności i wzrost temp przejścia w stan kruchości. Spośród

pierwiastków tworzących roztwory różnowęzłowe jedynie nikiel poprawia udarność stali.

• Inne własności- jednym z wielu oddziaływań jest obniżenie temp przemiany martenzytycznej

Ms (niekorzystny wpływ na spawalność stali i powstawanie pęknięć). Pierwiastki w roztworze

mogą również wywoływać miejscowe likwacje w SWC i wzrost kruchości w związku z ich

segregacją do granic ziaren.

BHP

Wymagania bezpieczeństwa przy użytkowaniu elektrycznych urządzeń spawalniczych i osprzętu

oraz wykonywaniu prac spawalniczych (wg. Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dn. 27.04.2000

w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy pracach spawalniczych)

• Prace związane z instalowaniem, demontażem, naprawami i przeglądami elektrycznych

urządzeń spawalniczych mogą wykonywać pracownicy mający uprawnienia

• Przed połączeniem kilku spawalniczych źródeł energii, należy sprawdzić, czy nadają się one

do wspólnego połączenia i czy w stanie bez obciążenia nie nastąpi przekroczenie

dopuszczalnego napięcia między obwodami wyjściowymi połączonych źródeł energii

• Obwód prądu spawania nie powinien być uziemiony, z wyjątkiem przypadków gdy

przedmioty spawane są połączone z ziemią

• Spawalnicze przewody łączące przedmiot spawany ze spawalniczym źródłem energii powinny

być połączone bezpośrednio z tym przedmiotem lub oprzyrządowaniem, jak najbliżej miejśca

spawania

• Uszkodzone elementy izolujące uchwytów spawalniczych muszą być niezwłocznie

wymienione na elementy sprawne,

• Prace spawalnicze wykonywane wew. Pomieszczeń o zwiększonym zagrożeniu porażenia

prądem powinny być wykonywane z zastosowaniem spawalniczych źródeł energii

spełniających wymagania dotyczące dopuszczalnej wartości napięcia bez obciążenia i

oznakowanych przez wytwórcę zgodnie z PN. źródła energii powinny być ustawione na zew.

pomieszczenia. W pomieszczeniach tych należy stosować specjalne, trudno zapalne

izolacyjne środki ochronne.

Środki ochrony w przypadku zagrożenia pożarem przy pracach spawalniczych

• Zlikwidować niebezpieczeństwo pożaru lub wybuchu
• Jeżeli nie jest możliwe usunięcie niebezpieczeństwa wybuchu prowadzenie prac

spawalniczych nie jest możliwe

• Jeżeli nie jest możliwe usunięcie niebezpieczeństwa pożaru to należy :

 Zabezpieczyć materiały palne przed działaniem rozprysków
 Uszczelnić otwory przelotowe
 Przygotować podręczny sprzęt pożarniczy
 Sprawdzić drogi ewakuacyjne
 Przeprowadzić kontrolę po zakończeniu prac spawalniczych

Wymagania bezpieczeństwa przy użytkowaniu gazowych urządzeń i osprzętu spawalniczego (wg

rozporządzenia Ministra Gospodarki z dn. 27.04.2000 w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy

przy pracach spawalniczych)

• Urządzenia i osprzęt powinny być stosowane zgodnie z ich przeznaczeniem i zasilane gazami

o właściwościach oraz ciśnieniach określonych w instrukcji eksploatacyjnej dostarczonej

przez producenta

• Palniki o niezidentyfikowanych dyszach i elementach, o nieznany ciśnieniach, rodzajach

gazów nie powinny być użytkowane

• Niedopuszczalne jest dokonywanie zmiany podobnych konstrukcyjnie elementów urządzeń

różnych typów lub wielkości

• Wąż spawalniczy powinien mieć średnicę znamionową zgodną ze średnicą znamionową

przyłączy zastosowanych w źródle i odbiorniku gazu. Końce węża nasunięte na końcówki

przyłączy powinny być zaciśnięte za pomocą opasek nie powodujących uszkodzenie węża.

• Poziom cieczy w bezpieczniku wodnym powinien być sprawdzany każdorazowo przed

rozpoczęciem pracy i po każdym cofnięciu się płomienia

• Niedopuszczalne jest dokonywanie jakichkolwiek zmian w określonych przez producenta

ustawieniach układów regulacji ciśnienia i zaworów bezpieczeństwa

Instalacje wentylacyjne na stanowiskach spawalniczych- zadaniem jest uchwycenie

zanieczyszczonego powietrza w miejscu powstania zanieczyszczeń, w postaci jak najbardziej

skoncentrowanej, a następnie doprowadzenie go do urządzeń oczyszczających

Środki ochrony indywidualnej spawaczy

Odzież ochronna: ubrania ochronne, fartuchy, rękawice spawalnicze, obuwie ochronne

Odzież musi zapewnić ochronę przed poparzeniem, działaniem iskier i odprysków metalu oraz

promieniowaniem podczerwonym

Ochrona oczu: tarcze spawalnicze, przyłbice z filtrami spawalniczymi, okulary spawalnicze

Zestaw

Poziomy jakości dla niezgodności spawalniczych

poziom jakości charakteryzuje jakość złącza spawanego w oparciu o rodzaj i wielkość niezgodności

spawalniczych. Jest on ustalany na podstawie wielkości granicznej dla danej niezgodności. Poziom

jakości powinien być powołany w dokumentacji wyrobu w fazie projektowej lub w momencie

powstawania oferty, zamówienia lub zawierania umowy między zamawiającym a wytwórcą.

Dla określenia poziomów jakości połączeń spawanych dla stali, niklu, tytanu i ich stopów

powszechnie stosuje się normę pn- EN ISO 5817. Odnosi się ona do wszystkich rodzajów złączy o

grubości większej niż 0,5mm, spawanych w sposób ręczny, zmechanizowany i automatyczny. W

normie tej przyjęto trzy poziomy jakości dla niezgodności spawalniczych, a mianowicie łagodne (D),

średnie (C) i ostre (B)

Poziomy jakości określone w normie 5817 lub PN-EN ISO 10042 nie uwzględniają szczegółowych

zastosowań i zawierają jedynie podstawowe dane, odnosząc się do poszczególnych rodzajów

niezgodności w dowolnym złączu, a nie do całości lub części wyrobu. Daje to swobodę w

projektowaniu złączy spawanych danego wyrobu i ustalaniu dal nich różnych poziomów jakości w

ramach całej konstrukcji.

Wpływ pola magnetycznego na łuk elektryczny

Spawanie niklu

Warunkiem dobrej spawalności niklu jest ograniczona zawartość zanieczyszczeń jak

S- max 0,01%

P- max 0,02%

C- max 0,1%

Tlen- max 0,02%

Oraz metalami niskotopliwymi jak: Pb, Sn, Zn, kadm, bizmut, antymon itp.- max 0,002%

Spośród krajowych gatunków niklu wg PN-79/H-82180 spawalne są: N1, N1E, N2

*czystość obszaru spawania:

• Brzegi elementów przeznaczone do spawania i pokryte grubą warstewką tlenków,

powstałych w temp. powyżej 500 należy bardzo starannie oczyścić za pomocą: szlifowania,

piaskowania lub trawienia- czyszczenie szczotką nie jest skuteczne!!!

• Obszar o szerokości 50mm po obu stronach złącza należy bardzo starannie oczyścić

chemicznie ze wszelkich zanieczyszczeń jak: oleje, smary, farby itp. UWAGA!: wszystkie

zanieczyszczenia mogą być źródłem siarki, fosforu, ołowiu, cyny, bizmutu, które powodują

gorące pęknięcia i porowatość spoin

*nie stosuje się podgrzewania wstępnego przed spawaniem- tylko przy spawaniu w niskich temp

elementy można podgrzać osuszająco do ok. 50 celem usunięcia wilgoci

*jeziorko spawalnicze jest gęstopłynne, a więc gorzej się rozpływa i trudniej zwilża brzegi rowka

spawalniczego, w porównaniu ze stalą- należy spawać możliwie krótkim łukiem i stosować

odpowiednią technikę „manipulowania” ciekłym metalem, zwłaszcza przy spawaniu elektrodami

otulonymi oraz stosować ukosowanie pod większym kątem (kąt rowka ok.70) niż przy spawaniu stali

*głębokość wtapiania jest mniejsza w porównaniu ze stalą- nie należy usiłować zwiększać głębokości

wtopienia poprzez stosowanie wyższego natężenia prądu spawania, co powoduje przegrzanie spoiny

i jej porowatość

*przy spawaniu wielowarstwowym temp międzyściegowa nie może przekraczać 150, a przy

niektórych stopach nawet 100 lub 120

*energia liniowa łuku nie powinna przekracza: 7-8kJ/cm- przy spawaniu EO i TIG; 10-11kJ/cm- przy

spawaniu MIG i SAW.

Podstawowe metody spawania niklu i stopów: TIG, Mig, EO, metodą plazmową, SAW, gazowo, TIG z

gorącym drutem, wiązką elektronów

TIG: prąd DC-, elektrody wolframowe torowane 1,6-5mm, gaz- argon 99,996%, zajarzanie i gaszenie

łuku na płytkach dobiegowych i wybiegowych

MIG: DC+, gaz argon, argon-hel (do 20%), spoiwo: drut szpulowany o średnicy 0,6-1,6mm

EO: DC+, suszenie wg wskazań producenta, MR w stanie nienaprężonym, usuwanie zużla- każdy ścieg

bardzo starannie, zajarzanie elektrody- na brzegach spoiny,

Plazma: DC-, elektroda wolframowa torowana, gaz: argon lub argon wodór, spoiwo: bez , ręczne

dozowanie lub automatycznie

SAW: DC+, topnik-specjalny wysokozasadowy, spoiwo: drut szpulowany 1,6-2,4, zajarzanie i gaszenie

na płytkach dobiegowych i wybiegowych.

Naprężenia normalne w złączu doczołowym

Zestaw 23

Elementy źródeł spawalniczych i ich zadania

Kondensator- układ składający się z dwóch okładzin wykonanych z materiału przewodzącego,

rozdzielonych warstwą izolacyjną. Charakterystyczną cechą kondensatorów jest zdolność do

gromadzenia ładunków elektrycznych. Między ładunkiem Q, nagromadzonym na każdej okładzinie

kondensatora, a napięciem U doprowadzonym do zacisków okładzin występuje zależność Q=CxU

C- pojemność elektryczna kondensatora. Jednostką pojemności jest farad [F]- przyłożenie do jego

okładzin napięcia 1 volta powoduje zgromadzenie w kondensatorze ładunku jednego kulomba.

Mogą być: papierowe, mikowe, elektrolityczny.

Transformator- urządzenie w którym następuje przekazywanie energii elektrycznej z jednego

obwodu do drugiego za pośrednictwem pola elektromagnetycznego. Zasada działania polega na

wzbudzaniu siły elektromotorycznej na zasadzie indukcji elektromagnetycznej w dwóch obwodach

sprzężonych ze sobą magnetycznie za pomocą magnetowodu zwanego rdzeniem.

Uzwojenie pierwotne- podłacza się napięcie zasilające

Uzwojenie wtórne- podłącza się obwód obciążenia

Przekładnia transformatora z1/z2

Transformator bezpieczeństwa- układ na wejściu odizolowany od wyjścia

Dioda prostownicze półprzewodnikowe- składają się z półprzewodnika krystalicznego, w którym

wytworzono złącze miedzy obszarem typu „n” i obszarem typu „p”. w krysztale typu „n” znajdują się

elektrony swobodne (ładunki ujemne) a w krysztale typu „p” dziury (ładunki dodatnie). Działanie-

powstanie każdej dziury jest związane z pojawieniem się swobodnego elektronu tj. ciągle powstaje

para: elektron- dziura, jak również ciągle dziury są likwidowane przez elektrony. Zjawisko to nazywa

się rekombinacją. Wynika z tego, że cały prąd przewodzenia w półprzewodniku składa się z prądu

elektronowego i o przeciwnym kierunku prądu dziurowego.

Służą do przekształcania prądów przemiennych w prądy wyprostowane.

Tranzystor- posiadają właściwości wzmacniania sygnałów elektrycznych, stanowią ważnych

elementów półprzewodnikowych.

Tranzystor składa się z dwóch złączy półprzewodnikowych p-n złączonych szeregowo. Złącza są

umieszczone w hermetycznej obudowie z trzema wyprowadzeniami od poszczególnych warstw

półprzewodnika. Skrajne warstwy półprzewodnika nazywane są emiterem i kolektorem a środkowa

część nazywa się bazą. W zależności od typu półprzewodnika (n lub p) tworzącego bazę rozróżnia się

tranzystory typu npn lub pnp. Tak więc tranzystor jest wzmacniaczem prądu.

Tyrystor- element półprzewodnikowy (krzemowy) zbudowanym z trzech złącz p-n (p-n-p-n).

Końcówki wychodzące z zew warstw stanowią katodę i anodę, a końcówka przyłączona do wew.

warstwy p stanowi elektrodę sterującą nazwaną bramką.

Zalety tyrystorów: stosunkowo duża szybkość działania, ekonomiczność pracy (małe spadki napięć

przy przenoszeniu bardzo dużych prądów), niezawodność działania, małe gabaryty i ciężar. Zalety te

zapewniły tyrystorom bardzo szerokie możliwości zastosowań w wielu dziedzinach techniki. Bardzo

szerokie zastosowanie znalazły w spawalnictwie, głównie w budowie spawalniczych źródeł energii.

Zastosowanie w układach prostownikowych sterowanych oraz układy sterowania mocy prądu

przemiennego. Sterowanie fazowe tyrystorów. Przekształcanie prądów przemiennych w

wyprostowane.

Wymień struktury metali

Struktura krystaliczna metali

W stanie stałym metale mogą występować jako:

• Monokryształy
• Polikryształy

Monokryształy charakteryzują się rozmieszczeniem przestrzennym atomów z zachowaniem

jednakowego ułożenia wszystkich tzw. komórek elementarnych w całej objętości kryształu.

Są ciałami anizotropowymi i dlatego wykazują silną zależność własności fizycznych, mechanicznych,

chemicznych i innych od kierunku pomiaru lub pobrania próbki do badań. Metale rzadko wykazują

strukturę monokryształów.

Metale techniczne otrzymywane za pomocą konwencjonalnych metod metalurgicznych są zwykle

polikryształami (metale polikrystaliczne). Składają się one z ziaren, z których każde ma w przybliżeniu

prawidłową strukturę krystaliczną.

Rzeczywista struktura krystaliczna metali

W rzeczywistości metale wykazują liczne wady budowy krystalicznej, które ogólnie ze względu na ich

cechy geometryczne można podzielić na wady:

• Punktowe: wakanse (wolne węzły), atomy międzywęzłowe
• Liniowe: dyslokacje (krawędziowe, śrubowe, mieszane)
• Powierzchniowe: granice ziaren

Wady budowy krystalicznej w istotny sposób wpływają (obniżają) na własności wytrzymałościowe i

plastyczne metali

Personel spawalniczy i wyposażenie stanowisk spawalniczych a jakość

produkcji

Odpowiedzialność personelu spawalniczego, nadzór spawalniczy
wg PN-EN ISO 14731
System zarządzania jakością wymaga aby personel który wykonuje prace wpływającą na jakość był
kompetentny (tzn. posiadał odpowiednie wykształcenie, doświadczenie, umiejętności) rozdział 6.2.1
normy ISO 9001:2000. Szczególne znaczenie ma to jeżeli chodzi o procesy specjalne, do których
zalicza się spawanie i inne procesy spajania.
Wymagania postawione zostały ujęte w odpowiednich normach:
1. PN-EN ISO 3834-1:2007: Wymagania jakości dotyczące spawania materiałów metalowych. Kryteria
wyboru odpowiedniego poziomu wymagań jakości.
2. PN-EN 719:1999 „Nadzór spawalniczy – Zadania o odpowiedzialność”
3. PN-EN ISO 14731: 2008 Nadzór spawalniczy – Zadania i odpowiedzialność.
4. PN-EN 287-1:2007 – Egzamin kwalifikacyjny spawaczy – Spawanie –Część 1: Stale.
5. PN-EN 1418:2000 – Personel spawalniczy egzaminowanie operatorów urządzeń spawalniczych
oraz nastawiaczy zgrzewanie oporowego dla w pełni zmechanizowanego i automatycznego spajania
metali.

6. PN-EN ISO 9606-2 do 5: Egzamin kwalifikacyjny spawaczy (aluminium, miedzi, niklu, tytanu,
cyrkonu oraz ich stopów).
7. PN-EN 473:2008 – Badania nieniszczące. Kwalifikacja i certyfikacja personelu badań nieniszczących.
Zasady ogólne.

Norma PN-EN ISO 14731, która zastąpiła PN-EN 719:1999 stawia pewne wymagania
personelowi spawalniczemu i wyróżnia grupy.:
1. Personel o pełnych wiadomościach technicznych.
2. Personel spawalniczy może posiada specjalne wiadomości techniczne.
3. Personel nadzoru spawalniczego o podstawowych wiadomościach technicznych.
Międzynarodowy/Europejski Inżynier Spawalnik (IWE/EWE) – wg ISO 14731 pełne
wymagania techniczne.
Międzynarodowy/Europejski Technolog Spawalnik (IWT/EWT) – wg ISO 14731
specyficzne wiadomości techniczne.
Międzynarodowy/Europejski Mistrz Spawalnik (IWS/EWS) – wg ISO 14731
podstawowe wiadomości techniczne.
Wyróżnić można jeszcze następujące uprawnienia personelu spawalniczego:
Międzynarodowego Instruktora Spawalniczego (IWP).
Międzynarodowego Spawacza (IW).
Międzynarodowego Inspektora Spawalniczego (IWI)
Normy nadzoru spawalniczego zalecają aby nadzór spawalniczy posiadał przynajmniej trzyletnią
praktykę zawodową (certyfikat kompetencji wydawany jest dla osób z taką praktyką).
Załącznik A normy PN-EN ISO 3834-5 podaje zakresy kształcenia, szkolenia, egzaminowania personelu
nadzoru spawalniczego opracowanego przez MIS (Międzynarodowy Instytut Spawalnictwa).
Kwalifikacje personelu spawalniczego wymagane są ze strony prawnej, jednak należy pamiętać, ze
posiadanie wysoko wykwalifikowanej kadry inżynierskiej ze specjalności „spawalnictwo” powoduje
wzrost jakości wytwarzanych produktów przy zastosowaniu procesów spajania (spawania,
zgrzewania, lutowania, klejenia) w danym zakładzie produkcyjnym. Zgodnie z normą PN-EN ISO 3834
wytwórca powinien dysponować wystarczającą liczbą kompetentnych pracowników personelu
spawalniczego na poziomie inżynierskim jak i produkcyjnym. I tak np. do prowadzeni badań
nieniszczących oraz oceny ich wyników Międzynarodowy Instytut Spawalnictwa oraz Europejska
Federacja Spawalnicza powołuje Międzynarodowych/Europejskich Inspektorów Spawalnictwa
(IWI/EWI).
Uwaga:
Jednostka wdrażająca (certyfikująca) system zarządzania jakością w spawalnictwie wg PN-EN 3834
ma prawo podwyższyć wymagania stawiane personelowi spawalniczemu w zależności od
wymagań jakie są stawiane wyrobom spawanym.
Zarówno norma PN-EN ISO 3834-2 jak i PN-EN ISO 3834-3 wymaga: „producent powinien zatrudnić
odpowiednich pracowników nadzoru spawalniczego, którzy spełniają wymagania normy PN-EN ISO
14731 (Nadzór spawalniczy. Zadania i odpowiedzialność”). Norma PN-EN ISO 3834-4 nie ma takich
wymagań odnośnie personelu spawalniczego, w tym przypadku za wszystko odpowiada wytwórca.
Zgodnie z PN-EN ISO 14731 zakład powinien powołać co najmniej jedną osobę, która przejmie
odpowiedzialność za proces spawania i związane z nim operację. Osoba taka musi potwierdzić swoje
kompetencje odpowiednim wykształceniem i praktyką. Może to być np. dyplom IWE oraz certyfikat
kompetencji (wydawany po trzech latach praktyki zawodowej).
Odpowiedzialność personelu spawalniczego wg PN-EN ISO 14731 (PN-EN 719:1999) oraz
Niemieckiego Towarzystwa Spawania i Metod Pokrewnych
Zgodnie z PN-EN ISO 14731 (PN-EN 719:1999) jak już wspomniano wytwórca powinien powołać
przynajmniej jedną osobę nadzoru spawalniczego, która będzie odpowiadać za realizowane procesy
spawalnicze. Norma ta zaleca aby nadzór posiadał co najmniej 3 letnią praktykę, a wiedza powinna

być na poziomie wiadomości pełnych, specyficznych oraz podstawowych. Kształcenie obejmuje
Europejskich/Międzynarodowych Inżynierów, Technologów oraz Mistrzów Spawalników.

Personel wykonujący prace spawalnicze, czyli spawacze powinni wykazywać się nabytymi
umiejętnościami w taki sposób, aby wykonane złącza spełniały stawiane im wymagania. Dodatkowo
zapisy w normach ISO 9001:2001 oraz PN-EN 729:1999 i PN-EN ISO 3834 dla wybranych przypadków
zobowiązują producenta do posiadania personelu z odpowiednimi umiejętnościami, które są
potwierdzone np. certyfikatami spawacza. Normy dotyczące kwalifikowania spawaczy to:

1. PN-EN 287-1: 2007. Egzamin kwalifikacyjny spawaczy – Spawanie – Część 1: Stale.
2. PN-EN ISO 9606-2: 2007. Egzamin kwalifikacyjny spawaczy – Spawanie - Część 2: Aluminium i
stopy aluminium.
3. PN-EN ISO 9606-3: 2007. Egzamin kwalifikacyjny spawaczy – Spawanie - Część 3: Miedź i stopy
miedzi.
4. PN-EN ISO 9606-4: 2007. Egzamin kwalifikacyjny spawaczy – Spawanie - Część 4: Nikiel i stopy
niklu.
5. PN-EN ISO 9606-5: 2007. Egzamin kwalifikacyjny spawaczy – Spawanie - Część 5: Tytan i stopy
tytanu, cyrkon i stopy cyrkonu.

Lutowaczy twardych można kwalifikować wg PN-EN 13133:2002 (Lutownie twarde. Egzaminowanie
lutowaczy.

Tok postępowania i ogólna forma jest zbliżona dla poszczególnych norm.

Operatorzy są kwalifikowani wg PN-EN 1418: 2000 (ISO 14732)