Temat numeru |
Technologie Å‚Ä…czenia
P
Projektowanie spoin
r
o
j
e
k
t
o
w
a
n
i
e
s
p
o
i
n
w
we współczesnych technikach spawania
e
w
s
p
ó
Å‚
c
z
e
s
n
y
c
h
t
e
c
h
n
i
k
a
c
h
s
p
a
w
a
n
i
a
Dotychczasowe podejście do projektowania połączeń spawanych sprowadza się do policzenia naprężeń
i pomnożenia ich przez współczynnik bezpieczeństwa na niewiedzę technologiczną projektanta.
Ale czy do materiałów niejednorodnych można stosować abstrakcyjne pojęcie naprężeń
spawalniczych?
Ryszard Jastrzębski
yobraz
my sobie kratownicę pokrytą pa- mikroobszaru spowoduje pękanie całej spoiny. Oznacza
pierem pomalowanym na kolor stali. Pro- to, ni mniej ni więcej, że w przypadku materiałów nie-
Wjektant, na podstawie obciążenia i ugięcia, jednorodnych posługiwanie się pojęciem naprężeń nie
przy założeniu jednorodności materiału, policzy naprę- ma sensu. Zamiast kontrolować naprężenia należy więc
żenia w dowolnym punkcie belki. Po przebiciu papieru badać odkształcenia i jedynym sensownym podejściem
okaże się jednak, że w miejscu policzonych naprężeń jest jest w tym wypadku ustalenie kryterium maksymalne-
powietrze, które nie przenosi sił wewnętrznych... go odkształcenia najbardziej kruchego mikro fragmentu
Przyjrzyjmy się zatem naszej spoinie w przekroju. spoiny. Jest to właściwie rewolucja w dziedzinie badań
Spoina jest zahartowana, a w jej otoczeniu, zwanym wytrzymałości materiałów. Chociaż, z doświadczenia
strefą wpływu ciepła, są wszystkie możliwe strefy wpły- jednak wiadomo, że przy dopuszczaniu suwnic i mo-
wu ciepła. Wydawałoby się, że w tak mikroskopowych stów drogowych do ruchu próba obciążenia polega na
obszarach nie da się wyznaczyć krzywych rozciągania, kontroli odkształceń.
a własności wytrzymałościowe materiału w skali mikro
można tylko porównywać na podstawie mikro twar-
dości Vickersa. Kilka lat temu pojawiły się w USA mi-
kroskopowe maszyny wytrzymałościowe działające jak
dziurkacz, który wycina mikro otwór w folii przekroju
poprzecznego spoiny. W procesie skalowania urzÄ…dze-
nia z wykresu zależności siły wycinania mikro otworu
i przemieszczenia po przemnożeniu przez stałą wartość
otrzymuje się wykres otrzymywany z rozciągania dużych
próbek. Rysunek 1 pokazuje kilka takich krzywych roz-
ciÄ…gania. Wraz ze wzrostem stopnia zahartowania krzy-
wa jest bardziej stroma i przy mniejszym odkształceniu
następuje pękanie. Gdyby spoina była zbiorem sprężyn
to w wyniku rozciÄ…gania, po przekroczeniu dopuszczal-
Rys 1 Krzywe wytrzymałości różnych obszarów złącza
nego odkształcenia najsztywniejszej sprężyny, sprężyna
spawanego. Wpływ podgrzewania na odkształcenia cieplne
i zapas na odkształcenia krzywych wytrzymałości.
ta by pękła, ale pozostałe sprężyny przenosiłyby obcią-
żenie. Ponieważ spoina jest kryształem, to pęknięcie
14 Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie | marzec 2010 | www.konstrukcjeinzynierskie.pl
 | Temat numeru
Technologie Å‚Ä…czenia
Przeanalizujmy model dr Mariana Bala z AGH dla spawania i pełnego badania wytrzymałości płyt prób-
stali energetycznych 10H2M. Załóżmy, że spoina od- nych i określenie parametrów spawania i energii linio-
kształci się termicznie o L1. Z wykresu na rysunku 1 wej, przy której wyniki wszystkich prób będą pozytyw-
wynika, że spoina pęknie w punktach B,C,D. ne. Dopuszczone są wówczas parametry spawania, przy
Jeżeli podgrzejemy miejsce spawania na szerokości których energia liniowa wynosi  od 0,8 energii liniowej
150 mm od złącza to odkształcenie zmniejszy się o "L spawania w pozycji naściennej, do 1,2 energii liniowej
i wyniesie L2. Z wykresu wynika, że podgrzewanie spo- spawania w pozycji pionowej.
woduje pęknięcie w punkcie D. Z drugiej strony, pod-
grzanie spowoduje mniejsze zahartowanie i krzywa D Można się zastanawiać dlaczego normy europejskie
zamieni się na krzywą C, co spowoduje, że spoina nie wprowadziły pojęcie energii liniowej i skąd ono się wzię-
pęknie lecz będzie miała mniejszy zapas na odkształce- ło, i czy kontrola energii liniowej zawsze jest słuszna. Po-
nie. Jeżeli miejsce spawania było by wcześniej obrabiane niżej spróbujemy przybliżyć tę sprawę.
plastycznie na zimno to ta obróbka spowoduje utratę za-
pasu na odkształcenie (bardziej strome krzywe wytrzy- Kontrola procesów cieplnych spawania opiera się na
małości z rys 1) i spowoduje to pęknięcie spoiny pomi- rozwiązywaniu równań różniczkowych wymiany ciepła
mo podgrzewania. Dlatego Urząd Dozoru Technicznego podczas spawania. W latach 70-tych pojawiły się prace
nie dopuszcza spoin na  kolanach , a ich odległość od opisujące procesy rozchodzenia się ciepła poprzez roz-
miejsca odkształceń plastycznych na zimno powinna wiązywanie równań wymiany ciepła. Ponieważ w przy-
wynosić 150 mm. padku topienia metalu problem jest dosyć trudny, gdyż
rozwiązania takich równań różniczkowych udaje się
uzyskać stosunkowo prosto dla funkcji liniowych, po-
Kontrola ilościowa procesów cieplnych minięto bardzo istotny element  nieliniowe wprowa-
spawania na etapie projektowania dzenie ciepła topienia. Dla dociekliwego fizyka byłoby to
Jednym z etapów projektowania jest dopuszczanie tech- niedopuszczalne, lecz względy praktyczne i możliwość
nologii do spawania na podstawie norm europejskich wyliczania szybkości chłodzenia i przewidywania har-
i ISO. Obliguje to wykonawcę do przeprowadzenia prób towania się strefy wpływu ciepła zwyciężyły. O dziwo,
rys. 2
Stary i nowy
model punktowego z
ródła ciepła model zalewania rowka metalem o temperaturze T
model
T
analizy
y=0
x 0,6 y
procesów
+
-
cieplnych
+
0
0,6
0
spawania
y
1,2
x
2,4
-
z
3,6
-20 -16 -12 -8 -4 0 4 x
[cm]
T=f(U" I,x,y)
y
6
4
2
x, cm
1100
0
800
-2
300
500
1600
-4
250
-6
-20 -16 -12 -8 -4 0 4
Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie | marzec 2010 | www.konstrukcjeinzynierskie.pl 15
g
Temat numeru |
Technologie Å‚Ä…czenia
Aby ocenić wpływ ciepła topienia na metalurgię nale-
ży ocenić stosunek dostarczonej energii do energii zuży-
tej na topienie spoiny.
matematycy wykonujÄ…cy obliczenia cyfrowe metodÄ… ele-
mentów skończonych, zamiast próbować zbliżyć się do
rzeczywistości, próbowali dopasować funkcję  od tyłu ,
wstawiając wirtualny rozkład temperatury łuku. Było to gdzie:
możliwe dlatego, że w latach 80-tych tylko obecny rektor Q- ciepło dostarczone; Qtopienia- ciepło potrzebne
UJ, prof. Musioł dysponował stanowiskiem do badania do stopienia spoiny;
rozkładu temperatury łuku. Przy istniejących wtedy E  ilość energii zużytej na wykonanie 1kg spoiny;
m
komputerach  Odra , pomiary fotopowielaczem trwały Eliniowa  energia liniowa;
kilka godzin, a obliczenia  kilka tygodni. U- napięcie łuku; I- prąd spawania; S- przekrój po-
Dopiero niedawno pojawiły się laserowe techniki przeczny spoiny;
pomiaru punktowego temperatury Å‚uku w czasie rze- V  szybkoÅ›c spawania; Cv  ciepÅ‚o topienia; Á - gÄ™-
sp
czywistym, gdzie dwa promienie lasera barwnikowego stość; µ- sprawność
zderzają się, tworząc jeden strumień, który niesie infor- C  ciepło właściwe
wł.
macjÄ™ o punktowej temperaturze Å‚uku elektrycznego.
Z punktu widzenia funkcjonowania mózgu łatwiejsze Odzwierciedlenie tych wzorów przedstawia amery-
do analizy rozwiązania analityczne bardziej trafiają do kańska norma naftowa (Rys. 3).
inżynierów niż obliczenia numeryczne. Duże uprosz- Przy stałej energii liniowej wytrzymałość wzrasta
czenia rozwiązań teoretycznych pomagały zwykle roz- wraz ze wzrostem objętości ściegu czyli jego przekroju.
wiązać bieżące problemy, ze względu na swoją prosto- W tradycyjnych spawarkach ilość stopionego drutu zale-
tę. Jednak z uwagi na to, że umysł ścisły powtarzając żała od prądu spawania i przy ustalonej energii liniowej
niektóre, nawet nieprawdziwe wzory, tak się do nich przekrój ściegu też był ustalony. Nowe urządzenia prądu
przyzwyczaja, że bierze je za pewnik, więc rozwój teo- zmiennego niesymetrycznego pozwalają zmieniać prze-
rii procesów cieplnych spawania został zablokowany na krój ściegu, przy tej samej energii liniowej E:
długie lata. Eliniowa l= 0,8 x U x I/ Vsp.
Światowe koncerny naftowe robiące badania podsta- Rys. 3 prezentuje te nowe możliwości urządzeń spa-
wowe w oparciu o specjalistów nie związanych ze spawa- walniczych.
niem, mogły dzięki temu utrzymać dominującą pozycję Warto się zastanowić, dlaczego spawania termitowego
na rynku spawania stali kwasoodpornych, gdyż inżynie- szyn o bardzo dużej energii liniowej (krótki czas zalewa-
rowie spawalnicy z konkurencyjnych firm zmniejszali nia formy) nie udało się wyprzeć spawaniem elektrycz-
energię liniową zamiast tak szkolić spawaczy, aby przy nym. Zalewanie formy ciekłym metalem o temperatu-
tej samej energii liniowej zwiększać przekrój spoiny, rze topienia jest podobne do ciągłego odlewania stali.
czyli obniżać temperaturę jeziorka spawalniczego cie- Pomimo polewania wodą wlewków instalacji ciągłego
płem topienia drutu. odlewania stali nic się nie dzieje. Podobnie zalewanie
16 Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie | marzec 2010 | www.konstrukcjeinzynierskie.pl
 | Temat numeru
Technologie Å‚Ä…czenia
Rys. 3 Zależność wytrzymałości od ilości ciepła wprowadzonego na jednostkę masy spoiny
oraz zależność wytrzymałości przy stałej energii liniowej od objętości metalu spoiny
Projektowanie techniki spawania
Dawniej zwiększenie szybkości topienia można
było uzyskać poprzez zamianę drutu pełnego na
stopiwo w postaci rurki, o większej powierzchni
topienia, czyli drutu proszkowego. Dlatego dru-
tami proszkowymi można było spawać więk-
szymi energiami liniowymi i uzyskiwać dobrą
udarność w niskich temperaturach i mniejszą
szerokość strefy naprężeń spawalniczych roz-
ciągających (równych granicy plastyczności).
Możliwość regulacji balansu i offsetu przebiegu
rowka spawalniczego pokazane na rysunku 2 nie powin- prÄ…du zmiennego prostokÄ…tnego, niesymetrycznego,
no wpływać na strukturę spoiny i strefy wpływu ciepła. umożliwia regulację głębokości wtopienia i szybkości
Dzieje się tak ze względu na dużo większą przewodność stapiania drutu, a więc przekroju spoiny przy tej samej
ciepła stali zakrzepniętej niż stali ciekłej. Dopiero pod- energii liniowej.
wyższenie temperatury zalewania ciekłym metalem po- Istniały też inne, mało stosowane przez nadzór, a wy-
woduje cykliczność krzepnięcia i przegrzewanie strefy korzystywane przez ekspertów spawania, wizualne spo-
wpływu ciepła. Dlatego wzrost energii liniowej z rów- soby zwiększenia przekroju spoiny przy tej samej energii
noczesnym wzrostem przekroju spoiny poprzez wzrost liniowej (pokazane na rys.4). Pierwszy sposób to znacz-
szybkości stapiania nie powinien zwiększać średniej
łuk na początku jeziorka łuk na końcu jeziorka
temperatury jeziorka i wpływać na własności spoiny.
Można było więc ustalać energię liniową przez kontro-
lowanie ilości ściegów spoiny.
Na pole powierzchni przekroju wpływa szybkość to-
pienia drutu i głębokość wtopienia. Tradycyjne urzą-
zimne jeziorko gorÄ…ce jeziorko
dzenia spawalnicze dawały stałą szybkość topienia, co
głębokość wtopienia
duże wtopienie
przyklejenie
oznaczało, że ilość stopionego drutu była zależna od
prądu spawania i przekrój spoiny przy tej samej energii
liniowej nie ulegał zmianie.
gorÄ…ce jeziorko
zimne jeziorko
Rys. 4. Wpływ
ne skrócenie łuku przy spawaniu TIG. Drugi sposób to
położenia łuku
w stosunku
zmiana położenia łuku w stosunku do jeziorka przy spa-
do jeziorka na
waniu MAG i MIG.
temperaturÄ™ Å‚uku
i głębokość
Jak wynika z rysunku 4, szerokość jeziorka można kon-
wtopienia
trolować nie tylko przez długość łuku, ale również przez kąt
rozwarcia. W spawaniu półautomatycznym GMAW wiel-
Jak wynika z powyższego wzoru przy tradycyjnych kość jeziorka możemy kontrolować napięciem łuku i kątem
urządzeniach spawalniczych wytrzymałość połączeń rozwarcia łuku. Napięcie łuku zależy od pola powierzchni
spawanych będzie zależała wyłącznie od napięcia, które bocznej łuku, która jest powierzchnią strat energii promie-
w tych urządzeniach zmienia się w niewielkim zakresie. niowania (zakłada się, że w środku łuku promieniowanie
Dopiero zastosowanie funkcji ARC Force zmniejszajÄ…ce powoduje jonizacjÄ™ i nie wychodzi na zewnÄ…trz).
w sposób dynamiczny napięcie łuku wraz ze wzrostem Zmniejszając kąt rozwarcia przy tym samym napięciu,
prądu pozwala na uzyskanie złotej barwy ściegów ze sta- zwiększamy wielkość jeziorka i jego temperaturę. Wynika to
li wykonanych metodą MAG. z zasad termodynamiki, że ciepło nie ginie i służy do topienia
Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie | marzec 2010 | www.konstrukcjeinzynierskie.pl 17
Temat numeru |
Technologie Å‚Ä…czenia
Jak ważnym problemem w projektowaniu jest
kryterium odkształceń i możliwości zgubie-
nia odkształceń cieplnego skurczu spoiny
podczas montażu przekonali się projektanci
podłoża i grzania jeziorka spawalniczego. Ponieważ topienie
mostów. Jeżeli półka dz
wigara jest wykonana
następuje w wyniku fizycznego kontaktu gorących gazów
z trzech nakładek po 40 mm (taką grubość
z podłożem, ilość stopionego podłoża zależy od przepływu
dopuszcza norma mostowa) to aby pospawać
gorących gazów (topienie przez przewodnictwo cieplne mo-
doczołowo blachy wszystkich nakładek trzeba
żemy pominąć), którego miernikiem jest przepływ jonów,
zaprojektować wstawki w wyżej położonych
czyli prÄ…d elektryczny ( przy stopniu jonizacji 5%; x 20).
nakładkach. Jeżeli przyjmiemy odległość 150
Jeżeli nie zmieniamy przepływu, a tylko odsuwamy blachę
mm to nakładki będą miały długości odpo- (wydłużamy łuk) to wysokość topionego walca czyli głębo-
wiednio: 300 i 600 mm i będzie to za mało,
kość wtopienia powinna maleć. W rzeczywistości mecha-
aby zgubić skurcz spoiny blachy o grubości
nizm jest bardziej skomplikowany. Składowa pionowa ciśnie-
40 mm, wynoszÄ…cy 8 mm. Aby spoiny nie
nia odsuwa ciekły metal na boki i pozwala gorącym gazom
popękały trzeba założyć odległość do spoin
(rys. 5) docierać do podłoża i topić coraz głębsze warstwy.
pachwinowych nakładek blokujących od-
Składowa pozioma transportuje ciekły metal do nadlewu
kształcenia  300 mm, co daje długość nakła- (spawanie w prawo, metodą ciągnięcia) lub przed łuk i wte-
dek: 600 i 1200 mm, a więc dwa razy więcej
dy składowa ciśnienia ugina ciekły metal z topionego dru-
niż wynikałoby to z przepisów UDT. Oznacza
tu, gazy nie docierają do podłoża i zamiast topić i chłodzić
to również, że spoiny nakładek powinny być
ciepłem topienia, grzeją jeziorko (spawanie w lewo, metodą
niedospawane do miejsca układania spoiny
ciągnięcia). Przy spawaniu MIG najkorzystniejszy jest kąt
doczołowej na długości 300 mm. Poza tym,
odchylenia od pionu 7º. TeoriÄ™, że przy spawaniu Å‚uk elek-
nie wszystkie ściegi przenoszą to samo ob- tryczny służy tylko do wywołania różnicy temperatur, a róż-
ciążenie i w takim samym stopniu podlegają
nica temperatur napędza ruch gorących gazów od gorącego
zahartowaniu. Najbardziej odkształcony jest
obszaru w pobliżu elektrody do zimnej blachy, potwierdza
przetop i on też jest najbardziej zahartowany,
rysunek 5. Przy zmianie biegunowości powinna wystąpić
co powoduje, że w przetopie mogą wystąpić
zmiana kształtu łuku jak na rysunku 5a. Rys. 5b pokazuje,
mikropęknięcia, które podczas obciążenia
że taka zmiana nie nastąpiła i łuk nadal rozszerza się w kie-
runku blachy.
drut proszkowy rytlowy szybkokrzepnÄ…cy
a. zmiana biegunowości b. zmiana biegunowości
24V
+
18% CO2
82%Ar
180A
-
Ä…=ß
c.
d. e. f. g.
22V
15V 20V 18V
Ar 18% CO2
82% Ar
Ar
160A
160A 160A 180A
kropla otoczona żużlem nie paruje
Rys. 5 Wpływ długości łuku i kąta rozwarcia łuku na wielkość jeziorka i napięcie łuku
18 Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie | marzec 2010 | www.konstrukcjeinzynierskie.pl
-
-
+
+
 | Temat numeru
Technologie Å‚Ä…czenia
dynamicznego rozwiną się w pęknięcia. Dla-
tego najczęściej stosuje się wycinanie prze-
topu i podpawanie. W przypadku nakładek
KÄ…t rozwarcia Å‚uku powstaje w wyniku zderzania siÄ™ go-
dz
wigara mostu jest to niemożliwe i dlatego
rących gazów przemieszczających się w kierunku blachy.
trzeba spawać kaskadowo, aby jeden ścieg
Każde zderzenie wprowadza składową prostopadłą prędko-
wyżarzał drugi i skurcz strukturalny związa-
ści do kierunku ruchu. Stąd kąt rozwarcia zależy od ilości
ny z przemianÄ… alotropowÄ… stali (hartowanie
zderzeń, czyli temperatury i wielkości zderzających się czą-
pomiÄ™dzy 800 i 500ºC) wystÄ…piÅ‚ gdy bÄ™dÄ…
stek. Ochłodzenie łuku dużą ilością przemieszczającego się
położone 3 ściegi, a więc przenoszenie obcią-
metalu przy spawaniu drutem proszkowym metalicznym
żeń rozłoży się na większą i bardziej plastycz-
czy dodanie do argonu nawet niewielkiej ilości małych czą-
nÄ… powierzchniÄ™ przekroju poprzecznego.
stek wodoru czy helu zawęża łuk (spawanie cienkich blach
Osobnym zagadnieniem sÄ… nowe generacje
TIG).
stali drobnoziarnistych o 3, a nawet 5 razy
Dodanie oparów składników stali nierdzewnej czy du-
większej granicy plastyczności od stali 18G2A.
żych cząstek pochodzących z drutu proszkowego lub O2 lub
W tym przypadku ważny jest wodór ato-
CO2 zwiększa prawdopodobieństwo zderzenia i rozszerza
mowy, który powstaje w temperaturze łuku
łuk. Przechodzenie kropli otoczonej żużlem podczas spawa-
z wody, która wykrapla się z otoczenia. Wodór
nia drutem proszkowym (rys. 5g) uniemożliwia parowanie
ten w stali jest  duchem (nie ma objętości)
kropli stali nierdzewnej i nie zmienia parametrów spawania,
i przemieszcza się pod włos, do miejsca, gdzie
które zazwyczaj wynoszą 180A i 24V (mieszanka 18%CO2
są największe naprężenia wewnętrzne, a więc
i 82% Ar).
pod spoinÄ™. Po przekroczeniu dopuszczalnej
Zapobieganie parowaniu przy spawaniu A-TIG przez po-
wartości wodór w miejscach rozwalcowanych
smarowanie miejsca spawania aktywnymi pastami zapobie-
wtrąceń łączy się w cząsteczki H2, które
gającymi parowaniu zawęża łuk tak intensywnie, że głębo-
posiadają objętość i rozsadzają strukturę
kość wtopienia wzrasta z 3 do 6mm i przypomina spawanie
materiału, powodując pękanie schodkowe
plazmowe z zimnym jeziorkiem.
w skali mikro (przypominające pęknięcia
zmęczeniowe). W tym celu należy przewidzieć
podgrzewanie osuszajÄ…ce palnikiem do 100°C
Dobór metody i techniki spawania
i wygrzewanie po spawaniu, w temperatu-
Wprawdzie normy europejskie traktujÄ… wszystkie metody
rze 250°C przez 2 godziny (przy grubych
spawania równorzędnie lecz skłonność niektórych metod
i masywnych blachach wystarczy zaizolować
do tworzenia określonych wad, duże niebezpieczeństwa
spoinę). Poza tym, wytrzymałość tych stali
jakie niosą za sobą przyklejenia w konstrukcjach obciążo-
opiera się na drobnym ziarnie, które przy zbyt
nych dynamicznie i trudność wykrywania tych przyklejeń
dużej ilości wprowadzonego ciepła mogą się
metodami badań nieniszczących powoduje, że do kon-
rozrosnąć, a powstające wysepki kruchego
kretnego przypadku w zależności od odpowiedzialności
ferrytu delta w strukturze mikroskopowej
i ceny wytwarzania należy dokonać specjalnej analizy
mogą spowodować pękanie. Z tą różnicą, że
w celu doboru specjalnej metody spawania. Dla przykła-
trzeba zmienić diametralnie przyzwyczajenia
du do obciążeń dynamicznych jedyną możliwą metodą
wykonawcy i zamiast grzać obszar spawa-
ze względu na dużą plastyczność jest metoda TIG lub ze
nia, w skrajnych przypadkach chłodzić go
względu na 6 razy większy przekrój warstwy przetopo-
sprężonym powietrzem. Te wszystkie uwagi
wej spawanie na podkładce ceramicznej drutem proszko-
należy wpisać w dokumentacji, w uwagach.
wym z przygotowaniem rowka bez progu. W pozostałych
Inaczej wykonawca nie zatrudni nadzoru
przypadkach pozostałe metody możemy stosować tylko
spawalniczego i spawaczy o odpowiednich
wtedy, gdy jest możliwość usunięcia warstwy graniowej
kwalifikacjach i konstrukcja ulegnie awarii  na
i podpawania spoiny. W przypadku elementów automa-
etapie projektowania . Dlatego warto czytać
tyki hydraulicznej i pneumatycznej instalacji sterowanych
normy europejskie i szkolić osoby weryfikujące
komputerowo, aby uniknąć awarii poprzez zapychanie
dokumentację pod względem spawalniczym.
się tych elementów żużlem ze szlaki spoin jedyną metodą
Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie | marzec 2010 | www.konstrukcjeinzynierskie.pl 19
Temat numeru |
Technologie Å‚Ä…czenia
dopuszczalną do spawania przetopów jest metoda TIG. powstawał korozyjny meszek, mimo braku gazu formują-
Jeżeli chodzi o konstrukcje obciążone dynamicznie to cego. To dla wielu technologów wydaje się niemożliwe.
przy ręcznym spawaniu zaleca się spawanie elektrodą Przy spawaniu grubszych rur (np. dla przemysłu farma-
otuloną lub drutem proszkowym, gdyż ze względu na ceutycznego i spożywczego) przetop należy wykonywać
przechodzenie kropli otoczonej żużlem przy zbyt wolnym krótkim łukiem pilnując, aby drut cały czas dotykał je-
prowadzeniu uchwytu, zamiast niebezpiecznych i trudno ziorka i aby nie było na przetopie nierówności umożliwia-
wykrywalnych radiograficznie przyklejeń, powstają łatwo jących gromadzenie się bakterii. W przypadku układania
lica z
ródłem impulsowym, drut należy dodawać po bokach
jeziorka w czasie trwania prądu bazy. Nie należy najeżdżać
końcem elektrody nad krawędz
rowka tylko trzymać się
w pewnej odległości od niego. Utrzymywanie elektrody
w pewnej odległości od krawędzi podczas spawania grubo-
ściennych rur hydraulicznych zwiększa odbieranie ciepła
przez podłoże (kąt odprowadzenia ciepła), a dodawanie
drutu po bokach obniża temperaturę jeziorka, co zapobie-
ga spływaniu przy dłuższym czasie nagrzewania podłoża
do temperatury zwilżalności. Zapobiega to powstawaniu
podtopień w pozycjach przymusowych.
Technika spawania MAG i MIG
wykrywalne metodami nieniszczącymi żużle. W niektó- stali austenitycznych
rych zakładach, jak stocznie, do spawania elementów, do Teoretycznie możliwych jest sześć metod spawania stali
których mocowane są haki dz
wigów dopuszcza się tylko austenitycznych metodą MAG: bez pulsu, z pojedynczym
spawanie elektrodą otuloną. Przy spawaniu nowocze- pulsem, z podwójnym pulsem, drutem pełnym lub prosz-
snych stali kwasoodpornych i superwytrzymałych stali kowym.
drobnoziarnistych niesłychanie ważna jest kontrola tech- W przypadku stali austenitycznych o małej przewodno-
niki spawania. Wielu zleceniodawców wymaga od biur ści cieplnej przy spawaniu drutem pełnym, ze względu na
projektowych nadzoru autorskiego, toteż bez podstawo- wygląd spoiny (brak podtopień), pulsacja prądu nagrze-
wej wiedzy inżynier konstruktor jest wówczas bezradny. wająca podłoże do temperatury zwilżalności jest obowiąz-
Poniżej, w ostatniej części naszego opracowania, po- kowa. Podwójny puls obniża temperaturę jeziorka wymu-
damy podstawowe wytyczne, które pozwolą poruszać się szając rozbudowaną na boki krystalizację (zazębianie się
w tym obszarze. Wytyczne te można również dołączać do kryształów), co objawia się regularną łuską. Szybko topiąca
dokumentacji, co pozwoli wykonawcom na łatwiejsze do- się rurka drutu proszkowego poprzez ciepło topienia drutu
stosowanie się do zasad funkcjonujących na światowym obniża temperaturę jeziorka i poprzez duże rozwarcie łuku
rynku. nagrzewa podłoże do temperatury zwilżalności (brak pod-
topień), co powoduje, że stosowanie pulsacji w zasadzie nie
jest potrzebne.
Technika spawania TIG stali austenitycznych Spawanie z podwójnym pulsem ze względu na zbyt duże
Spawanie blach austenitycznych dla przemysłu lotniczego obniżanie temperatury jeziorka jest wręcz niewskazane. Ze
wymaga bardzo dużej precyzji w utrzymaniu krótkiego względu na kąt rozwarcia łuku i szybkość stapiania drutu,
łuku (7V zamiast tradycyjnych 15V), precyzyjnego prowa- technika spawania gołym drutem różni się od techniki
dzenia łuku na początku jeziorka i precyzyjnego dodawania spawania drutem proszkowym. Drutem gołym wykonu-
drutu. Dla przykładu spoina pachwinowa blach o grubości jemy zakosy w tempie walca wiedeńskiego z przytrzyma-
1 mm powinna być tak prowadzona, aby jeziorko było na niem po bokach, a drutem proszkowym wykonujemy 3
tyle zimne, by ciepło nie przechodziło na drugą stronę i nie razy szybsze i węższe ruchy zakosowe na początku jeziorka
20 Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie | marzec 2010 | www.konstrukcjeinzynierskie.pl
 | Temat numeru
Technologie Å‚Ä…czenia
(przypominajÄ…ce ruchy wycieraczek w czasie silnego desz-
czu). Dotychczas ze względu na energię liniową starano
się stosować spawanie bez zakosów, jednak posługując się
energią masową można tak dobrać kształt zakosów, że pa-
rametry wytrzymałościowe spoin zakosowych mogą być
wyższe niż spoin ze ściegami prostymi. W AGH wykonano
badania potwierdzające tę tezę, ale ze względu na wszech-
obecne poglądy na temat wpływu energii liniowej na udar-
ność złączy w niskich temperaturach, nie były one publi-
kowane w Polsce. Spawanie ściegami prostymi polega na
prowadzeniu końca elektrody w największym zagłębieniu
(pomiędzy ścianką, a poprzednią warstwą lub pomiędzy
ściegiem, a poprzednią warstwą) i obserwowaniu obu kra-
wędzi jeziorka spawalniczego. Przy zamykaniu warstwy,
jedną krawędz
jeziorka prowadzimy po grzbiecie poprzed-
niego ściegu, a drugą krawędz
(gładkie lico warstwy) pro-
wadzimy tak, aby przetopić krawędz
rowka na głębokość
1mm. Ze względu na technikę spawania rur w pozycjach
przymusowych ważne jest, aby temperatura międzyściego-
wa nie przekroczyÅ‚a 250ºC i aby dyszÄ… nie dotknąć jeziorka
Literatura
(zassanie metalu jeziorka i spłynięcie). Przy spawaniu gru-
R. Jastrzebski, B. Yalinkilicli, M. Cenin, G. Padula  The
bych blach i usztywnionych konstrukcji stale austenityczne
possibilities of rusing space technology in welding , str. 430-495,
materiały konferencyjne corocznej konferencji Międzynarodowego
należy spawać w zasadzie drutami proszkowymi rutylowy-
Instytutu Spawalnictwa IIW Osaka, 12-14 czerwiec 2004r
mi szybko-krzepnÄ…cymi.
L. Verwaerde, R. Katiyar  Wpływ sterowania charakterystyką
prądu na kształt spoiny i własności mechaniczne stopiwa , Przegląd
Spawalnictwa Nr 7/8 2009 str. 18-23
Technika spawania elektrodÄ…
otulonÄ… stali austenitycznych
Zielińska Sylwia:  Własności fizyczne plazmy MIG-MAG rozprawa
doktorska Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej
Elektrody zasadowe ze względu na szybsze topienie się
UJ 2005r.
rdzenia niż otuliny pozwalają na zanurzanie elektrody
M.Sakuma, R.Tsuboi, K.Kubo, S.Asai:  Development of welder s
w jeziorku spawalniczym bez gaszenia Å‚uku elektryczne-
training support system with visual sensors , str. 103-108, materiały
go, a więc spawania ujemnymi długościami łuku (zgodnie konferencyjne corocznej konferencji Międzynarodowego Instytutu
Spawalnictwa IIW Osaka, 12-14 czerwiec 2004r
z obowiÄ…zujÄ…cÄ… nomenklaturÄ…). Spawanie Å‚ukiem zanurzo-
nym zwiększa szybkość stapiania podłoża, a tym samym
A. Jastrzębski, Edmund Tasak:  Wpływ pulsacji łuku MIG na
strukturę stopów aluminium Przegląd Spawalnictwa Nr.7-8/ 2009
obniża temperaturę jeziorka i mieszanie się stopiwa z pod-
str. 7-10
łożem. Dlatego, gdy metoda TIG, ze względu na szybkość
W. Lucas, J.Smith, C.Balfor, DBertaso, G.Melton:  Wizyjna
spawania nie może być zastosowania, a metoda MIG nie
kontrola rozmiaru jeziorka spawalniczego w czasie rzeczywistym
daje takiej udarności w niskich temperaturach, jedyną
PrzeglÄ…d Spawalnictwa Nr 1/2009 str. 11-16
możliwą metodą spawania zbiorników na ciekły argon jest
J. A
apanowski:  Własności i spawalność stali dwufazowych stali
spawanie elektrodÄ… zasadowÄ….
odpornych na korozjÄ™ typu duplex PrzeglÄ…d Spawalnictwa Nr
10/2007, str. 35-40
Ryszard Jastrzębski
W. Lucas, D. Bertaso:  Zastosowanie spawania A-TIG i spawania
Instytut A
ączenia Metali Kraków
plazowego w celu zwiększania wydajności , Przegląd Spawalnictwa
Nr.12/2007, str 29-33
zdjęcia: Mariusz Jaworski
SPAW-SERWIS
Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie | marzec 2010 | www.konstrukcjeinzynierskie.pl 21