ĆWICZENIE LABORATORYJNE NR 1.

1. Określenie symbolu stali, składu chemicznego oraz spawalności stali.

I. Stal niestopowa ogólnego przeznaczenia MSt7:

a) określenie symbolu stali MSt7 według normy PN-88/H-84020 „ Stal niestopowa konstrukcyjna ogólnego przeznaczenia. Gatunki „.

Symbol stali MSt7:

St - oznacza stal węglową niestopową ogólnego przeznaczenia,

7 - liczba porządkowa określająca podwyższoną wytrzymałość,

M - określona jest dodatkowo zawartość węgla, manganu i krzemu.

2. skład chemiczny stali MSt7:

Dopuszcza się nie oznaczenie zawartości chromu, niklu, miedzi (nie stanowiącej dodatku stopowego), arsenu i azotu w stali, jeżeli dostawca gwarantuje, że zawartość ich nie przekracza poniższych wymagań:

• zawartość węgla C wynosi 0,50 ÷ 0,62 [ % ],

• manganu Mn _max 0,8 [ % ],

• krzemu Si _max 0,35 [ % ],

• fosforu P _max 0,035 [ % ],

• siarki S _max 0,035 [ % ],

• arsenu As _max 0,08 [ % ].

3. spawalność w zależności od grubości elementu:

Spawalność stali zależy od składu chemicznego. Sprawdzamy warunki jakie stal musi spełnić by była łatwospawalna:

zawartość C < 0,25 [ % ],

C + Cr ≤ 0,35 [ % ],

C + Mo ≤ 0,50 [ % ],

C + V ≤ 0,40 [ % ],

P + S ≤ 0,10 [ % ],

C + Mn ≤ 1,4 [ % ],

C + Ni ≤ 3,0 [ % ],

Cu ≤ 0,6 [ %],

C + Cr + Mo + V ≤ 0,6 [ % ],

C_e ≤ 0,6 [ % ].

Dana stal nie spełnia tych warunków. Stal nie jest łatwospawalna.

Określenie elektrochemicznego równoważnika węgla C_e w celu ustalenia spawalności.

C_e = C + Mn / 6 + ( Cr + Mo + V ) / 5 + ( Ni + Cu ) / 15 [ % ].

Do obliczeń przyjęto minimalne zawartości poszczególnych pierwiastków.

C_e = 0,5 + 0,8 / 6 = 0,633 [ % ].

Na podstawie elektrochemicznego równoważnika węgla oraz wykresu spawalności stali ustalono, że dla poszczególnych grubości blachy wykonanej ze stali MSt7 dana stal jest:

- poniżej 10 [ mm ] - stal spawalna warunkowo,

• powyżej 10 [ mm ] - stal trudnospawalna.

II. Stal stopowa ogólnego przeznaczenia 45HNMF:

1. określenie symbolu stali 45HNMF według normy PN-72/H-84030 „ Stale stopowe konstrukcyjne. Gatunki „.

Symbol stali 45HNMF:

45 - oznacza średnią zawartość węgla w setnych procenta - 0, 45 [ % ],

H, N, M, F - oznaczają zawartość chromu, niklu, molibdenu oraz wanadu w ilości mniejszej niż 1,5 [ % ] każdego z pierwiastków.

2. skład chemiczny stali 45HNM:

• zawartość węgla C wynosi 0,42 ÷ 0,50 [ % ],

• manganu Mn 0,5 ÷ 0,80 [ % ],

• krzemu Si 0,17 ÷ 0,37 [ % ],

• fosforu P _max 0,035 [ % ],

• siarki S _max 0,035 [ % ],

• chromu Cr 0,80 ÷ 1,10 [ % ],

• niklu Ni 1,30 ÷1,80 [ % ],

• molibdenu Mo 0,20 ÷0,30 [ % ],

• wanadu V 0,10 ÷ 0,20.

3. spawalność w zależności od grubości elementu:

Dana stal nie spełnia powyższych warunków, które decydują o jej łatwospawalności.

Określenie elektrochemicznego równoważnika węgla C_e .

Do obliczeń przyjęto minimalne zawartości poszczególnych pierwiastków.

C_e = 0,5 + 0,8 / 6 + ( 0,8 + 0,2 + 0,1 ) / 5 = 0,81 [ % ].

Na podstawie elektrochemicznego równoważnika węgla oraz wykresu spawalności stali ustalono, że dla każdej grubości blachy wykonanej ze stali 45HNMF dana stal jest trudnospawalna.

III. Stal niskostopowa o podwyższonej wytrzymałości 09G2.

1. określenie symbolu stali 09G2 według normy PN-86/H-84018 „ Stale niskostopowa o podwyższonej wytrzymałości”.

Symbol stali 09G2:

09 - oznacza średnią zawartość węgla w setnych procenta - 0, 09 [ % ],

G - oznaczają zawartość manganu w granicach 1,0 < G ≤ 2,0 [ % ].

2. skład chemiczny stali 09G2:

• zawartość węgla C_max wynosi 0,12 [ % ],

• manganu Mn 1,2 ÷ 1,80 [ % ],

• krzemu Si 0,15 ÷ 0,40 [ % ],

• fosforu P _max 0,040 [ % ], a dla odmiany plastycznej D P_max = 0,035 [ % ],

• siarki S _max 0,040 [ % ], a dla odmiany plastycznej D S_max = 0,035 [ % ],

• chromu Cr_max 0,30 [ % ],

• miedzi Cu_max 0,30 [ % ],

• aluminium metalicznego Al_min 0,02 [ % ],

• C_{e max} 0,44 [ % ],

• arsenu As_max 0,08 [ %].

3. spawalność w zależności od grubości elementu:

Dana stal nie spełnia powyższych warunków, które decydują o jej łatwospawalności.

Określenie elektrochemicznego równoważnika węgla C_e .

Do obliczeń przyjęto minimalne zawartości poszczególnych pierwiastków.

C_e = 0,12 + 1,2 / 6 + 0,3 / 5 + ( 0,3 + 0,3 ) = 0,42 [ % ].

Na podstawie elektrochemicznego równoważnika węgla oraz wykresu spawalności stali ustalono, że dla grubości blachy wykonanej ze stali 09G2 dana stal jest:

• poniżej 10 [ mm ] - stal spawalna bezpośrednio,

• dla 10 ÷ 25 [ mm] - stal warunkowo spawalna,

• powyżej 25 [ mm ] - stal trudnospawalna.

IV. Stal niskostopowa konstrukcyjna trudno rdzewiejąca 10H.

1. określenie symbolu stali 10H według normy PN-83/H-84017 „ Stal niskostopowa konstrukcyjna trudno rdzewiejąca”.

Symbol stali 10H:

10 - oznacza średnią zawartość węgla w setnych procenta - 0, 10 [ % ],

H - oznaczają zawartość chromu.

2. skład chemiczny stali 10H:

• zawartość węgla C_max wynosi 0,15 [ % ],

• manganu Mn 0,25 ÷ 0,50 [ % ],

• krzemu Si 0,15 ÷ 0,35 [ % ],

• fosforu P _max 0,035 [ % ],

• siarki S _max 0,035 [ % ],

• chromu Cr 0,50 ÷ 0,90 [ % ],

• miedzi Cu 0,25 ÷ 0,50 [ % ],

• aluminium metalicznego Al_min 0,02 [ % ],

• wanadu V_max 0,03 [ % ].

3. spawalność w zależności od grubości elementu:

Dana stal nie spełnia powyższych warunków, które decydują o jej łatwospawalności.

Określenie elektrochemicznego równoważnika węgla C_e .

Do obliczeń przyjęto minimalne zawartości poszczególnych pierwiastków.

C_e = 0,15 + 0,25 / 6 + ( 0,5 + 0,03 ) / 5 + 0,25 / 15 = 0,314 [ % ].

Na podstawie elektrochemicznego równoważnika węgla oraz wykresu spawalności stali ustalono, że dla grubości blachy wykonanej ze stali 10H dana stal jest:

• poniżej 50 [ mm ] - stal spawalna bezpośrednio,

• powyżej 50 [ mm ] - stal spawalna warunkowo.

ĆWICZENIE LABORATORYJNE NR 3.

1. Ocena struktury stali wg normy PN -66/H-04505.

Badanie struktury perlityczno -ferrytycznej stali

Do badania użyto mikroskopu metalograficznego o parametrach powiększających:

-okular 10x,

-obiektyw 15x.

Wniosek:

Obserwowany metal miał strukturę ferrytyczną.

Szacunkowa ilość ziaren:

• perlitu wynosi - 20 [ % ],

- ferrytu wynosi - 80 [ % ].

Średnia szacunkowa ziaren perlitu 6,667*10^-3 [ mm ].

Rysunek obserwowanego obiektu:

2. Badanie wad złącza spawanego za pomocą promieni X wg normy PN-75/ M-69703

"Wady złączy spawanych".

Do badania użyto negatoskopu.

Numer rentgenogramu PR 10 839 R.

Zaobserwowano następujące wady badanego złącza:

Symbol wady	Nazwa wady	Opis wady
Bb	Żużel pasmowy	Żużel, którego długość jest większa od trzykrotnejjej maksymalnej szerokości
Fm	Rozlew lica	Zbyt szeroka warstwa licowa sięgająca poza brzeg rowka spoiny czołowej
Ff	Krater	Wgłębienie w miejscu zakończenia ściegu lub spoiny w wyniku nagłego przerwania spawania

ĆWICZENIE LABORATORYJNE NR 4.

Próbkę stalową poddano następującym badaniom:

1. Stateczna próba rozciągania stali wg normy PN-91/H-04310.

Badanie przeprowadzono na próbce stalowej o wymiarach 30x8 [ mm ] zamocowanej

w maszynie zrywającej typu 2D50 o maksymalnej sile zrywającej 50 [ T ] za pomocą szczęk.

Próbkę rozciągano ruchem jednostajnym.

1. Pole powierzchni przekroju badanej próbki A₀:

A₀ = b₀ * h₀ [ mm ],

A₀ = 3 0 * 8 = 240 [ mm ² ].

2. Średnica zastępcza próbki d_zast:

d_zast = 1,13 * √A₀ [ cm ],

d_zast = 1,13 * 15,49 = 17,51 [ mm ].

3. Długość odcinka rozciąganego l₀:

l₀ = 10 * d_zast [ cm² ],

l₀ = 10 * 17,51 = 175,1 [ mm ]

l₀ = 17,51 [ cm ].

4. Długość próbki po zerwaniu wyniosła l₁ = 23,11 [ cm ].

5. Pole powierzchni próbki F_0:

F₀ = ∏*( d_zast )² / 4 [ m² ],

F₀ = ∏*( 0,0175 )² / 4 [ m² ]

F₀ =2,4053e-04 [ m² ].

Podczas badania wykonano wykres, na którym zaznaczyła się:

• siła zrywająca P_m = 90 [ kN ],

• siła plastyczności P_e = 61,40 [ kN ].

d) Obliczono wydłużalność próbki A₁₀:

A₁₀ = [ ( l₁ - l₀ ) / 1₀ ] * 100 [ % ],

A₁₀ = 31,98 [ % ]

A₅ = A₁₀ / 2 [ % ],

A₅ = 16 [ % ].

Wykres.

e) Wyznaczenie granicy wytrzymałości R_m:

R_m = [ P_m / F₀ ] [ MPa ].

R_m = 90 / 2,4079e-04 = 374.17 [ MPa ].

f) Wyznaczenie granicy plastyczności R_e:

R_e = [ P_e / F₀ ] [ MPa ].

R_e = 61.40 / 2.4079e-04 = 225.36 [ MPa ].

7. Określenie gatunku stali na podstawie R_e i R_m.

Badana próbka wykonana jest ze stali stopowej konstrukcyjnej St3 SX

(wg PN-88/H-84020).

2. Próba twardości stali metodą Brinella (metoda niszcząca) wg normy PN-91/H043503.

Jest to metoda niszcząca zależna od siły docisku, dlatego też nie jest ona zbyt dokładna.

Za jej pomocą określana jest twardość Brinella, określaną na podstawie średnicy odcisku

kulki, zmierzonego po odciążeniu próbki.

Dane:

D - średnica kulki wykonanej ze stali hartowanej D = 10 [ mm ],

P - siła wciskająca kulkę P = 3000 [ kG ] = 29,4 [ kN ],

t - czas wciskania kulki t = 15 [ s ].

Po wykonaniu badania zmierzono średnicę odcisku w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach:

d₁ = 5,5 [ mm ]

d₂ = 5,4 [ mm ]

d_śr = 5,45 [ mm ].

Głębokość odciska h:

h = 0.5 * ( D - √ (D² - d²) ) [ mm ].

h = 0,5 * ( 10 - √ ( 10² - 5,45²) ) = 0,81 [ mm ].

Średnica odcisku w czaszy ∏*D*h:

∏*D*h = ∏*10*0,81 = 25,45 [ mm² ].

Twardość Brinella HB:

HB = 0,102*2*P / ( ∏*D*( D - √ (D² - d² ) )

HB = ( 0,102*2*29,40 ) / ( ∏*10*(10 - √ (10² - 5,45² ) )

HB = 118,167 [ MPa ].

3. Badanie twardości za pomocą młotka Poldiego (metoda nieniszcząca).

Twardość nie zależy od siły uderzenia.

HB_p = k*HB_w

k = ( D - √ ( D² - d_w² ) ) / ( D - √ ( D² - d_p² )

d_p1 = 2,0 [ mm ],

d_p2 = 2,0 [ mm ],

d_śr = 2,0 [mm ].

d_w1 = 2,3 [ mm ],

d_w2 = 2,0 [ mm ],

d_śr = 2,15 [ mm ].

Sztabka wzorcowa ma twardość 71.

D = 10 [ mm ].

HB_p =1,012*221 = 223,652.

4. Badanie udarności stali za pomocą młotka Charpiego wg normy PN-EN 10045-1.

Do badania użyto próbki stalowej o wymiarach 10x10x55 [ mm ] z wyciętym karbem

o wymiarach 2x2 [ mm ].

Przekrój A-A jest miejscem gdzie ma ona zostać przełamana.

Pole przekroju poprzecznego próbki:

A₀ = 8 x10 = 80 [ mm² ]

Próbkę uderzono młotem o ciężarze 30 [ kG ] siły zamocowanym na ramieniu długości 1 [ m ].

Badanie przebiegało w temperaturze otoczenia równej 16 [ ^oC ].

Miarą udarności jest praca potencjalna potrzebna do przełamania próbki normowej przy jednorazowym uderzeniu młota .

Odczytana praca jaką wykonał młot wynosiła K = 22 [ J ].

A₀ = 0,8 [cm² ]

U = K / A [ J / cm² ].

U = 27,5 [ J / cm² ]

W wyniku uderzenia młota próbka przełamała się i zgięła. Po dokonaniu fraktografii stwierdzono, iż był to złom poślizgowy.

ĆWICZENIE LABORATORYJNE NR 2.

1. Oznaczenie elektrody spawalniczej wg normy PN-88/M- 69002 produkowanej przez Hutę Baildon o symbolu producenta EA 246.

Elektroda EA 246 jest to elektroda E 432 A 24.

1. określenie symbolu elektrody:

E 432 - klasa stali,

43 - liczba charakteryzująca wytrzymałość stopiwa na rozciąganie; dla tej liczby

wytrzymałość na rozciąganie wynosi R_m = ( 430 ÷ 590 ) [ MPa ],

2 - liczba charakteryzująca udarność stopiwa elektrod; liczbie 2 odpowiada temperatura

• [ °C ], w której ma być mierzona udarność,

A - grupa elektrody z otuliną kwaśną,

2 - rodzaj elektrody - możliwe w stosowaniu wszystkie pozycje spawania z wyjątkiem

pionowej przy układaniu spoiny z góry na dół,

4 - odmiana elektrody - spawanie możliwe prądem stałym, biegunowość ( + ) lub ( − ),

prądem przemiennym, napięcie stanu jałowego U_min = 70 [ V ].

2. wskaźniki technologiczne dla poszczególnych średnic:

Średnica [ mm ]	2,5	3,25	4	5	6
Natężenie prądu [ A ]	80	120	160	210	260
Uzysk z elektrody [ % ]	85
Współczynnik topnienia [ g / Ah ]	9

3. wymiary:

Średnica [ mm ]	2,5	3,25	4	5	6
Długość [ mm ]	350	450	450	450	450

4. masa elektrody:

Masa stu szt. elektrody [ kg ]

1.9

4.2

6.3

9.9

14.1

5. kolor oznaczenia - jasnoniebieski,

6. orientacyjny skład chemiczny:

- węgiel C 0,07 [ % ],

• mangan Mn 0,4 [ % ],

• krzem Si 0,1 [ % ].

7. orientacyjne własności mechaniczne:

• R_e > 360 [ MPa ],

• R_m = ( 450 ÷ 560 ) [ MPa ],

• A_s = ( 22 ÷ 29 ) [ % ],

• KCU2 = ( 80 ÷120 ) [ J / cm² ],

8. opis i zastosowanie:

elektroda E 432 A 34 jest grubootulna, przeznaczona do spawania konstrukcji ze stali węglowych, obciążonych statycznie i dynamicznie ( konstrukcje stalowe, konstrukcje budowlane ).

2. Ustalenie pozycji spawania wg normy PN-75/M-69002 „Pozycje spawania. Klasyfikacja i oznaczenia”.

Zgodnie z zaleceniem producenta stosuje się wszystkie pozycje spawania

z wyjątkiem pionowej przy układaniu spoiny z góry na dół.

Możliwe są więc :

a) podolna A1,

b) naścienna A2,

c) pułapowa A3.

3. Obliczenie zużycia elektrody spawalniczej EA 246 na 1 [ mb ] spoiny przy spawaniu blach o grubości 20 [ mm ], przygotowanych do spawania za pomocą ukosowania typu K.

Ukosowanie typu K.

1. zużycie elektrody przy pozycji podolnej:

G = ( 7.8 * F * P ) / ( 10* U_c ) [ kG ],

G - ciężar elektrody wraz z otuliną [ kG ],

F - pole przekroju poprzecznego spoiny [ mm² ],

P - współczynnik poprawkowy zależny od pozycji spawania,

U_c - stosunek ciężaru stopiwa w elektrodach do ciężaru elektrody, tzw. uzysk [ % ].

Pole przekroju poprzecznego spoiny.

F = g * a + ( ( g - p )² * tg α ) / 2 + ( 4 / 3 ) * b * c [ mm² ],

g - grubość blachy 20 [ mm ],

a - grubość spoiny; przyjęto a = 10 [ mm ],

p - szerokość odcinka blachy przylegającego do innej blachy; przyjęto p = 5 [ mm ],

α - kąt nachylenia przyjęto α = 50 [ ° ],

c - długość odcinka na jaki odstaje spoina; przyjęto c = 0 [ mm ],

b - szerokość spoiny [ mm ],

b = a + (( g - p ) / 2) * tg α + 2 [ mm ].

Dla pozycji podolnej P = 1. Uzysk z elektrody EA 246 wynosi U_c = 85 [ % ].

b = 10 + (( 20 - 5 ) / 2 ) * tg 50 +2 = 9,96 [ mm ],

F = 20 * 10 + (( 20 - 5 )² * tg 50 ) / 2 + ( 4 / 3 ) * 9,96 * 0 = 169,41 [ mm² ],

G = ( 7,8 * 169,41 * 1) / ( 10 * 85 ) = 1,555 [ kG ].

2. zużycie elektrody przy pozycji naściennej:

Dla pozycji naściennej P = 1, 05.

G = ( 7,8 * 169,41 * 1,05) / ( 10 * 85 ) = 1,632 [ kG ].

3. zużycie elektrody przy pozycji pułapowej:

Dla pozycji naściennej P = 1, 30.

G = ( 7,8 * 169,41 * 1,30 ) / ( 10 * 85 ) = 2,021 [ kG ].

Największe zużycie elektrody nastąpi przy spawaniu w pozycji pułapowej.

---