Materiały budowlane

Technologia metali

Wykład 3

Tematyka wykładów

Wprowadzenie. Proces wytwarzania stali. Struktura stali. Przemiany
fazowe. Obróbka cieplna stali.

Stal – skład chemiczny, wła

ś

ciwo

ś

ci fizyczne i mechaniczne stali.

Badania cech mechanicznych stali. Gatunki stali.

Procesy spawalnicze. Spawalno

ść

stali. Napr

ęż

enia własne.

Technologia wytwarzania wyrobów stalowych. Asortyment wyrobów
stalowych. Zachowanie si

ę

stali w trudnych warunkach u

ż

ytkowania.

Inne metale

ż

elazne i metale nie

ż

elazne – wła

ś

ciwo

ś

ci i zastosowanie.

Zaliczenie.

Procesy spawalnicze

SPAWANIE – trwałe ł

ą

czenie

metali przez miejscowe
doprowadzenie do nich
energii cieplnej powoduj

ą

cej

stopienie ich brzegów, a
nast

ę

pnie zakrzepni

ę

cie,

dzi

ę

ki czemu powstaje

SPOINA.

Spawanie - definicja

Główne zalety spawania

Niska pracochłonno

ść

wykonania;

Zmniejszanie ci

ęż

aru konstrukcji;

Wysoka wytrzymało

ść

i niezawodno

ść

poł

ą

cze

ń

;

Łatwo

ść

kształtowania i projektowania;

Monolityczno

ść

i sztywno

ść

;

Łatwo

ść

wykonania zabezpieczenia

antykorozyjnego i przeciwpo

ż

arowego.

Główne wady spawania

Konieczno

ść

doprowadzania energii cieplnej

w spawany materiał;

Zmiana struktury materiału na skutek cyklu
cieplnego spawania, powoduj

ą

ca niejednorodno

ść

strukturaln

ą

i mechaniczn

ą

zł

ą

cza;

Powstanie napr

ęż

e

ń

własnych o znacznych

warto

ś

ciach oraz odkształce

ń

wpływaj

ą

cych

na cały element spawany;

Konieczno

ść

wykonywania spoin przez

wykwalifikowanych spawaczy i pod stał

ą

kontrol

ą

nadzoru technicznego.

Rodzaje

spoin

Elementy zł

ą

cza i spoiny

Ukosowanie kraw

ę

dzi

Pozycje spawania

Sposób oznaczania spoin na rysunkach

konstrukcyjnych

Sposób oznaczania

spoin na rysunkach

konstrukcyjnych

Ź

ródła ciepła spawania

Ź

ródło ciepła, aby mogło by

ć

stosowane w procesach

spawania, musi spełnia

ć

nast

ę

puj

ą

ce warunki:

Zapewniana przez nie temperatura musi przekracza

ć

temperatur

ę

topnienia materiału spawanego

(dla stali ok. 1400-1534ºC);

Strumie

ń

ciepł

ą

musi by

ć

wprowadzany w sposób jak

najbardziej skoncentrowany, tak aby powstaj

ą

ce jeziorko

ciekłego metalu było niewielkie;

Musi posiada

ć

znaczn

ą

moc ciepln

ą

– szybko

ść

dostarczania

ciepła musi by

ć

du

ż

a;

Musi istnie

ć

mo

ż

liwo

ść

regulacji strumienia ciepła, aby

dostosowa

ć

go do potrzeb (np. do grubo

ś

ci spawanych

elementów);

Powinno by

ć

tanie w eksploatacji, proste w obsłudze oraz

bezpieczne i niezawodne w działaniu.

Ź

ródła ciepła spawania

Płomie

ń

gazowy;

Łuk elektryczny;

Strumie

ń

plazmy niskotemperaturowej;

Promie

ń

laserowy.

Klasyfikacja metod spawania

Metody spawania

W celu jednoznacznego i
skrótowego okre

ś

lania metod

spawania w normie PN-EN ISO
4036: 2002 podano numeryczny
trójpoziomowy system
oznaczania:

- jednocyfrowo – grupy metod,
- dwucyfrowo – podgrupy metod,
- trzycyfrowo – metod.

Spawanie metod

ą

MMA/SMAW (elektrod

ą

otulon

ą

)

W metodzie tej łuk elektryczny
tworzy si

ę

pomi

ę

dzy topliw

ą

elektrod

ą

otulon

ą

i materiałem

spawanym. W wyniku palenia
si

ę

łuku nast

ę

puje stapianie

elektrody i brzegów ł

ą

czonego

materiału. Po stopieniu
nast

ę

puje wzajemne

wymieszanie si

ę

materiału

ł

ą

czonego z materiałem

elektrody a po zakrzepni

ę

ciu

tworzy si

ę

nierozł

ą

czne

poł

ą

czenie. Elektroda wykonana

jest z tego samego materiału, co
materiał ł

ą

czony. Mo

ż

e

posiada

ć

otulin

ę

zasadow

ą

,

rutylow

ą

b

ą

d

ź

celulozow

ą

, która

podczas spawania tworzy wokół
łuku atmosfer

ę

ochronn

ą

oraz

ż

u

ż

el wokół zakrzepni

ę

tego

materiału.

Spawanie metod

ą

przy u

ż

yciu gazu osłonowego

W metodzie MIG (lub GMAW)
łuk elektryczny wytworzony jest
pomi

ę

dzy materiałem

spawanym a drutem
spawalniczym i jest chroniony
przez specjaln

ą

osłon

ę

gazow

ą

.

Mo

ż

e ona by

ć

oboj

ę

tna (np.

argon) – metoda MIG lub
aktywna (np. CO

2

lub mieszanki

Ar i CO

2

) - metoda MAG. Drut

jest stale podawany poprzez
zespół podaj

ą

cy i uchwyt

spawalniczy a

ż

do jeziorka

spawalniczego.

Spawanie metod

ą

TIG

W metodzie tej łuk elektryczny
wytwarzany jest pomi

ę

dzy

wolframow

ą

elektrod

ą

nietopliw

ą

a materiałem spawanym.
Jeziorko spawalnicze osłaniane
jest atmosfer

ą

ochronn

ą

,

zazwyczaj jest to czysty argon.
Poł

ą

czenie spawane mo

ż

e by

ć

wykonywane bez materiału
dodatkowego, poprzez
wymieszanie si

ę

nadtopionych

brzegów elementów ł

ą

czonych,

lub z udziałem materiału
dodatkowego w postaci pr

ę

ta

dokładanego do jeziorka
spawalniczego. Zapalenie łuku
odbywa si

ę

dwoma metodami.

SPAWALNO

ŚĆ

– zdolno

ść

do tworzenia za pomoc

ą

spawania zł

ą

czy o wymaganych wła

ś

ciwo

ś

ciach

fizycznych, zdolnych do przenoszenia obci

ąż

e

ń

przewidzianych dla danego rodzaju konstrukcji.

SPAWALNO

ŚĆ

METALURGICZNA

KONSTRUKCYJNA

TECHNOLOGICZNA

Spawalno

ść

metalurgiczna – uzale

ż

niona jest od

sposobu wytworzenia stali, jej składu chemicznego
i struktury, stopnia uspokojenia, sposobu obróbki
elementów, rodzaju spoiwa.

Spawalno

ść

technologiczna – okre

ś

la

wymagania dotycz

ą

ce wyboru procesów

spawania, doboru parametrów spawania,
ustalania kolejno

ś

ci wykonywania spoin, a tak

ż

e

zastosowania obróbki cieplnej.

Spawalno

ść

konstrukcyjna – zwi

ą

zana ze

stopniem sztywno

ś

ci konstrukcji i mo

ż

liwo

ś

ci

swobody odkształce

ń

elementów spawanych,

grubo

ść

tych elementów oraz grubo

ść

, długo

ść

i rozmieszczenie spoin, sposób kształtowania
w

ę

złów i elementów z wyeliminowaniem miejsc

podatnych na p

ę

kni

ę

cia, zapewnienie mo

ż

liwo

ś

ci

wst

ę

pnego podgrzewania i wy

ż

arzania elementów

ł

ą

czonych.

Spawalno

ść

jako zagadnienie otrzymania

zł

ą

cza spawanego bez p

ę

kni

ęć

P

Ę

KNI

Ę

CIA

P

ę

kni

ę

cia gor

ą

ce

P

ę

kni

ę

cia zimne

P

ę

kni

ę

cia lamelarne

P

ę

kni

ę

cia gor

ą

ce

(krystalizacyjne)

S

ą

p

ę

kni

ę

ciami mi

ę

dzykrystalicznymi

zachodz

ą

cymi w temp. 1200-1350ºC;

Ich powstanie jest głównie zwi

ą

zane

z zanieczyszczeniami krystalizuj

ą

cej

spoiny (S i P);



Skłonno

ść

do p

ę

kni

ęć

krystalizacyjnych zale

ż

na jest równie

ż

od

geometrii

ś

ciegów spoiny (stosunku grubo

ś

ci do szeroko

ś

ci), kształtu

spoiny oraz miejscowego spi

ę

trzenia napr

ęż

e

ń

;



Zapobieganie im polega głównie na utrzymaniu odpowiedniej proporcji

szeroko

ś

ci do wysoko

ś

ci

ś

ciegu spoiny(1:1-1,4:1), unikania wkl

ę

sło

ś

ci lica

spoiny oraz doborze materiałów dodatkowych gwarantuj

ą

cych du

żą

plastyczno

ść

stygn

ą

cej spoiny;



Ocena skłonno

ś

ci stali do p

ę

kania krystalizacyjnego polega na ocenie

składu chemicznego (wska

ź

nik skłonno

ś

ci do p

ę

kania UCS).

P

ę

kni

ę

cia zimne

Wyst

ę

puj

ą

najcz

ęś

ciej obok spoiny, w

strefie wpływu ciepła lub strefie
wtopienia;

Pojawiaj

ą

si

ę

dopiero po ostygni

ę

ciu

zł

ą

cza;



Pojawienie si

ę

ich jest spowodowane jednoczenym

wyst

ę

powaniem:

•

wzrostu twardo

ś

ci i spadku ci

ą

gliwo

ś

ci w obszarze SWC;

•

wyst

ę

powania wodoru w spoinie;

•

wyst

ę

powania pospawalniczego stanu napr

ęż

e

ń

i odkształce

ń

.



Unikanie p

ę

kni

ęć

zimnych polega zwykle na ograniczaniu wpływu

dwóch pierwszych czynników (równowa

ż

nik w

ę

gla CEV, zmniejszenie

ilo

ś

ci wodoru, podgrzewanie przed i po spawaniu).

P

ę

kni

ę

cia lamelarne

Powstaj

ą

, gdy napr

ęż

enia skurczowe działaj

ą

w kierunku grubo

ś

ci blach;

Maj

ą

najcz

ęś

ciej posta

ć

uskokow

ą

(schodkow

ą

);

Na ich powstanie wpływa istnienie napr

ęż

e

ń

prostopadłych do powierzchni blachy i
skłonno

ść

blach do tego typu p

ę

kania ,

wywołana najcz

ęś

ciej wtr

ą

ceniami

niemetalicznymi.



Zapobieganie p

ę

kni

ę

ciom polega na zmniejszaniu obj

ę

to

ś

ci metalu

w spoinie oraz odpowiednim ukształtowaniu oraz odpowiednim
kształtowaniu poł

ą

cze

ń

teowych, krzy

ż

owych i naro

ż

nych, a przede

wszystkim stosowaniu materiałów odpornych na p

ę

kanie;

Wady spoin

P

ę

kni

ę

cia w spoinach: a)

podłu

ż

ne, b) poprzeczne,

c) promieniowe;

Pustki w spoinie: a) p

ę

cherze

gazowe, b) gniazdo
p

ę

cherzy, c) pr

ę

cherz

podłu

ż

ny, d) p

ę

cherz

kanalikowy);

Wtr

ą

cenia stałe (np.

wtr

ą

cenie

ż

u

ż

la);

Przyklejenia i braki przetopu

Wady spoin –

niezgodno

ś

ci spawalnicze dotycz

ą

ce kształtu.

Metody wykrywania wad spoin

Kontrola zewn

ę

trzna:

- ogl

ę

dziny zewn

ę

trzne,

- badania penetracyjne,

- kontrola szczelno

ś

ci;

Kontrola radiologiczna;

Kontrola ultrad

ź

wi

ę

kowa;

Badania mechaniczne zł

ą

czy.

Budowa strukturalna spoiny

Strefa wpływu ciepła

Napr

ęż

enia spawalnicze

Odkształcenia
spawalnicze