Zestaw 21
1. Gazy osłonowe wykorzystywane w metodzie MIG/MAG – charakterystyka
Gaz osłonowy ma za zadanie ochronę płynnego jeziorka 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 jednakże
mogą wypierać powietrze niezbędne do oddychania.
Rodzaje gazów osłonowych do spawania metodami MAG/MIG:
Gazy obojętne stosowane do spawania metali nieżelaznych metodą MIG (gazy szlachetne):
- Argon (Ar)
- Mieszanki argonu i helu (Ar+He)
Gazy aktywne do spawania stali metodą MAG:
- Dwutlenek węgla (CO
2
)
- Mieszanki argon + dwutlenek węgla (Ar + CO
2
)
- Mieszanki argon + tlen (Ar + O
2
)
- Mieszanki argon + dwutlenek węgla + tlen (Ar + CO
2
+ O
2
)
Właściwości fizyczne gazów osłonowych:
Argon (Ar)
- cięższy od powietrza
- obojętny
- mały rozprysk
- łuk natryskowy
- niski potencjał jonizacji
- wtopienie w kształcie „palca”
- wysoki współczynnik napięcia powierzchniowego
- szybkie krzepnięcie spoiny
- niski współczynnik przewodnictwa cieplnego
Hel (He)
- obojętny
- mały rozprysk
- łuk natryskowy
- wolne krzepnięcie
- wysoki potencjał jonizacji
- dużo lżejszy od powietrza
- utrudnione zajarzanie łuku
- wysoki współczynnik przewodnictwa cieplnego
Dwutlenek węgla CO
2
- cięższy od powietrza
- wolne krzepnięcie jeziorka
- poprawia formowanie i kształt spoiny
- wysoki rozprysk
- brak łuku natryskowego
- wzrost zawartości C w spoinie
- wzrost zawartości O
2
w spoinie
- wzrost stopnia wypalania składników stopowych
Tlen O
2
- obniża napięcie powierzchniowe
- obniża wielkość rozprysku
- ułatwia emisję elektronów
- zwiększa rzadkopłynność jeziorka
- wzrost zawartości O
2
w spoinie
- wzrost stopnia wypalania składników stopowych
- zwiększa wydajność spawania
O gazach mówi również norma PN EN ISO 14175.
2. Stopy aluminium i ich spawalność
Podstawowe składniki stopowe to:
Mangan, magnez, krzem, miedź, cynk, lit
Wszystkie dodatki stopowe w różnym stopniu podwyższają własności wytrzymałościowe i
odporność na korozję stopów aluminium.
Stopy aluminium dzielimy na:
- stopy aluminium do obróbki plastycznej zawartość do ok.5% dodatków stopowych
- odlewnicze stopy aluminium zawartość dodatków stopowych pomiędzy 5-25%
Stopy aluminium do przeróbki plastycznej dzielimy na stopy z serii:
1xxx – łatwo spawalne
2xxx – składnik stopowy miedź Cu – trudno spawalne
3xxx - składnik stopowy mangan Mn – łatwo spawalne
4xxx – składnik stopowy krzem Si – spawalne
5xxx – składnik stopowy magnez Mg – łatwo spawalne
6xxx – składniki stopowe magnez z krzemem Mg/Si – ograniczona spawalność
7xxx – składnik stopowy cynk Zn – spawalne
8xxx – składnik stopowy inne – spawalne
Odlewnicze stopy aluminium
Również podzielone są na serie. Są to serie od 1xxx do 9xxx.
Spawalne są tylko stopy z serii 4xxx z dodatkiem Si
Reszta jest trudno spawalna lub całkowicie nie spaalna.
Spawalność stopów aluminium jest w dużym stopniu utrudniona ponieważ mają:
- duże powinowactwo chemiczne do tlenu – tworzy się powłoka tlenowa która utrudnia
spawanie
- wysoką przewodność cieplną co utrudnia miejscowe stapianie metalu, szybkie krzepniecie i
stygnięcie spoiny.
- wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej i duży skurcz co powoduje powstawanie
naprężeń i odkształceń w złączach oraz pęknięć w spoinach.
- dużą zdolność rozpuszczania gazów co prowadzi do występowania porowatości gazowej
- brak barwy nalotowej podczas nagrzewania co sprawia trudność w określeniu temperatury
nagrzania.
- bardzo niskowytrzymałość w temp. powyżej 500°C (głównie jednak chodzi o Aluminium
mniej o stopy aluminium)
Metody spawania stopów aluminium:
Spawanie łukowe metodą TIG
Spawanie łukowe metodą MIG
Spawanie gazowe
Spawanie łukowe elektrodą otuloną
Inne metody: spawanie łukowe pod topnikiem, plazmowe, elektronowe, laserowe, laserowe
wzmocnione łukiem plazmowym.
3. Metody oznaczania spoin na rysunkach
Spoina jest elementem konstrukcji w pełni równoważnym z innymi jej elementami dlatego też
na rysunku należy podać wszystkie informacje niezbędne do jej wykonania, zgodnie z
wymaganiami wymiarowymi i jakościowymi. Do informacji tych należą :
- przedstawienie uproszczone lub umowne rodzaju i kształtu spoiny
- zwymiarowanie przekroju poprzecznego i długości spoiny
- oznaczenie dodatkowe dotyczące wykonania spoiny, np. kształtu lica podpawania grani,
stosowania podkładek,
- oznaczenie uzupełniające dotyczące np. metody spawania, metody kontroli i klasy jakości,
montażu.
Połączenia spawane (spoiny) można przedstawić na rysunkach zgodnie z ogólnymi zasadami
rysunku technicznego w sposób umowny stosując w normach znaki podstawowe lub w
sposób uproszczony .
4.
Niezgodności spawalnicze i ich wpływ na wytrzymałość złącza
Niezgodność staje się istotna i uważana za wadę (nieakceptowaną niezgodność), kiedy
stanowi przeszkodę w spełnieniu przez złącze założeń projektowych, a problem polega na
decyzji , jaki poziom niezgodności można przyjąć w danych warunkach. Wyniki badań nad
wpływem niezgodności spawalniczych spoin na wytrzymałość statyczną złączy stalowych
wskazują na niewielką wrażliwość spoin na obecność dość znacznych wad. Nawet przy
stosunkowo dużych ubytkach przekroju w spoinie (nawet do kilkunastu procent) pęknięcie
następuje zazwyczaj w materiale rodzimym. Powodem tego jest na ogół wyższa granica
plastyczności stopiwa niż granica plastyczności materiału rodzimego.
Niezgodności, które wywierają niewielki wpływ lub nie mają żadnego wpływu na
wytrzymałość statyczną, mogą być jednak powodem zniszczeń zmęczeniowych nawet przy
niskim poziomie naprężeń eksploatacyjnych, gdyż wywołują ich spiętrzenie. Wytrzymałość
zmęczeniowa zależy nie tylko od wielkość wady, lecz również od jej rodzaju, kształtu,
położenia w spoinie i kierunku przyłożonego w stosunku do niej obciążenia.
Wady globularne porowatość oraz żużle kuliste.
Stosunkowo mała porowatość powoduje bardzo intensywne zmniejszenie wytrzymałości
zmęczeniowej, gdyż ostrość karbu jest duża. Ze wzrostem stopnia wadliwości maleje
intensywność spadku wytrzymałości. Zniszczenie występuje najczęściej w płaszczyźnie
mającej największy ubytek przekroju.
W przypadku żużli pasmowych występuje korelacja między wytrzymałością zmęczeniową a
wielkością wady, określana np. jej długością widoczną na radiogramie. Można stwierdzić że
ma ona ten sam ogólny kształt, jak zależność odnosząca się do porowatości i braku przetopu.
Liczba występujących wad ma stosunkowo nieduże znaczenie. Wynikiem wtrąceń
wielokrotnych jest niewielkie zmniejszenie wytrzymałości w porównaniu z wadami
pojedynczymi. Występowanie wad wielokrotnych zwiększa jedynie statystyczną szanse
zapoczątkowania pęknięcia.
Żużle i pory znajdujące się pod licem w znacznym stopniu (do ok.35%) zmniejszają
wytrzymałość w porównaniu z niezgodnościami znajdującymi się w środku grubości spoiny.
Brak przetopu może być niezgodnością wewnętrzną lub powierzchniową.
Charakter zmian wytrzymałości zmęczeniowej złącza doczołowego obciążonego poprzecznie
z niezgodnością ukrytą (np. spoina dwustronna) jest podobny do przedstawionego dla
niezgodności globularnych, jeśli parametrem jest zmniejszenie się pola przekroju.
W przypadku spoin jednostronnych, gdy brak przetopu można traktować jako niezgodność
powierzchniową , zmniejszenie wytrzymałości zmęczeniowej jest wyraźniejsze, co znajduje
potwierdzenie również w mechanice pękania.
Podobnie jak brak przetopu można traktować przyklejenia. Ich wpływ na inicjację pęknięcia
zmęczeniowego w złączu może być nawet intensywniejszy ze względu na większą ostrość
karbu (węższa szczelina) w porównaniu z brakiem przetopu.
Pęknięcia w złączach spawanych mogą występować w stopiwie lub w SWC i mogą być
równoległe lub poprzeczne do kierunku spoiny. Żadne z nich niezależnie od przyczyn nie
może być akceptowane, szczególnie w konstrukcjach obciążonych zmiennie.
Niezgodności powierzchni i kształtu złącza działają jako karby koncentrujące naprężenia o
różnym stopniu ostrości.
Nadlew spoiny o kącie stycznej θ=150° powoduje spadek żywotności do ok.70% w
porównaniu ze złączem z nadlewem obrobionym mechanicznie.
Podtopienie zmniejsza wytrzymałość zmęczeniową w stopniu zależnym od jego głębokości:
Podtopienie 0,5mm – spadek wynosi 30%
Podtopienie 0,9mm – spadek wynosi 50%
W stosunku do wytrzymałości spoiny o normalnym nadlewie i bez podtopień.