1 Niezgodności spawalnicze i metody ich wykrywania (S3)

2 Wpływ niezgodności spawalniczych na złącza spawane (S4)

3 Poziomy jakości dla niezgodności spawalniczych (S6)

4 Klasyfikacja niezgodności spawalniczych (S7)

5 Rola personelu spawalniczego w jakości złącz wg norm 3834[729] (S8)

6 Wymagania odnośnie kontroli wg 3834, 729 (S10)

7 Omówić rolę inż. spawalnika w zakładzie, zadania, odpowiedzialność (S10)

8 WPS, z czego się składa, do czego służy (S13)

9 Badanie i kwalifikacja personelu wg 473 (S14)

10 Badanie i certyfikacja personelu wg 473 (S15)

11 Normy 9606/15614/729/14731/14732 - powiązania (S18)

12 Powiązanie norm ISO 9001/ 729/ 3834 (S19)

13 Przygotowanie próbek do badań metalograficznych makro i mikro (S22)

14 Struktura organizacyjna dużego zakładu produkcyjnego (kontrola jakości) (S24)

15 BHP (S26)

16 Personel spawalniczy i wyposażenie stanowisk spawalniczych a jakość produkcji (S28)

17 Jakość, kontrola jakości, służby kontroli jakości w zakładzie produkcyjnym (S33)

18 Omówić normy EN 287 i EN 1418 (egzaminowanie i kwalifikowanie spawaczy + stal) (S37)

19 Zagrożenia występujące przy spawaniu łukowym i gazowym (S49)

20 Metody badań nieniszczących, zastosowanie (S50)

21 Czynniki wpływające na koszty spawania (S55)

22 Klasyfikacja złączy spawanych [wg PN] (S59)

23 Poziomy akceptacji złączy spawanych wg PN (S60)

24 Łuk spawalniczy: co to jest oraz omówić jego parametry i czynniki wpływające na jego stabilność (S62)

25 Omów źródła spawalnicze (S71)

26 Elementy źródeł spawalniczych i ich zadania (S81)

27 Wpływ pola magnetycznego na łuk elektryczny (S86)

28 Automatyzacja, robotyzacja i mechanizacja spawalnictwa (S88)

29 Pozycjonery i obrotniki (S89)

30 Struktura w metalach sieci A1, A2 (S90)

31 Omów podstawowe struktury stali (austenityczna...) (S91)

32 Stale do pracy w podwyższonych temperaturach (S93)

33 Stale drobnoziarniste i mikrododatkami (S97)

34 Rozdrobnienie w stalach mikro stopowych (S99)

35 Wytwarzanie stali, sposoby odtleniania, wady w wytwarzanych stalach (S111)

36 Wpływ pierwiastków stopowych w stalach wysokostopowych, żarowytrzymałych i żaroodpornych (S113)

37 Stale wysokostopowe (S115)

38 Stale do pracy w obniżonych temperaturach, wpływ działania karbu (S120)

39 Rola dodatków stopowych w stalach mikroskopowych (S122)

40 Metody wytwarzania stali termomechanicznych, porównanie do stali wytwarzanych konwencjonalnie (S124)

41 Metody doboru stali na konstrukcje spawane (S126)

42 Rodzaje tworzyw, metody łączenia tworzyw sztucznych (S127)

43 Żeliwo - podział i spawalność [rodzaje] (S131)

44 Stopy aluminium i ich spawalność (S134)

(1)

Niezgodności spawalnicze i metody ich wykrywania

Klasyfikacja niezgodności spawalniczych:

1. Pęknięcia -nieciągłości spowodowane miejscowym rozerwaniem, które spowodowane jest chłodzeniem lub naprężeniami. Rodzaje pęknięć: mikropęknięcia, wzdłużne, poprzeczne, promieniste, w kraterze, grupa pęknięć, pęknięcia rozgałęzione

2. Pustki- pęcherze gazowe rozłożone nierównomiernie, gniazda pęcherzy, pęcherze liniowe, pęcherze podłużne, pęcherze kanalikowe, pory, pustki wskutek skurczu, międzydendrytyczne pustki wskutek skurczu, mikrociągłości wskutek skurczu, krater międzyściegowy

3. Wtrącenia stałe- żużle, wtrącenia topnika, wtrącenia tlenków, błonka tlenowa, wtrącenie metalu

4. Przyklejenia i braki przetopu - przyklejenia, brak przetopu

5. Niezgodności spawalnicze dotyczące kształtu - wady kształtu zewnętrznej powierzchni spoiny lub wadliwa geometria złącza - podtopienia, wklęśnięcia grani wskutek skurczu, nadmierny nadlew, nadmierny nadlew w spoinie pachwinowej, nadmierny wyciek od strony grani, miejscowe wypukłości, niewłaściwy kształt, naciek, przesunięcie liniowe osi, przesunięcie kątowe osi, wklęśnięcia, przepalenia, niepełne wypełnienie rowka spawalniczego, nadmierna asymetria spoiny pachwinowej, nieregularna szerokość, nieregularna powierzchnia, wklęśnięcia w grani, pory od strony grani, niewłaściwe ponowne rozpoczęcie spawania

6. Inne niezgodności spawalnicze - niewłaściwe zajarzenie łuku, rozpryski, rozpryski wolframu, naderwania powierzchniowe, ślady po szlifowaniu, ślady po skrawaniu, podszlifowania

Poziomy jakości:

D-wymagania łagodne, C-wymagania średnie, B- wymagania ostre

Metody wykrywania niezgodności spawalniczych:

Badania wizualne (bezpośrednie, pośrednie) prowadzone są przy pomocy nieuzbrojonego oka lub różnego rodzaju przyrządów (lupy, usterka, endoskopy, peryskopy) - wykrywane niezgodności to: pęknięcia powierzchniowe, pory a przede wszystkim niezgodności spawalnicze dotyczące kształtu (5 i 6)

Badania penetracyjne- wykorzystują zjawisko włoskowatości (kapilarności). Sposób wykonywania badań: 1-oczyszczenie powierzchni, 2-pokrycie powierzchni penetrantem czerwonym, 3- usunięcie nadmiaru penetrantu z powierzchni, pokrycie powierzchni penetrantem białym, 5-ocena badanej powierzchni na podstawie wykrytych śladów czerwonego na tle penetrantu białego. Wykrywane niezgodności: pęknięcia powierzchniowe, porowatość.

Badania magnetyczno proszkowe- polega na wykrywaniu niezgodności spawalniczych lub materiałowych znajdujących się na powierzchni materiału lub też pod nią przez namagnesowanie i wykrycie magnetycznego pola rozproszenia. Jako wskaźnik położenia i wielkości niezgodności w spoinie lub materiale obiektu stosuje się proszek ferromagnetyczny w postaci sypkiej lub zawiesiny proszkowej. Wykrywane niezgodności: powierzchniowe lub podpowierzchniowe niezgodności, pęknięcia, przyklejenia, porowatość. Ograniczenie metody do stali ferromagnetycznych.

Metoda wirowo-prądowa - wykorzystuje do wykazania niezgodności prądy wirowe powstające w obiektach metalowych na skutek powstania indukcji magnetycznej.

Zjawisko to polega na indukowaniu prądem w zamkniętym obwodzie elektrycznym obiektu metalowego za pomocą przetwornik prądowego. Niezgodności znajdujące się w obiekcie powodują zmiany w polu magnetycznym danego obiektu, które rejestrowane jest przez układ pomiarowy defektoskopu.

Badania radiograficzne- Zasada fotochemicznego działania promieniowania oraz zmiany oporności materiału pod wpływem promieniowania. Następuje utrwalenie obrazu na błonie. Źródło wysyła promieniowanie, które przechodząc przez obiekt badany i napotykając na niezgodność spawalniczą, daje obraz niezgodności na błonie. Wykrywane niezgodności: pęknięcia, pęcherze, pustki, wtrącenia stałe, przyklejenia, braki przetopu, podtopienia, wyciek grani.

Badania ultradźwiękowe- wykorzystują zjawiska towarzyszące wytwarzaniu i rozchodzeniu się drgań mechanicznych o częstotliwości ponad 16KHz. Do wytwarzania i wprowadzania drgań służy głowica ultradźwiękowa. Głowicę przykłada się do powierzchni badanego obiektu poprzez cienką warstwę środka sprzęgającego wprowadzając do ośrodka drgania mechaniczne. Przechodzą one przez kolejne warstwy badanego obiektu dochodząc do powierzchni badanego elementu lub powierzchni niezgodności. Odbite od powierzchni niezgodności lub dna wracają do głowicy w postaci echa fali ultradźwiękowej. Zostają one przetworzone na impulsy elektryczne obserwowane na ekranie monitora defektoskopu.

(2)

Niezgodności spawalnicze i ich wpływ na złącze spawane

Wszelkie odstępstwa od prawidłowej technologii i techniki spawania mogą być przyczyną powstania w złączach spawanych błędów, które powodują obniżenie wytrzymałości i czasu użytkowania konstrukcji spawanych.

Wg Normy PN-EN ISO 9000 „Systemy zarządzania jakością. Podstawy i terminologia”:

• niezgodność - to niespełnienie wymagania, czyli niespełnienie potrzeby lub oczekiwania, które zostało ustalone, przyjęte zwyczajowo lub jest obowiązkowe.

• wada - to niespełnienie wymagania, czyli niespełnienie potrzeby lub oczekiwania, które zostało ustalone, przyjęte zwyczajowo lub jest obowiązkowe, odnoszące się do zamierzonego lub wyspecyfikowanego użytkowania.

Ze względu na wielkość niezgodności spawalniczych można je podzielić na:

• niezgodności makroskopowe, które można zobaczyć i zidentyfikować okiem nie uzbrojonym lub przy powiększeniach w zakresie do około 30 razy i które są ujawniane powszechnie stosowanymi w praktyce przemysłowej metodami badań nieniszczących, głównie wizualnych oraz za pomocą badań niszczących metalograficznych makroskopowych ( np. braki przetopu, żużle, pęcherze, podtopienia itp),

• niezgodności mikroskopowe, które są wykrywane metodami nieniszczącymi przy użyciu specjalnych technik (np. mikrorentgenografia), oraz metodami niszczącymi - najczęściej metalograficzne badania mikroskopowe (np. mikropęknięcia, mikropęcherze, mikrożużle, mikroprzyklejenia, mikrowtrącenia siarki, fosforu, krzemu.

Ze względu na usytuowanie niezgodności spawalniczych w złączu spawanym rozróżnia się:

• niezgodności zewnętrzne - występujące na powierzchniach zewnętrznych złącza

• niezgodności wewnętrzne - zlokalizowane wewnątrz złącza spawanego

Ze względu na kształt:

• niezgodności płaskie(szczelinowe), które tworzą ostre karby geometryczne, które nierzadko inicjują proces pękania konstrukcji spawanych (mikropęknięcia, przyklejenia oraz wąskie podtopienia),

• niezgodności przestrzenne (trójwymiarowe), które przede wszystkim obniżają przekrój czynny złącza np. pęcherze, żużle i wtrącenia pierwiastków niemetalicznych.

Podstawą systemu klasyfikacji niezgodności spawalniczych w normie PN-EN ISO 6520-1 jest ich podział na sześć grup:

• Grupa 1- pęknięcia,

• Grupa 2- pustki,

• Grupa 3- wtrącenia stałe,

• Grupa 4- przyklejenie i brak przetopu,

• Grupa 5- niewłaściwy kształt i wymiary,

• Grupa 6- niezgodności spawalnicze różne,

W normie PN-EN ISO 5817 „Spawanie. Złącza spawane stali, niklu, tytanu, i ich stopów. Poziomy jakości według niezgodności spawalniczych” zostały określone trzy poziomy jakości:

- poziom B - oznacza wymagania ostre,

- poziom C - oznacza wymagania średnie,

- poziom D - oznacza wymagania łagodne.

Ocena jakości złącza spawanego, prowadzona zgodnie z wymaganiami normy PN-EN ISO 5817 polega na przyporządkowaniu temu złączu jednego z trzech poziomów jakości w zależności od ujawnionych w tym złączu niezgodności spawalniczych. Porównanie tego poziomu jakości z poziomem wymaganym dla danego wyrobu/ów umożliwia podjęcie decyzji o odbiorze wykonanych (i ocenianych) złączy spawanych lub o ich naprawie.

Wytrzymałość i trwałość konstrukcji spawanych podczas eksploatacji zależy m.in. od:

• rodzaju konstrukcji, rodzaju złącza i jego sztywności,

• rodzaju, rozmiarów, kształtu i położenia niezgodności spawalniczych w spoinie,

• własności materiałów podstawowych i dodatkowych,

• zastosowanej obróbki cieplnej lub mechanicznej (odprężanie),

• temperatury pracy konstrukcji,

• rodzaju i poziomu obciążeń zewnętrznych

W konstrukcjach eksploatowanych przy obciążeniach stałych przyczyną awarii ustroju są najczęściej duże ubytki przekroju spowodowane niedopuszczalnymi niezgodnościami spawalniczymi w złączach spawanych.

Każde złącze spawane stanowi karb geometryczny, którego działanie spotęgowane jest zewnętrznymi i wewnętrznymi niezgodnościami spawalniczymi. W wielu przypadkach niezgodności są inicjatorem pęknięcia zmęczeniowego, a więc przyczyną utraty nośności wskutek zmęczenia.

W przypadku złączy z niezgodnościami o ich wytrzymałości decyduje ubytek przekroju spowodowany tymi niezgodnościami i własności mechaniczne materiałów dodatkowych zastosowanych do spawania. Każda niezgodność spawalnicza w postaci pęcherzy, wtrąceń żużla, braku przetopu i podtopień zmniejsza jego przekrój. Przy zmniejszeniu przekroju powyżej 10-15% dostrzega się już wyraźny spadek wytrzymałości doraźnej złącza doczołowego, a zerwanie występuje w spoinie.

Wpływ pęknięć na wytrzymałość zmęczeniową złączy jest bardzo duży. Pęknięcia stanowią najgroźniejsze niezgodności spawalnicze złączy spawanych, szczególnie, gdy wychodzą na powierzchnię złącza. Spiętrzenie naprężeń wywołane pęknięciem jest zawsze większe niż w przypadku innych niezgodności spawalniczych. Pęknięcia uznaje się za niedopuszczalne w złączu spawanym i konstrukcje, w których stwierdzono niezgodności w postaci pęknięć nie mogą być dopuszczone do eksploatacji.

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.

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

(3)

Poziomy jakości dla niezgodności spawalniczych

Stosowane obecnie technologie spawalnicze nadal nie są w stanie zapewnić wykonania

połączenia doskonałego, czyli złącza pozbawionego wad.

Niezgodność spawalnicza to ta niedoskonałość złącza, która odbiega od idealnej jakości

złącza pod względem budowy i kształtu i może stanowić lub stanowi zagrożenie pogorszenia

właściwości eksploatacyjnych konstrukcji. Przy czym niezgodność spawalnicza może być

niezgodnością dopuszczalną, gdy wymiar niezgodności nie przekracza wymiaru granicznego

wg obowiązującej normy lub przepisu.

Zatem pojęcie poziomów jakości dla niezgodności spawalniczych zostało wprowadzone

w celu ujednorodnienia wymagań co do akceptowalnych wielkości niezgodności

spawalniczych. Ściśle związana jest z tym norma PN-EN ISO 5817, która wyróżnia 3

poziomy jakości dla niezgodności spawalniczych B, C i D. Tym samym przywoływanie

wyróżnionych w niniejszej normie poziomów jakości umożliwia stronom ścisłe określenie

dopuszczalnych niezgodności w wykonywanych złączach spawanych.

(4)

Klasyfikacja niezgodności spawalniczych

Niezgodność spawalnicza - każde odchylenie od idealnego złącza spawanego.

Wada - niedopuszczalna niezgodność spawalnicza, wykraczająca poza ustalone wartości graniczne poziomu jakości.

Termin niezgodność spawalnicza jest stwierdzeniem zaistniałego stanu, który może być akceptowany lub nie. Nie zaakceptowanie stanu wymusza dalsze działanie techniczne, takie jak naprawę wadliwego złącza, ulepszenie bądź wymianę.

Niezgodności spawalnicze bywają spowodowane przyczynami natury:

• materiałowej i metalurgicznej

• konstrukcyjnej złącza

• technologicznej (większość)

Niezgodności spawalnicze obejmują złącze spawane, rozpatrywane jako geometryczny fragment konstrukcji spawanej (występują w spoinie, SWC, materiale rodzimym).

Klasyfikacja niezgodności spawalniczych:

I. Podstawą systemu klasyfikacji niezgodności spawalniczych w normie PN-EN ISO 6520-1 jest ich podział na sześć grup:

1. pęknięcia (np. pęknięcia podłużne, pęknięcia poprzeczne, pęknięcia promieniowe, pęknięcia w kraterze itp.),

2. pustki (np. pęcherz gazowy, łańcuch pęcherzy, pęcherz kanalikowy, por, jama skurczowa, krater itp.),

3. wtrącenia stałe (np. wtrącenie żużla, wtrącenie tlenków, wtrącenie metaliczne itp.),

4. przyklejenie i brak przetopu,

5. niezgodności spawalnicze dotyczące kształtu i wymiarów (np. podtopienie, nadlew spoiny, nadmierna wypukłość, wyciek, nawis, przesunięcie liniowe, przepalenie itp.),

6. niezgodności spawalnicze różne, nie ujęte w punktach 1 do 5 (np. rozprysk, ślad zajarzenia, garb, ślad szlifowania itp.).

Norma PN-EN ISO 6520-1 nie uwzględnia metalurgicznych niezgodności spawalniczych.

II. Podział niezgodności spawalniczych ze względu na usytuowanie:

1. zewnętrzna - wychodzi na powierzchnię złącza (niezgodność kształtu),

2. wewnętrzna - nie wychodzi na powierzchnię złącza, nie jest bezpośrednio dostępna (pęcherze, wtrącenia),

3. pęknięcia, przyklejenia, brak przetopu - mogą być niezgodnościami zarówno wewnętrznymi jak i zewnętrznymi w zależności od miejsca ich usytuowania w złączu.

III. Podział niezgodności spawalniczych ze względu na wielkość:

1. makroskopowe (można zobaczyć i zidentyfikować okiem nieuzbrojonym lub przy powiększeniach w zakresie do około 30 razy, np. pęknięcia, braki przetopu, żużle, pęcherze, podtopienia),

2. mikroskopowe (wykrywane metodami nieniszczącymi oraz niszczącymi - najczęściej metalograficzne badania mikroskopowe, np. mikropęknięcia, mikrożużle, mikroprzyklejenia, mikrowtrącenia).

IV. Podział niezgodności spawalniczych ze względu na kształt:

1. płaskie (szczelinowe) - tworzą ostre karby geometryczne, które inicjują często proces pękania konstrukcji spawanych (np. mikropęknięcia, przyklejenia, wąskie podtopienia),

2. przestrzenne (trójwymiarowe) - obniżają przekrój czynny złącza (np. pęcherze, żużle, wtrącenia niemetaliczne).

Ocena jakości złącza spawanego, prowadzonego zgodnie z wymaganiami normy PN-EN ISO 5817 polega na przyporządkowaniu temu złączu jednego z trzech poziomów jakości w zależności od ujawnionych w tym złączu niezgodności spawalniczych:

• poziom B - wymagania ostre,

• poziom C - wymagania średnie,

• poziom D - wymagania łagodne.

(5)

Rola personelu spawalniczego w jakości złącz wg norm 3834 [729]

Norma PN EN ISO 3834 Określa wymagania jakości dotyczące spawania materiałów metalowych. Najszerszy zakres wymagań zawiera 2 część tej normy tj. PN EN ISO 3834-2.

Norma określona wymagania dotyczące personelu:

1. Punkt 8 normy określa: Personel kontroli i badania

Nałożony jest obowiązek na wytwórcę, który 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 kwalifikacyjny nie jest wymagany, kompetencje powinien zweryfikować wytwórca.

Dokumenty ISO. w stosunku do których jest wymagana pełna zgodność z wymaganiami jakości, określono w ISO 3834-5 (w odpowiedniej tablicy) dla spawania łukowego, spawania wiązką elektronów, spawania wiązką promieniowania laserowego i spawania gazowego oraz (innej tablicy tej normy) dla innych procesów spawania.

Norma określona wymagania dotyczące zakresu kontroli i badań:

2. Punkt 14 normy opisuje: Kontrolę i badanie

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 (wynika z przeprowadzonego przeglądu wymagań i przeglądu technicznego).

UWAGA! Wytwórca może wykonać dodatkowe badania bez ograniczenia. Protokołowanie tego typu badań nie jest wymagane.

Kontrola i badania podzielone są na trzy etapy

1 Kontrola i badanie przed spawaniem

2. Kontrola i badanie podczas spawania

3. Kontrola i badanie po spawaniu

Ad 1 Kontrola i badanie przed spawaniem

• Przed rozpoczęciem spawania należy sprawdzić:

• przydatność i ważność certyfikatów kwalifikacji spawaczy i operatorów spawania;

• przydatność instrukcji technologicznych spawania;

• identyfikację materiału podstawowego;

• identyfikację materiałów dodatkowych do spawania;

• przygotowanie złącza (np. kształt i wymiary),

• dopasowanie, mocowanie i sczepianie;

• specjalne wymagania zawarte w instrukcji technologicznej spawania (np. zapobieganie odkształceniu);

• przydatność warunków pracy do spawania, łącznie ze środowiskiem.

Ad 2 Kontrola i badanie podczas spawania

Podczas spawania należy sprawdzić, w odpowiednich odstępach czasowych lub poprzez ciągły monitoring:

• zasadnicze parametry spawania (np. prąd spawania, napięcie łuku i prędkość przesuwu);

• temperaturę podgrzewania wstępnego/międzyściegową;

• oczyszczanie i kształt ściegów oraz warstw metalu spoiny;

• żłobienie grani;

• kolejność spawania;

• prawidłowe użytkowanie i obsługę materiałów dodatkowych do spawania;

• kontrolę odkształceń;

• jakiekolwiek pośrednie badanie (np. sprawdzenie wymiarów).

Dokumenty ISO, w stosunku do których jest wymagana pełna zgodność z wymaganiami jakości, określono w ISO 3834-5. (w odpowiedniej tablicy) dla spawania łukowego, spawania wiązką elektronów, spawania wiązką promieniowania laserowego i spawania gazowego oraz (w innej tablicy tej normy)dla innych procesów spawania.

Ad 3 Kontrola i badanie po spawaniu

Po spawaniu należy sprawdzić zgodność z odpowiednimi kryteriami akceptacji:

• na podstawie badania wizualnego;

• na podstawie badania nieniszczącego;

• na podstawie badania niszczącego:

• postaci, kształtu i wymiarów konstrukcji:

• wyników i protokółów operacji wykonanych po spawaniu (np. obróbki cieplnej po spawaniu, odpuszczanie).

Dokumenty ISO w stosunku do których jest wymagana pełna zgodność z wymaganiami jakości, określono w ISO 3834-5: (w odpowiedniej tablicy) dla spawania łukowego, spawania wiązką elektronów, spawania wiązką promieniowania laserowego i spawania gazowego oraz (w innej tablicy tej normy)dla innych procesów spawania.

UWAGA: Przy wykonywaniu kontroli należy podjąć odpowiednie środki identyfikacji, np. znakowanie pozycji lub karta przewodnia, status kontroli i badania konstrukcji spawanej.

(6)

Wymagania odnośnie kontroli wg 3834, 729

Wytwórca ma obowiązek zatrudnić wystarczającą ilość osób kompetentnych do planowania nadzoru kontroli badań i prób spawalniczych zgodnie z wymogami. Warunkowo dopuszcza się inżyniera lub technika po kursie kontroli prac spawalniczych oraz po przeszkoleniu w zakresie kontroli wizualnej i badań penetracyjnych - lub magnetyczno-proszkowych PT2 przez okres 2 lat. Jeżeli prace spawalnicze stanowią uzupełnienie innej działalności dopuszcza się odpowiedni personel kontroli spawalniczej z jednostki macierzystej. Inspektor spawalniczy zatrudniony w kontroli spawalniczej posiada kurs IWI-C lub IWI-S i podlega bezpośrednio prezesowi lub naczelnemu dyrektorowi. Kontroler spawalniczy IWI-S, IWI-B. Jednostka certyfikująca ma prawo podwyższyć wymagania stawiane personelowi kontroli w zależności od wymagań stawianych wyrobom spawanym wg PN-EN-ISO-3834. Kontrole należy przeprowadzać w odpowiednim procesie momentu produkcyjnego, aby zapewnić zgodność z umowa. Miejsce i częstość kontroli zależy od umowy lub normy wyrobu, metody spawania i rodzaju konstrukcji. Kontrola obejmuje kontrolę przed, podczas i po spawaniu. Należy wykonać działania żeby jednoznacznie określić status kontroli, znakując elementy lub dokonując wpisu w karcie wyrobu.

(7)

Omówić rolę inżyniera spawalnika w zakładzie, zadania i odpowiedzialność

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 jeśli 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).

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).

Zadania i zakresy odpowiedzialności personelu nadzoru spawalniczego według PN EN ISO 14731:

1. sprawdzanie kontraktu - zdolność wytwórcy do spawania

2. Sprawdzenie konstrukcji

• wymagane normy spawalnicze

• położenie spoin i ich obciążenie

• dostęp do wykonania spoin i ich kontroli

• szczegółowe zadania poszczególnych złączy spawanych wymagania jakościowe i poziomy jakości spoin wg EN 5817

3. Materiały podstawowe

• spawalność materiału podstawowego

• ewentualne dodatkowe wymagania dotyczące warunków dostawy, łącznie z rodzajem dokumentu kontrolnego dla materiału

• oznakowanie, magazynowanie i gospodarka materiałami podstawowymi przenoszenie oznaczeń na elementy cięte

• przydatność

• warunki dostawy

• ewentualne dodatkowe wymagania dotyczące warunków dostawy,

• łącznie z rodzajem dokumentu kontrolnego dla materiału- oznakowanie, magazynowanie oraz gospodarka materiałami dodatkowymi

4. Poddostawcy

• przydatność poddostawców

5. Planowanie procesu produkcyjnego

• przydatność Instrukcji Technologicznych Spawania (WPS) i protokołów uznania technologii spawania (WPAR)

• dokumenty wykonawcze

• przyrządy mocujące i oprzyrządowanie spawalnicze

• przydatność i ważność Świadectw Egzaminu Spawacza

• kolejność spawania 1 kolejność montaży podzespołów

• wymagania dotyczące kontroli spoin podczas procesu wytwarzania

• wymagania dotyczące kontroli spoin

• warunki otoczenia

• warunki bhp podczas spawania

6. Urządzenia

- przydatność urządzeń spawalniczych i pomocniczych

- gotowość, oznaczenie i gospodarka urządzeniami i środkami pomocniczymi

- warunki BHP

7. Czynności przygotowawcze

• możliwość stosowania dokumentów wykonawczych

• przygotowanie rowków spoin, składaniu i czyszczenie

• przygotowanie do prowadzenia kontroli podczas spawania

• przydatność stanowisk spawalniczych wraz z ich otoczeniem

8. Spawanie

• zatrudnienie spawaczy zgodnie z ich uprawnieniami

• kontrola funkcji urządzeń spawalniczych 1 oprzyrządowania

• kontrola materiałów dodatkowych i pomocniczych

• kontrola wykonania spoin sczepnych

• kontrola parametrów spawania

• zastosowanie ewentualnych badań pośrednich

• kontrola temperatury podgrzewania wstępnego i obróbki cieplnej

• kontrola kolejności spawania

• obróbka końcowa (pasywacja, szlifowanie, usuwanie odprysków)

9. Kontrola wizualna

• sprawdzenie zgodności wykonania spoin z dokumentacją techniczną

• sprawdzenie wymiarów spoin

• sprawdzenie kształtu, wymiarów i tolerancji wykonania spawanych elementów konstrukcyjnych

• sprawdzenie zewnętrznego wyglądu spoin

10. Badania niszczące i nieniszczące

• ocena wyników badań niszczących (Re, Rm, próby zginania, próby udarności)

• ocena prób łamania

• ocena zgładów makro- i mikroskopowych oraz pomiary twardości

• ocena wyników badań nieniszczących

• ocena wyników specjalnych badań

11. Odbiór spoin

• ocena wyników badań i kontroli

• ustalenie rodzajów wad lub niezgodności i naprawa wadliwych złączy

• ponowna ocena naprawionych złączy

• środki zapobiegające powstaniu wad w przyszłości

12. dokumentacja

zestawienie i przechowywanie niezbędnej dokumentacji (świadectw, certyfikatów, instrukcji, protokołów badań dla końcowego sprawozdania)

(8)

WPS, z czego się składa, do czego służy

WPS - Instrukcja Technologiczna Spawania, powinna zawierać niezbędne informacje umożliwiające określenie, w jaki sposób prowadzić spawanie, oraz powinna zawierać wszystkie niezbędne informacje dotyczące robót spawalniczych.

WPS dla spawania łukowego opracowywane są wg normy PN-EN ISO 15609-1:2007 - Specyfikacja i kwalifikowanie technologii spawania metali - Instrukcja technologiczna spawania - Część 1: Spawanie łukowe

WPS powinien zawierać:

1. Wymagania dotyczące wytwórcy

• Identyfikację wytwórcy

• Identyfikację WPS (nr)

• Przytoczenie protokołu kwalifikowania technologii spawania (WPQR) lub innych wymaganych dokumentów

2. Wymagania dotyczące materiału podstawowego:

• Rodzaj materiału

• Wymiar materiału (zakres grubości złącza, zakresy zewnętrznej średnicy rur)

3. Wymagania wspólne dla wszystkich technologii spawania:

• Oznaczenie procesu spawania

• Konstrukcja złącza (schematyczny rysunek złącza ukazujący kształt i wymiary, kolejność układania ściegów)

• Pozycja spawania

• Przygotowanie rowka lub brzegów (czyszczenie, odtłuszczanie, mocowanie, sczepianie, stosowane metody)

• Technika spawania (bez ściegów zakosowych, ściegi zakosowe do spawania ręcznego i zmechanizowanego, kąt pochylenia uchwytu spawalniczego, elektrody i/lub drutu elektrodowego)

• Żłobienie grani

• Podkładki (metoda, rodzaj, materiał, wymiary)

• Spoiwo i topnik (klasyfikacja, wytwórca, zabiegi dodatkowe, np. suszenie)

• Parametry elektryczne (np. rodzaj prądu, biegunowość, natężenie prądu, napięcie łuku)

• Spawanie zmechanizowane (prędkość posuwu, prędkość podawania drutu)

• Energia liniowa spawania (ilość wprowadzonego ciepła)

• Temperatura podgrzewania wstępnego lub najniższa temperatura otoczenia dla prac na warsztacie i na montażu

• Temperatura międzyściegowa

• Obróbka cieplna po spawaniu (dane obróbki lub instrukcja obróbki)

Wymagania szczególne (np. do spawania łukiem krytym, spawania plazmowego)

(9)

Badanie i kwalifikacja personelu wg 473

PN-EN 473:2002 Kwalifikacje i certyfikacje personelu badań nieniszczących. Zasady ogólne.

Osoby zajmujące się badaniami nieniszczącymi w metodach: penetracyjnej, magnetycznej, radiograficznej, ultradźwiękowej oraz w metodzie prądów wirowych i szczelności kwalifikowane są przez normę EN 473 do jednej z trzech grup:

a) 1 stopień - osoby posiadające kwalifikacje do wykonywania badań nieniszczących zgodnie z instrukcją, pod nadzorem osób mających 2 i 3 stopień kwalifikacji,

b) 2 stopień - osoby mające kwalifikacje do wykonywania badań i kierowania nimi. Musi posiadać odpowiednią wiedzę i doświadczenie oraz certyfikat 2. stopnia potwierdzający jego kwalifikacje zgodny z wymaganiami normy PN-EN 473 w odpowiednim sektorze (lub wg normy

ISO 9712; inne uprawnienia będą osobno rozpatrywane przez PRS).

c) 3 stopień - osoby dysponujące kwalifikacjami do kierowania dowolną czynnością badań nieniszczących, dla których uzyskały certyfikację. Są upoważnieni do nadzorowania przeprowadzanie badań nieniszczących oraz zatwierdzający procedury badań. Osoby te mogą być egzaminatorami.

Wymagania stawiane personelowi:

   Dotychczas kwalifikacje personelu NDT potwierdzały świadectwa ukończenia kursów szkoleniowych w danej metodzie oraz świadectwa pracy informujące o formalnym zatrudnieniu w zawodzie operatora (kontrolera, specjalisty, ...). Taki system szkolenia i uprawniania do przeprowadzania badań, a zatem do orzekania o jakości materiałów i połączeń budził różne wątpliwości. Różnice w poziomie kwalifikacji personelu NDT były i są zbyt duże, aby bez zastrzeżeń "wierzyć" wynikom badań, zwłaszcza uzyskanym metodą, w której decyduje prawie wyłącznie opinia kontrolera. Problem jednakowych wymagań dla personelu NDT, a więc takiego samego traktowania wyników ich pracy został formalnie rozwiązany w krajach europejskich z dniem 4 stycznia 1993 r. W tym dniu Europejski Komitet Normalizacyjny (CEN) zatwierdził normę EN 473. Jej polską wersję (PN-EN) wprowadził PKN w sierpniu 1996 r. EN 473 określa wymagania odnośnie kwalifikacji personelu (wyszkolenie, wiadomości, umiejętności, praktyka, przydatność fizyczna) oraz sposób sprawdzania tych kwalifikacji (od 1. do 3. stopnia kwalifikacje coraz wyższe). Fundamentalnym zapisem w EN 473 jest określenie kto i w jaki sposób może przeprowadzać egzaminy kwalifikacyjny oraz wydawać certyfikaty. Stanowi on, że certyfikację prowadzi Niezależna Jednostka Certyfikująca (NJC) zorganizowana zgodnie z EN 45013 , czego konsekwencją jest potrzeba akredytacji takiej Jednostki. Przepisy europejskie wymagają także aby personel badający (1. i 2. stopień kwalifikacji) był nadzorowany przez osobę posiadającą kwalifikacje w stopniu 3.

(10)

Badanie i certyfikacja personelu wg 473

KWALIFIKACJA - wykazanie cech fizycznych, wiedzy, umiejętności, wyszkolenia i praktyki wymaganej do właściwego wykonania zadań badawczych.

EGZAMIN KWALIFIKACYJNY - egzamin, zarządzany przez jednostkę certyfikującą lub upoważnioną jednostkę kwalifikacyjną, na podstawie którego ocenia się wiedzę ogólną, specjalistyczną i praktyczną oraz umiejętności kandydata.

KWALIFIKOWANY NADZÓR - nadzór nad kandydatami uzyskującymi praktykę, sprawowany przez personel badań nieniszczących certyfikowany zgodnie z niniejszą normą europejską lub przez osobę nie posiadającą certyfikacji, która w opinii jednostki certyfikującej posiada wiedzę, umiejętności, wyszkolenie i praktykę wymaganą dla właściwego wykonywania takiego nadzoru.

SYMBOLE DO IDENTYFIKACJI METOD BADAŃ NIENISZCZĄCYCH:

- badanie emisją akustyczną - AT

- badanie prądami wirowymi - ET

- badanie szczelności - LT

- badanie magnetyczno-proszkowe - MT

- badanie penetracyjne - PT

- badanie radiograficzne - RT

- badanie ultradźwiękowe - UT

- badanie wizualne - VT

System certyfikacji, powinien być kontrolowany i zarządzany przez jednostkę certyfikującą, który obejmuje wszystkie niezbędne procedury do wykazania kwalifikacji osoby do wykonywania zadań w określonej metodzie badań nieniszczących oraz sektorze wyrobu i sektorze przemysłowym prowadzący do uzyskania certyfikacji kompetencji.

OSOBY CERTYFIKOWANE:

powinny:

• dotrzymywać przestrzegania kodeksu etycznego opublikowanego przez jednostkę certyfikację,

• przedłożyć coroczne badanie zdolności widzenia oraz przedłożyć wyniki takiego badania pracodawcy,

• powiadomić jednostkę certyfikującą i pracodawcę w przypadku jeżeli warunki certyfikacji nie są spełnione.

STOPNIE KWALIFIKACJI:

1 STOPIEŃ:

Osoba certyfikowana na 1 stopień kwalifikacji ma wykazać kompetencje do wykonywania badań nieniszczących pod nadzorem wykonywanym prze personel z 2. lub 3. stopniem kwalifikacji zgodnie z pisemnymi instrukcjami. W zakresie kompetencji określonej certyfikatem personel 1. Stopnia kwalifikacji może być upoważniony prze pracodawcę do:

• nastawiania aparatury badań nieniszczących,

• wykonywania badań,

• rejestrowania wyników badań i klasyfikowania wyników na podstawie pisemnych kryteriów,

• raportowania wyników badań.

Personel certyfikowany na 1. stopień kwalifikacji nie powinien być odpowiedzialny za wybór stosowanej metody lub techniki badania, jak również za ocenę wyników badań.

2 STOPIEŃ:

Osoba certyfikowana na 2. stopień ma wykazywać kompetencje do wykonywania badań nieniszczących zgodnie z ustalonymi lub zatwierdzonymi procedurami. W zakresie kompetencji określonej certyfikatem, personel 2. stopnia może być upoważniony przez pracodawcę do:

• doboru techniki badania dla stosowanej metody badania,

• określania ograniczeń w stosowaniu metody badania,

• przenoszenia norm i specyfikacji z zakresu badań nieniszczących do instrukcji badań nieniszczących,

• nastawiania i weryfikacji nastaw wyposażenia,

• wykonywania i nadzorowania badań,

• interpretacji i oceny wyników zgodnie z obowiązującymi normami, przepisami lub specyfikacjami,

• przygotowania pisemnych instrukcji badań nieniszczących,

• wykonywania i nadzorowania wszystkich obowiązków dla personelu z 2. stopniem kwalifikacji lub niższym,

• zapewnienia wytycznych dla personelu z 2. stopniem kwalifikacji lub niższym,

• zestawienia i raportowania badań nieniszczących

3 STOPIEŃ:

Osoba certyfikowana na 3. stopień ma wykazywać kompetencje do wykonywania i kierowania działaniami w badaniach nieniszczących, dla których jest certyfikowana. W zakresie kompetencji określonej certyfikatem, personel z 3. stopniem kwalifikacji może być upoważniony prze pracodawcę do:

• przyjęcia pełnej odpowiedzialności za laboratorium badawcze lub ośrodek egzaminacyjny i personel,

• ustalania i zatwierdzania instrukcji i procedur badań nieniszczących,

• interpretowania norm, przepisów, specyfikacji i procedur,

• ustalania szczególnych metod badania, stosowanie instrukcji i procedur badań nieniszczących,

• wykonywania i nadzorowania wszystkich obowiązków personelu 1. oraz 2. stopnia kwalifikacji,

• zapewnienia wytycznych dla personelu badań nieniszczących na wszystkich stopniach kwalifikacji.

Personel 3. stopnia kwalifikacji ma wykazywać:

• kompetencje do oceny i interpretacji wyników w zakresie obowiązujących norm, przepisów i specyfikacji,

• wystarczającą praktyczną znajomość stosowanych materiałów, technologii produkcji i wyrobów celem dokonania wyboru metod badań nieniszczących, ustalania technik badania nieniszczącego oraz współpracować przy ustalaniu kryteriów akceptacji, jeżeli takie są niedostępne,

• ogólną znajomość innych metod badań nieniszczących.

WYMAGANIA DOTYCZĄCE WZROKU - WSZYSTKIE STOPNIE:

Kandydat musi przedstawić dowód zadawalającego widzenia zgodnie z podanymi wymaganiami:

• ostrość widzenia bliskiego powinna umożliwiać minimum odczytanie znaku o numerze 1 wg skali Jeagera lub N 4.5 skali Limes Roman lub równoważnych liter o wysokości 1,6mm z odległości nie mniejszej niż 30 cm, jednym lub dwojgiem oczu z korekcją lub bez,

• widzenie barw powinno umożliwiać kandydatowi rozpoznanie barw i rozróżnianie kontrastu między barwowego lub odcieni szarości stosowanymi w rozważanej metodzie badania nieniszczącego, ustalone przez pracodawcę.

Udokumentowane badanie ostrości widzenia powinno być wykonywane co najmniej raz w roku.

EGZAMIN KWALIFIKACYJNY:

1. Egzamin ogólny

2. Egzamin specjalistyczny

3. Egzamin praktyczny

Czas przyznany kandydatom na odbycie każdego z egzaminów powinien być ustalony uwzględnieniem liczby i trudności pytań.

Przypadku badania met. radiograficzną, powinien być przeprowadzony dodatkowy egzamin z bezpieczeństwa radiologicznego, chyba że krajowe przepisy prawne stanowią inaczej.

Kandydat, aby ubiegać się o certyfikację powinien uzyskać minimalną ocenę 70% z każdej części egzaminu( ogólnej, specjalistyczne i praktycznej). Dodatkowo w przypadku egzaminu praktycznego kandydat powinien uzyskać minimalną ocenę 70% dla każdej próbki egzaminacyjnej oraz odpowiednio instrukcji badań nieniszczących.

Od kandydatów na 2. stopień, wymagane jest opracowanie instrukcji badań nieniszczących dla próbki wybranej prze egzaminatora, odpowiedniej dla personelu z 1. stopniem.

Wszyscy kandydaci ubiegających się o certyfikację na 3. stopień, w każdej z metod badań nieniszczących powinni zdać egzamin praktyczny na stopień 2. w odpowiednim sektorze i metodzie, z wyłączeniem opracowania instrukcji dla 1. stopnia. Kandydat z 2. stopniem w tym samym sektorze lub który zdał egzamin praktyczny na 2. stopień w metodzie i sektorze przemysłowym jest zwolniony z egzaminu praktycznego na 2. stopień. Takie zwolnienie jest ważne wyłącznie w przypadku sektorów wyrobu objętych rozważanym sektorem przemysłowym i w każdym przypadku, odpowiedni sektor oznacza sektor, w którym kandydat ubiega się o certyfikację na 3. stopień.

Kandydatowi spełniającemu wszystkie wymagania certyfikacji, jednostka certyfikująca powinna wydać certyfikat i/lub legitymację certyfikacji.

Certyfikaty powinny zawierać:

- imię i nazwisko osoby certyfikowanej,

- datę wydanie certyfikacji

- datę upływu ważności certyfikatu,

- stopień certyfikacji,

- nazwę jednostki certyfikującej,

- metodę(-y) badań nieniszczących

- odpowiedni sektor(-y)

- jednoznaczny numer identyfikacyjny osoby,

- podpis osoby certyfikowanej,

- zdjęcie osoby certyfikowanej, w przypadku wydania legitymacji certyfikacji,

- zabezpieczenie utrudniające fałszowaniu legitymacji, np. pieczęć, foliowanie,

- podpis wyznaczonego przedstawiciela jednostki certyfikującej.

ODNOWIENIE:

Po upływie pierwszego okresu ważności certyfikatu i po każdych dziesięciu latach, certyfikacja może być odnowiona przez jednostkę certyfikującą na nowy pięcioletni okres po przedstawieniu:

• weryfikowalnego udokumentowanego dowodu badania zadowalającej zdolności widzenia wykonywanego w czasie ostatnich 12 miesięcy,

• weryfikowalnego udokumentowanego świadectwa potwierdzającego ciągłą zadowalającą pracę, bez istotnych przerw w metodzie lub sektorze, w których wnioskowane jest odnowienie certyfikatu.

(11)

Normy 9606/15614/729/14731/14732 - powiązania

Norma 729 została zastąpiona normą PN EN ISO 3824

PN-EN ISO 3834:2007 - Wymagania jakości dotyczące spawania materiałów metalowych

PN-EN ISO 15614 Specyfikacja i kwalifikowanie technologii spawania metali -- Badanie technologii spawania

PN-EN ISO 14731:2008 Nadzorowanie spawania -- Zadania i odpowiedzialność

PN-EN ISO 9606:2001 Egzaminowanie spawaczy

„spawanie jest procesem specjalnym, który wymaga nadzorowania nad operacjami spawania w celu uzyskania zaufania do produkcji spawalniczej i osiągnięcia niezawodności podczas użytkowania. Zaleca się aby zadania i odpowiedzialności personelu zaangażowanego w czynności dotyczące spawania (np. planowanie, realizacja, nadzorowanie i kontrola) były jasno zdefiniowane. „

Powyższe normy wiążą się z systemem zapewnienia jakości.

Badanie technologii spawania prowadzi się w celu:

-spełnienia wymagań kontrahenta

-spełnienia przepisów odnoszących się wyrobu

-wprowadzenia nowej metody spawania

-przy rozpoczynaniu przetwórstwa materiałów z nowej grupy.

Według norm europejskich spawanie zostało zakwalifikowane do specjalnych procesów produkcyjnych. Odstępstwa od prawidłowej technologii spawania mogą być przyczyną poważnych awarii i strat materialnych.

Proces specjalny jest to taki proces, w którym spełnienie wymagania (ustalonego, przyjętego zwyczajowo lub obowiązującego) dotyczącego otrzymanego wyrobu nie może być sprawdzane w sposób łatwy lub ekonomiczny. Oznacza to, że niedostatki przebiegu procesu specjalnego mogą zostać ujawnione dopiero podczas użytkowanie wyrobu. Z tego powodu procesy specjalne powinny być zawsze realizowane przez wykwalifikowany personel, natomiast ich parametry w sposób ciągły nadzorowane i monitorowane.

----------------------------

Normy grupy 9606 dotyczą zagadnień związanych ze sprawdzaniem umiejętności spawacza podczas spawania metali i ich stopów. W normach tych określono najważniejsze wymagania, zakresy uprawnień, warunki badań, wymagania dotyczące akceptacji oraz sposób poświadczenia przez spawacza umiejętności spawania.

Normy grupy 15614 dotyczą warunków przeprowadzania badań technologii spawania oraz zakresów kwalifikowania technologii spawania metali i ich stopów.

W normach grupy 729 zawarte są wytyczne doboru wymagań dotyczących jakości i stosowania w spawalnictwie. Wytyczne określają różne podejścia do wymagań dotyczących jakości w produkcji spawalniczej zarówno w warunkach warsztatowych jak i na montażu.

W normie 14731 określono zadania i zakresy odpowiedzialności nadzoru spawalniczego. Personel ten koordynuje wszelką działalność związaną ze spawaniem a mianowicie planowanie i realizowanie procesu spawania, nadzór nad spawaniem oraz kontrolę po spawaniu.

Norma 14732 dotyczy egzaminowania operatorów urządzeń spawalniczych oraz nastawiaczy zgrzewania oporowego dla w pełni zmechanizowanego i automatycznego spajania metali.

Spawanie zostało zaliczone do procesów specjalnych, więc personelowi spawalniczemu postawiono ścisłe wymagania co do jego wykształcenia, kwalifikacji i odpowiedzialności. By spawane wyroby mogły być eksploatowane zgodnie z ich przeznaczeniem i nie stwarzały poważnych problemów w produkcji i podczas użytkowania, niezbędne jest zapewnienie nadzoru od fazy projektowania, poprzez dobór materiałów podstawowych i dodatkowych, proces wytwarzania i późniejszą kontrolę.

Spawanie zostało zaliczone do procesów specjalnych, więc personelowi spawalniczemu postawiono ścisłe wymagania co do jego wykształcenia, kwalifikacji i odpowiedzialności. By spawane wyroby mogły być eksploatowane zgodnie z ich przeznaczeniem i nie stwarzały poważnych problemów w produkcji i podczas użytkowania, niezbędne jest zapewnienie nadzoru od fazy projektowania, poprzez dobór materiałów podstawowych i dodatkowych, proces wytwarzania i późniejszą kontrolę.

(12)

Powiązanie norm ISO 9001/ 729/ 3834

Norma ISO 9001 mówi o wymaganiach ogólnych systemu zarządzania jakością. PN-EN ISO 3834 i EN 729 są normami dotyczącymi jakości prac spawalniczych. Według nich spawanie jest traktowane jako proces specjalny, jako że badania spoin nie potwierdzają w pełni czy osiągnięto określoną w normach jakość wyrobu.

Specjalne wymagania, konieczne do prowadzenia procesów spawalniczych, zostały określone w normie EN 729, która to norma jako PN-EN 729 została ustanowiona w Polsce w 1997 roku. Norma ta składała się z czterech arkuszy przedstawiających kolejno wytyczne wyboru systemu jakości (PN-EN 729-1: 1997), pełne wymagania dotyczące jakości (PN-EN 729-2: 1997), standardowe wymagania dotyczące jakości (PN-EN 729-3: 1997) i podstawowe wymagania dotyczące jakości (PN-EN 729-4: 1997). W zależności od rodzaju wytwarzanych konstrukcji spawanych, wytwórca posiadający system jakości zgodny z normami serii PN-ISO 9000 budował system jakości w spawalnictwie w oparciu o wymagania normy PN-EN 729-2:1997, bądź wytwórca nie posiadający systemu jakości zgodnego z normami serii PN-ISO 9000 budował system pozwalający wykonywać procesy spawalnicze spełniające wymagania normy PN-EN 729-2: 1997, PN-EN 729-3: 1997 lub PN-EN 729-4: 1997. Jednakże w 2000 roku normy serii ISO 9000 zostały zastąpione normą EN ISO 9001 : 2000. W Polsce norma ta, jako PN-EN ISO 9001 została ustanowiona w 2001 roku. W porównaniu ze starą normą, w normie PN-EN ISO 9001:2001 dokonano zasadniczych zmian:

• podejście proceduralne do zarządzania zmienione zostało na podejście procesowe;

• skorygowano relacje między PN-EN ISO 9001:2001 a PN-EN ISO 9001:2001;

• dodano wymagania dotyczące monitorowania zadowolenia klienta;

• uwydatniona została potrzeba ciągłego doskonalenia, która powinna być oparta na mierzalnych kryteriach;

• zwiększony został nacisk na rolę najwyższego kierownictwa przy opracowywaniu, wdrażaniu i utrzymywaniu systemu zarządzania Jakością;

• znacznie została ograniczona ilość wymaganej dokumentacji

Tak więc od 2001 roku budowane i wdrażane w oparciu o normę PN-EN 729-2 1997 systemy jakości w spawalnictwie musiały zostać dostosowane również do wymagań normy PN-EN ISO 9001:2001. W zasadzie stosowane były dwa rozwiązania, a mianowicie obok wdrożonego systemu zarządzania jakością zgodnego z normą PN-EN ISO 9001:2001 budowano i wdrażano drugi system jakości spełniający wymagania normy PN-EN 729-2:1997 lub proces spawania jako „proces specjalny” stanowił jeden z procesów w systemie zarządzania jakością. Oczywiście bardziej odpowiednie i racjonalne było rozwiązanie drugie. Bowiem funkcjonowanie w zakładzie równolegle dwóch systemów powodowało powstawanie problemów np.: w obszarze nadzoru nad dokumentami i zapisami. Sytuacja taka stanowi jakby „okres przejściowy”, po którym w zakładzie powinien funkcjonować jeden wspólny system.

Wprowadzenie nowej normy EN-ISO 9001:2000, w której nastąpiły zasadnicze zmiany w podejściu do systemów jakości, miało istotny wpływ na ustanowienie nowej normy odnoszącej się do problemów jakości w spawalnictwie. W 2005 roku ustanowiona została seria norm EN ISO 3834 (5 arkuszy) zastępujące normy serii EN 729. W EN ISO 3834 został utrzymany podział wymagań dotyczących systemów jakości w spawalnictwie na pełne, standardowe i podstawowe wymagania jakości. W miejsce arkusza 1 EN 729-1:1994 „Kryteria wyboru odpowiedniego poziomu wymagań jakości” dodatkowo wprowadzono arkusz 5 EN ISO 3834-5:2004 „Dokumenty konieczne dla potwierdzenia zgodności z wymaganiami jakości ISO 3834-2, ISO 3834-3 lub ISO 3834-4. W Polsce norma ta, jako PN-EN ISO 3834 (arkusz -1, -2, -3, -4, -5), została ustanowiona w formie uznaniowej w maju w 2006 roku.

W normie PN-EN ISO 3834-1:2007 nowością jest powołanie się na punkty normy PN-EN ISO 9001:2001, na które należy zwrócić szczególną uwagę rozbudowując system zarządzania jakością, tak aby spełniał on również wymagania normy PN-EN ISO 3834-2:2007.

Z normy EN-ISO 3834-1 patrz „Wprowadzenie”

„Podkreśla się, że ISO 3834 nie jest normą systemu zarządzania jakością, która zastępuje ISO 9001:2000. Może być jednak użytecznym narzędziem, kiedy ISO 9001:200 zastosowana jest przez wytwórcę.

W ISO 3834 przyjęto terminy i definicje z ISO 9000:2000

(13)

Przygotowanie próbek do badań metalograficznych makro i mikro

Metalografia jest działem metaloznawstwa i zajmuje się badaniami struktury metali i ich stopów. Badania metalograficzne należą do grupy badań niszczących ponieważ przygotowanie próbki jest związane z naruszeniem całości, czyli mniejszym lub większym uszkodzeniem badanego elementu. Odpowiednio przygotowana próbka do „ZGŁAD”.

Podział badań metalograficznych:

Badania makroskopowe:

Polegają na obserwacji okiem nieuzbrojonym lub przy niewielkich powiększeniach ( od około 25 ÷ 30x ) odpowiednio przygotowanej powierzchni przekroju lub przełomu badanego elementu.

Przyrządami i urządzeniami stosowanymi do badań makroskopowych są:

- lupa ( szkło powiększające )

- mikroskop stereoskopowy ( wyposażony w aparaty fotograficzne analogowe bądź cyfrowe jak również multimedialne współpracujące z komputerem lub monitorem telewizyjnym)

Badania mikroskopowe:

Polegają na obserwacji odpowiednio przygotowanych powierzchni zgładów przy powiększeniach większych od 25 ÷ 30x. Badania mikroskopowe SA najczęściej wykonywane przy pomocy optycznych mikroskopów metalograficznych, w zakresie powiększeń od 30 ÷ 2000x.

Przygotowanie zgładów zależy od rodzaju badania metalograficznego - zgodnie z tabelą.

Badania makroskopowe	Badania mikroskopowe
1 - Pobieranie próbek	1 - Pobieranie próbek
2 - Szlifowanie zgrubne	2 - Szlifowanie zgrubne
3 - Szlifowanie dokładne	3 - Szlifowanie dokładne
4 - Trawienie	4 - Polerowanie
-	5 - Trawienie

W czasie przygotowywania próbek należy przestrzegać dwóch zasad :

-Podczas szlifowania i polerowania należy unikać nadmiernego nacisku na powierzchnię próbki. Za duży nacisk prowadzi do powierzchniowego odkształcenia plastycznego materiału (na krawędziach tworzy się tzw. „grat”). Nieprzestrzeganie tej zasady powoduje zafałszowanie rzeczywistego obrazu mikrostruktury.

-Nie wolno doprowadzić do przegrzania materiału. Przegrzanie (rozpoznać można po barwach nalotowych) prowadzi do cieplnego odkształcenia struktury materiału - zafałszowany rzeczywisty obraz mikrostruktury.

1. Pobieranie próbek przeprowadza się stosunkowo niewielkich rozmiarów. Można je wycinać mechanicznie(piłą, przecinarką tarczową, przez nawiercanie), termicznie(palnikiem acetylenowo-tlenowym lub plazmą). Próbki złączy spajanych wycina się tak aby powierzchnia zgładu obejmowała spoinę, SWC, część rodzimego materiału. Po wycięciu próbki powierzchnię należy obrobić mechanicznie (struganie, frezowanie)na taką głębokość, aby usunąć nierówności cięcia i jakichkolwiek zmian strukturalnych

2. Szlifowanie zgrubne dla uzyskania niezbędnej płaskości obrabianej powierzchni przeprowadza się na bocznej powierzchni tarczy szlifierskiej. W przypadku kiedy obróbce podlegają próbki o niewielkich rozmiarach, aby uzyskać niezbędną płaskość ich powierzchni i wykluczyć zaokrąglenie krawędzi, próbki umieszcza się w specjalnych uchwytach lub zalewa się specjalnymi żywicami na zimno lub gorąco.

3. Szlifowanie dokładne celem jest uzyskanie płaskiej powierzchni próbki przy jak najmniejszych uszkodzeniach, które łatwo można usunąć w możliwie jak najkrótszym czasie podczas operacji polerowania. Proces ten prowadzimy przy użyciu papierów ściernych o największej ziarnistości 80,100 aż do najniższej 150,180,500,itd.

4. Polerowanie należy do badań mikroskopowych i ma na celu nadanie powierzchni zgładu lustrzanej gładzi pozbawionej rys. Rozróżniamy następujące rodzaje polerowania (mechaniczne na wirującej tarczy pokrytej specjalnym suknem, na które nanosi się płynną zawiesinę tlenku glinu lub materiały ścierne na bazie diamentu, elektrolityczna oparta na wykorzystaniu zjawiska wygładzania (rozpuszczenia) powierzchni anody w czasie procesu elektrolizy, czyli podczas przepływu prądu elektrycznego przez elektrolit w kierunku od anody do katody, chemiczna oparta na wyrównaniu (wygładzaniu i wybłyszczaniu) powierzchni zgładu zanurzonego w odpowiednim odczynniku chemicznym nagrzanym do odpowiedniej temperatury. Po każdym z opisanych sposobów polerowania, powierzchnia zgładu powinna być dokładnie wypłukana pod bieżącą wodą, następnie spłukana alkoholem (metanol) i niezwłocznie wysuszona w strumieniu ciepłego lub gorącego suchego powietrza.

5. Trawienie wykonuje się dla ujawnienia makro (odczynnik Adler) i mikro (odczynnik Nital) struktury badanego zgładu. Odczynniki trawiące odpowiednio dobiera się w zależności od rodzaju badanego materiału oraz rodzaju badania. Trawienie powoduje selektywne „nagryzanie” powierzchni w zależności od występujących składników struktury, co prowadzi do optycznego wyróżnienia tych składników. Po trawieniu próbkę spłukuje się wodą i suszy.

UWAGI:

• W praktyce często próbki inkluduje się (zatopienie w masie) lub mocuje się w specjalnych uchwytach.

• Trawiąc ten sam materiał różnymi preparatami - uzyskuje się czasami zupełnie inaczej wyglądającą powierzchnię! Trzeba mieć doświadczenie!

• Przygotowanej powierzchni zgładu nie wolno dotykać palcami!

Dla przechowania próbki (żeby ją później oglądać) - możemy używać eksykatorów (specjalne pojemniki) albo lakierowania.

(14)

Struktura organizacyjna dużego zakładu produkcyjnego (kontrola jakości)

Każdy zakład produkcyjny a zakład produkcyjny prowadzący procesy spawalnicze w szczególności musi realizować kontrolę jakości. Kontrola jakości to bardzo ważny element organizacji produkcji z punktu widzenia konsekwencji jakie może przynieść niewłaściwa kontrola jakości lub jej brak. Jednak sposób realizacji i zakres wymagań w dziedzinie kontroli jakości jest zróżnicowany przez przepisy - między innymi od wielkości zakładu.

Wymóg realizacji kontroli jakości wynika podstawowo z:

• Dyrektyw UE które wymagają, żeby każdy wyrób był bezpieczny dla użytkownika - producent (dostawca) ponosi odpowiedzialność za ewentualne szkody spowodowane przez wadliwy wyrób. Odpowiedzialność za szkody, generalnie trwa przez całe życie wyrobu - jeśli nastąpiłaby śmierć lub utrata zdrowia, to producent obciążany jest karą od 7 mln. euro wzwyż!!!

• Normy ISO 9000 która stworzyła pojęcie procesu specjalnego (czyli takiego w którym zgodność otrzymanego wyrobu z wymaganiami nie może być sprawdzona w sposób łatwy lub ekonomiczny). Wymaga się aby proces specjalny był walidowany (kontrola jakości) na każdym etapie - od projektu, poprzez dobór materiałów i produkcję do kontroli finalnej.

• Normy ISO 9001 która wymaga „monitorowania i pomiarów wyrobu” w „odpowiednich etapach realizacji wyrobu”. Nakazuje także posiadanie dowodów spełnienia kryteriów odbioru, jak również wskazanie osób podejmujących decyzje o zwolnieniu wyrobu.

• Normy PN-EN ISO 3834 która określona wymagania jakości odpowiednie dla procesów spawania materiałów metalowych. Te wymagania przenoszą się na wymagane obszary i zakres działalności zakładu a to z kolei wymusza utrzymanie odpowiedniej struktury organizacyjnej firmy.

• Normy PN-87/M-69009 („Zakłady stosujące procesy spawalnicze. Podział”) która dzieli zakłady stosujące procesy spawalnicze na 3 grupy : I, II i III. Podział ten uwarunkowany jest kilkoma kryteriami a między innymi wielkością zakładu. Wielkość i przynależność zakładu do określonej grupy ma bezpośrednie przełożenie na strukturę zakładu.

Norma PN-87/M-69009 Spawalnictwo - Zakłady stosujące procesy spawalnicze. Podział.

Ta norma dosyć szczegółowo określa wymaganą strukturę organizacyjną zakładu stosującego procesy spawalnicze.

Norma rozróżnia, w zależności od wielkości zakładu, wyposażenia technicznego (spawalniczego, po­mocniczego i pomiarowo-kontrolnego) i rodzaju służb spawalniczych trzy grupy zakładów:

• grupa I obejmująca zakłady uprawnione do wy­konywania konstrukcji klasy 1, 2 i 3,

• grupa II obejmująca zakłady uprawnione do wy­konywania konstrukcji klasy 2 i 3.

• grupa III obejmująca zakłady uprawnione do wy­konywania konstrukcji klasy 3.

Klasy konstrukcji spawanych i zgrzewanych — wg PN-87/M-69008.

Zakwalifikowanie zakładu do I lub II grupy zależy od :

• Wielkości zakładu określonej ekwiwalentną liczbą spawaczy i zgrzewaczy (poniżej 30 - zakład mały, powyżej 30 - zakład duży). Na wyliczenie ekwiwalentnej liczby spawaczy i zgrzewaczy oprócz rzeczywistej liczby osób, ma także wpływ rodzaj produkcji (seryjna/jednostkowa), stosowane materiały (łatwo/trudno spawalne) oraz typ konstrukcji (klasa1/2)

Wyposażenia technicznego i rodzaju służb spawal­niczych — wg tabl. 3 normy

Normą PN-EN ISO 3834 „Wymagania jakości dotyczące spawania materiałów metalowych”

Normą PN-EN ISO 3834 można posłużyć się na 2 sposoby :

1. Mając określony wyrób (w sensie poziomu jakości) - dobieramy zakład produkcyjny z odpowiednimi elementami struktury organizacyjnej.

2. Mając zakład z określonymi elementami struktury organizacyjnej - określamy wyrób (w sensie poziomu jakości) jaki może być wytwarzany w tym zakładzie.

Norma ISO 3834 rozróżnia 3 poziomy wymagań jakości (pełny : 3834-2, standardowy : 3834-3 i podstawowy : 3834-4) dotyczące spawania materiałów metalowych i nie rozróżnia czy zakład jest duży czy mały. Ogólna filozofia normy jest taka, że w zależności od poziomu zagrożenia od użytkowania wyrobu i skomplikowania technologii - stawiane są „warunki” dla zakładu. Między innymi „warunki” w sferze kontroli jakości. Jeśli pominąć wielkość produkcji zakładu, to w dużym uproszczeniu można powiedzieć, że wielkość zakładu dla określonego poziomu jakości jest wynikowa. Przykładowo zakład który produkuje wyroby na podstawowym poziomie jakości, np. nie musi mieć personelu nadzoru spawalniczego, kwalifikowania technologii spawania, kontroli i badań przed, w trakcie i po spawaniu. Natomiast zakład który produkuje wyroby na pełnym poziomie jakości, musi posiadać te elementy jak również odpowiednią gospodarkę materiałami, kalibrację lub walidowanie sprzętu do pomiarów, kontroli i badań oraz kilka innych elementów.

Zaleca się wybór odpowiedniego poziomu wymagań jakości był dokonywany zgodnie z normą wyrobu, specyfikacją, przepisami lub umową. Ponieważ ISO 3834 może być stosowana w różnorodnych sytuacjach i dla rożnych zastosowań, nie ma regułek wyboru poziomu jakości, ale są kryteria wyrobu:

• zakres i znaczenie wyrobów o decydującym znaczeniu dla bezpieczeństwa;

• złożoność produkcji;

• zakres produkowanych wyrobów;

• zakres zastosowanych różniących się materiałów;

• stopień do którego mogą występować problemy metalurgiczne;

• stopień do którego niezgodności produkcyjne, np. nieprostoliniowość, odkształcenie lub niezgodność spoiny, wywierają wpływ na wykonanie wyrobu.

Wytwórca, który wykazuje zgodność z określonym poziomem jakości jest uważany za mającego ustaloną zgodność ze wszystkimi niższymi poziomami [np. wytwórca spełniający pełne wymagania jakości (tzn. ISO 3834-2) wykazuje zgodność ze standardowymi wymaganiami jakości (tzn. ISO 3834-3) i podstawowymi wymaganiami jakości (tzn. ISO 3834-4)].

Szczegółowy wykaz kryteriów dla wspomagania wyboru poziomów jakości zawiera Załącznik A do PN-EN ISO 3834-1.

(15)

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 miejsca spawania

• Uszkodzone elementy izolujące uchwytów spawalniczych muszą być niezwłocznie wymienione na elementy sprawne,

• Prace spawalnicze wykonywane wewnątrz 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

Główne przyczyny zagrożenia porażenia prądem elektrycznym:

- snop iskier

- krople metalu

- żarzący się żużel

- spawalniczy łuk elektryczny i płomień gazowy

- promieniowanie cieplne

- niesprawne urządzenia spawalnicze

Wymagania techniczne warunkujące bezpieczną pracę w spawalni:

- w spawalni powinno przypadać na każdego pracownika najliczniejszej zmiany co

najmniej 15m3 wolnej objętości pomieszczenia nie zajętej przez urządzenia i sprzęt

- wysokość spawalni nie może być mniejsza niż 3, 75m

- na każde stanowisko spawalnicze powinno w spawalni przypadać co najmniej 2 m2

wolnej powierzchni podłogi nie zajętej przez urządzenia i sprzęt

- podłogi w spawalniach i na stanowiskach spawalniczych powinny być równe, wykonane

z materiałów niepalnych

- w spawalni nie powinny być przechowywane materiały łatwopalne

- pomieszczenia spawalni powinny być wyposażone w wentylacje zapewniającą skuteczne

usuwanie zanieczyszczeń szkodliwych dla zdrowia

- stanowiska spawalnicze należy osłaniać ścianami i parawanami wykonanymi z materiału

niepalnego

- przy pracach spawalniczych w zbiornikach temp powietrza w zbiorniku powinna być

równa temp otoczenia

- bezpośrednio przed przystąpieniem do pracy wewnątrz zbiornika powietrze w zbiorniku

należy zbadać na zawartość tlenu oraz gazów i par substancji palnych i toksycznych

- pracownik wykonujący pracę w zbiorniku powinien być asekurowany przez jedną osobę

znajdującą się na zewnątrz

- pracownik wchodzący do wnętrza zbiornika powinien być wyposażony w szelki

bezpieczeństwa z linką, hełm ochronny, odzież ochronną, sprzęt izolujący ochronny

układu oddechowego

(16)

Personel spawalniczy i wyposażenie stanowisk spawalniczych a jakość produkcji

Dotyczy norm PN -EN ISO 9001:2001- pkt.6

Norma PN -EN ISO 3834 oraz norma EN ISO 14731:2006

Zgodnie z normą PN -EN ISO 14731 producent powinien powołać jedną lub więcej osób nadzoru spawalniczego, która w procesie produkcji przejmie odpowiedzialność za spawanie i wszystkie operacje związane z nim. W przypadku, gdy zadania te rozdzielone zostają na kilka osób niezbędne jest ścisłe określenie zakresu zadań i odpowiedzialności. Osoby te swoje kompetencje powinny udokumentować przez odpowiednie wykształcenie ogólne, szkolenie spawalnicze lub odpowiednią praktykę.

Nadzór spawalniczy jest prowadzony na odpowiedzialność wytwórcy.

Nadzór spawalniczy powinien posiadać:

- ogólną wiedze techniczną,

- specjalną wiedzę techniczną ze spawania i procesów pokrewnych odpowiednio do przydzielonych zadań, która powinna być uzyskana przez kombinację wiedzy teoretycznej, szkolenia i doświadczenia.

Odpowiedzialny personel nadzoru spawalniczego powinien być przypisany jednej z następujących grup, zależnie od rodzaju i kompleksowości produkcji:

- personel o pełnej wiedzy technicznej, kiedy pełna wiedz techniczna jest wymagana dla planowania, wykonywania, nadzorowania i kontroli zadań oraz odpowiedzialności produkcji spawalniczej;

- personel o specjalnej wiedzy technicznej, kiedy potrzebny poziom specjalnej wiedzy jest wystarczający do planowania, wykonywania, nadzorowania i kontroli zadań oraz odpowiedzialności produkcji spawalniczej w ramach wybranego lub ograniczonego zakresu technicznego;

- personel o podstawowej wiedzy technicznej, kiedy potrzebny poziom podstawowej wiedzy jest wystarczający do planowania, wykonywania, nadzorowania i kontroli zadań oraz odpowiedzialności produkcji spawalniczej w ramach wybranego lub ograniczonego zakresu technicznego, który obejmuje tylko proste konstrukcje spawane.

Norma PN - EN ISO 3834-5 co do wymaganej wiedzy spawalniczej czyli do pełnej, specjalnej lub podstawowej wiedzy technicznej odsyła do załącznika A, w którym przywołano zasady szkolenia, egzaminowania i certyfikowania personelu nadzoru spawalniczego. Zasady te ujęte zostały w odpowiednich dokumentach dotyczących kształcenia:

- Międzynarodowego Inżyniera Spawalnika - posiadającego pełną wiedzę techniczną,

- Międzynarodowego Technologa Spawalnika- posiadającego specjalną wiedzę techniczną,

- Międzynarodowego Mistrza Spawalnika- posiadającego podstawową wiedzę techniczną.

Dokumenty potwierdzające posiadane kwalifikacje i kompetencje nadzoru spawalniczego:

- dyplomy, świadectwa, zaświadczenia o ukończeniu kursów specjalistycznych ( bezterminowe),

- certyfikaty kompetencji ( terminowe).

Zadania i zakresy odpowiedzialności personelu nadzoru spawalniczego według EN 719IISO 14731 z rozbiciem tych zadań na poszczególne osoby nadzoru • - odpowiedzialność nieograniczona, 0 - odpowiedzialność ograniczona, - brak odpowiedzialności
Zadania i zakresy odpowiedzialności	Kwalifikacje
	EWE	EWT	EWS
Sprawdzenie kontraktu - zdolność wytwórcy do spawania i operacji pokrewnych	•	•	0
Sprawdzenie konstrukcji - wymagane normy spawalnicze - położenie spoin i ich obciążenie - dostęp do wykonania spoin i ich kontroli - szczegółowe zadania poszczególnych złączy spawanych wymagania jakościowe i poziomy jakości spoin wg EN 25817 lub EN 30042	•	•	0
Materiały
Materiały podstawowe - spawalność materiału podstawowego - ewentualne dodatkowe wymagania dotyczące warunków dostawy, łącznie z rodzajem dokumentu kontrolnego dla materiału - oznakowanie, magazynowanie i gospodarka materiałami podstawowymi przenoszenie oznaczeń na elementy cięte	•	0	•
Materiały dodatkowe - przydatność - warunki dostawy - ewentualne dodatkowe wymagania dotyczące warunków dostawy, - łącznie z rodzajem dokumentu kontrolnego dla materiału - oznakowanie, magazynowanie i gospodarka materiałami dodatkowymi	•	0	-
Poddostawcy - przydatność poddostawców	•	•	•
Planowanie procesu produkcyjnego - przydatność Instrukcji Technologicznych Spawania (WPS) i protokołów uznania technologii spawania (WPAR) - dokumenty wykonawcze - przyrządy mocujące i oprzyrządowanie spawalnicze - przydatność i ważność Świadectw Egzaminu Spawacza - kolejność spawania i kolejność montaży podzespołów - wymagania dotyczące kontroli spoin podczas procesu wytwarzania - wymagania dotyczące kontroli spoin - warunki otoczenia - warunki bhp podczas spawania	• • • • • • • • •	• » • • • 0 0 0 • 6	0 0 0 • 0 •

ciąg dalszy poprzedniej tabeli
Urządzenia - przydatność urządzeń spawalniczych i pomocniczych - gotowość, oznaczenie i gospodarka urządzeniami i środkami pomocniczymi - warunki bhp		•		»		•
Operacje spawalnicze
Czynności przygotowawcze - możliwość stosowania dokumentów wykonawczych - przygotowanie rowków spoin, składaniu i czyszczenie • przygotowanie do prowadzenia kontroli podczas spawania • przydatność stanowisk spawalniczych wraz z ich otoczeniem		•		•		•
Spawanie - zatrudnienie spawaczy zgodnie z ich uprawnieniami - kontrola funkcji urządzeń spawalniczych i oprzyrządowania - kontrola materiałów dodatkowych i pomocniczych - kontrola wykonania spoin sczepnych - kontrola parametrów spawania - zastosowanie ewentualnych badań pośrednich - kontrola temperatury podgrzewania wstępnego i obróbki cieplnej - kontrola kolejności spawania - obróbka końcowa (pasywacja, szlifowanie, usuwanie odprysków)		• • • • • • • • •		• • • • • • • • .64		• • • • • • 0 0 •
Kontrola
Kontrola wizualna - sprawdzenie zgodności wykonania spoin z dokumentacją techniczną - sprawdzenie wymiarów spoin - sprawdzenie kształtu, wymiarów i tolerancji wykonania spawanych elementów konstrukcyjnych - sprawdzenie zewnętrznego wyglądu spoin		• • • •		• • • •		• • 0 •
Badania niszczące i nieniszczące - ocena wyników badań niszczących (Re, Rm, próby zginania, próby udarności) - ocena prób łamania - ocena zgładow makro- i mikroskopowych oraz pomiary twardości - ocena wyników badań nieniszczących - ocena wyników specjalnych badań		• • • • •		0 • 0 0 0		•
Odbiór spoin - ocena wyników badań i kontroli - ustalenie rodzajów wad lub niezgodności i naprawa wadliwych złączy - ponowna ocena naprawionych złączy - środki zapobiegające powstaniu wad w przyszłości		• • • •		0 0 0 0		0 0 0 0
Dokumentacja - zestawienie i przechowywanie niezbędnej dokumentacji (świadectw, certyfikatów, instrukcji, protokołów badań dla końcowego sprawozdania)		•		• 6		-

Norma PN - EN ISO 3834-2:2006 nakazuje między innymi:

- przeglądu wymagań i przeglądu technicznego - wytwórca powinien dokonywać przeglądu wymagań zawartych w umowie, łącznie z danymi technicznymi, i jednoznacznie potwierdzić swoją zdolność do spełnienia tych wymagań oraz powinien zaplanować działania związane z zapewnieniem jakości;

- wyposażenia - jeżeli zachodzi konieczność, wytwórca powinien posiadać wyposażenie pozwalające prawidłowo i bezpiecznie prowadzić procesy spawalnicze. Powinien posiadać wykaz podstawowych urządzeń do produkcji spawalniczej, zawierający charakterystyki techniczne istotne do określenia przydatności i wydajności warsztatu produkcyjnego. W przypadku zainstalowania nowych lub zregenerowanych urządzeń wytwórca jest zobowiązany przeprowadzić odpowiednie badania w celu sprawdzenia prawidłowej ich pracy, jak również powinien posiadać plany remontów i przeglądów urządzeń. Plany powinny zapewnić ciągłą kontrolę sprawności wszystkich podzespołów urządzeń, które sterują parametrami przedstawionymi w instrukcjach technologicznych spawania.

Przegląd wymagań

Należy rozpatrzyć następujące aspekty:

a) stosowaną normę wyrobu łącznie z wymaganiami dodatkowymi;

b) wymagania ustawowe i wynikające z przepisów;

c) wymagania dodatkowe określone przez wytwórcę;

d) zdolność wytwórcy do spełniania opisanych wymagań.

Przegląd techniczny

Należy rozpatrzyć następujące wymagania techniczne:

a) specyfikacja materiału(-ów) podstawowego(-ych) i własności złączy spawanych;

b) jakość i wymagania dotyczące akceptacji spoin;

c) położenie, dostępność i kolejność spoin łącznie z dostępnością dla kontroli i badań nieniszczących;

d) wykaz technologii spawania, procedur badań nieniszczących i procedur obróbki cieplnej;

e) zastosowane podejście do kwalifikowania technologii spawania;

f) kwalifikowanie personelu;

g) dobór, identyfikacja i/lub identyfikowalność (np. dotycząca materiałów, spoin);

h) przygotowania kontroli jakości, łącznie z zaangażowaniem niezależnej jednostki inspekcyjnej;

i) kontrola i badanie;

j) pod wykonawstwo;

k) obróbka cieplna po spawaniu;

l) inne wymagania dotyczące spawania np. badanie partii materiałów dodatkowych, zawartość ferrytu w

stopiwie, starzenie, zawartość wodoru, podkładka stała, stosowanie młotkowania (przekuwania), wykończenie

powierzchni, kształt spoiny;

m) stosowanie specjalnych metod (np. do osiągnięcia pełnego przetopu przy spawaniu bez podkładki tylko

z jednej strony);

n) wymiary i szczegóły przygotowania złącza i gotowej spoiny;

o) spoin, które są wykonywane w warsztacie, lub gdzie indziej;

p) warunki środowiskowe odpowiednie do stosowania procesu (np. bardzo niska temperatura otoczenia lub konieczność zabezpieczania przed niekorzystnymi warunkami atmosferycznymi)

q) postępowanie dotyczące niezgodności;

(17)

Jakość, kontrola jakości, służby kontroli jakości w zakładzie produkcyjnym

Jakość

W najprostszym ujęciu jakość to ogół cech i właściwości wyrobu lub usługi do zaspokojenia stwierdzonych lub przewidywanych potrzeb. W takim rozumieniu miarę potrzeb można określić jako stosunek rzeczywistej oferty wyrobu lub usługi do oczekiwanego klienta.

Obecnie stosowane pojęcie jakości jest o wiele bardziej skomplikowane. Znalazło to odzwierciedlenie w różnego rodzaju przepisach, a w szczególności w ogólnych normach międzynarodowych serii ISO 9000 i normach pochodnych serii PN EN 3834 w odniesieniu do spawalnictwa.

Służby kontroli jakości w zakładzie produkcyjnym

Wymagania dotyczące wyposażenia technicznego i rodzaju służb spawalniczych w zakładach produkcyjnych, montażowych i naprawczych.

WYPOSAŻENIE I RODZAJ SŁUŻB SPAWALNICZYCH		WIELKOŚĆ I GRUPA ZAKŁADU
				DUŻY		MAŁY
				I	II	I	II
URZĄDZENIA PRODUKCYJNE	Sprzęt podstawowy i pomocniczy oraz proste przyrządy podstawowe	+	+	+	+
		Sprzęt przygotowania elementów do spawania i zgrzewania	+	+	+	+
		Oprzyrządowanie do mechanizacji procesów spawania i zgrzewania	+	+	0	0
		Sprzęt do podgrzewania wstępnego i wyżarzania po spawaniu	+	+	+	+
	URZĄDZENIA DO KONTROLI JAKOŚCI	Sprzęt do badań radiograficznych	+	A1	A1	A1
		Sprzęt do badań ultradźwiękowych i magnetycznych	+	A1	+	A1
		Sprzęt do badań mechanicznych i metalograficznych	+	A1	A1	-
	KOMÓRKI ORGANIZACYJNE OGÓL NOZAKŁADOWE	Główny spawalnik	+	+	-	-
		Sekcja technologii spawania i zgrzewania	+	+	A2	A2
		Sekcja gospodarki sprzętem spawalniczym	0	0	-	-
		Sekcja konstrukcji oprzyrządowań	0	0	-	-
		Laboratorium spawalnicze	0	-	0	-
		Dział kontroli jakości - sekcja kontroli spawalnictwa	+	+	A3	A3
		Dział kontroli jakości - laboratorium defektoskopowe	+	0	0	0
	BEZPOŚREDNI NADZÓR NAD PROCESAMI SPAWALNICZYMI	Spawalnik produkcji	0	0	-	-
		Mistrz spawalniczy	+	+	0	0
		Brygadzista spawalniczy	+	+	+	+
		Kontroler spawalniczy	+	+	+	+

UWAGI:

„+” - konieczność spełnienia wymagania; „-„ - wymaganie nie musi być spełnione; „0” - wymaganie jest zalecane; „A1” - możliwość korzystania z kooperacji; „A2” - stanowisko spawalnika technologa; „A3” - stanowisko spawalnika kontrolera.

Kontrola jakości w spawalnictwie

Trwałość i niezawodność konstrukcji spawanych jest wypadkową bardzo wielu czynników. Niektóre z tych czynników to: odpowiednie rozwiązania konstrukcyjne, opracowana technologia spawania, odpowiednio wysokie kwalifikacje spawaczy, dobór właściwych materiałów podstawowych, dodatkowych i sprzętu spawalniczego, właściwa organizacja służb spawalniczych, przygotowanie elementów do spawania i realizacja procesu spawania, a także rodzaj stosowanych badań nieniszczących i przyjęty poziom jakości. Jak z tego wynika, kontrola jest częścią procesu wytwarzania konstrukcji spawanej i powinna być prowadzona we wszystkich fazach tego procesu.

Celem kontroli jest zagwarantowanie otrzymania połączeń spawanych o wymaganej jakości. Zadaniem kontroli jest sprawdzenie zgodności wszystkich elementów procesu technologicznego z założeniami zawartymi w dokumentacji konstrukcyjno- technologicznej i przepisami, normami wyrobu oraz jednoczesne sprawdzenie jakości wykonanych połączeń. W skali przedsiębiorstwa realizuje się to zadanie przez kontrolę prac spawalniczych.

W skład kontroli prac spawalniczych wchodzi:

• Kontrola wstępna:

• Kontrola spawaczy

• Kontrola materiałów podstawowych

• Kontrola materiałów dodatkowych

• Kontrola stanowiska spawalniczego

• Kontrola bieżąca (międzyoperacyjna):

• Kontrola przygotowania elementów do spawania

• Kontrola realizacji spawania

• Kontrola ostateczna złączy spawanych:

• Badania nieniszczące ( np. badania wizualne, penetracyjne, magnetyczne, szczelności, etc.)

• Badania niszczące ( np. badania własności mechanicznych, metalograficznych itp.).

Podstawową jednostką organizacyjną spawalniczej kontroli zakładowej jest sekcja kontroli spawalniczej. W jej skład wchodzi kierownik, mający do pomocy kontrolerów spawalniczych w odpowiednich wydziałach produkcyjnych. Jeden kontroler spawalniczy powinien przypadać na 20 do 30 spawaczy. Kontrolerzy, poprzez kierownika sekcji, podlegają działowi kontroli technicznej. W sprawach fachowych kierownik sekcji kontroli spawalniczej ma obowiązek konsultować się z głównym spawalnikiem lub kierownikiem sekcji technologii spawania.

-----------------------

Jakość w rozumieniu ogólnym to ogół właściwości obiektu bez wad spełniającego oczekiwania użytkownika i wytwórcy oraz spełniający wymagania zawarte w ustaleniach lub przepisach normatywnych wyznaczających standardy wykonania. W świetle norm spawanie jest traktowane jako proces specjalny, ponieważ badania spoin nie potwierdzają w pełni czy osiągnięto określoną w normach jakość wyrobu. Aby spawane wyroby mogły być eksploatowane zgodnie ze swym przeznaczeniem konieczne jest zapewnienie nadzoru od fazy projektu poprzez dobór materiałów podstawowych i dodatkowych, procesu wytwarzania i późniejszą kontrolę. W zakładach, w których obowiązują systemy zapewnienia jakości wg norm 9001 i 3834 obowiązują wypracowane procedury i instrukcje których przestrzeganie pozwala na wyprodukowanie wyrobu zgodnego z wymaganiami odbiorcy.

Wszelkie etapy produkcji powinny być udokumentowane. Tym zajmuje się Kontrola Jakości w zakładzie produkcyjnym, której pracownicy posiadają uprawnienia zgodne z PN-EN 473 i PN-EN ISO 3834. Personel KJ powinien posiadać odpowiednie certyfikaty kompetencji oraz zaświadczenia o odbytych kursach. Jego ilość i jakość zależy od klas konstrukcyjnych oraz do jakiej grupy zakładów należy wytwórca. Kontrolerzy powinni posiadać odpowiednie przyrządy i urządzenia umożliwiające kontrolę w poszczególnych etapach produkcji. Służby KJ powinny sprawdzać, sporządzać i wypełniać dokumenty kontroli (PN-EN 10204) tj. wszelkiego rodzaju świadectwa i atesty. Jeśli wytwórca lub jego poddostawca nie posiada możliwości zrobienia odpowiednich badań niszczących lub nieniszczących zleca je na zewnątrz jednostce notyfikowanej.

Kontrola to:

Działanie takie jak zmierzenie, zbadanie, oszacowanie lub sprawdzenie jednej lub kilku właściwości obiektu oraz porównanie wyników z wymaganiami w celu stwierdzenia, czy w odniesieniu do każdej z tych właściwości osiągnięto zgodność.

Kontrola zakładowa to:

-Ciągłe kontrolowanie produkcji przez producenta, tak aby wytwarzane przez niego wyroby odpowiadały przynależnym im dyrektywom, normom lub warunkom technicznym

-Wyniki badań uzyskane przez kontrolę należy zapisać i ocenić.

Zapisy powinny zawierać minimum następujące dane:

-oznaczenie wyrobu

-datę produkcji

-podpis osoby odpowiedzialnej w zakładzie za kontrolę

-rodzaj badania

-wyniki badań

Jeśli są niezgodności to należy je usunąć i ponownie zbadać.

(18)

Omówić normy EN 287 i EN 1418 (egzaminowanie i kwalifikowanie spawaczy + stal)

(19)

Zagrożenia występujące przy spawaniu łukowym i gazowym

Dymy spawalnicze

Powstające w procesach dymy spawalnicze są mieszaniną cząstek stałych oraz gazów. Pyły powstające w wyniku działania plazmy łuku na materiał podstawowy i dodatkowy składają się z tlenków, krzemianów, fluorokrzemianów, fluorków oraz węglanów metali i niemetali. W łuku zachodzi proces topnienia materiałów, ich częściowego odparowania i utleniania par metalu. W atmosferze o niższej temp. następuje proces kondensacji i wytworzenie cząstek stałych o różnych wymiarach.

Zagrożenie wzroku

Wszystkie metody spawania metali są źródłem promieniowania optycznego. Promieniowanie łuku elektrycznego stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia spawaczy oraz osób przebywających blisko stanowisk. Zakres promieniowania przy procesach spawalniczych wynosi od ok. 100 nm dł. fali (prom. nadfioletowe), do ok. 1600 nm dł. fali (prom. podczerwone)

Hałas

Źródłem hałasu przy spawaniu i cięciu metali jest:

- strumień gazu wypływający z dyszy palnika gazowego, plazmowego i spawalniczego

- urządzenie spawalnicze

- proces spawania i cięcia

- urządzenia wentylacyjne.

Poziom ekspozycji na hałas odniesiony do 8-godzinnego dnia pracy nie powinien przekraczać wartości 85 dB.

Pole elektromagnetyczne

stan energetyczny przestrzeni, w której występują siły elektromagnetyczne działające na znajdujące się w niej ładunki elektryczny

Podczas ekspozycji na promieniowanie elektryczne część energii pola padając na ciało człowieka zostaje zaabsorbowana i zamieniona na ciepło, co w konsekwencji prowadzi do wzrostu jego temp. Jeżeli przyrost temperatury jest większy niż zdolność układu termoregulacji do rozproszenia ciepła, może dojść do hipertermii prowadzącej nawet do uszkodzeń takich jak oparzenia, wylewy wew., martwica tkanek

Porażenia prądem elektrycznym

Zagrożenia pożarowe: snop iskier, krople metalu, żarzący się żużel, spawalniczy łuk elektryczny i płomień gazowy, promieniowanie cieplne, niesprawne urządzenia spawalnicze

(20)

Metody badań nieniszczących, zastosowanie

{szczegóły skrypt)

Badania nieniszczące należą do podstawowych metod badań umożliwiających ocenę jakości połączeń spawanych, a następnie przekazanie

Metody badań nieniszczących:

1. Badanie wizualne VT.

2. Badanie penetracyjne PT.

3. Badanie magnetyczne MT.

4. Badanie radiograficzne RT.

5. Badanie ultradźwiękowe UT.

6. Badanie prądami wirowymi ET.

Podstawowe wymagania dotyczące oceny jakości wykonanych złączy, bez podania metod wykrywania niezgodności spawalniczych, przedstawiono w normach: PN-EN 25817 i PN-EN 30042. W pozostałych normach określono wskazania dopuszczalne dla przyjętych poziomów akceptacji w zależności od zastosowanej metody badań nieniszczących.

Ad1. Badania wizualne złączy spawanych, polega na dokładnych oględzinach ich powierzchni, są najprostszym, najtańszym a często najskuteczniejszym sposobem kontroli wyrobu. Dlatego są obowiązkowo stosowane dla wszelkiego rodzaju konstrukcji.

Podstawowym nośnikiem informacji jest światło(promieniowanie optyczne), które wywołuje wrażenia wzrokowe. Światło jest falą elektromagnetyczną o długości λ=390-770nm i prędkości c≈299792,5km/s (w próżni).

Badania wizualne złączy spawanych można podzielić na:

- badania wizualne bezpośrednie,

- badania wizualne zdalne.

Badania wizualne bezpośrednie to takie, podczas których istnieje nieprzerwana ścieżka optyczna od oka obserwatora do obszaru badanego. Mogą być wspomagane: lusterkami, soczewkami, endoskopami, światłowodami itp.

Badania wizualne zdalne to takie, podczas których ścieżka optyczna od oka obserwatora do badanego obszaru jest przerwana. Badania zdalne obejmują użycie: fotografii, systemów wideo, systemów zautomatyzowanych oraz robotów.

Badania wizualne dzielimy także na:

- badania bezpośrednie: oko nieuzbrojone, lupy, mikroskopy, przyrządy pomiarowe i sprawdziany,

- badanie pośrednie: lusterka, endoskopy sztywne, endoskopy sztywne (boroskopy), endoskopy giętkie, videoskopy, zestawy telewizyjne.

Wymagania dotyczące badań wizualnych wg normy PN-EN 970 p.t. „Spawalnictwo. Badania nieniszczące złączy spawanych. Badania wizualne.”

Badania wizualne przeprowadzamy w odpowiednich warunkach oświetlenia oraz z odpowiednim dostępem do złącza. Natężenie oświetlenia na powierzchni złącza badanego

minimum 350 lx, zaleca się jednak 500 lx. Odległość oka od badanego przedmiotu do 600mm, przy kącie widzenia nie mniej niż 30°.

Do oceny jakości złączy dokonujemy na podstawie norm: PN-EN 5817, PN-EN ISO 10042

Ad2. Badanie penetracyjne należą do najstarszych metod nieniszczącego badania różnych materiałów metalowych i niemetalowych. Nie nadają się do badania materiałów porowatych. W spawalnictwie wykorzystywane są do wykrywania niezgodności spawalniczych(nieciągłości materiału) wychodzących na powierzchnię złącza spawanego. Wykonuje się je zwykle po badaniach wizualnych złączy i usunięciu z ich powierzchni niezgodności spawalniczych.

Zasada badań penetracyjnych opiera się na wykorzystaniu zjawiska włoskowatości (kapilarności), które polega na wnikaniu cieczy do wąskich przestrzeni i wznoszeniu się wbrew sile ciężkości. Nie wszystkie ciecze wykazują zjawisko włoskowatości, tylko te, które mianowicie zwilżają materiał kapilarny. O tym czy dana ciecz zwilża materiał informuje kąt jaki tworzy menisk cieczy materiałem nazywany kątem zwilżania i oznaczony literą θ. Gdy ciecz zwilża materiał kąt θ jest ostry, a menisk cieczy wklęsły. Im lepsza zwilżalność tym kąt θ i bardziej wklęsły menisk. Kąt zwilżania zależy od szeregu czynników: temperatury, czasu, dokładności oczyszczenia powierzchni oraz jej chropowatości. Ciecz zwilżająca penetruje w głąb szczeliny, nawet gdy usuniemy ja całkowicie z powierzchni. Powodują to dwie siły przeciwnie skierowanych do siebie, a wypadkowa tych sił skierowana jest w głąb szczeliny, ponieważ promień krzywizny górnego menisku jest większy od promienia menisku dolnego(w głąb materiału).

Jeżeli na menisk górny nałożymy środek porowaty, to w jego miejscu utworzy się szereg miejscowych menisków różnego kształtu i o różnych promieniach. W każdym z nich pojawia się ciśnienie kapilarne. Pod działaniem sumy ciśnień ciecz penetrująca wznosi się opuszczając obszar szczeliny i wychodzi na powierzchnię badanego przedmiotu tworząc obraz nieciągłości.

Zgodnie z normą PN-EN 571-1 badanie metodą penetracyjną obejmuje:

- przygotowanie i czyszczenie wstępne,

- nanoszenie penetranta,

- usuwanie nadmiary penetranta,

- nanoszenie wywoływacza,

- kontrolę,

- rejestrację,

- czyszczenie końcowe.

Po oczyszczeniu powierzchni z rdzy, oleju, farby itp. za pomocą czyszczenia mechanicznego lub chemicznego oraz po osuszeniu nanosi się na powierzchnię penetrant. Nanosi my za pomocą rozpylania, pędzlem, polewania, maczania lub zanurzenia. W zależności od temperatury(10 - 50°C) czas penetrowania od 5 - 60minut. W żadnym wypadku penetrant nie powinien wyschnąć przez czas penetracji. Po zakończeniu penetracji zmywamy nadmiar penetrantu, zmywaczem, wodą czy zwilżona szmatką. Niedokładne usunięci powoduje zamazanie wskazań, natomiast zbyt intensywne usuwa penetrant z niezgodności i ich nieujawnieni. Po usunięciu penetranta szybko nanosi się biały wywoływacz. Wywoływacz wyciąga penetrant z nieciągłości i pojawia się obraz. Czas potrzebny do powstania wyraźnych wskazań nazywamy czasem wywoływania i mieści się od 10 do 30minut. Z przeprowadzonych badań należy przeprowadzić protokół, który powinien zawierać:

- dane badanego elementu: oznaczenie, materiał, wymiary, stan powierzchni, fazę wytwarzania,

- zakres badania,

- oznaczenie zastosowanego systemu preparatów penetracyjnych z podaniem nazwy wytwórcy i oznaczenia wyrobu, jak również numer partii,

- numer procedury badawczej,

- odstępstwa od pisemnej procedury badania,\

- wyniki badania: opis wykrytych nieciągłości,

- miejsce badania, datę badania i nazwisko osoby przeprowadzającej badanie,

-nazwisko, certyfikat i podpis osoby nadzorującej badanie.

Ad3. Badanie magnetyczno-proszkowe polega na wykrywaniu magnetycznych pól rozproszenia za pomocą drobnoziarnistego, ferromagnetycznego proszku, który nanosi się na powierzchnię badanego obiektu podczas jego namagnesowywania.

Magnetyczne pole(strumień) rozproszenia, będące polem silnie niejednorodnym, wywiera na cząstki proszku stosunkowo dużą siłę skierowaną do powierzchni obiektu tj. do miejsca, w którym linie sił tego pola przecinają badaną powierzchnię. Siłę tę można opisać: F=µo Kp V H δH/ δI

F- siła z jaką oddziaływuje strumień (pole) rozproszenia na cząstkę proszku,

µo- przenikalność magnetyczna późni ( stała magnetyczna),

Kp- podatność magnetyczna postaci,

V- objętość cząstki proszku,

I - długość mierzona wzdłuż linii sił strumienia rozproszenia.

Siła ta jest tak duża, że gromadzenie się cząstek proszku następuje pomimo nawet intensywnego ich ruchu. Skupiska proszku odzwierciedla swym kształtem rzeczywisty kształt niezgodności spawalniczych, będących przyczyną pól rozproszenia. Skupisko proszku magnetycznego będące wynikiem oddziaływania magnetycznych pól rozproszenia nazywamy defektogramami proszkowymi.

Badanie magnetyczno-proszkowe, jak również i inne metody magnetyczne, mogą być stosowane do badania obiektów z materiałów FERROMAGNETYCZNYCH. Pozwalają one skutecznie wykryć niezgodności spawalnicze zalegające pod powierzchnią na głębokości rzędu kilku milimetrów.

Możemy wykryć następujące niezgodności: pęknięcia różnego rodzaju, naderwania, zakuć, zawalcowań, łusek, wtrąceń niemetalicznych.

Na pełny cykl badania magnetyczno-proszkowego składa się:

1. przygotowanie powierzchni,

2. rozmagnesowanie wstępne,

3. wzbudzenie pola magnetycznego(magnesowanie),

4. nanoszenie proszku magnetycznego,

5. oględziny powierzchni,

6. rejestracja wyników badań,

7. rozmagnesowanie końcowe,

8. czyszczenie końcowe.

Operacje 3,4, 5 są konieczne do realizacji badania, pozostałe w zależności od potrzeby.

Zalecenia dotyczące wykonywania badań magnetyczno-proszkowych przedstawiono w normie PN-EN 1290. Zgodnie z tymi zaleceniami należy zawsze przestrzegać europejskich, krajowych i lokalnych przepisów BHP.

PN-EN 1290 zaleca stosowanie następujących urządzeń do magnesowania prądem przemiennym:

- elektromagnesy jarzmowe,

- źródła prądu wzbudzającego z elektrodami stykowymi,

- przewodniki przylegające, przewodzące oraz techniki badania za pomocą cewek.

Ad4. Badanie radiograficzne (PN-EN 12517) są najbardziej rozpowszechnioną metodą badań nieniszczących, ponieważ mają szereg zalet:

- dobrą wykrywalność niezgodności wewnętrznych,

- stosunkowo prosta interpretacja wyników badań,

- uzyskiwanie dokumentu z badania, który może podlegać wielokrotnej weryfikacji.

W tym badaniu stosuje się najczęściej promieniowanie jonizujące X lub γ, natomiast rzadziej promieniowanie α, β, neutronowe czy protonowe.

W zależności od rodzaju zastosowanego detektora promieniowania jonizującego można wyróżnić trzy podstawowe metody badań radiologicznych:

- metody radiograficzne,

- metody radioskopowe,

- metody radiometryczne.

W metodach radiograficznych detektorem jest: błona fotograficzna, papier fotograficzny lub płyta kserograficzna. W metodach radioskopowych: ekran fluoroskopowy lub kamera telewizyjna ciułana promieniowanie, natomiast w metodach radiometrycznych: miernik natężenia promieniowania. Najczęściej stosowana jest metoda radiograficzna.

W zależności od warunków w jakich znajduję się badany element, statyczny czy w ruchu to mamy: radiologię statyczną i radiologię dynamiczną.

Tą metodą możemy badać praktycznie wszystkie materiały konstrukcyjne, najczęściej metale: żelazne i nieżelazne, rzadziej beton, materiały ogniotrwałe, guma, tworzywa sztuczne, ceramika, drewno, papier, paliwo jądrowe, stałe paliwa rakietowe itp.

Do wykrycia niezgodności stosuję się przenikalność promieni X lub γ przez badane złącze. Kontrola polega na wykonaniu radiogramów na złączu, następnie jego opisaniu zaobserwowanych niezgodności i ich ocenie. Promieniowanie X powstaję w wyniku zahamowania rozpędzonego strumienia elektronów( lub innych cząstek naładowanych np. cząstek alfa, protonów) na materialnej przeszkodzie. Do wytwarzania promieniowania X stosuję się lampy rentgenowskie albo akceleratory cząstek ( w przypadku fotonów wysokoenergetycznych). W lampie rentgenowskiej prom. X jest wynikiem hamowania na anodzie elektronów emitowanych przez katodę i rozpędzonych w polu elektrycznym, powstały przy przyłożeniu do anody i katody wysokiego napięcia 50-400kV. Im wyższe napięcie tym promieniowanie X jest większe.

Ad5. Badanie ultradźwiękowe( PN-EN 1712) informuje o stanie w jakim znajduję się cała objętość kontrolowanego przedmiotu oraz pozwala na określenie ilości, wielkości i rozmieszczenia nieciągłości w materiale. Ta metoda wykorzystuję zjawisko rozchodzenia się fal o częstotliwości ultradźwiękowych, tzn. większe od górnej granicy słyszalności ucha ludzkiego: ponad 16 000Hz lub 20 000Hz.

Ultradźwięki są powszechnie uznane i stosowane w przemyśle hutniczym, maszynowym i transporcie, do kontroli jakości produkowanych wyrobów i półwyrobów, jak i wykrywania i obserwowania niezgodności w pracujących konstrukcjach. Oprócz zastosowań technicznych jest szeroko stosowania w diagnostyce (ultrasonografii) i terapii medycznej. W badaniu stosujemy fale o częstotliwości od ok. 50kHz do kilku MHz, A w niektórych przypadkach nawet do1GHz. Do badania złączy spawanych stosuje się od 0,5MHz do 10MHz,przy czym najczęściej wykorzystuje się fale o częstotliwości pomiędzy 2MHz do 5MHz.

Fale ultradźwiękowe są drganiami mechanicznymi wokół położenia równowagi cząsteczek ośrodka, w którym się rozchodzą. Różnią się one między sobą kierunkiem ruchu cząsteczek ośrodka stosunku do kierunku rozchodzenia się fali. Jedynymi ośrodkami, w których możliwe jest rozchodzenie się wszystkich rodzajów fal ultradźwiękowych, są ciała stałe. Najczęściej stosowane rodzaje fal ultradźwiękowe to:

-fale podłużne,

- fale poprzeczne,

- fale powierzchniowe (Rayleigha),

- fale płytowe ( Lamba),

- fale Love'a

- fale podpowierzchniowe.

Ad6. Badania prądami wirowymi (wiroprądowe) służą do wykrywania powierzchniowych i podpowierzchniowych niezgodności spawalniczych w złączach spawanych ze stali o różnych strukturach: miedzi, aluminium, tytanu i ich stopów, cyrkonu itp.

Badania wiroprądowe oparte są na zjawisku indukcji magnetycznej. Prądy wirowe (Foucaulta) powstają w obiekcie przewodzącym prąd elektryczny pod wpływem zmiennego pola magnetycznego, wytworzonego przez cewkę zasilaną prądem zmiennym ( najczęściej przemiennym o natężeniu ok0,1A) wysokiej częstotliwości(10 do ok. 120MHz). Wzbudzone w złączu prądy wirowe wytwarzają z kolei, zgodnie z regułą Lenza, własne pole magnetyczne, które oddziaływuje na pierwotne pole cewki powodując powstanie pola wypadkowego zmieniającego własności elektryczne ( impedancję) cewki.

Kształt ścieżek przepływu prądów wirowych zależy od elektromagnetycznych własności obiektów badanych, w tym od występujących w obiektach nieciągłości. Prądy wirowe „preferując” miejsca o większej przewodności „ opływają” nieciągłości obiektów. Amplituda indukcji magnetycznej a więc i sygnałów przetworników jest uwikłana funkcją głębokości, długości i szerokości nieciągłości materiałowych. Natomiast kąt przesunięcia fazowego indukcji pola magnetycznego, a co za tym idzie kąt przesunięcia fazowego sygnału wyjściowego przetwornika wiroprądowego zawiera, zgodnie z zależnością: informację o głębokości zalegania nieciągłości. Możliwe jest więc rozróżnianie, względnie określenia głębokości wykrywanych nieciągłości obiektów na podstawie pomiarów fazy sygnałów przetworników wiroprądowych.

W defektoskopii wiroprądowej stosowane są trzy metody analizy sygnałów przetworników:

• Analiza amplitudy napięć ( modułu impedancji),

• Analizy amplitudy napięć ( modułu impedancji) - o określonej fazie,

• Analizie napięć zespolonych ( impedancji).

(21)

Czynniki wpływające na koszty spawania

Rozróżnia się dwa rodzaje kosztów, tj. koszty pośrednie (wydziałowe i ogólnozakładowe np: koszty zarządu, administracji magazynowania, marketingu, rozliczane za pomocą narzutów) i koszty bezpośrednie, które mogą być odniesione do danego wyrobu tj: robocizna, materiały dodatkowe, energia, urządzenia.

Czynniki mające wpływ na koszty wyrobów spawanych to:

1. projektowanie - koszty usunięcia błędu na poszczególnych etapach

Trakcie projektowania	1
Po zatwierdzeniu projektu	10
W trakcie projektu technologicznego	100
W trakcie produkcji	1000
Po wypuszczeniu produktu na rynek	10000

2. technologia spawania: (ilość spoiwa, kąt ukosowania, metoda spawania, rodzaj spoin: doczołowe, pachwinowe),

3. jakość (Zarówno producent, jak i klient muszą mieć świadomość, że jakość kosztuje a element ten powinien być szczegółowo przedyskutowany i uzgodniony na etapie przeglądu projektu i umowy. Nie dopełnienie tego punktu może mieć poważne konsekwencje finansowe zarówno dla producenta jak i zamawiającego),

4. organizacja produkcji (np. ograniczenie czasu na czynności pomocnicze, zastosowanie odpowiednich urządzeń i materiałów pomocniczych, wyposażenie spawacza w odpowiedni sprzęt np. spoinomierz ogranicza wielkość nadlewów, zapewnienie właściwych warunków pracy spawacza, analiza strat czasu pracy związanego z przemieszczaniem elementów),

5. automatyzacja i robotyzacja - kryteria zastosowania:

• podatność konstrukcji (złącza) na automatyzację

• wielkość i rodzaj produkcji

• wymagany poziom jakości wyrobu finalnego

• dostępność spawaczy

• potencjalne zdolności produkcyjne i efektywność stanowiska zautomatyzowanego

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA KOSZTY SPAWANIA

(opracowano na podstawie poradnika inżyniera)

Celem obliczenia kosztów spawania jest wybór najkorzystniejszej, z ekonomicznego punktu widzenia, metody spawania.

Do potrzeb analizy kosztów spawania rozróżnia się dwa rodzaje kosztów:

• Koszty bezpośrednie, można je bezpośrednio odnieść do danego wyrobu, np. zużycie materiałów, robocizny bezpośredniej, zużycie energii elektrycznej,

• Koszty pośrednie, nie można ich bezpośrednio odnieść do danego wyrobu, np. koszty zarządu, administracji, utrzymanie ruchu, podatków.

Bezpośrednie koszty spawania obejmują:

• Koszt materiałów dodatkowych do spawania

Pod pojęciem materiałów dodatkowych do spawania rozumie się: elektrody, druty lite, druty z rdzeniem proszkowym, gazy osłonowe, topniki. Rodzaj i koszty materiałów dodatkowych zależą od metody spawania oraz masy spoin.

Spawanie ręczne elektrodami otulonymi [MMAW]




Spawanie elektryczne w osłonach gazowych - MIG/MAG, TIG, CAW(drut + gaz osłonowy)




Spawanie łukiem krytym i elektrożużlowe




• Koszt robocizny bezpośredniej

Podstawą do ustalenia kosztów robocizny jest czas spawania, który może być określony na podstawie pomiarów na stanowisku pracy lub danych normatywów technologicznych. Jeśli nie dysponujemy tymi danymi to jednym ze sposobów ustalenia czasu spawania jest wykorzystanie danych dotyczących masy stopiwa, wskaźnika wydajności stapiania oraz współczynnika czasu jarzenia się łuku




Na koszt robocizny bezpośredniej składają się:

- wynagrodzenie spawacza z wszelkimi dodatkami uzupełniającymi (np. premia, dodatek za warunki szkodliwe, trzynasta pensja itp.)

- koszty, jakie ponosi pracodawca z tytułu zatrudnienia spawacza. Są to koszty związane z ubezpieczeniem emerytalnym, rentowym, wypadkowym oraz z tzw. Funduszem gwarantowanych świadczeń pracowniczych. Koszty te stanowią około 20% wynagrodzenia spawacza.




• Koszt energii elektrycznej

Zużycie energii elektrycznej zależy od wymaganej mocy elektrycznej do

wykonania określonych prac spawalniczych. Moc ta z kolei zależna jest od

napięcia łuku elektrycznego, natężenia prądu oraz sprawności stosowanego

urządzenia i mocy biegu jałowego.

Zużycie energii elektrycznej w kWxh/m




Zużycie energii, niekoniecznie elektrycznej, może być spowodowane

dodatkowo koniecznością podgrzewania spawanych elementów przed lub w

trakcie spawania lub koniecznością obróbki cieplnej całej konstrukcji po

spawaniu.

• Koszt urządzeń

Do kosztów urządzeń zaliczamy:

- koszt amortyzacji

- koszt remontów

- koszt powierzchni produkcyjnej

Możliwości obniżki kosztów spawania należy szukać przede wszystkim w:

• Obniżce kosztów robocizny

Przez:

1. zastosowanie mechanizacji i robotyzacji procesu spawania,

2. zastosowanie metod o wysokiej wydajności spawania i materiałów dodatkowych o dużym współczynniku stapiania,

3. dobór spoin ze względu na optymalizację ilości wymaganego stopiwa,

4. wysoką jakość przygotowania wyrobu do spawania,

5. wyposażenie stanowisk spawalniczych w urządzenia pomocnicze, jak np. obrotniki, manipulatory, pozycjonery, słupowysięgniki ułatwiające dostęp spawacza do złącza spawanego i zmniejszające czas pomocniczy związany z wyrobem spawanym, a tym samym zwiększające wydajność pracy spawacza,

6. zastosowanie i odpowiedni dobór materiałów dodatkowych do spawania oraz spawalniczych mieszanek osłonowych, ograniczających lub eliminujących rozpryski spawalnicze i konieczność ich usuwania,

7. zastosowanie (w uzasadnionych przypadkach) spawania wąskoszczelinowego obniżającego ilość stopiwa, a tym samym robociznę na jego ułożenie,

8. zastąpienie spoin jednostronnych spoinami dwustronnymi z powodów jak wyżej,

9. wykonanie spoin czepnych w taki sposób, aby mogły stanowić część spoiny właściwej,

10. unikanie odkształceń (przez np. stosowanie właściwych parametrów i właściwej kolejności wykonywania spoin) i związanej z tym robocizny na prostowanie wyrobu,

11. wysoką jakość spawania zapewniającą eliminację napraw po spawaniu,

12. stosowanie nowoczesnych urządzeń spawalniczych z gotowymi procedurami spawania.

2. Obniżce materiałów dodatkowych

Przez:

1. dobór właściwego dostawcy, zarówno pod względem jakości, jak i ceny,

2. dobór spoin ze względu na optymalizację ilości wymaganego stopiwa,

3. unikanie przewymiarowania spoin,

4. wykonanie spoin czepnych w taki sposób, aby mogły stanowić część spoiny właściwej,

5. unikanie nadmiernych nadlewów,

6. zastosowanie (w uzasadnionych przypadkach) spawania wąskoszczelinowego obniżającego ilość stopiwa,

7. zastąpienie spoin jednostronnych spoinami dwustronnymi,

8. dbałość o szczelność instalacji gazowych.

• Obniżce kosztów energii, w tym z powodu obróbki cieplnej przed i po spawaniu

Przez:

1. optymalny dobór energii liniowej,

2. stosowanie źródeł energii o wysokiej sprawności energetycznej,

3. dobór materiałów podstawowych i dodatkowych do spawania umożliwiających ograniczenie lub wyeliminowanie obróbki cieplnej,

4. zastąpienie wyżarzania odprężającego stabilizacją wibracyjną.

• Obniżce nakładów na wdrożenie technologii i stanowiska spawalniczego

Przez:

1. optymalny dobór, z techniczno-ekonomicznego punktu widzenia, technologii i metody spawania,

2. analizę ofert nie tylko ze względu na cenę urządzenia, ale także uwzględnienie obsługi serwisowej, gwarancji oraz cen części zamiennych (szczególnie w przypadku konieczności częstej wymiany części),

3. wykonanie części oprzyrządowania lub prac instalacyjnych we własnym zakresie

• wzroście zysku w wyniku zwiększania wielkości produkcji.

(22)

Klasyfikacja złączy spawanych [wg PN]

Złącze spawane jest elementem konstrukcji obejmującym zarówno spoinę jak i materiał podstawowy. W zależności od konfiguracji jaką tworzą stykające się ze sobą łączone części rozróżnia się złącza:












Rodzaj złącza spawanego decyduje o wytrzymałości połączenia, jego masie, sztywności, odkształceniach spawalniczych, pracochłonności i kosztach wykonania oraz możliwości i metodach kontroli jego jakości. Najlepsze cechy mają złącza doczołowe stosowane powszechnie w konstrukcjach powłokowych (zbiornikach, rurociągach, poszyciach statków) przenoszące zasadnicze obciążenia statyczne lub dynamiczne. W konstrukcjach budowlanych i maszynowych obciążonych przeważnie statycznie stosuje się złącza kątowe i przylgowe ze względu na łatwość ich kształtowania i wykonania. Złącza kątowe spełniają z powodzeniem swoją rolę w konstrukcjach przestrzennych. Pod względem wytrzymałości szczególnie zmęczeniowej, ustępują złączom doczołowym.

(23)

Poziomy akceptacji złączy spawanych wg PN

Poziom akceptacji określa poziom badania, poniżej którego dane wyroby są akceptowane. Poziomy akceptacji skorelowano więc z poziomami jakości poszczególnych metod badań nieniszczących co znalazło odzwierciedlenie w normie PN-EN 12062 „Badania nieniszczące złączy spawanych. Postanowienia ogólne dla metali”.

Korelacja pomiędzy poziomami jakości a poziomami akceptacji przedstawia się następująco:









Jak wynika z powyższej tablicy poziomy akceptacji badań wizualnych są tożsame z poziomami jakości. Oznacza to, że dla poszczególnych niezgodności spawalniczych obowiązują takie same wartości graniczne zarówno dla poziomów akceptacji jak i poziomów jakości. Inaczej sprawa przedstawia się w pozostałych metodach badań. Poziomy akceptacji nie są tożsame z poziomami jakości co oznacza, że dla poszczególnych poziomów akceptacji obowiązują inne wartości graniczne niezgodności spawalniczych lub wskazań niż dla poziomów jakości. Dla badań penetracyjnych i magnetyczno-proszkowych poziomy te przedstawiają się następująco:




Według powyższej tablicy dla badań penetracyjnych i magnetyczno-proszkowych przyjęto trzy poziomy akceptacji oznaczone od 1 do 3. Na każdym poziomie ustalono dopuszczalne wartości wskazań [mm] liniowych i nieliniowych. Wskazania liniowe to takie, które mają długość większą od trzech jego szerokości. Wskazanie nieliniowe to wskazanie o długości mniejszej lub równej trzem jego szerokościom. Wskazania uzyskiwane podczas badań nie obrazują takich samych wielkości i charakterystycznych kształtów jak wywołujące je niezgodności spawalnicze. Wskazania mniejsze niż podane w powyższej tablicy nie są podawane w protokóle. Dowolnie przylegające wskazania, oddzielone przez odległość mniejszą niż większy wymiar mniejszego wskazania ocenia się jako wskazania ciągłe.

W przypadku badań radiograficznych poziomom akceptacji 1, 2, 3 odpowiadają poziomy jakości B, C, D. Sposób określania wartości granicznych niezgodności spawalniczych w przypadku poziomów akceptacji jest nieco inny niż w przypadku poziomów jakości (patrz tabela poniżej)




W przypadku badań ultradźwiękowych ustalono tylko dwa poziomy akceptacji oznaczone 2, 3, które odpowiadają poziomom jakości B,C. Nie określono natomiast poziomu akceptacji dla poziomu jakości D dlatego, że dla tego poziomu nie zaleca się stosowania badań ultradźwiękowych złączy spawanych.




(24)

Łuk spawalniczy: co to jest oraz omówić jego parametry i czynniki wpływające na jego stabilność

Łuk spawalniczy jest wyładowaniem elektrycznym w atmosferze mieszaniny gazów i par metali przy dużej gęstości prądu w przewodzącym kanale gazowym i niskim napięciu między elektrodami. Jest to zwykle wyładowanie niestabilne, zakłócane przez krople roztopionego metalu przenoszone z elektrody drutowej do jeziorka spoiny, które skracają, a niekiedy zwierają na określony czas drogę wyładowania.

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.




1 - katoda, 2 - strefa przykatodowa, 3 - słup łuku, 4 - strefa przyanodowa, 5 - anoda, Ik - długość strefy przykatodowej, Is - długość słupa łuku, Ia - długość strefy przyanodowej, Uk - napięcie przykatodowe, Us - napięcie słupa łuku, Ua - napięcie przyanodowe

Aby łuk mógł normalnie jarzyć w czasie spawania warstwa powietrza w przestrzeni łukowej musi ulec zjonizowaniu tj. musi stać się dobrym przewodnikiem prądu. Polega to na tym, że w momencie zwarcia elektrody z materiałem spawanym wzrasta natężenie prądu wskutek tego koniec elektrody się nagrzewa powodując, że cząsteczki gazów zawartych w powietrzu i w gazie rozpadają się na mniejsze elektrycznie naładowane cząstki elektrony i jony. Elektrony ujemne są przyciągane przez anodę a jony dodatnie przez katodę. Strumień wyzwolonych jonów przepływa między elektrodą a metalem spawanym, dzięki czemu łuk staje się dobrym przewodnikiem prądu i szybko doprowadza do stopienia elektrody i spawanego materiału ./MAG/

Charakterystyka statyczna łuku spawalniczego jest to zależność napięcia łuku od prądu spawania dla stałej długości łuku przy metodzie MIG-MAG - charakterystyka płaska lekko opadająca .

Zjawisko samoregulacji - Aby łuk spawalniczy był stabilny musi następować stała automatyczna dążność do zrównania prędkości podawania drutu z prędkością stapiania drutu /MIG-MAG/

Łuk będzie tym bardziej stabilny im zjawisko samoregulacji jaka będzie następowała możliwie jak najszybciej.

Zjawisko ugięcia łuku - powoduje pole magnetyczne powstające w czasie spawania wokół wszystkich elementów obwodu spawalniczego (przewodów, elektrody, łuku i spawanego materiału)

Ze względu na giętkość łuku, każdy nierównomierny rozkład sił pola będzie powodował odchylenie kierunku łuku od osi elektrody czyli tak zwane ugięcie łuku.

Wpływ rodzaju prądu i biegunowości łuku na rozdział ciepła i kształtu spoiny

	Prąd stały , biegunowość ujemna	Prąd stały biegunowość dodatnia	Prąd przemienny
usuwanie tlenków	nie ma	jest	co pół cyklu
bilans cieplny	70 % na elektrodę 30% na materiale	30 % na materiale 70% na elektrodę	50% na elektrodę 50% na materiale
wtopienie	głębokie wąskie	płytkie szerokie	średnie
sprawność cieplna elektrody	bardzo dobra	zła	dobra

Przenoszenie metalu w łuku spawalniczym wg Międzynarodowego Instytutu Spawalnictwa

-zwarciowe

-bez zwarciowe - grubo kroplowe - kroplowe

- kroplowe odchylone

-natryskowe - wyrzutowe

- strumieniowe

• strumieniowo- spiralne

Odrywanie kropli stopionego metalu od końca drutu elektrodowego :

Na odrywanie ma wpływ :

-przyspieszenie ziemskie

-lepkość

-siły elektromagnetyczna, elektrostatyczna, bezwładności odrzutu odparowującego materiału i siły ssące

-ściągające się krople oraz napięcie powierzchniowe

Spawanie prądem stałym łukiem pulsującym polega na :

impulsowym wprowadzaniu ciepła łuku cyklicznie powtarzającymi się impulsami prądu spawania. Stosowana jest wyłącznie biegunowość ujemna prądu a prąd podstawowy, którego zadaniem jest podtrzymanie jarzenia łuku i zmniejszenia prędkości chłodzenia poszczególnych spoin punktowych tworzonych kolejnymi impulsami prądu, stanowi 10-15 % prądu impulsu.

Powstała spoina składa się z kolejnych zachodzących na siebie spoin punktowych.

Zmieniając parametry impulsów prądu można efektywnie regulować kształt i rozmiary jeziorka spawalniczego, wpłynąć na krystalizację stopiwa i szerokość SWC oraz znacznie obniżyć naprężenia i odkształcenia spawalnicze.

----------

Rozkład temperatury w łuku

Spawalniczy łuk elektryczny jest to wyładowanie w gazie przy normalnym lub podwyższonym ciśnieniu gazu i przy dostatecznej mocy źródła zasilania. Towarzyszy mu wydzielanie się dużej ilości ciepła pochodzącego z przemiany energii elektrycznej. Ilość ciepła zależy od parametrów prądowych i sprawności cieplnej przemiany. Stopień przemiany określa współczynnik sprawności procesu nagrzewania [K] różny, dla różnych metod spawania np. 111-MMA K=0.8, 135-MAG K=0.8, 141-WIG K=0.6. W przestrzeni między elektrodami znajdują się: plamki - katodowa i anodowa; strefy - przy katodowa i przy anodowa; słup łuku. Strefy charakteryzują się stosunkowo niską temperaturą i dużym natężeniem pola elektrycznego. Ich wymiary nie są dokładnie znane - ok. 10^-6metra. Między strefami rozciąga się strefa wysokotemperaturowa - słup łuku (5200[K]). Główną rolę odgrywają zjawiska przyelektrodowe. Moc tam wydzielana jest w całości używana do nagrzewania, topienia i odparowywania metalu elektrod, a moc wydzielana w słupie łuku oddawana jest na drodze konwekcji oraz poprzez promieniowanie. Sprawność łuku ŋ=
. Składniki tej sumy odzwierciedlają ilość energii w czasie, dostarczonej do poszczególnych stref łuku. Powyżej przedstawiono model łuku w atmosferze gazu niedysocjującego. Przy dodatku gazu dysocjującego np. dwutlenku węgla następuje zwiększenie wydzielania ciepła.

Łuk spawalniczy jest zwykle utrzymywany między elektrodą a spawanym przedmiotem. Niezależnie od biegunowości jest on węższy przy elektrodzie i rozszerza się w kierunku materiału spawanego. Słup łuku jest elektrycznie obojętny. Temperatura łuku jest najwyższa w miejscu jego maksymalnej koncentracji. Temperatura w łuku plazmowym TIG, który jest silnię zawężony mechanicznie (w dyszy) i elektromagnetycznie, może przekroczyć nawet 20 000°C przy wysokim natężeniu prądu i gdy jarzy się on w gazach trudno jonizujących się, np. w helu. Gdy łuk jarzy się w łatwiej jonizujących się gazach (Ar, C0₂, H₂) i w obecności par pierwiastków alkalicznych o niskim potencjale jonizacyjnym, np. przy spawaniu elektrodami otulonymi, temperatura słupa łuku nie zawężonego wynosi około 3000-6000°C.

-------------

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.







(25)

Omów źródła spawalnicze

Spawalnicze źródło energii (nazywane potocznie spawarką elektryczną) - jest urządzeniem elektrycznym zmieniającym energię elektryczną sieci energetycznej na energię elektryczną o parametrach zapewniających stabilne prowadzenie procesu technologicznego spawania.

Zadaniem spawalniczego źródła energii jest każdorazowe, pewne zapoczątkowanie

procesu wyładowania łukowego, a następnie jego stabilne utrzymanie w całym procesie

spawania.

Odbiornikiem energii elektrycznej ze spawalniczego źródła jest elektryczny łuk spawalniczy.

Parametry ustalonego jarzenia się łuku są zależne m.in. od charakterystyki

spawalniczego źródła energii elektrycznej i charakterystyki statycznej łuku.

Zależność napięcia łuku do prądu spawania, dla stałej długości łuku, jest nazywana charakterystyką statyczną luku spawalniczego.

Charakterystyki dynamiczne źródła prądu przedstawiają zależności miedzy napięciem i prądem przy nagłych zmianach stanu obciążenia , tzn. w stanach nieustalonych.

Przy spawaniu ręcznym zmiany długości łuku są nieuniknione i powodują zmiany

prądu spawania. Zmiany takie są niepożądane, dlatego źródło energii do spawania ręcznego

(elektrodami otulonymi, TIG i niekiedy łukiem krytym) powinno mieć stromo opadającą

charakterystykę, przy której nawet duża zmiana długości łuku wywoła nieznaczną zmianę

prądu spawania.

Odmienne wymagania są przy spawaniu elektrodą topliwą (MIG/MAG), gdyż łuk jarzy

się pomiędzy przedmiotem spawanym a drutem elektrodowym podawanym ze stałą

prędkością. Prędkość stapiania jest proporcjonalna do natężenia prądu i dlatego wydłużeniu

łuku towarzyszy zmniejszenie prędkości topienia - i odwrotnie. Wytrącony z równowagi układ szybko wraca do stanu stabilnego dzięki temu, że źródło ma charakterystykę płaską lub zbliżoną do płaskiej.

Do zasilania łuku spawalniczego są stosowane następujące źródła energii:

- prądu przemiennego spawania (spawarki transformatorowe),

- prądu stałego spawania (spawarki prostownikowe, wirujące, inwertorowe),

- prądu przemiennego i stałego (spawarki inwertorowi specjalistyczne).

Prostowniki inwertorowe mogą być używane do spawania metodami MIG/MAG, TIG i

elektrodami otulonymi [mogą mieć charakterystykę opadającą (prądową) lub płaską

(napięciową)]. Prostowniki z płaską charakterystyką używane są do spawania metodami

MIG/MAG. Transformatory i prostowniki z opadającą charakterystyką używane są do

spawania metodą TIG i do spawania elektrodami otulonymi.

Źródło powinno odznaczać się następującymi właściwościami:

• odizolowywać obwód spawalniczy od sieci zasilającej,

• zapewniać utrzymywanie na zaciskach wyjściowych napięcia w stanie bez obciążenia (w stanie jałowym) o wartościach nie większych niż:

• 113V wartości szczytowej prądu wyprostowanego

• 80V wartości skutecznej prądu przemiennego,

• posiadać odpowiednią w zależności od metody spawania , zewnętrzną charakterystykę statyczną, opadającą lub płaską,

• zapewniać precyzyjne nastawianie prądu spawania lub napięcia wyjściowego (dla źródła o charakterystyce płaskiej),

• być odporne na występowanie w procesie spawania zwarcia

----------------

Urządzeniem elektrycznym zamieniającym energię elektryczną sieci ener­getycznej na energię elektryczną o parametrach zapewniających stabilne prowadzenie procesu technologicznego spawania, jest spawalnicze źródło energii, nazywane potocznie spawarką elektryczną. Wysoka jakość połą­czenia spawanego jest związana z zachowaniem optymalnych parametrów łuku, zapewniających stabilny proces spawania.

Zadaniem spawalniczego źródła energii, przeznaczonego do spawania łukowego, jest każdorazowe, pewne zapoczątkowanie procesu wyładowa­nia łukowego, a następnie jego stabilne utrzymywanie w całym procesie spawania.

Do zasilania łuku spawalniczego, w zależności od wymaganej technologii spawania, są stosowane następujące źródła energii:

• prądu przemiennego spawania (spawarki transformatorowe);

• prądu stałego spawania (spawarki prostownikowe, spawarki wirują­ce, spawarki inwertorowe);

• prądu przemiennego i stałego (spawarki inwertorowe specjalistycz­ne).

Spawalnicze źródło energii powinno odznaczać się następującymi właści­wościami:

• odizolowywać obwód spawalniczy od sieci zasilającej;

• zapewniać utrzymywanie na zaciskach wyjściowych napięcia w sta­nie bez obciążenia (w stanie jałowym) o wartościach nie większych niż:

1. 113 V wartości szczytowej prądu wyprostowanego;

2. 80 V wartości skutecznej prądu przemiennego;

• posiadać odpowiednią w zależności od metody spawania, zewnętrzną charakterystykę statyczną, opadającą lub płaską;

• zapewniać precyzyjne nastawianie prądu spawania lub napięcia wyjściowego (dla źródła o charakterystyce płaskiej);

• być odporne na występujące w procesie spawania zwarcia




Urządzenie do spawania łukowego składa się: ze spawalniczego źródła energii, przewodów spawalniczych, uchwytu elektrodowego oraz zacisku służącego do podłączenia jednego z przewodów spawalniczych do przed­miotu spawanego.

Odbiornikiem energii elektrycznej ze spawalniczego źródła jest elektryczny łuk spawalniczy, odznaczający się nieliniową charakterystyką statyczną.

Zależność napięcia łuku od prądu spawania, dla stałej długości łuku, jest nazywana charakterystyką statyczną łuku spawalniczego.

U_Ł = f(I_Ł)




Na rys. 1 przedstawiono charakterystyki statyczne łuku spawalniczego dla dwóch różnych odległości elektrod, pomiędzy którymi trwa wyładowanie łukowe.






Zewnętrzne charakterystyki statyczne

Podstawową cechą charakteryzującą do jakiej metody spawania można zastosować spawalnicze źródło energii jest jego zewnętrzna charakterysty­ka statyczna.

Zewnętrzną charakterystyką statyczną źródła nazywamy: zależność napię­cia na zaciskach źródła od prądu obciążenia, uzyskaną przez zmianę rezy­stancji obciążenia, bez dokonywania zmian w układzie nastawiania prądu lub napięcia w źródle, przy czym pomiary parametrów elektrycznych doko­nywane są w stanach ustalonych źródła.

U_ź=f(I_obc.)

Wszystkie występujące w spawalniczych źródłach energii odmiany ze­wnętrznych charakterystyk statycznych przyporządkować można do dwóch grup charakterystyk:

• opadających tj. takich, w których napięcie na zaciskach źródła zmienia się o więcej niż 7 V, przy zmianach prądu o 100 A;

• płaskich tj. takich, w których napięcie na zaciskach źródła zmienia się o mniej niż 7 V, przy zmianach prądu o 100 A;

Klasyczną opadającą charakterystykę statyczną (przedstawioną na rys. 2) posiadają tradycyjne źródła, w których nastawianie prądu spawania jest dokonywane w sposób mechaniczny, np. przez zmianę sprzężenia ma­gnetycznego pomiędzy uzwojeniami pierwotnymi i wtórnymi transformato­ra. Do źródeł tych zaliczamy spawarki prądu przemiennego, transformato­rowe oraz spawarki prądu stałego z prostownikami diodowymi.




Źródła prądu o płaskich charakterystykach statycznych (przedstawione na rys. 3) są to źródła prądu stałego z prostownikami diodowymi, w któ­rych nastawianie napięcia wyjściowego odbywa się przeważnie przez zmianę ilości zwojów uzwojeń pierwotnych transformatora prostowniko­wego. W większości są to źródła energii zasilane z sieci trzyfazowej.













Pojawienie się w powszechnym użyciu nowoczesnych sterowalnych

Pojawienie się w powszechnym ele­mentów energoelektronicznych takich jak tyrystory i tranzystory mocy, przyczyniło się do gwałtownego postępu w produkcji elektronicznych spa­walniczych źródeł energii, w których poprzez kombinacje sprzężeń zwrot­nych prądowo-napięciowych można kształtować różne odmiany charakte­rystyk statycznych opadających i płaskich. Do charakterystyk opadających należą:

• zewnętrzna charakterystyka stałoprądowa, przedstawiona na rys. 4;

• zewnętrzna charakterystyka stałoprądowa z forsowaniem prądu spawania (funkcja „ARC-FORCE"), przedstawiona na rys. 5.

Do charakterystyk płaskich należą:

• zewnętrzna charakterystyka stałonapięciowa, przedstawiona na rys. 6;

• zewnętrzna charakterystyka wznosząca, przedstawiona na rys. 7.
















Charakterystyki dynamiczne

Zapewnienie właściwej charakterystyki statycznej spawalniczego źródła energii (zasilającego łuk spawalniczy) nie jest warunkiem wystarczającym dla prowadzenia prawidłowego procesu spawania. Źródło prądu spawania powinno szybko reagować na chwilowe zaburzenia dynamiczne w łuku i automatycznie dostosowywać prąd spawania do chwilowych zmian obcią­żenia. Efektem tych zaburzeń są dynamiczne zmiany prądu i napięcia spawania.

Przebiegi czasowe prąciu i napięcia spawania, powstające na skutek zakłó­ceń procesu spawania (przechodzenie przez łuk kropel metalu, zmiana rezystancji łuku), są nazywane charakterystykami dynamicznymi spa­walniczego źródła energii.

Charakterystyki dynamiczne ilustrują nam czasowe reakcje źródła prądu na zwarcia i rozwarcia obwodu spawania.

Na rys. 8 są pokazane uproszczone charakterystyki dynamiczne uzyskane przy spawaniu elektrodą otuloną (metoda MMA) z zastosowaniem jako źródła prądu spawarki wirującej.







Przy zetknięciu elektrody z materiałem spawanym następuje zwarcie ob­wodu spawania. Po podniesieniu elektrody następuje inicjacja łuku i usta­lenie się napięcia łuku i natężenia prądu spawania (Izw, Ust.)- Stan ten odpo­wiada rozpoczęciu procesu spawania. Następne zwarcia oraz powroty do napięcia i prądu roboczego spawania wynikają z łączenia elektrody z mate­riałem poprzez roztopione krople metalu, a następnie urywania kropel. Poprawne charakterystyki dynamiczne spawalniczego źródła energii cha­rakteryzują się szybkim powrotem napięcia do wartości U₀ po ustąpieniu zwarcia (rys. 9), oraz jak najmniejszą krotnością (rys.10) maksymalnego prądu zwarcia do ustalonego prądu zwarcia (Izw, Ust.)







Równowaga statyczna układu: spawalnicze źródło energii -łuk spawalniczy (punkt pracy)

Spawalnicze źródło energii musi mieć tak dobrane charakterystyki statycz­ną i dynamiczną aby we współpracy z nieliniowym odbiornikiem energii jakim jest elektryczny łuk spawalniczy, powstawał stan równowagi statycz­nej (ustalony punkt pracy) umożliwiający prowadzenie prawidłowego pro­cesu spawania. W stanie równowagi statycznej wyładowanie łukowe trwa nieprzerwanie przy zadanych wartościach prądu i napięcia, a jego stabil­ność zależy od warunków fizycznych łuku oraz od parametrów spawania źródła energii. W tym stanie chwilowe wartości napięć i prądów źródła, są równe chwilowym wartościom napięć i prądów łuku spawalniczego.


Na rys. 11 przedstawiono graficzne określenie równowagi statycznej (punkt pracy)

Samoregulacja długości łuku polega na samoczynnym zachowywaniu stałej długości łuku, uzyskiwanym przy płaskiej lub wznoszącej charakterys­tyce źródła prądu, w wyniku zmiany natężenia prądu spawania z za­chowaniem stałej prędkości podawania drutu elektrodowego. Jeśli drut jest podawany ze stałą prędkością, to stabilne jarzenie się łuku nastąpi po zrównaniu się prędkości podawania drutu z prędkością jego stapiania się. Odpowiadające temu parametry prądowe określa punkt przecięcia się charakterystyk statycznych łuku i źródła prądu. Każda zmiana długości łuku pociąga za sobą zmianę jego napięcia, czemu odpowiada przesunięcie jego charakterystyki statycznej: w górę - w przypad­ku wydłużenia łuku, w dół - skrócenia. Skutkiem tego jest przemieszczenie się punktu stabilnego jarzenia się łuku do miejsca przecięcia się charakterys­tyki źródła z charakterystyką łuku wydłużonego lub skróconego. Odpowiada temu zawsze zmiana natężenia prądu przepływającego przez łuk w kierunku przeciwnym niż kierunek zmiany napięcia: jeśli łuk uległ skróceniu (w wyniku nadmiernego „wydłużenia się" elektrody topliwej), to napięcie jego maleje, a wraz z tym zwiększa się natężenie prądu przepływającego przez łuk. Wzrost natężenia prądu wywołuje zwiększenie prędkości stapiania się elektrody aż do chwili, gdy łuk osiągnie poprzednią długość i poprzednie napięcie, a wraz z tym nastąpi zrównanie się prędkości topienia się drutu i jego podawania.

Niewielkie zmiany napięcia łuku prowadzą do dużych zmian natężenia prądu spawania. Skrócenie łuku o jest związane ze zwiększeniem natężenia prądu o , przy czym prędkość topienia wzrasta i łuk powraca do początkowej długości. Samoczynnie jest zachowywana stała długość łuku.

W wyniku zastosowania obwodu spawalniczego o odpowiedniej dynami­ce samoregulacji łuku proces spawania przebiega z ciągłym wyrównywaniem prędkości topienia z prędkością zadaną. W przypadku płaskich charakterys­tyk statycznych zasilaczy procesy przejściowe samoregulacji przebiegają dostatecznie szybko i nie wpływają na jakość spoin. Kryterium dobrych właściwości dynamicznych źródła prądu stanowi prędkość narastania prądu zwarcia




(26)

Elementy źródeł spawalniczych i ich zadania

Transformator elektryczny to główny podzespół spawarki transformatorowej transformujący napięcie sieci zasilającej, przeważnie 22o lub 380 V na napięcie obwodu spawania 60 - 80 V, niezbędne do pewnego zapoczątkowania procesu spawania i stabilnego podtrzymywania procesu spawania.

Działanie transformatora opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Dla zwiększenia sprzężenia magnetycznego uzwojenia pierwotne i wtórne są umieszczone na wspólnym rdzeniu zwanym magnetowidem transformatora.

Boczniki magnetyczne ( ruchomy pakiet blach transformatorowych ) oraz ruchome uzwojenie pierwotne transformatora służą do zmiany sprzężenia magnetycznego między uzwojeniami pierwotnym i wtórnym.

Dławik indukcyjny o zmiennej indukcyjności służy do zwiększenia indukcyjności uzwojenia wtórnego transformatora.




W spawarce transformatorowej, przedstawionej na rysunku 15, przemienny strumień magnetyczny wytwarzany w stanie bez obciążenia przez uzwojenie pierwotne (1), indukuje w uzwojeniu wtórnym (2) napięcie proporcjonalne do liczby zwojów tego uzwojenia. Strumień ten zamyka się głównie w rdzeniu transformatora (3). Część tego strumienia zamyka się przez bocznik magnetyczny (4). Zmiany przekroju czynnego bocznika magnetycznego ( wsuwanie lub wysuwanie ) powodują zmiany strumienia bocznikowanego i głównego, co w konsekwencji powoduje zmiany napięcia wyjściowego spawarki w granicach ( 10 - 15 ) % największej wartości tego napięcia. Przy całkowicie wysuniętym z rdzenia boczniku uzyskujemy zewnętrzną charakterystykę statyczną odpowiadającą maksymalnemu prądowi spawania. Przy całkowicie wsuniętym boczniku uzyskujemy charakterystykę statyczną odpowiadającą minimalnemu prądowi spawania. Pośrednie położenia bocznika dają pośrednie nastawienia prądów spawania.




W spawarce przedstawionej na rysunku 16 przesuwanie uzwojenia pierwotnego (1) względem uzwojenia wtórnego (2) powoduje zmianę wartości strumienia rozproszenia. Różnice napięć w stanie bez obciążenia nie przekraczają ( 3 - 5 )% wartości maksymalnej tego napięcia. Maksymalne zbliżenie uzwojeń odpowiada maksymalnemu prądowi spawania. Maksymalne oddalenie od siebie uzwojeń pozwala uzyskać minimalny prąd spawania.







W spawarkach przedstawionych na rysunkach 17 i 18 nie ma magnetycznego sprzężenia pomiędzy transformatorami i dławikami, dlatego zmiany indukcyjności dławików ( nastawienie prądów spawania ) nie powodują zmian napięcia stanu bez obciążenia w całym zakresie nastawianych prądów spawania.

Transformator elektryczny to urządzenie, w którym następuje przekazywanie energii elektrycznej z jednego obwodu do drugiego za pośrednictwem pola elektromagnetycznego.

Uzwojenie pierwotne to uzwojenie do którego podłącza się napięcie zasilające ( U₁ ).

Uzwojenie wtórne to uzwojenie do którego podłącza się obwód obciążenia ( np. w transformatorze spawalniczym - obwód spawania ). Na zaciskach uzwojenia wtórnego istnieje napięcie wtórne ( U₂ ). Prąd przemienny płynący w uzwojeniu pierwotnym wytwarza zmienny strumień magnetyczny ф, który indukuje w uzwojeniu wtórnym napięcie przemienne. Napięcie wtórne U₂ wymusza przepływ prądu w obwodzie obciążenia.

SPAWARKI PROSTOWNIKOWE

Spawarki prostownikowe przekształcają prąd przemienny, przeważnie trzyfazowy, o wysokim napięciu i stosunkowo małym natężeniu prądu, na prąd wyprostowany o niskim napięciu i dużym natężeniu.

Spawarka prostownikowa składa się z następujących bloków:

- transformatora prostownikowego ( przeważnie trzyfazowego ) dopasowującego parametry elektryczne sieci zasilającej do parametrów obwodu spawania,

- zespołu prostownikowego, składającego się z diod, diod i tyrystorów lub samych tyrystorów, przekształcającego prąd przemienny jednofazowy lub trzyfazowy na prąd wyprostowany,

- dławika indukcyjnego zmniejszającego pulsacje wyprostowanego prądu spawania,

- elektronicznego układu sterowania i kształtowania charakterystyki statycznej spawarki,

- układu zabezpieczenia spawarki przed przeciążeniem,

- układu wentylacji, służącego do wymuszania obiegu powietrza wewnątrz spawarki celem ochrony podzespołów przed nadmiernym nagrzewaniem się.

W spawarkach prostownikowych starszego typu do nastawiania i regulacji prądu spawania stosowano wzmacniacze magnetyczne ( transduktory ).

Zastosowanie tyrystorów umożliwiło realizację w spawarkach szeregu funkcji pomocniczych takich jak:

- gorące zajarzenie łuku, polegające na chwilowym wzroście prądu spawania ( w stosunku do wartości nastawionej) w momencie rozpoczynania procesu spawania (funkcja HOT- START )

- zmniejszenie prądu do wartości minimalnej ( ok. 10A ) w przypadku zwarcia elektrody do materiału spawanego na czas dłuższy ( funkcja ANTI- STICK ),

- zdalne nastawianie prądu spawania polegające na możliwości nastawiania prądu na stanowisku spawalniczym, z dala od spawarki,

- nastawianie wartości wzrostu prądu spawania po skróceniu łuku ( funkcja ARC-FORCE ).

Rezystor R_p ogranicza prąd prostownika pomocniczego do wartości zapewniającej podtrzymanie łuku elektrycznego.

Dławik D_ł wraz z diodą usprawniającą D₇ zapewnia zmniejszenie tętnień napięcia wyjściowego spawarki, zwłaszcza dla małych prądów spawania.

Układ sterowania US zapewnia prawidłowe wysterowanie fazowe tyrystorów ( odpowiedni prąd spawania ) w zależności od nastawienia potencjometru P. Ujemne sprzężenia zwrotne prądowe A i napięcie V pozwalają kształtować odpowiednią zewnętrzną charakterystykę statyczną.

SPAWARKI INWERTOROWE

Spawalnicze źródła energii, w których następuje wewnętrzna przemiana częstotliwości z sieciowej 50 lub 60 H_z , na częstotliwości wyższe nazywają się spawarkami inwertorowymi.

Zwiększenie częstotliwości, przy której następuje transformacja energii o parametrach sieci energetycznej na energię o parametrach obwodu spawania, jest związane ze znacznym zmniejszeniem masy transformatora spawalniczego oraz dławika wygładzającego tętnienia napięcia.

Teoretycznie można stwierdzić, że jeśli zwiększymy częstotliwość pracy transformatora z 50 H_z do 25 kH_z to dla wyidukowania równoważnej wielkości SEM uzwojenie w pierwszym przypadku ( 50 H_z )powinno mieć 500 zwojów, natomiast przy częstotliwości 25 kH_z uzwojenie będzie się składało z jednego zwoju. Dla porównania spawarka prostownikowa, tyrystorowa o prądzie znamionowym spawania 400A ma masę ok. 200kg i sprawność ŋ = 76%. Spawarka prostownikowa, inwertorowi o takim samym prądzie znamionowym spawania ma masę 35kg i sprawność ŋ = 85%.

Napięcie zasilające sieciowe, trzyfazowe lub jednofazowe, zostaje wyprostowane przez pełno kresowy prostownik i następnie wygładzone przez kondensor. Układ tranzystorowego falownika zamienia napięcie stałe ( o wartości ok. 500 V, gdy spawarka jest zasilana napięciem 380 V) na napięcie przemienne prostokątne o częstotliwości np. 25 kH_z. prostokątne wysokie napięcie zostaję obniżone przez transformator do napięcia odpowiadającego parametrom obwodu spawalniczego.

Obniżone przez transformator napięcie zostaje wyprostowane przez prostownik , a następnie przez układ dławika indukcyjnego zostają wygładzone tętnienia wyprostowanego napięcia wyjściowego.

Potencjometr służy do nastawiania i regulacji prądu spawania. Nastawy prądu spawania są dokonywane w układzie sterowania , który steruje układem falownika tranzystorowego . Klasycznym układem falownika tranzystorowego jest układ mostkowy.

-----------

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- podłącza 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.

(27)

Wpływ pola magnetycznego na łuk elektryczny

Łuk spawalniczy jest giętkim przewodnikiem prądu elektrycznego, na który oddziałują

otaczające go pola magnetyczne. Pola te mogą być indukowane na skutek przepływu prądu

przez spawany materiał ferromagnetyczny, magnetyzmu szczątkowego spawanego

materiału lub pochodzić z zewnętrznych źródeł prądu elektrycznego. Pole magnetyczne stałe

lub zmienne, w zależności od rodzaju prądu spawania, otacza łuk i zgodnie z regułą lewej

dłoni działa nań siła elektrodynamiczna Lorentza, gdy łuk znajdzie się w obszarze

zewnętrznego pola magnetycznego. Siła ta, o wielkości proporcjonalnej do natężenia

zewnętrznego pola magnetycznego, natężenia prądu spawania oraz długości łuku, może

powodować nawet znaczne odchylenie łuku od pierwotnego kierunku. Zjawisko to nosi

nazwę zjawiska ugięcia łuku i w przypadku spawania prądem stałym może być przyczyną

tworzenia się wad spawalniczych. W przypadku spawania stalowych konstrukcji z materiałów

o dużej grubości najczęstszą przyczyną zjawiska ugięcia łuku jest zmiana kierunku

przepływu prądu przepływającego przez łuk w kierunku spawanego przedmiotu i przewodu

doprowadzającego prąd spawania (rys. 1.15) oraz niesymetryczny układ materiału

magnetycznego wokół łuku, sytuacja występująca często przy początku i końcu złącza

spawanego (rys. 1.16).

Zmiana kierunku przepływu prądu sprawia, że gęstość linii sił pola magnetycznego z

jednej strony łuku, w kierunku przewodu doprowadzającego prąd, jest znacznie większa niż z

drugiej strony (rys. 1.15) i zgodnie z regułą lewej dłoni kierunek siły elektrodynamicznej

działającej na przewodnik przewodzący prąd w polu magnetycznym będzie przeciwny do

miejsca podłączenia prądu. Przy spawaniu łukiem krytym korzystne jest zatem spawanie w

kierunku przeciwnym do zacisku doprowadzającego prąd, a przy spawaniu GMA w kierunku

tego zacisku.

Z kolei przy brzegu złącza spawanego występuje większa gęstość linii sił pola

magnetycznego, gdyż oporność magnetyczna materiałów ferromagnetycznych jest bez

porównania mniejsza niż powietrza i stąd koncentracja strumienia magnetycznego prądu

spawania występuje w spawanym materiale, między brzegami blach (rys. 1.16). Tak więc,

gdy łuk spawalniczy znajdzie się w pobliżu brzegu złącza, wzrasta gęstość linii sił pola

magnetycznego i łuk jest odchylany w kierunku przeciwnym. Sumaryczna siła działająca na

łuk, pochodząca z obu opisanych zjawisk, może być tak duża, że zwłaszcza przy dużych

natężeniach prądu stałego i większej długości łuku, niemożliwy będzie stabilny przebieg

procesu spawania [„Spawanie, zgrzewanie i cięcie metali” A. Klimpel].













(28)

Automatyzacja, robotyzacja i mechanizacja spawalnictwa

Z uwagi na stały wzrost znaczenia konstrukcji spawanych oraz ze względu na ciągły deficyt wykwalifikowanych spawaczy spawanie należy do grupy najczęściej robotyzowanych procesów przemysłowych. Wśród stosowanych metod spawania poddawanych robotyzacji dominuje spawanie łukowe (MAG lub MIG/MAG).

Mechanizacja - polega na zastępowaniu pracy fizycznej człowieka przez pracę maszyn. Sterowanie procesem zmechanizowanym dokonywane jest bezpośrednio przez człowieka.

Robotyzacja - oznacza wprowadzenie robotów do wykonywania czynności realizowanych przez ludzi

Automatyzacja - polega na zastępowaniu człowieka w sterowaniu ręcznym urządzeniami pracującymi bez jego bezpośredniego 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 produkcyjnym zajmuje się człowiek.

Automatyzacja kompleksowa - obejmuje nie tylko sterowanie prostymi czynnościami, ale również wszystkimi czynnościami, które na obecnym poziomie techniki mogą być automatyczne i których automatyzacja jest ekonomicznie uzasadniona.

Robot - jest to urządzenie techniczne sterowane automatycznie za pomocą własnego układu sterującego przeprogramowywanego, mające, co najmniej trzy stopnie swobody, przeznaczone do wykonywania czynności manipulacyjnych w przemysłowym procesie produkcyjnym.

Roboty I generacji są sterowane w układzie otwartym (bez sprzężenia zwrotnego) i działają niezależnie od stanu otaczającego środowiska.

Roboty II generacji mają możliwość ograniczonego rozróżniania kształtów i położeń przedmiotu pracy dzięki zastosowaniu złożonych systemów rozpoznających.

Roboty III generacji mają zdolność do rozpoznawania złożonych kształtów i klasyfikacji zmieniających się sytuacji w przestrzeni operacyjnej - mają zainstalowane układu logiczne.

Przesłanki rozwoju mechanizacji i automatyzacji procesów spawania:

• dążenie do humanizacji pracy,

• stałe podnoszenie jakości pracy,

• poprawa efektywności procesów spawalniczych

Co daje mechanizacja i automatyzacja procesów spawania:

• 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 kosztownych i czasochłonnych procesów kontroli jakości wykonywanych połączeń spawanych

Korzyści ze zrobotyzowanego spawania 

• Zwiększenie wydajności pracy 2 ÷ 3 krotnie (możliwość pracy w cyklu 24 godzinnym);

• Zwiększenie jakości wykonania połączeń (duża dokładność i powtarzalność) a co za tym idzie zmniejszenie liczby wybraków;

• Zwiększenie wykorzystania wyposażenia spawalniczego do 90% (normalnie 30 ÷ 40%);

• Odsunięcie  ludzi od szkodliwych warunków pracy(oślepiające światło łuku, wysoka temperatura, zapylenie);

• Możliwość optymalizacji parametrów spawania,

• Możliwość wyeliminowania kosztownych i czasochłonnych procesów kontroli jakości wykonywanych połączeń spawanych.

Problemy związane z robotyzacją spawania:

• Wysoki koszt wdrożenia stanowiska zrobotyzowanego;

• Koszt stanowiska przekracza dwukrotnie lub trzykrotnie koszt robota;

• Zwiększenie dokładności przygotowania wstępnego złączy;

• Spawana konstrukcja musi umożliwiać dostęp ramieniu robota;

• Trudności z wyeliminowaniem odkształceń  elementów spawanych wywołanych nagrzaniem;

• konieczność przeszkolenia personelu;

Roboty spawalnicze - cechy:

• Sterowanie ciągłe CP;

• Możliwość wykonywania skomplikowanych ruchów przestrzennych i dokładnego pozycjonowania końcówki spawającej (śledzenie trajektorii spoiny z dokładnością ±0,5mm);

• Programowanie przez wprowadzenie matematycznego opisu krzywizn spoiny (np. w postaci krzywych sklejanych B-spline);

• Łatwy montaż osprzętu spawalniczego;

• Możliwość pracy w pozycji odwrotnej

Mechanizacja procesów spawalniczych zwiększa czas jarzenia się łuku. Nawet do 90 % w przypadku spawania zrobotyzowanego. W spawaniu ręcznym było to zaledwie na poziomie 20 %

(29)

Pozycjonery i obrotniki

Zadaniem oprzyrządowania spawalniczego jest ułatwienie prowadzenia procesu spawania przy wytworzeniu konstrukcji spawanych. Zalicza się tu wszystkie urządzenia oraz akcesoria, które pośrednio lub bezpośrednio przyczyniają się do przestrzegania warunków technologicznych spawania gwarantując otrzymywanie złączy spawanych o odpowiedniej jakości. Oprzyrządowania spawalnicze zmniejszają uciążliwość pracy spawaczy, zapewniają powtarzalność wykonywanych złączy oraz poprawiają warunki BHP.

Podział stanowisk spawalniczych:

• stanowiska montażowo spawalnicze

• stanowiska spawalnicze uniwersalne

• stanowiska spawalnicze specjalizowane

• linie spawalnicze

Pozycjonery spawalnicze stanowią drugą grupę zespołów stosowanych do budowy stanowisk montażowo - spawalniczych ( pierwsza grupa to stoły montażowo spawalnicze). Są to urządzenia przeznaczone do ustawiania przedmiotu spawanego w pozycji dogodnej do spawania pozbawione ruchu roboczego.

Pozycjonery dzielą się na:

• pozycjonery rolkowe służą do ustawiana przedmiotu spawanego w pozycji dogodnej do spawania za pośrednictwem rolek, na których przedmiot jest ułożony.

• pozycjonery łańcuchowe rys 2 służą do ustawienia przedmiotu spawanego w pozycji dogodnej do spawania za pośrednictwem łańcuchów, na których przedmiot spoczywa.

Obrotniki spawalnicze stanowią pierwszą grupę zespołów stosowanych do budowy stanowisk spawalniczych uniwersalnych. Są to urządzenia przeznaczone do nadania ruchu roboczego spawanemu przedmiotowi.

Obrotniki dzielą się na:

1)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)

2)obrotniki karuzelowe - są to urządzenia przeznaczone do nadawania przedmiotowi

ruchu roboczego wokół osi pionowej, przy czym przedmiot jest ułożony na stole obrotowym.

(30)

Struktura w metalach sieci A1, A2

Metalami nazywa się pierwiastki nieprzezroczyste, które charakteryzują się takimi cechami jak:

• dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne

• połysk metaliczny

• struktura krystaliczna w stanie stałym

• dobre własności wytrzymałościowe

• podatność na odkształcenie plastyczne w temperaturach podwyższonych jak również w obniżonych

Metale techniczne otrzymywane za pomocą konwencjonalnych metod metalurgicznych są zwykle polikryształami. Składają się one z ziarn, z których każde ma w przybliżeniu prawidłową strukturę krystaliczną. Przypadkowa orientacja krystaliczna poszczególnych ziarn w metalach polikrystalicznych decyduje o niemal jednakowych własnościach tych materiałów w różnych kierunkach.

W rzeczywistości metale wykazują wady budowy krystalicznej, które ze względu na ich cechy geometryczne można podzielić na:

Punktowe

- wakanse (wolne węzły)

- atomy międzywęzłowe

Liniowe:

- dyslokacje

Powierzchniowe:

- granice ziarn

Wakanse - wolne węzły w sieci krystalicznej. W rezultacie powstania wady w postaci wakansu następuje lokalne odkształcenie sieci krystalicznej do wewnątrz

Atom międzywęzłowy - atom, który w wyniku drgań cieplnych opuścił pozycję węzłową i przemieścił się do pozycji międzywęzłowej. W rezultacie powstania wady w postaci atomu międzywęzłowego następuje lokalne odkształcenie sieci krystalicznej na zewnątrz

Dyslokacje - liniowe wady budowy krystalicznej, które cechują się niewielkimi wymiarami w dwóch kierunkach i rozprzestrzeniające się w trzecim. Obecność tych wad tłumaczy zdolność kryształów metali do odkształceń plastycznych przy stosunkowo niewielkich naprężeniach

Granice ziarn - stanowią strefę atomowego niedopasowania struktury krystalicznej stykających się ziarn (kryształów). Na granicach ziarn atomy ułożone są mniej gęsto, naruszona jest ciągłość płaszczyzn i kierunków krystalograficznych a atomy są przesunięte z położeń o najniższej energii. Powoduje to zaburzenie okresowej budowy krystalicznej i zwiększenie energii swobodnej granic ziarn w porównaniu do energii otaczającej sieci kryształu. Konsekwencją większej energii granic ziarn jest fakt łatwiejszego ich trawienia i korozja, a w czasie przemian fazowych - uprzywilejowane zarodkowanie

Metale krystalizują w następujących układach krystalograficznych:

Regularnym, heksagonalnym, tetragonalnym, rombowym, romboedrycznym

W układzie regularnym rozróżnia się sieci krystalograficzne:

A1 - sieć regularna płasko centrowana (żelazo gamma, aluminium, miedź, nikiel, ołów, złoto, srebro, platyna)

A2 - sieć regularna przestrzennie centrowana (żelazo alfa, wolfram, molibden, chrom, wanad, niob, potas)

A3 - sieć heksagonalna o gęstym ułożeniu atomów (kobalt, cynk, magnez, kadm, tytan, cyrkon, beryl, rtęć)

A1	A2	A3

(31)

Omów podstawowe struktury stali (austenityczna, ferrytyczna…)

W układzie żelazo-węgiel występują następujące składniki strukturalne:

AUSTENIT- graniczny roztwór stały węgla w żelazie γ o maksymalnej rozpuszczalności 2,11 % węgla w temperaturze eutektycznej 1148 stopni C ( w układzie metastabilnym Fe- Fe₃C ). Znacznie większa, w porównaniu z ferrytem, rozpuszczalność węgla w austenicie wiąże się z cechami geometrycznymi sieci regularnej ściennie centrowanej ( A1).

Austenit jest paramagnetyczny, wykazuje małe przewodnictwo elektryczne i ma spośród wszystkich składników strukturalnych układu żelazo-węgiel największą gęstość. Austenit jest stabilny do temperatury przemiany eutektoidalnej. Stabilność austenitu można zwiększyć ( nawet do temperatury bliskiej zera bezwzględnego), za pomocą wprowadzenia do stopów żelaza z węglem dostatecznie dużej ilości tzw. pierwiastków austenitotwórczych np. niklu, manganu. Własności mechaniczne austenitu ( zawierającego do 0,1% C, 18 - 20 % Cr oraz 8 - 10 % Ni ) w temperaturze pokojowej wynoszą:

R_m = 690 - 790 MPa

twardość 120 - 200 HB

wydłużenie A₁₀ = 40 - 70 %

udarność KCU2 = 250 - 300 J/cm².

Austenit ma bardzo dobre własności plastyczne.

FERRYT to roztwór stały międzywęzłowy węgla w żelazie α. Rozpuszczalność węgla w ferrycie w temperaturze przemiany eutektoidalnej A₁ wynosi 0,0218% i zmniejsza się do 0,008% w temperaturze pokojowej. Własności mechaniczne ferrytu są zbliżone do własności czystego żelaza α. Wykazuje on niską twardość wynoszącą ok. 80 HB, zwiększającą się wraz ze wzrostem zawartości domieszek. Wytrzymałość ferrytu na rozciąganie R_m = 300 MPa,

wydłużenie A₁₀ = 30 %

udarność KCU2 ok. 180 J/cm².

Na wytrawionym zgładzie metalograficznym obserwowanym za pomocą mikroskopu optycznego ferryt występuje w postaci ziarn o wyraźnych granicach i jasnym zabarwieniu.

PERLIT to mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementu, powstająca podczas przemiany eutektoidalnej austenitu zawierającego 0,77 % węgla. Podczas obserwacji na mikroskopie optycznym, na wytrawionym zgładzie metalograficznym przy niewielkim powiększeniu perlit jest widoczny jako szare pola, mieniące się jak masa perłowa i stąd jego nazwa. Przy większych powiększeniach widoczna jest wyraźna budowa płytkowa, w której twardy, trudno trawiący się cementyt wystaje ponad miękki ferryt. Stosunek grubości płytek cementytu do grubości płytek ferrytu wynosi ok. 1 : 3. W podeutektoidalanych stopach żelaza, a zwłaszcza w stalach niskowęglowych płytki cementytu są mniej wykształcone i perlit często przyjmuje postać pomiędzy perlitem płytkowym a skoagulowanymi wydzieleniami cementytu w ferrycie. W wyniku znacznego przegrzania stali cementyt może przyjąć postać iglastą w tzw. układzie Widmanstättena. Własności mechaniczne perlitu zależą od postaci i dyspersji tworzących go faz. Perlit płytkowy utworzony w stopach żelaza chłodzonych na wolnym powietrzu wykazuje wytrzymałość na rozciąganie

R_m = 690 - 790 MPa

Granicę plastyczności R_e = ok. 400 MPa

Wydłużenie A₁₀ = ok. 8 %

Przewężenie Z = ok. 20 %

Twardość od ok. 200 do ok. 250 HB

Udarność KCU2 = ok. 40 J/cm² .

Zmniejszanie się odległości między płytkami cementytu w perlicie ( w miarę wzrostu jego przechłodzenia) powoduje zwiększenie się jego wytrzymałości.

CEMENTYT to węglik żelaza Fe₃C ( związek żelaza z węglem o strukturze ortorombowej ). Cementyt charakteryzuje się wysoką twardością ( ok. 700 HB) i znaczną kruchością. Do temperatury A₀ ( ok. 230 stopni C) cementyt jest ferromagnetyczny, a w wyższych temperaturach paramagnetyczny. Gęstość cementytu w temperaturze pokojowej wynosi 7,68 g/cm³ i jest mniejsza od gęstości żelaza. W przypadku, gdy atomy żelaza w sieci cementytu są zastępowane przez atomy takich pierwiastków jak np. mangan, chrom, nikiel, molibden, to taki cementyt uważa się za stopowy. Cementyt jest związkiem nietrwałym i w podwyższonej temperaturze ulega rozpadowi na węgiel i żelazo. W czasie obserwacji mikroskopowych cementyt wykazuje jasne zabarwienie struktury, chociaż po wytrawieniu nie ujawnia granic ziarn.

W ramach układu równowagi żelazo - węgiel wyróżnia się następujące rodzaje cementytu:

- cementyt pierwotny - wydziela się z roztworu ciekłego poniżej linii CD. Wchodzi w skład struktury ledeburytu i ma najczęściej postać dużych płytek lub pręcików.

- cementyt wtórny - wydziela się z austenitu poniżej linii ES ( poniżej temperatury A_cm ). Na skutek zmniejszenia rozpuszczalności węgla w żelazie γ przyjmuje najczęściej postać ciągłej siatki na granicach ziarn byłego austenitu. W określonych warunkach obróbki cieplnej cementyt wtórny może przyjmować postać igieł.

- cementyt trzeciorzędowy - wydziela się z ferrytu poniżej linii PQ. Ma najczęściej postać przerywanych pasemek rozłożonych na granicach ziarn, a częściowo także w obrębie ziarn.

GRAFIT to odmiana alotropowa węgla o sieci heksagonalnej. Gęstość grafitu wynosi 2,220 g/cm³ i jest ponad trzykrotnie mniejsza od gęstości żelaza. Grafit jest bardzo miękki. Twardość grafitu w skali Mohsa waha się w zakresie od 0,5 do 1. Wytrzymałość grafitu na rozciąganie R_m wynosi 20 MPa.

W stabilnym układzie równowagi Fe - C wyróżnia się następujące odmiany grafitu:

- grafit pierwotny - wydziela się z roztworu ciekłego,

- grafit wtórny - wydziela się z austenitu lub rozpadu cementytu w wyniku długotrwałego wyżarzania lub oddziaływania dodatków stopowych grafitotwórczych,

- grafit trzeciorzędowy - powstaje w wyniku rozpadu cementytu trzeciorzędowego.

LEDEBURYT to mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu, która krzepnie z roztworu ciekłego zawierającego 4,3 % węgla. Taką budowę ledeburyt wykazuje do temperatury A₁ ( 723 stopni C), w której austenit ledeburytu przemienia w perlit. Dlatego też w zakresie temperatur niższych od temperatury eutektoidalnej ledeburyt jest mieszaniną perlitu i cementytu i nosi nazwę ledeburytu przemiennego. Ledeburyt charakteryzuje się znaczną twardością ( ok. 450 HB) i kruchością.

(32)

Stale do pracy w podwyższonych temperaturach

Stale te charakteryzują się:

• Żaroodpornością - odpornością na utlenianie i korozję chemiczną w temperaturze eksploatacji

(czyli odpornością stopu na działanie czynników chemicznych, głównie powietrza, spalin oraz ich agresywnych składników utleniających w temp. pow. 600^oC)

Żaroodporność związana jest ze skłonnością do tworzenia zgorzeliny, która utrudnia dyfuzję utleniacza i jonów metali. Dodatek Cr, Al i Si (pierwiastki o większym powinowactwie do O₂) powoduje powstanie tlenków Cr₂O₃, Al₂O₃ i SiO₂ silnie utrudniających dyfuzję O₂ i utlenianie.

Wymagania te spełniają niskostopowe stale o jednorodnej strukturze ferrytu lub austenitu, o dużym stężeniu chromi Ni oraz dodatkowo Si i Al

• Żarowytrzymałością - wymaganą granicą plastyczności (R_e, R_0,2), wytrzymałością na rozciąganie (R_m) w podwyższonych temperaturach oraz wytrzymałość na pełzanie

O trwałości części decyduje również zmęczenie mechaniczne i cieplne. Ze wzrostem umocnienia materiału wzrasta p-stwo kruchego pęknięcia, zanim materiał osiągnie dopuszczalną wartość odkształcenia trwałego.

Dużą żarowytrzymałość wykazują stale o strukturze austenitycznej z uwagi na mniejszy współczynnik dyfuzji w ferrycie, znaczną wielkość ziarna i dyspersyjne wydzielanie faz na granicach ziarn.

Pełzanie materiałów - zjawisko ciągłego plastycznego odkształcania się materiału znajdującego się pod stałym obciążeniem (powolne i ciągłe odkształcenie materiału w czasie pod wpływem niewielkich naprężeń niższych od granicy plastyczności).

Badanie pełzania materiałów odbywa się poprzez próby pełzania (na pełzarkach), polegające na ogrzaniu próbki materiału do żądanej temperatury, obciążeniu stałą siłą, zwykle rozciągającą, oraz mierzeniu wydłużeń w czasie próby i czasu potrzebnego do zerwania próbki.

Ogólny podział stali żarowytrzymałych i żaroodpornych:

• Niestopowe (niskostopowe) ulepszane cieplnie

• Stopowe ferrytyczne (chromowe),

• Stopowe austenityczne (chromowo-niklowe)

Stale ulepszone cieplnie - są to stale ferrytyczno-perlityczne, perlityczne, bajnityczne i martenzytyczne stosowane na elementy żarowytrzymałe pracujące w temp. 350-575^oC

Własności te zapewnia wprowadzenie do stali dodatków Mo, V, Cr, Si

• Mo i V tworzą drobnodyspersyjne wydzielenia węglikowe, które podnoszą żarowytrzymałość

• Cr i Si wpływają na żaroodporność stali ulepszonych cieplnie,

• Cr zwiększa hartowność stali ulepszonych cieplnie

Zastosowanie: części kotłów i turbin, urządzenia krakingowe, zawory silników spalinowych

Stale Cr-Mo-V - zapewniają najkorzystniejszy stosunek wytrzymałości na pełzanie do zawartości dodatków stopowych. W stalach Cr-Mo-V chłodzonych z szybkością:

• Powyżej 300^oC/min występuje struktura martenzytu odpuszczonego

• Poniżej 300^oC/min występuje struktura bainityczna.

Po ulepszeniu cieplnym pojawia się struktura ferrytu z węglikami VC i Typu M₃C

Wysokostopowe stale Cr-Mo-V ulepszone cieplnie zawierają ok. 12% Cr oraz alternatywne dodatki Ti, Nb, Co i W (stale 15H11MF, 15H12WMF, 17H11MFNb z przeznaczeniem na łopatki części turbin oraz stal 20H12M1F (P91) o żaroodporności do 650^oC na rury przegrzewaczy w blokach dużej mocy)

Do wysokostopowych stali żaroodpornych i żarowytrzymałych należą niskowęglowe stale o jednorodnej strukturze ferrytu lub austenitu, zawierające znaczne ilości Cr i Ni oraz Si i Al.

1. wysokochromowe stale ferrytyczne wykazują niską wytrzymałość Rm około 490 MPa i żarowytrzymałość, ale wysoką żaroodporność (szczególnie przy zawartości 23-27%Cr)

W celu podwyższenia jeszcze żaroodporności stosuje się dodatkowo 0,8-1,1%Al oraz 0,8-2,5%Si, własności mechanicznych dodaje się około 1%Mn, a dla poprawy spawalności do 0,8%Ti

Wszystkie wysokochromowe stale ferrytyczne są odporne na działanie związków siarki

1. stal H13JS, H18JS i H24JS stosuje się na armaturę pieców przemysłowych, części żaroodporne kotłów parowych,

2. stal 2H17 stosowana jest na urządzenia do nawęglania

3. stal H25T stosowana jest na ruszty, osłony termoelementów.

2. żarowytrzymałe stale austenityczne zapewniają żarowytrzymałość i żaroodporność (dyspersyjne wydzielania faz na granicach ziarn).

Zastosowanie: części aparatury chemicznej, łopatki turbin, elementy silników spalinowych (np. zawory)

Dobrą żaroodporność zapewnia stalom:

- 12-25% Cr;

- odpowiedni stosunek Cr/Ni np. 18/8, 18/12, 20/20, 25/20

- dodatek trudnotopliwych pierwiastków węglikotwórczych: Mo, Nb, Ti, V, W (zawartość może sięgać kilku procent)

Wpływ pierwiastków na żaroodporność stali:

Cr - w ilości do 5% zwiększa żaroodporność w temp. 650^oC

- wzrost Cr do 30 % zwiększa żaroodporność w temp. 1100^oC

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

Stale zaworowe (tzw. sil chromy)

Zastosowanie: zawory w silnikach spalinowych, gniazdach zaworów energetycznych

Cechy stali zaworowych

1. wysoka odporność na korozję w atmosferze spalin (750^oC)

2. wysoka twardość i wysoka odporność na ścieranie (0,4-0,6 % C)

Podział stali zaworowych ze względu na strukturę:

1. stale perlityczne, które po hartowaniu w temp. 1000-1050^oC i odpuszczaniu w temp. 750-780^oC/ w wodzie (zapobiega kruchości odpuszczania) mają strukturę martenzytu wysoko odpuszczonego

2. stale austenityczne po przesycaniu w temp. 1000-1200^oC/ woda oraz starzeniu w 600-850^oC mają strukturę Austenit+dyspersyjne węgliki M₆C, M₂₃C+węglikoazotki (C, N)M

Stale do pracy w podwyższonych temp wg PN-75/H-84024

• niestopowe: St36K, St41K, St44K, K10 i K18

• stopowe: 16M, 20M, 15HM, 10H2M, 10H2M, 13HMF, 20H12M1F

Stale do pracy w podwyższonych temp wg PN-EN 10028-2

• niestopowe: P235GH; P265GH, P295GH, P355GH

• stopowe: 16Mo3; 18MnMo4-5, …, 13CrMo4-5, …, 12CrMoV12-10, X10CrMoVNb9-1

Nowe stale żaroodporne:

• Bainityczne: T/P23, T24

• Martenzytyczne: X20CrMoV12-1, P91, E911, T/P92, HCM12A, VM12

SPAWANIE I MATERIAŁY DODATKOWE

Sposoby spawania:

• Ręcznie elektrodami otulonymi (111)

• W osłonie gazów ochronnych aktywnych (135) i obojętnych (131, 141)

• Łukiem krytym

• (Elektrożużlowo - 72)

Użyte do spawania materiały dodatkowe powinny zapewniać skład chemiczny spoiny i jej własności mechaniczne możliwie jak najbardziej zbliżone do odpowiednich własności materiału rodzimego. Wytrzymałość na pełzanie stopiwa powinna być zbliżona do wytrzymałości stali.

Spawalność tych stali jest w pewnym stopniu ograniczona ponieważ zawierają dodatki stopowe (Cr, Mo, V) zwiększające skłonność do hartowania - możliwość powstawania pęknięć: zimnych, gorących i wyżarzeniowych. Wymagana jest kontrola parametrów spawania, podgrzewanie przed spawaniem oraz obróbka cieplna po.

Podgrzewanie przed spawaniem ma na celu:

• Zapobieganie powstawaniu pęknięć zimnych oraz częściowo również pęknięć gorących typu likwacyjnego poprzez obniżenie odkształceń w złączu spawanym.

• Obniżenie twardości SWC

• Obniżenie poziomu pozostających naprężeń spawalniczych i zmniejszenie odkształceń.

Wysokość temperatury wstępnego podgrzewania zależy od:

• Składu chemicznego stali

• Ilości wodoru dyfundującego w spoinie

• Stopnia utwierdzenia złącza

• Grubości spawanych elementów

• Rozwiązania konstrukcyjnego

Przy ustalaniu temperatury wstępnego podgrzania należy uwzględnić również charakter przemian na podstawie wykresu CTPc-S, a w szczególności temperatury początku i końca przemiany martenzytycznej M_s i M_f.

Temperatura międzyściegowa i międzyoperacyjna (temp. złącza w czasie układania kolejnych ściegów).

Przyjmuje się, że minimalna temp. międzyściegowa odpowiada minimalnej temp. wstępnego podgrzania. Utrzymanie właściwej temp. przez cały okres spawania zapobiega powstawaniu pęknięć, obniża naprężenia spawalnicze i odkształcenia konstrukcji. Zbyt wysoka temp. może spowodować rozrost ziaren w SWC i w spoinie, a tym samym spadek wł. plastycznych złącza i wzrost jego skłonności do powstawania pęknięć wyżarzeniowych (podczas obróbki cieplnej).

W zasadzie nie przerywa się spawania, a w szczególności w niskich temp. otoczenia, gdyż mogą powstać struktury o obniżonych wł. plastycznych (może nastąpić nagromadzenie się wodoru w spoinach wielowarstwowych).

W przypadku konieczności przerwania odwodorowuje się częściowo wykonane złącze (min 1/3) przez wyżarzanie w temp. 300 - 350 ^oC (zapobiegamy pęknięciom zimnym). Studzi się wolno i równomiernie do temp. otoczenia, przy czym należy unikać działania obciążeń zewn. Z uwagi na obniżone własności plastyczne metalu.

Obróbka cieplna - 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 wymagają na 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 powinien być równomierny dla całej konstrukcji lub nagrzewanego obszaru. Prędkość nagrzewania nie powinna przekraczać wartości wyliczonej z zależności 5500/g [^oC/h].

Prędkość chłodzenia z temp. obróbki cieplnej nie powinna przekraczać 275 [^oC/h] przy grubościach do 25 mm i 6875/g [^oC/h] przy większych grubościach (g - grubość elementu).

Poniżej temp. 400 ^oC chłodzenie może odbywać się w spokojnym powietrzu.

Pęknięcia wyżarzeniowe (pod wpływem obróbki cieplnej w SWC) - pęknięcia te mają charakter międzykrystaliczny i powstają w pobliżu linii wtopienia w obszar 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, S, As i Sb.

Podczas spawania stali węgliki Cr, Mo, i V ulegają rozpuszczeniu w temp. dochodzących do 1200 ^oC. W wyniku stosunkowo dużej szybkości chłodzenia w SWC nie następuje ponowne wydzielenie węglików. Obróbka cieplna złączy 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 mikropustek, które łącząc się tworzą mikropęknięcia, przechodzące następnie w pęknięcia. Skłonność do pękania złączy spawanych pod wpływem obr.cieplnej określa zależność:

ΔG = [Cr] + 3,3[Mo] + 8,1 [V] - 2 (zależność obowiązuje dla C≤0,18% i Cr<1,5%)

Stal jest skłonna do pękania gdy ΔG≥0

W celu zmniejszenia ryzyka pojawienia się pęknięć pod wpływem obr. cieplnej 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 ^oC w celu uzyskania możliwie dużej relaksacji naprężeń, a następnie nagrzewać z możliwie dużą prędkością do właściwej temp. wyżarzania, w celu szybkiego przejścia przez zakres temperatur w których tworzą się pęknięcia.

Spawanie połączeń mieszanych ze stali do pracy w podwyższonych temp.

Materiały dodatkowe do spawania dobiera się zazwyczaj do stali o niższych własnościach wytrzymałościowych (stali miększej), a parametry obróbki cieplnej złączy spawanych stanowią z konieczności pewien kompromis w stosunku do optymalnych temperatur wyżarzania ustalonych przez producenta łączonych stali.

Problem dyfuzji reaktywnej węgla

W spawanych złączach mieszanych między stalami nie zawierającymi chromu, stalami niskostopowymi - do stali 10CrMo9-10 (10H2M) 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 chromu 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.

(33)

Stale drobnoziarniste i mikrododatkami

Stale drobnoziarniste:

- nie stanowią odrębnej grupy stali

- drobnoziarnista mikrostruktura w stanie dostawy

- w wyniku spawania rozrost ziarn w SWC jest ograniczony

- ich własności wytrzymałościowe zależą od składu chemicznego i sposobu wytwarzania (wyższe własności mają stale walcowane termomechanicznie, najwyższe granice plastyczności ulepszone cieplnie)

- drobnoziarnista struktura polepsza takie własności mechaniczne jak: spawalność, ciągliwość, plastyczność, łatwość obróbki mechanicznej

Podział:

• Wyżarzane normalizująco

• Walcowane normalizująco

• Ulepszone cieplnie

• Walcowane termomechanicznie

1. Wyżarzane normalizująco i walcowane normalizująco (przyrostek N)

Aby uzyskać drobnoziarnistą strukturę i wyższe własności mechaniczne materiał nagrzewa się do T=1200⁰C (austenityzacja), potem poddaje się wyżarzaniu normalizującemu w temp. ok. 50⁰C wyższej niż 900⁰C, a następnie chłodzi się w powietrzu - wyżarzane normalizujące;

Walcowanie normalizujące prowadzi się w dwóch zakresach temperatur. Aby uzyskać drobnoziarnistą strukturę i wyższe własności mechaniczne materiał nagrzewa się do T=1200⁰C (austenityzacja), potem poddaje się wyżarzaniu normalizującemu w temp. ok. 100⁰C niższej niż 900⁰C - walcowanie wstępne, a następnie poddaje się walcowaniu końcowemu (całkowita rekrystalizacja). Chłodzenie odbywa się na powietrzu. Re do 500MPa.

Różnica pomiędzy wyżarzanymi normalizująco i walcowanymi normalizująco - przy walcowanych normalizująco uzyskuje się lepszą powierzchnię i zapobiega się powstawaniu zgorzeliny.

Spawalność: są bardziej skłonne w SWC do hartowania => tworzenie pęknięć zimnych.

Zasady spawania:

- stosować niskowodorowe procesy spawania (łukiem krytym, w osłonie gazów ochronnych, elektrodami o otulinie zasadowej

- bardzo dobrze wyczyścić obszar spawania

- wstępnie podgrzać, aby zapobiec tworzeniu się martenzytu w SWC

- zmniejszyć kurczowe naprężenia (projektowanie)

- utrzymywać odstęp między łączonymi elementami

2. Ulepszone cieplnie (przyrostek Q)

Aby uzyskać jeszcze wyższe własności wytrzymałościowe od stali wyżarzanych normalizująco i walcowanych normalizująco stale niskostopowe poddaje się hartowaniu i odpuszczeniu.

Blachy hartuje się poprzez polewanie wodą, a następnie odpuszcza się poprzez wyżarzanie ich w zakresie temp. (500÷700) ⁰C.

W zależności od składu i szybkości chłodzenia uzyskuje się strukturę: martenzytyczną, martenzytyczno-bainityczną, bainityczną, a nawet bainityczno-ferrytyczna. Najkorzystniejsza struktura - marenzytyczna (dobre własności plastyczne i wysoka wytrzymałość).

Stale ulepszone cieplnie są drobnoziarnistymi stalami niskostopowymi. Dobierając odpowiedni skład chemiczny, walcowanie i obróbkę cieplną uzyskuje się stale o Re (450÷1000)MPa.

Spawalność: Stale te ulegają większemu utwardzeniu cieplnemu w SWC=>pęknięcia zimne.

Zapobieganie pęknięciom zimnym: ograniczyć podgrzewanie wstępne, stosować austenityczne materiały dodatkowe lub wysokoniklowe, ściśle dopasować złącze, niskowodorowe procesy spawania.

3. Walcowane termomechanicznie (przyrostek M)

Proces walcowania przebiega dwustopniowo tak jak przy walcowaniu normalizującym, ale walcowanie wstępne przebiega w temperaturze (100÷150) ⁰C niższej od 900⁰C, następnie materiał poddaje się walcowaniu końcowemu w takiej temperaturze, aby uniknąć rekrystalizacji austenitu(przy walcowaniu normalizacyjnym występuje całkowita rekrystalizacja). Aby uniknąć rekrystalizacji dodaje się niob i tytan (mają dłuższe czasy rekrystalizacji i wyższe temperatury). Chłodzenie wodą i powietrzem. Re do 700MPa, aby zwiększyć Re do 1100MPa należy zastosować ulepszenie cieplne.

Spawalność: Z uwagi na mniejszą zawartość składników stopowych, a szczególnie obniżony węgiel stale te posiadają mniejszą skłonność do utwardzenia w SWC, dzięki temu są mniej narażone na pęknięcia zimne, łatwiej spawalne, temperatury podgrzewania są niższe

Stale z mikrododatkami (stale trudnordzewiejące)- przyrostek M

Są to takie stale, do których wprowadzono pierwiastki stopowe Cu, Cr, Ni tworząc zaporową warstewkę nieprzepuszczalna. Wykazują większą odporność na korozję atmosferyczną, nie wymagają ochrony antykorozyjnej (oszczędności).

Spawalność: Można spawać wszystkimi metodami; sposób ręczny lub zmechanizowany. Niektóre należy podgrzać. Mogą tworzyć się pęknięcia gorące typy likwidacyjnego (szlifowanie).

(34)

Rozdrobnienie w stalach mikro stopowych


































Marek Blicharski - Inżynieria materiałowa Stal WNT 2004

Opublikowane w latach pięćdziesiątych XX w. prace Halla i Petcha

zrewolucjonizowały sposób projektowania stali konstrukcyjnych. Rozdrobnienie

ziarna ferrytu powoduje jednocześnie zwiększenie granicy plastyczności i

obniżenie temperatury przejścia w stan kruchy stali o strukturze ferrytycznoperlitycznej.

Rozdrobnienie ziarna ferrytu jest najważniejszym parametrem

metalurgicznym w procesie wytwarzania stali, jednak zapotrzebowanie na stale o

zwiększonej wytrzymałości wymaga jeszcze większego rozdrobnienia ziarna i

zastosowania również innych mechanizmów umocnienia, a mianowicie

umocnienia wydzieleniowego. Dlatego do stali konstrukcyjnych dodaje się małe

ilości V, Nb i Ti w celu zwiększenia granicy plastyczności do 500 MPa.

Pierwiastki te są dodawane w ilości do 0,15% i z tego względu są nazywane

mikrododatkami, natomiast stale je zawierające są nazywane stalami

niskostopowymi o podwyższonej wytrzymałości (NSPW), stalami

mikroskopowym i lub stalami z mikrododatkami. Stale te poddane

regulowanemu walcowaniu w celu uzyskania drobnoziarnistej mikrostruktury

bezpośrednio po walcowaniu, dzięki czemu eliminuje się kosztowna obróbkę

cieplną. Następnie regulowane walcowanie zastało uzupełnione regulowanym

chłodzeniem, a kombinacja tych procesów jest obecnie nazywana obróbką

cieplno-plastyczną.

Obróbka cieplno-plastyczna jest najbardziej efektywnym sposobem poprawy

własności mechanicznych dzięki zmianie mikrostruktury (znaczne rozdrobnienie

mikrostruktury). Stale z mikrododatkami po walcowaniu na gorąco mają znacznie

większą granicę plastyczności niż po walcowaniu na zimno i wyżarzaniu, a

jednocześnie charakteryzują się niska temperaturą przejścia w stan kruchy.

Stale NSPW to stale niskowęglowe o zawartości 0,02÷0,2% C, do 2% Mn oraz

zawierające do 0,15% jednego lub kilku z następujących pierwiastków: Nb, V, Ti i

Al. Własności mikrododatków wpływają głownie na związki tworzone z C i N,

lecz także do S i O. Pierwiastki mikroskopowe wpływają na wielkość ziarna

austenitu stali nagrzanej do walcowania, na przebieg rekrystalizacji podczas

walcowania, temperaturę rekrystalizacji, przebieg przemiany γ→α oraz powodują

umocnienie wydzielinowe (stal bez Ti nagrzana do 1250 °C ziarno austenitu ok.

300 μm, z Ti ok. 50 μm).







(35)

Wytwarzanie stali, sposoby odtleniania, wady w wytwarzanych stalach

Stal jest plastycznie i cieplnie obrabianym stopem żelaza z węglem (do około 2%) i innymi pierwiastkami, otrzymywanym w procesach stalowniczych ze stanu ciekłego.

Etapy wytwarzania stali:

1. Proces wielkopiecowy

2. Wytapianie stali

3. Wykańczanie stali ( rafinacja)

4. Odlewanie stali

Proces wielkopiecowy:

Proces wielkopiecowy jest pierwszym etapem produkcji stopów żelaza. W wielkim piecu w procesie ciągłym uzyskuje się poprzez redukcję tlenków żelaza, zawartych w rudzie, ciekłą surówkę zawierającą ok. 94% żelaza (Fe).

Paliwem i reduktorem w wielkim piecu jest koks spalany w najniższej części pieca z niedomiarem powietrza. W wyniku spalania powstaje gaz zawierający ok. 42% tlenu węgla (CO), 2% wodoru (H) i 56% azotu. Gaz ten przepływając z dołu do góry wielkiego pieca nagrzewa wsad i redukuje tlenki metali.

Materiały wsadowe tzn. rudę, topniki i koks, ładuje się do wielkiego pieca z góry. Gorące powietrze wprowadza się przez dysze znajdującą się w najniższej części pieca, czyli w garze. W wyniku spalania koksu i działania siły ciężkości następuje obsuwanie się do garu coraz to nowych porcji koksu.

Głównym produktem wielkiego pieca jest surówka zawierająca ok. 4% węgla, 0,7% krzemu, 0,5% manganu, 0,2% fosforu i 0,02% siarki. Surówka jest krucha i nadaje się jedynie do przetopienia.

Pozostałymi produktami procesu wielkopiecowego są żużel i gaz wielkopiecowy.

Proces świeżenia (wytapiania) stali:

Aby z surówki, poprzez jej przeróbkę, można było uzyskać stal należy w surówce zmniejszyć zawartość takich pierwiastków jak węgiel, krzem, mangan, fosfor i siarka.

Dokonuje się tego przez utlenianie surówki wielkopiecowej za pomocą tlenu lub powietrza. Proces ten nazywa się świeżeniem stali.

Proces świeżenia umożliwia otrzymywanie różnych gatunków stali zgodnych z normami hutniczymi, poprzez dodawanie do nich pierwiastków stopowych. Ponadto świeżenie stali ma na celu zmniejszenie zawartości zanieczyszczeń w stali.

Wyróżniamy 3 sposoby wytapiania (świeżenia) stali:

• Wytapianie stali w konwertorach

• Wytapianie stali w piecu martenowskim

• Wytapianie stali w piecach elektrycznych

Wykańczanie stali (Rafinacja):

Proces ten przeprowadza się w końcowej fazie wytapiania. Bez stosowania procesu wykańczania (rafinacji) wytapia się stale, od których nie wymaga się wysokiej czystości metalurgicznej ani szczególnie niskich zawartości siarki a także stale nie zawierające dużych ilości takich pierwiastków stopowych jak: Al, Ti, V, W i Cr.

Proces rafinacji jest stosowany przy produkcji odpowiedzialnych stali konstrukcyjnych zarówno niestopowych jak i stopowych. Do podstawowych zadań procesu rafinacji stali należą:

• Maksymalne obniżenie zawartości siarki

• Wstępne odtlenienie stali

• Uzyskanie zaplanowanego składu chemicznego stali.

Odlewanie stali:

Stal wytopioną w agregatach stalowniczych spuszcza się do kadzi, a następnie odlewa do wlewnic. Odlewanie do wlewnic prowadzi się po to aby nadać stali kształt potrzebny do dalszej przeróbki w walcowni lub kuźni.

Stal zakrzepnięta we wlewnicy nazywa się wlewkiem.

Jakość wlewka, tzn. Zawartość fosforu, siarki, wodoru, tlenu i wtrąceń niemetalicznych zależy od technologii wytapiania oraz od sposobu odlewania stali.

Sposoby odlewania stali:

1. Odlewanie od góry

2. Odlewanie syfonowe

3. Ciągłe odlewanie stali

Wybór sposobu odlewania zależy od gatunku stali, masy wlewków, sposobu dalszej przeróbki stali, wielkość produkcji, etc.

Odtlenianie stali:

Stal wytopiona w piecach stalowniczych zawiera od ok. 0,01 do ok. 0,08% tlenu. Wysoka zawartość tlenu powoduje kruchość na gorąco, co utrudnia, a czasami uniemożliwia przeróbkę plastyczną stali.

Odtleniania stali ma na celu zmniejszenie zawartości rozpuszczonego w niej tlenu do możliwie jak najniższego poziomu.

Odtlenianie stali polega na dodaniu do kąpieli metalowej tzw. odtleniaczy, czyli pierwiastków o większym powinowactwie do tlenu niż żelazo. Odtleniacze wiążą tlen rozpuszczony w stali i tworzą tlenki, które stanowią wtrącenia niemetaliczne w stali. Najpopularniejszymi odtleniaczami są pierwiastki: Si, Al., Mn.

Jakość stali, jej własności fizyczne i chemiczne w znacznej mierze zależą od ilości i rodzaju wtrąceń niemetalicznych oraz od ilości rozpuszczonego tlenu. Im mniej wtrąceń i im mniejsze ich rozmiary, tym lepsza jakość stali. Stopień zanieczyszczenia stali między innymi zależy od sposobu przeprowadzenia procesu odtleniania. W zależności od stopnia odtleniania stali (usunięcia tlenu ze stali) rozróżnia się:

• Stale nieuspokojone

• Stale półuspokojone

• Stale uspokojone

Jakość wytopionej stali:

Jakość wytopionej stali zależy od:

- składu chemicznego.

- zawartość gazów i wtrąceń niemetalicznych.

- segregacji we wlewku.

Skład chemiczny stali czyli procentowa zawartość pierwiastków pozwala na scharakteryzowanie i zakwalifikowanie stali do odpowiedniej grupy i gatunku.

Gazy zawarte w stali wywierają znaczący wpływ na jej jakość, np. wodór, tlen, azot pogarszają przede wszystkim własności plastyczne stali.

Wtrącenia niemetaliczne, ich rodzaj, rozmieszczenie, ilość i wymiary świadczą o czystości metalurgicznej stali i są ważnym wskaźnikiem jej jakości.

Możliwe wady występujące po wytworzeniu stali:

• Gazy jak np. wodór, tlen, azot

• Zażużlenie

• Zawalcowanie tlenków które stanowią rozwarstwienie stali

• Wtrącenie niemetaliczne

(36)

Wpływ pierwiastków stopowych w stalach wysokostopowych, żarowytrzymałych i żaroodpornych

Do wysokostopowych stali żaroodpornych i żarowytrzymałych należą niskowęglowe stale o jednorodnej strukturze ferrytu lub austenitu, zawierające znaczne ilości Cr i Ni oraz Si i Al.

Stal żaroodporna - stal odporna na działanie wysokich temperatur i pracująca okresowo lub stale pod ich wpływem.

Stal żarowytrzymała - odmiana stali żaroodpornej, od której wymaga się także zachowania wytrzymałości w szerokim zakresie temperatur

Żarowytrzymałość uzyskuje się poprzez wysokie zawartości chromu 5% - 30%, niklu 4% - 30% oraz znaczne ilości molibdenu 0.5% do 1.0% i wolframu do 2% jako dodatków stopowych. Wysoka zawartość dodatków stopowych pozwala uzyskać strukturę austenityczną w normalnych warunkach. Górna granica żaroodporności wynosi 800°C do 1200°C w zależności od składu stali.

Wprowadzenie do stali dodatków stopowych ma na celu:

• Uzyskanie odpowiednio wysokich własności wytrzymałościowych i plastycznych,

• Wywołanie określonych zmian strukturalnych,

• Uzyskanie specjalnych własności chemicznych i/lub fizycznych,

• Podwyższenie hartowności,

• Ułatwienie technologii oraz polepszenie efektów obróbki cieplnej

• Żaroodpornością (żarotrwałością) - odpornością stopu na działanie czynników chemicznych, głównie powietrza, spalin oraz ich agresywnych składników utleniających w temperaturach wyższych od 600°C

• Żarowytrzymałością - odpornością stopu na odkształcenia z czym związana jest zdolność do wytrzymywania obciążeń mechanicznych w wysokich temperaturach powyżej 600°C. Żarowytrzymałość wyrażona jest wytrzymałością na pełzanie lub czasowa granicą pełzania (tzw. Trwałość obliczeniowa).

Wysokostopowe stale austenityczne.

1. chromowo-niklowe stale nierdzewne (SONK)

2. stale żaroodporne i żarowytrzymałe

Wpływ pierwiastków stopowych na własności w/w stali (oczywiście węgiel i żelazo to podstawowe składniki każdej stali)

Chrom (Cr) w oznaczeniu stali stopowych wg PN występuje pod literą H. Gwałtownie zwiększa odporność na korozję. Zawartość od 12% Cr wywołuje zjawisko pasywacji i w granicach 14-25% czyni stal nierdzewną i żaroodporną. Zwiększa twardość, wytrzymałość na rozciąganie i odporność na ścieranie. Zwiększa także wytrzymałość na pełzanie, dlatego też jest jednym z podstawowych składników stali żarowytrzymałych.

Nikiel (Ni) wg PN — N. Zwiększa twardość, wytrzymałość i udarność stali. Nieznacznie polepsza własności plastyczne. Polepsza również żaroodporność i zwiększa wytrzymałość na pełzanie. Wraz z chromem zwiększa kwasoodporność. Zawartość Ni w stalach SONK waha się w przedziale 0,6-26%, natomiast w stalach żaroodpornych i żarowytrzymałych 0,5-37%.

Mangan (Mn) wg PN — G. W niektórych stalach zastępuje nikiel. Poprawia wytrzymałość na rozciąganie, sprężystość oraz odporność na uderzenia. Przy dużych zawartościach węgla i manganu (1.3% C i 10-15% Mn) stal jest wybitnie odporna na ścieranie (stal Hadfielda). W stalach SONK zawartość Mn wynosi 0,6-10.5%. natomiast w żaroodpornych i żarowytrzymałych 0,5-2%.

Krzem (Si) wg PN — S. Zwiększa odporność na działanie tlenu, powietrza i gorących gazów utleniających (aktywny odtleniacz). Zwiększa wytrzymałość na rozciąganie i granicę plastyczności. Poprawia sprężystość (składnik stali sprężynowych) a także własności magnetyczne. W stalach SONK zawartość Si nie przekracza 1% a w stalach żaroodpornych i żarowytrzymałych zawiera się w granicach 0.5-3%

Molibden (Mo) wg PN -—M. W granicach 0.2-0,3% zwiększa odporność na pełzanie w podwyższonych temperaturach. Zwiększa własności wytrzymałościowe w podwyższonych temperaturach. Zmniejsza kruchość i poprawia hartowność stali. Zwiększa pasywność stali i ich odporność na działanie kwasów.

Aluminium (Al) wg PN — J. Zwiększa żaroodporność.1% Al równoważy w strukturze10% Cr. Oddziałuje też podobnie jak krzem,

Tytan (Ti) wg PN — T oraz niob (Nb) wg PN — Nb są pierwiastkami o szczególnie dużym powinowactwie do węgla. Wprowadzenie ich do stali chromowo-niklowych zabezpiecza je przed korozją międzykrystaliczną. Powodują niewielki wzrost wytrzymałości doraźnej i ciągliwości.

(37)

Stale wysokostopowe

Stale wysokostopowe (odporne na korozję) dzielą się na:

1. stale chromowo ferrytyczne

2. stale chromowo martenzytyczne

3. stale chromowo-niklowe z miękkim martenzytem

4. stale austenityczne Cr-Ni (Mo)

5. stale austenityczne Cr-Ni (Mo) z ferrytem

6. stale ferrytyczno-austenityczne Cr-Ni-Mo-N (stale DUPLEX i SUPERDUPLEX)

(spawalność powyższych gatunków stali porównana w tabeli)

Skład fazowy spoiny określany jest na podstawie jej składu chemicznego. Składniki stopowe podzielone na ferrytotwórcze i austenitotwórcze wyrażone są w postaci równoważników chromu i niklu.

Równoważnik chromu jest równy sumie zawartości chromu oraz innych składników ferrytotwórczych pomnożonej przez współczynniki oznaczające wpływ składników na udział ferrytu w stosunku do wpływu chromu.

Równoważnik chromu i niklu wg Schaefflera:

Creq = %Cr + %Mo + 1,5x%Si + 0,5x%Nb

Nieq = %Ni + 30x%C + 0,5x%Mn

Zależność struktury spoiny od jej składu chemicznego przedstawia wykres Schaefflera

Wykres Schaefflera nie uwzględnia wpływu azotu na strukturę spoiny. Wpływ ten uwzględnia wykres De Longa. De long zaproponował zmianę tej części wykresu Schaefflera, która dotyczy struktury austenityczno-ferrytycznej. Równoważnik niklu wg De Longa obliczany jest wg zależności:

Nieq = %Ni + 30x%N + 30x%C

W przypadku wykresu WRC (Welding Research Council)- 1992 równoważnik Cr i Ni obliczane są wg zależności:

Creq = Cr + Mo + 0,7 Nb

Nieq = Ni + 35 C + 20 N + 0,25 Cu

Udział ferrytu na wykresie WRC-1992 wyrażono za pomocą liczby ferrytowej FN.

Udział ferrytu wysokochromowego w spoinie może być również określany za pomocą wzorów empirycznych:

1. Wzór Tomasa: %fazyδ = Nimax - Ni%

2. Wzór Seferiana: %fazyδ = 3 Creq - Crob

-----------------

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 wewnętrznych 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. międzyściegowa <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, zajarzenie 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







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- wiążą węgiel 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 międzyściegowa <150C

Dla uniknięcia wchłaniania węgla i azotu należy unikać zanieczyszczeń w spoinie i SWC- stosować gazy osłonowe o zawartości CO2<2,5%

(38)

Stale do pracy w obniżonych temperaturach, wpływ działania karbu

Stale przeznaczone do pracy w niskich i bardzo niskich temperaturach powinny charakteryzować się wymaganą odpornością na kruche pękanie, określane najczęściej za pomocą próby udarności Charpy V(w której określa się energię zaabsorbowaną podczas łamania.). W zależności od przewidywanej temperatury pracy i składu chemicznego wyróżnia się cztery grupy stali:

-niskowęglowe zawierające do 0,20% C, przewidziane do pracy w temperaturze do - 40 ^oC

-stale o podwyższonej wytrzymałości, przeznaczone do pracy w temperaturze do - 60 ^oC

-niklowe przeznaczone od pracy w temperaturach -120 ^oC i -196 ^oC

-austenityczne przeznaczone do pracy w temperaturach -253 ^oC i -270 ^oC

Stale niskowęglowe z uwagi na niski równoważnik węgla nie są skłonne do pękania zimnego i nie wymagają podgrzewania przed spawaniem. Głównym problemem jest uzyskanie dla spoiny i całego złącza odpowiedniej udarności, wymaganej dla danej temperatury pracy. Stosowane jest spawanie ręczne elektrodami otulonymi o otulinie zasadowej, metodą MAG oraz łukiem krytym.

Stale o podwyższonej wytrzymałości zawartość manganu (do 1,6%) oraz ewentualny dodatek Cr, Ni, Mo powodują, że stale tej grupy przy większych grubościach łączonych elementów mogą być skłonne do utwardzenia się w SWC i powstania zimnych pęknięć. Należy zatem przestrzegać zasad obowiązujących podczas spawania niskostopowych stali o podwyższonej wytrzymałości:

• Ograniczać ilość wodoru dyfundującego wprowadzonego do spoiny

• Stosować podgrzewanie wstępne (przy większych grubościach)

• Ograniczać wielkość naprężeń spawalniczych w złączu

Stale zawierające 3,5 i 5 i 9% niklu na ogół nie stosujemy w nich podgrzewania wstępnego i obróbki cieplnej po spawaniu. W przypadku stali o większej zawartości węgla niż 0,10% i/lub większej grubości niż 20mm zaleca się podgrzewanie wstępne do temperatury 100^oC , przy czym nie wolno przekraczać temperatury międzyściegowej 150^oC. Zbyt wysoka temperatura podgrzania i temperatura międzyściegowa powoduje obniżenie udarności złącza spawanego w niskich temperaturach. W stali o zawartości niklu 9% zasadniczą jej zaletą jest równocześnie dużą wartość granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie, wysoka udarność i dobre własności plastyczne w bardzo niskich temperaturach. Stal ta charakteryzuje się dobrą spawalnością dzięki małej zawartości węgla (zwykle do 0,10%). Powstanie zimnych pęknięć , które często pojawia się przy spawaniu stali niskostopowych o średniej zawartości węgla, jest zjawiskiem rzadkim.

Stale austenityczne typu 18-8 znajdują zastosowanie do pracy w najniższych temperaturach jak [skroplony wodór (- 253^oC) , hel (-270^oC) ] . Stale tego typu są dobrze spawalne i łatwo dają się obrabiać za pomocą obróbki skrawaniem oraz kształtować za pomocą obróbki plastycznej.

Praktyczny pogląd zakresu przydatności różnych stali do pracy w obniżonych temperaturach przedstawia wykres poniżej (SPW lub SSPW - stale niestopowe o podwyższonej wytrzymałości [normalizowane lub ulepszane cieplnie]).




Skład chemiczny oraz własności w określonym stanie dostawy stali z niklem do pracy w niskich temperaturach podaje PN-EN 10028-4




W trakcie procesu spawania stali do pracy w obniżonych temperaturach występują różnego rodzaju odkształcenia. Jeżeli naprężenia powstające od tych naprężeń przekroczą lokalnie wytrzymałość materiału , to wystąpi pęknięcie w spoinie lub w SWC. Jednym z rodzajów pęknięć występujących podczas lub po spawaniu są pęknięcia zimne (wodorowe lub zwłoczne). Procesie eksploatacji konstrukcji spawanych mogą być one inicjatorami pęknięć kruchych, które nabierają szczególnego znaczenia w odniesieniu do wytrzymałości w obniżonych temperaturach. Pęknięcia te należą do najbardziej niebezpiecznych występujących w praktyce spawalniczej . Musi istnieć tzw. Inicjator pęknięcia w postaci karbu powodującego koncentracje naprężeń u jego wierzchołka (np. pęknięcie zimne), temperatura pracy konstrukcji musi być wystarczająco niska aby pęknięcie mogło się rozwijać, musi następować odpowiedni wzrost szybkości odkształcenia. Wraz ze zwiększaniem się ostrości karbu w obszarze koncentracji naprężeń wzrasta stosunek granicy plastyczności do wytrzymałości materiału na rozciąganie ( R_C / R_M ), a maleje wydłużenie , co świadczy o wzroście kruchości badanej stali w obrębie karbu. Wielkość naprężeń w miejscu karbu charakteryzuje współczynnik koncentracji naprężeń α_K = б _max / б _n gdzie: б _max -maksymalne naprężenie na dnie karbu б _n - naprężenie nominalne w przekroju osłabionym karbem. Spiętrzenia naprężeń występują w przejściu lica spoiny do materiału rodzimego, a także w miejscach podtopień, braku stopiwa , wklęśniecie grani i braku przetopu. W miejscu powstałych karbów występują naprężenia gdzie w dalszej fazie powstają pęknięcia. Łagodny karb zmniejsza koncentracje naprężeń. Powstanie karbu jest niezgodnością spawalniczą wynikającą z braku umiejętności pracy spawacza.

(39)

Rola dodatków stopowych w stalach mikrostopowych

1. Stale mikrostopowe C-Mn-V C-Mn-Ti C-Mn-Nb

Oprócz stali, których głównymi składnikami są węgiel i mangan (stale węglowo-manganowe), w coraz szerszym zakresie produkuje się stale zawierające inne pierwiastki (oprócz domieszek niwelujących szkodliwe skutki tlenu i siarki). Stale te nazywamy stalami stopowymi, a pierwiastki które są wprowadzane do stali składnikami stopowymi ( w zależności od ilości wprowadzanych składników stopowych możemy rozróżnić stale stopowe i mikrostopowe). Składniki mikrostopowe w stali mogą występować w następujących fazach:

• rozpuszczać się w ferrycie lub austenicie

• tworzyć węgliki, azotki lub węglikoazotki

• tworzyć związki z domieszkami (np. S, O2) i znajdować się we wtrąceniach niemetalicznych

• w nielicznych przypadkach mogą występować w stanie wolnym, kiedy nie rozpuszczają się w ogóle w osnowie lub ich rozpuszczalność jest bardzo mała, a jednocześnie nie reagują ze składnikami stopu

W większości przypadków pierwiastki mikrostopowe rozpuszczają się podstawowych fazach żelaza z węglem (ferryt, austenit, cementyt) lub tworzą węgliki specjalne.


2. Własności pierwiastków mikrostopowych i ich wpływ na strukturę

Pierwiastki mikrostopowe znajdujące się w roztworach stałych (ferrycie, austenicie) wpływają w znaczący sposób na własności mechaniczne tych faz a co za tym idzie na własności mechaniczne stali. Ponadto wpływają one na położenie temperatur krytycznych przemiany austenitu lub szybkość dyfuzji, na przemianę martenzytyczną i skłonność do odpuszczania. Pierwiastki mikrostopowe, które jedynie rozpuszczają się w ferrycie lub cementycie, nie tworząc specjalnych węglików, wpływają na procesy przemiany tylko pod względem ilościowym, natomiast pierwiastki węglikotwórcze wywołują zmiany ilościowe i jakościowe. Ponieważ każdy pierwiastek stopowy wpływa na strukturę (hamując rekrystalizację oraz rozrost ziarna) a co za tym idzie na własności materiału po przeróbce plastycznej, bardzo ważnym, lecz także i bardzo trudnym jest przewidywanie zmian mikrostruktury stali mikrostopowych podczas odkształcenia.

Węgiel- wraz ze wzrostem zawartości węgla zwiększa się wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności i twardość, natomiast zmniejsza się udarność, wydłużenie i przewężenie, pogarsza spawalność stali.

Mangan- zwiększa twardość i wytrzymałość stali a obniża jej własności plastyczne, w stalach narzędziowych zwiększa hartowność.

Stale niskomanganowe -struktura ferrytyczno - perlityczna

Stale średniomanganowe- struktura martenzytyczna

Stale wysokomanganowe - struktura austenityczna

Wanad- jest pierwiastkiem silnie ferrytotwórczym, wykazuje dużą zdolność do tworzenia węglików. W stalach przeznaczonych do pracy w podwyższonych temp. , zwiększa wytrzymałość na pełzanie( w temp. do 550 º C). W stalach narzędziowych zwiększa odporność na ścieranie (łączy się z węglem tworząc węgliki). Dodatek wanadu w stali zwiększa jej odporność na przegrzanie i przyczynia się do zachowania drobnoziarnistej struktury stali.

Tytan- jest pierwiastkiem bardzo silnie ferrytotwórczym. Utworzony węglik TiC przechodzi do roztworu stałego w temperaturach pomiędzy 1200 a 1300 º C co znacznie utrudnia obróbkę cieplną stali oraz ogranicza stosowanie tytanu w stalach konstrukcyjnych i narzędziowych. Dodatek tytanu wprowadzony do stali odpornych na korozje stabilizuje węgiel zapobiegając tym samym zjawisku korozji międzykrystalicznej.

Niob- w stalach odpornych na korozję oddziaływuje podobnie jak tytan. W stalach konstrukcyjnych o podwyższonej wytrzymałości niob przyczynia się do rozdrobnienia ziarna w strukturze i do utwardzenia dyspersyjnego ferrytu.

3. Zmiana struktury stali mikrostopowych

Przewidywanie zmian mikrostruktury stali mikrostopowych podczas walcownia na gorąco jest problemem bardzo trudnym i złożonym. Oprócz różnych rodzajów rekrystalizacji austenitu (statyczna, dynamiczna, metadynamiczna) mamy do czynienia z wydzieleniami odgrywającymi ważną rolę w rozwoju mikrostruktury podczas odkształcenia. Prędkość wydzielania węglików, węglikoazotków lub azotków w bardzo dużym stopniu zależy od kinetyki rekrystalizacji austenitu i na odwrót, więc żaden z tych procesów nie powinien być rozpatrywany oddzielnie. W dotychczasowych opracowaniach większość autorów opiera się jednak na konwencjonalnym podejściu do tego zagadnienia polegającym na oddzielnym podejściu do zagadnienia wydzielania i zmian mikrostruktury, podając końcowe uśrednione wzory empiryczne.


4. Rozrost ziarna po rekrystalizacji

Jeżeli przerwa pomiędzy kolejnymi odkształceniami jest większa niż czas pełnej rekrystalizacji następuje rozrost ziarna. Jednak wzrost ziarna w przypadku stali mikrostopowych jest wolniejszy niż w stalach węglowych. Wynika to z faktu, że pierwiastki mikrostopowe na ogół obniżają skłonność austenitu do rozrostu ziarna. Zmniejszają one szybkość dyfuzji i segregują na granicach ziarn, co hamuje migrację. Wiele z nich tworzy dyspersyjne cząstki węglików lub innych faz trudno rozpuszczalnych w austenicie, które stanowią bariery hamujące rozrost ziarn.

5. Odkształcenie resztkowe

Zwykle walcowanie w wysokiej temperaturze i długie czasy przerw powodują zajście całkowitej rekrystalizacji, lecz wraz ze spadkiem temperatury walcowania i/lub zmniejszeniem czasów przerw w coraz większym stopniu mamy do czynienia z rekrystalizacją częściową. W związku z tym w odkształconej części materiału, w której nie zaszła rekrystalizacja mamy do czynienia z odkształceniem resztkowym. Odkształcenie to musi być wzięte pod uwagę w następnym przepuście materiału przez walce.

(40)

Metody wytwarzania stali termomechanicznych, porównanie do stali wytwarzanych konwencjonalnie

W stalach obrobionych termomechanicznie wymagane własności wytrzymałościowe uzyskuje się w wyniku zastosowania specjalnego kontrolowanego procesu walcowania. Obróbka termomechaniczna polega więc na takim prowadzeniu procesu walcowania, aby poszczególne stopnie odkształcenia stali odbywały się w określonych temperaturach. Aby to osiągnąć wykorzystuje się dwa podstawowe efekty:

- wpływ drobnoziarnistej struktury na wzrost wytrzymałości i poprawę udarności,

- ograniczenie i/lub opóźnienie rekrystalizacji przez wprowadzone do stali mikrododatki (Nb, Ti).

Proces walcowania stali termomechanicznych przebiega dwustopniowo. Walcowanie wstępne odbywa się w temperaturze niższej o ok. 100÷150°C od temperatury walcowania konwencjonalnego, natomiast walcowanie końcowe w temperaturach powyżej A_c3 tzn. w dolnym zakresie występowania austenitu bez rekrystalizacji ziarn.




Powstrzymanie procesu rekrystalizacji jest wynikiem obecności w stali pierwiastków mikroskopowych (Nb, Ti).

W czasie następującego po walcowaniu chłodzenia przemiany fazowe rozpoczynają się w silnie odkształconym drobnoziarnistym austenicie o dużej gęstości dyslokacji i dużej liczbie zarodków powstawania nowych składników strukturalnych. Gdy chłodzenie zachodzi w powietrzu powstaje bardzo drobnoziarnisty ferryt z małą ilością perlitu. Gdy chłodzenie nastąpi strumieniem wody produktem przemiany jest drobnoziarnisty ferryt poligonalny lub iglasty a przemiana perlityczna zostaje zastąpiona przemianą bainityczną i w pewnym stopniu martenzytyczną.

Stale wyprodukowane przy pomocy obróbki termomechanicznej (M) charakteryzują się niższym równoważnikiem węgla w porównaniu ze stalami po wyżarzaniu normalizującym (N).




W zakresie granicy plastyczności powyżej 550MPa stale po obróbce termomechanicznej z przyspieszonym chłodzeniem i odpuszczaniem(A+T) posiadają niższy równoważnik węgla niż stale ulepszone cieplnie (Q) z czego wniosek, że są one łatwiej spawalne niż stale po normalizowaniu lub ulepszaniu cieplnym.




Z uwagi na mniejszą zawartość składników stopowych (a szczególnie C) stale obrobione termomechanicznie posiadają mniejszą skłonność do utwardzania się w SWC niż stale walcowane w sposób konwencjonalny. Zmniejsza się ryzyko wystąpienie pęknięć zimnych.

Do oceny skłonności stali do powstania pęknięć zimnych zastosowano próbę implant (uwzględnia ona również czynnik wodoru dyfundującego i naprężenia) po przeprowadzeniu której ustalono, że stale walcowane termomechanicznie charakteryzują się niższym równoważnikiem węgla oraz niższą zawartością samego węgla i są łatwiej spawalne niż stale w stanie normalizowanym, ponieważ wymagane temperatury podgrzewania wstępnego są niższe lub w ogóle można je spawać bez podgrzewania. W stalach walcowanych termomechanicznie o mniejszej zawartości węgla niż w stalach normalizowanych lub walcowanych normalizująco spoiny charakteryzują się wyższą udarnością, nawet przy większym wymieszaniu stopiwa z roztopionym materiałem rodzimym. Również odporność na kruche pękanie stali po obróbce termomechanicznej jest wyższa niż w przypadku stali normalizujących. Stali walcowanych termomechanicznie nie stosuje się na elementy konstrukcji wymagające kształtowania na gorąco lub pracujące w podwyższonych temperaturach, ponieważ stan umocnienia tych stali zostałby uszkodzony. Należy wówczas stosować stale w stanie normalizowanym.

Aby uzyskać własności wytrzymałościowe spoin odpowiadające odpowiednim własnościom stali obrobionych termomechanicznie, materiały dodatkowe do spawania powinny mieć większą zawartość składników stopowych niż materiał rodzimy. W wyniku tego przemiana γ→α w metalu spoiny zachodzi w niższej temperaturze aniżeli w obszarze SWC co powoduje, że spoina staje się bardziej skłonna do powstawania zimnych pęknięć niż materiał rodzimy w odróżnieniu do stali w stanie normalizowanym. Pęknięcia zimne mogą powstać na ogół wzdłuż granic ziarn ferrytu i bainitu i często są zorientowane pod kątem 45° do kierunku spawania. Istotnym jest zatem odpowiedni dobór składu chemicznego spoiw oraz stosowanie niskowodorowych procesów spawania.

Korzyści wynikające ze stosowania stali walcowanych termomechanicznie:

- jeżeli stal w stanie normalizowanym (S460N) zastąpimy stalą walcowaną termomechanicznie (S460M), która ma lepszą spawalność, dzięki czemu możemy ograniczyć wysokość temperatury podgrzewania wstępnego lub nawet zrezygnować całkowicie z podgrzewania. W wyniku tego cały proces spawania staje się prostszy i uzyskujemy oszczędności wynikające z odpadnięcia kosztów podgrzewania oraz skrócenia czasu wykonywania prac spawalniczych.

- jeżeli stal normalizowaną (S355N) zastąpimy stalą walcowaną termomechanicznie o wyższej granicy plastyczności (S460M) to uzyskamy korzyści wynikające ze zmniejszenia przekrojów elementów konstrukcyjnych, przez co konstrukcje spawane o tej samej nośności są bardziej smukłe i lżejsze. Zastosowanie stali o wyższej granicy plastyczności obniża również koszty spawania, ponieważ objętość spoin jest mniejsza a co za tym idzie zmniejsza się zużycie materiałów dodatkowych, skraca czas spawania, zmniejsza się ilość kosztów poniesionych w wyniku prostowania konstrukcji oraz badania spoin.

(41)

Metody doboru stali na konstrukcje spawane

W doborze gatunku stali na konstrukcje spawane należy się kierować własnościami mechanicznymi stali, uwzględniając wpływ technologii spawania na własności połączenia spawanego. Do najistotniejszych czynników zaliczamy te, które powodują zmianę ( pogorszenie) własności plastycznych stali, a mianowicie:

• skład chemiczny - wysoki równoważnik węgla pogarsza spawalność

• zawartość węgla - powyżej 0,22% sprzyja powstawaniu warstw utwardzonych

• stopień uspokojenia - stale nieuspokojone są skłonne do starzenia, co wpływa na udarność

• naprężenia własne - miejscowo osiągające granice plastyczności stali powodując powstawanie przestrzennego stanu naprężeń

Jednocześnie należy uwzględnić czynniki konstrukcyjne a mianowicie:

• warunki pracy konstrukcji oraz konkretnego elementu konstrukcyjnego

• ważność poszczególnych części w zespole konstrukcyjnym

Spośród czynników konstrukcyjnych najważniejszymi są:

• temperatura pracy konstrukcji

• grubość materiału stosowanego na część konstrukcji

• rodzaj obciążeń - stałe lub zmienne, stan naprężeń

• ważność konstrukcji i jej części

Stal na konstrukcje spawane dobiera się ustalając jej kategorię wytrzymałości z warunków ekonomicznego wykorzystania oraz grupę jakości (odmianę plastyczności) z warunków jej spawalności i odporności na kruche pękanie.

Przy doborze kategorii wytrzymałości należy uwzględnić, że stale o podwyższonej i wysokiej wytrzymałości mogą być racjonalnie wykorzystywane w elementach obciążonych w przeważającym stopniu statycznie rozciąganych, w silnie obciążonych elementach ściskanych o małej smukłości oraz w elementach zginanych o małej i średniej rozpiętości. W przypadku smukłych słupów wytrzymałość stali o wysokiej wytrzymałości nie może być w pełni wykorzystana ze względu na wcześniejszą utratę stateczności(wyboczenie) a w przypadku długich belek - ze względu na ich ugięcie, które wcześniej przekracza dopuszczalne wartości.

Z tych względów większość spawanych konstrukcji stalowych wykonuje się ze stali niskowęglowych o granicy plastyczności R_e = 240 MPa a te elementy, w których wyższa wytrzymałość rekompensuje wyższy koszt stali, wykonuje się ze stali niskostopowych głównie S355

Wybór grupy jakości stali polega na określeniu jej stopnia uspokojenia i odmiany plastyczności. Jest on dość złożony, gdyż jest zależny od kilku czynników (wymienionych wyżej), których liczbowa ocena jest trudna. Ogólnie należy kierować się następującymi zasadami. W konstrukcjach stalowych obciążonych przeważająco statycznie, których ukształtowanie, obciążenia i warunki eksploatacji nie stwarzają zagrożenia kruchym pęknięciem, na elementy nośne stosuje się stale bez wymagań poziomu udarności. Na główne elementy nośne rozciągane lub zginane o grubości g>10 mm, narażone na kruche pęknięcie ze względu na duże spiętrzenie naprężeń, dynamiczny charakter obciążeń, pracę w obniżonych temperaturach, należy stosować stal o udarności potwierdzonej atestem.

(42)

Rodzaje tworzyw, metody łączenia tworzyw sztucznych

PODSTAWOWE INFORMACJE O TWORZYWACH SZTUCZNYCH

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.

PODZIAŁ TWORZYW SZTUCZNYCH

Ze względu na rodzaj przetwórstwa tworzywa sztuczne można podzielić na 3 grupy:

• tworzywa termoplastyczne

• tworzywa termoutwardzalne

• tworzywa chemoutwardzalne

Tworzywa termoplastyczne (nas interesujące) są to substancje wysokopoli-meryczne, które miękną i stają się plastyczne w podwyższonej temperaturze i w tym stanie mogą przebywać, dając się kształtować. Po ostudzeniu natomiast zachowują nadane im kształty i odzyskują pierwotne własności, przy czym cykl uplastycznienia pod wpływem temperatury 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 charakteryzują się tym, że pod wpływem wzrostu temperatury następuje najpierw ich ukształtowanie (np. w formie) a następnie utwardzenie. Nie jest możliwe ich powtórne przetwarzanie. Typowym przykładem takiego tworzywa jest bakelit.

Tworzywa chemoutwardzalne zbudowane są na bazie żywic epoksydowych i włókna szklanego. Przy ich przetwórstwie zachodzi reakcja chemiczna w wyniku której następuje zestalenie włókna szklanego z żywicą. Tworzywa te również nie nadają się do powtórnego przetwarzania.

RODZAJE TWORZYW SZTUCZNYCH TERMOPLASTYCZNYCH

Najczęściej stosowane w technice tworzywami termoplastycznymi są:

• polichlorek winylu PCV

• polietylen PE

• polipropylen PP

• polifluorek winilidenu PVDF

KRÓTKA CHARAKTERYSTYKA WYMIENIONYCH TWORZYW

POLICHLOREK WINYLU (PVC) - tworzywo amorficzne wytwarzane

z gazowego chlorku winylu w procesie polimeryzacji.

Wadą polichlorku winylu jest jego kruchość w niskich temperaturach, stąd np. rurociągi wodne muszą być prowadzone poniżej przemarzania ziemi. Najczęstsze zastosowania: przewody nawiewne, wywiewne do odciągania gazów o średnicach >150 mm, doprowadzenia wodne do nawadniania, uszczelniania budowlane, uszczelniania kanałów.

POLIETYLEN (PE) - tworzywo otrzymywane przez polimeryzację etylenu.

Do najważniejszych zalet polietylenu należą: duża wytrzymałość mechaniczna, elastyczność, odporność na większość ciekłych i gazowych substancji chemicznych, eliminacja zabezpieczeń antykorozyjnych, obojętność fizjologiczna tworzywa, duża odporności na niskie temperatury. Polietylen jest tworzywem „ekologicznym", nie wprowadza żadnych zanieczyszczeń. Każdy odpad polietylenowy może być łatwo przerobiony ponownie na inny wyrób.

Najczęstsze zastosowanie LDPE - rury przeznaczone do transportu wody i substancji chemicznych, MDPE - rury przeznaczone do transportu gazu, wody (zamarzanie wody w rurach wodociągowych nie powoduje w nich żadnych uszkodzeń),oraz substancji chemicznych, szczególnie na terenach szkód górniczych, HDPE - rury do transportu gazu wody oraz substancji chemicznych. Opakowania świeżych artykułów spożywczych.

POLIPROPYLEN (PP) - otrzymywany przez polimeryzację propylenu.

Zastosowanie:

• instalacje i rurociągi wodne,

• podzespoły, obudowy, kształtki w przemyśle elektrycznym,

• części izolacyjne w przemyśle elektromechanicznym,

• izolacja w przemyśle kablowym, opakowania w przemyśle farmaceutycznym, spożywczym i medycynie,

• części i podzespoły samochodowe,

obudowy i podzespoły urządzeń AGD

POLIFLUOREK WINILIDENU (PVDF) - tworzywo o bardzo szerokim zakresie temperatur pracy od - 40 0 do +140 °C, posiada dobre własności mechaniczne i wysoką odporność chemiczną.

Jest to materiał bardzo czysty, nie zawierający żadnych dodatków stabilizacyjnych takich jak: plastyfikatory, 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.




ZGRZEWANIE DOCZOŁOWE

Zgrzewanie doczołowe polega na bezpośrednim nagrzewaniu łączonych elementów przy pomocy płyty grzejnej (podgrzanej wcześniej do odpowiedniej temperatury) z następnym dociśnięciem do siebie elementów zgrzewanych. Podczas nagrzewania elementy łączone są dociśnięte do płyty grzejnej, z której przez wykorzystanie przewodnictwa cieplnego, ciepło jest dostarczane do brzegów łączonych elementów zgrzewanych

ZGRZEWANIE POLIFUZYJNE (MUFOWE)

Metoda ta 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 63 mm realizowana jest ręcznie, powyżej tej średnicy zgrzewarki wyposaża się w odpowiednie oprzyrządowanie.

ZGRZEWANIE ELEKTROOPOROWE

Element grzejny jest zintegrowany ze złączką w postaci spirali oporowej nawiniętej wewnątrz złączki. Produkuje się dużą gamę różnego rodzaju złączek, od prostych mufek poprzez trójniki, redukcje, do specjalnych siodełek. Metoda ma wiele zalet zwłaszcza przy wykonywaniu gazociągów z PEHD. Główną z nich jest stosunkowo mała zależność od czynnika ludzkiego oraz możliwość znacznej automatyzacji i rejestracji przebiegu procesu. Wadą tej metody jest wysoki koszt złączek, a także samych urządzeń.

Metoda zgrzewania elektrooporowego pozwala na łączenie rur do średnicy 400 mm (630 mm).

ZGRZEWANIE GORĄCYM KLINEM

Proces zgrzewania jest prosty i nie nastręczający dużych kłopotów. Metoda stosowana do wykonywania złączy zakładkowych na elementach o grubości do 2 mm, a szczególnie zalecana do łączenia folii w zakresie grubości 0,1 - 1,0 mm.

Łączone powierzchnie folii są czyszczone, po czym składane na zakładkę. Między założone powierzchnie folii wprowadza się nagrzane narzędzie w postaci „klina", który przesuwany jest wzdłuż zakładki, klin uplastycznia powierzchnie folii. Za nagrzanym narzędziem, prowadzona jest rolka radełkowana dociskająca do siebie uplastycznione powierzchnie.

ZGRZEWANIE TARCIOWE

Zgrzewanie tarciowe jest metodą łączenia charakteryzującą się tym, że połączenie elementów powstaje w wyniku działania docisku na powierzchnie części nagrzanych ciepłem tarcia. Jedna część umocowana jest w uchwycie na tarczy obrotowej, natomiast druga w uchwycie zaciskowym stałym. Dosuwając część unieruchomioną do części obracającej się wywołuje się tarcie stykających się powierzchni, które w miarę wzrastania docisku powoduje podwyższenie temperatury części. Proces zgrzewania tarciowego kończy się zatrzymaniem procesu tarcia i włączeniem docisku spęczania. Istotną rzeczą jest nie odmocowywanie części połączonych do momentu ich ochłodzenia. Metodą tarcia można łączyć części wykonane z: polichlorku winylu (PVC), polimetakrylanu metylu (PMMA), polistyrenu (PS), polietylenu (PE), polipropylenu (PP), poliamidu (PA).

ZGRZEWANIE ULTRADŹWIĘKOWE

Przy zgrzewaniu ultradźwiękowym wypraski w strefie styku ulegają uplastycznieniu pod działaniem energii drgań ultradźwiękowych. Po uplastycznieniu wywierany jest określony docisk na elementy łączone. Siła docisku przykładana jest 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. Tą metodą zgrzewania wykonuje się np.: wirniki wentylatorów, schowki w desce rozdzielczej samochodu, przełączniki, koperty do zegarków.

SPAWANIE GORĄCYM POWIETRZEM

Spawanie gorącym powietrzem jest metodą łączenia trudniejszą aniżeli zgrzewanie. Do spawania używa się spoiwa w postaci „drutu" o właściwościach zbliżonych do właściwości materiału podstawowego, a brzegi materiału podstawowego są przygotowane poprzez ukosowanie tworząc tym samym rowek spawalniczy. Zarówno rowek spawalniczy, jak i spoiwo, są nagrzewane gorącym powietrzem wypływającym z palnika, uplastyczniającym powierzchnie rowka spawalniczego wraz z materiałem dodatkowym. Spoiwo wtłaczane jest w rowek spawalniczy przy możliwie pionowym nacisku.

(43)

Żeliwo - podział i spawalność

STRUKTURA, WŁASNOŚCI I RODZAJE ŻELIWA

Żeliwo zawiera zwykle od ok. 2 do ok. 4% węgla. O rodzaju struktury żeliwa decydują warunki chłodzenia odlewu żeliwnego. Przy szybkim chłodzeniu powstaje struktura żeliwa białego, a to samo żeliwo studzone powoli krzepnie jako szare. W zależności od postaci, w jakiej występuje węgiel, rozróżnia się żeliwa:

1. Żeliwo białe (w których węgiel jest związany w cementycie) jest materiałem bardzo twardym, kruchym i trudnoobrabialnym i z tego względu nie nadaje się na części konstrukcyjne. Stanowi ono produkt wyjściowy do produkcji żeliwa ciągliwego.

2. Żeliwo połowiczne (pstre), w których występuje grafit i cementyt) także nie znajduje bezpośredniego zastosowania. Niekiedy stosuje się jednak tzw. odlewy zabielone np. walce, bębny młynów, które na powierzchni posiadają strukturę żeliwa białego, następnie połowicznego, a rdzeń ma strukturę żeliwa szarego.

3. Żeliwo szare jest najpowszechniej stosowanym materiałem odlewniczym w budowie maszyn.

Decydują o tym przede wszystkim:

• stosunkowo niska cena - żeliwo otrzymuje się wprost z surówki;

• niska temperatura topnienia;

• mały skurcz odlewniczy;

• dobre własności wytrzymałościowe;

• dobra skrawalność;

• dobre własności ślizgowe;

• największą zdolność tłumienia drgań spośród wszystkich stopów żelaza; mała wrażliwość na karby zewnętrzne; stosunkowo wysoka wytrzymałość zmęczeniowa.

O tych własnościach żeliwa szarego decyduje jego struktura, która składa się z:

osnowy metalicznej (ferryt, perlit lub ich mieszaniny); grafitu w różnych postaciach.

Ilość i kształt grafitu oraz jego rozłożenie wywiera istotny wpływ na własności mechaniczne żeliwa. Grafit, odmiana alotropowa węgla, jest bowiem bardzo miękki, a jego wytrzymałość jest bliska zeru.

4. Żeliwo ciągliwe- jest otrzymywane z żeliwa białego w wyniku długotrwałej obróbki cieplnej (wyżarza-nie grafityzujące) w temperaturze ok. (900-1050°C). Żeliwo ciągliwe może być: białe lub czarne.

5. Żeliwo ciągliwe białe (odwęglone) - żeliwo odlewane jako żeliwo białe, a następnie poddane obróbce cieplnej w atmosferze odwęglającej w celu uzyskania materiału częściowo lub całkowicie odwęglonego. Grafit, o ile występuje w strukturze, ma postać grafitu żarzenia.

6. Żeliwo ciągliwe czarne (nieodwęglone) - żeliwo odlewane jako żeliwo białe, a następnie poddane obróbce cieplnej w atmosferze obojętnej, zawierające grafit, który w całości występuje w postaci grafitu żarzenia.

SPAWALNOŚĆ ŻELIWA

Żeliwo jest materiałem trudno spawalnym ze względu na:

• dużą kruchość zwykłych gatunków żeliwa o graficie płatkowym;

• dużą skłonność do pękania podczas spawania, wywołaną naprężeniami termicznymi;

• niekorzystne zmiany w strefie wpływu ciepła, polegające na powstawaniu bardzo twardego i kruchego żeliwa białego przy szybkim stygnięciu spoiny;

• zwykle duże wymiary gabarytowe odlewów żeliwnych i duże przekroje spawane.

SPAWANIE ŻELIWA

Spawanie żeliwa stosuje się do:

• usuwania wad w nowo wykonanych odlewach;

• naprawy odlewów uszkodzonych podczas eksploatacji;

• łączenie odlewów ze sobą lub odlewów z elementami stalowymi w jedną całość konstrukcyjną;

SPAWANIE ŻELIWA NA GORĄCO

Spawanie żeliwa na gorąco polega na spawaniu odlewu podgrzanego do temperatury około 700 °C.

Warunki podgrzewania odlewu przed spawaniem:

• bardzo wolno i równomiernie; prędkość podgrzewania około 100 °C/h;

• w typowych piecach lub w specjalnych komorach;

• tylko małe odlewy można podgrzewać palnikami gazowymi.

Podczas spawania należy:

• stosować spoiwo o stopiwie żeliwa;

• stosować topnik przy spawaniu gołymi pałeczkami żeliwnymi;

• kontrolować temperaturę odlewu;

• spawać bez przerw aby odlew zbytnio nie ostygł;

• gdy temperatura odlewu obniży się do około 600 °C, przerwać spawanie i dogrzać odlew;

• przy dużych odlewach zaangażować dwóch lub więcej spawaczy (spawanie na zmianę) ze względu na trudne warunki pracy; natychmiast po zakończeniu spawania włożyć odlew do nagrzanego (ok. 700 °C) pieca.

Warunki chłodzenia odlewu po spawaniu: jeszcze bardziej wolno i równomiernie; prędkość stygnięcia do około 50 °C/h; zawsze razem z piecem lub komorą.

Metody spawania żeliwa na gorąco:

• gazowe, palnikiem tlenowo-acetylenowym;

• łukowe, elektrodami otulonymi;

• łukowe, elektrodą węglową lub wolframową (TIG); łukowe, gołymi prętami na osnowie niklu.

SPAWANIE ŻELIWA NA ZIMNO

Spawanie żeliwa na zimno wykonuje się bez wstępnego podgrzewania i tylko metodami łukowymi

Przy tej metodzie spawania należy:

spawać możliwie małą energią liniową łuku - stosować małe natężenia prądu;

• układać krótkie spoiny aby odlew lokalnie nie nagrzał się powyżej (60-70)°C - ciągle kontrolować temperaturę odlewu w miejscu spawania; długość jednego odcinka spoiny nie powinna przekraczać (20+30) mm; pierwszy odcinek spoiny ułożyć na środku pęknięcia, następne na obu końcach pęknięcia (przy wywierconych otworach) itd. na przemian aż do wykonania całego ściegu;

• stosować szerokie ściegi zakosowe, które są łatwiejsze do przekuwania; przy spoinie wielowarstwowej, każdą następną warstwę wykonywać odcinkami przesuniętymi np. o połowę długości odcinka, względem warstwy poprzedniej; po ułożeniu każdego odcinka spoiny, przerwać spawanie a spoinę natychmiast lekko przekuwać; do przekuwania stosować lekki młotek, o masie do 0,75 kg, z zaokrągloną końcówką o promieniu (3-4)mm; podczas przekuwania uderzać lekko młotkiem, poczynając od środka lica ściegu, wzdłuż całego odcinka, a kończąc na bokach ściegu; otwory wykonane na obu końcach pęknięcia spawać na końcu, po wykonaniu całej spoiny;

• w przypadku gdy zukosowane brzegi są uzbrojone kołkami stalowymi należy najpierw pojedynczo przyspawać kołki do ścianek rowka, a dopiero potem rozpocząć właściwe spawanie.

Żeliwo metodą "na zimno" spawa się za pomocą:

elektrod otulonych;

drutów lub prętów litych lub proszkowych (MIG, MAG, TIG).

Elektrody otulone do spawania żeliwa na zimno:

niklowe, np. EŻNi;

niklowo-żelazne, np. EŻS, EŻFeNi;

niklowo-miedziane (monelowe), np. EŻM;

miedziane, np. EŻCu;

o stopiwie stali specjalnej;

Skład chemiczny spoin wykonywanych metodą na zimno jest całkowicie odmienny od składu chemicznego żeliwa.

LUTOSPAWANIE ŻELIWA

Zasada procesu

Wykonywanie połączenia spoiwem na osnowie miedzi o temperaturze topnienia (zwykle do ok. 950°C) zawsze niższej od temperatury topnienia żeliwa, z zastosowaniem nagrzewania palnikiem tlenowo - acetylenowym i techniki wykonywania połączenia jak przy spawaniu gazowym. Podczas lutospawania żeliwo nie ulega nadtopieniu (spoiwo zwilża ścianki rowka), a zatem nie występuje zagrożenie tworzenia się twardej i kruchej warstwy zabielonej.

Materiały dodatkowe:

spoiwa mosiężne, niekiedy z dodatkiem krzemu, niklu, manganu, srebra itp.; topniki typu boraksowego - jak do lutowania twardego stali niestopowych spoiwami mosiężnymi.

Przygotowanie złącza:

oczyścić uszkodzone miejsce odlewu;

za pomocą obróbki mechanicznej zukosować pęknięcie odlewu żeliwnego jak do spawania;

usunąć grafit z powierzchni ścianek rowka poprzez:

=> wypalenie grafitu płomieniem utleniającym i następnie oczyszczenie

powierzchni szczotką stalową; => piaskowanie i oczyszczenie powierzchni;

=> wytrawienie chemiczne i oczyszczenie z resztek środka trawiącego;

Przebieg procesu:

ścianki rowka pokryć odpowiednim topnikiem;

nagrzać ścianki rowka do temperatury około (750-850)°C - zbliżonej do temperatury topnienia spoiwa; pobielić powierzchnie rowka spoiwem;

bezpośrednio po pobieleniu wypełnić rowek spoiwem, jednym lub kilkoma ściegami, stosując technikę spawania gazowego w lewo; po skrzepnięciu lutu wstawić naprawiany odlew do pieca lub gorącego piasku aby zapewnić wolne stygnięcie.

Zastosowanie:

naprawy uszczelniające odlewów wykonanych z żeliwa szarego lub ciągliwego -wytrzymałość połączeń lutospawanych jest stosunkowo niska (około 150-250 MPa).

ZALETY I WADY SPAWALNICZYCH TECHNOLOGII NAPRAWY ODLEWÓW ŻELIWNYCH

Spawanie na gorąco:

• uszkodzony odlew wymaga całkowitego demontażu; duża pracochłonność (wielogodzinne podgrzewanie i stygnięcie odlewu); przy dużych odlewach zapewnienie wymaganych warunków podgrzewania i stygnięcia może okazać się bardzo trudne technicznie lub wręcz niemożliwe;

• przy odlewach o złożonych kształtach mogą wystąpić odkształcenia i zmiany niektórych wymiarów;

• małe ryzyko ponownego pęknięcia odlewu; tanie materiały dodatkowe do spawania;

• dobre własności spoin (połączenia homogeniczne) i łatwe do obróbki mechanicznej;

• bardzo trudne warunki pracy spawacza, ze względu na promieniowanie cieplne nagrzanego odlewu.

Spawanie na zimno:

• eliminacja pracochłonnego podgrzewania odlewu;

• możliwość naprawy korpusu przy tylko częściowym demontażu urządzenia,

• a niekiedy nawet bez demontażu;

• istnieje ryzyko ponownego pęknięcia odlewu nawet przy stosunkowo niewielkich uchybieniach w technologii spawania; kolor spoin znacznie różniący się od materiału rodzimego; stosunkowo drogie materiały dodatkowe, zwłaszcza spoiwa niklowe; praca spawacza żmudna ale warunki pracy znacznie korzystniejsze niż przy spawaniu na gorąco.

Lutospawanie:

• prosty technicznie i stosunkowo tani sposób naprawy odlewu; niska temperatura procesu - żeliwo nie ulega nadtopieniu; brak zagrożeń charakterystycznych dla spawania żeliwa na zimno; możliwość naprawy uszkodzeń odlewów nie narażonych na duże obciążenia podczas eksploatacji;

• stosunkowo niska wytrzymałość lecz dobra szczelność połączeń; potrzeba lokalnego nagrzania palnikiem gazowym do temperatury zwilżania ogranicza zastosowanie do naprawy odlewów o niezbyt złożonych kształtach oraz niewielkiej masie; połączenia bardzo łatwe do obróbki mechanicznej; kolor połączeń znacznie różniący się od materiału rodzimego.

(44)

Stopy aluminium i ich spawalność

Aluminium ( Al ) - niska masa właściwa 2,7 g/cm³ , najbardziej rozpowszechniony pierwiastek w skorupie ziemskiej (8,13%), wskazuje duże powinowactwo do tlenu, tworzy na powierzchni trwały, wysokotopliwy tlenek Al₂O₃ o właściwościach pasywacyjnych. Aluminium cechuje się dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym (gorszym jednak niż miedź), stąd jego zastosowanie na przewody elektryczne. Własności wytrzymałościowe czystego aluminium są stosunkowo niskie, dlatego stosuje się stopy, które po odpowiedniej obróbce cieplnej mają wytrzymałość nawet kilkakrotnie większą. Stopy aluminium cechują się korzystnym parametrem konstrukcyjnym, tzn. stosunkiem wytrzymałości do ciężaru właściwego, który jest większy niż dla stali, a oprócz tego ich udarność nie maleje w miarę obniżania temperatury, dzięki czemu w niskich temperaturach mają większą udarność niż stal. Mają jednak niską wytrzymałość zmęczeniową.

Spawalność stopów aluminium jest gorsza niż stali konstrukcyjnych. Do dobrze spawalnych zalicza się oprócz aluminium stopy z grupy AI.-Mg, AI-Mn, Al-Zn. Bar­dzo trudno spawalne są stopy z grupy AI-Cu, charakteryzujące się wysoką wytrzy­małością.

Stopy aluminium

Podstawowe składniki stopowe: mangan (Mn), magnez (Mg), krzem (Si), miedź (Cu), cynk (Zn), lit (Li).

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 (np. EN AW-8090)

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 spawalna.

OBRÓBKA CIEPLNA - RODZAJE:

• Wyżarzanie

• rekrystalizujące (300-400^oC) - w celu wyeliminowania skutków obróbki plastycznej - przywraca właściwości plastyczne,

• odprężające (100-150^OC) - w celu wyeliminowania naprężeń odlewniczych, spawalniczych itp.,

• Utwardzanie dyspersyjne (wydzieleniowe)

• przesycanie w wysokich temperaturach (400-500^OC) i szybkie chłodzenie, w celu rozpuszczenia i utrzymania w roztworze przesyconym związków metalicznych,

starzenie naturalne lub sztuczne (100^OC) w celu wydzielenia się związków międzykrystalicznych na granicach ziarn osnowy stopu.

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 niska wytrzymałość w temp. powyżej 500°C (głównie jednak chodzi o Aluminium mniej o stopy aluminium)

Metody spawania stopów aluminium:

Spawanie łukowe metodą TIG

Rodzaj prądu - tylko przemienny

Rodzaj gazu: argon, hel, mieszanki argon-hel (25%-75%Ar, reszta He) - najczęściej stosowane z uwagi na zapewnienie skutecznego „czyszczenia katodowego”

Rodzaj elektrody: wolframowe z dodatkami tlenków toru, tantalu, itru

Zalety procesu: wysoka jakość, możliwość spawania we wszystkich pozycjach, regularny układ spoin i wysoka estetyka,

Wady procesu: stosunkowo mała wydajność, duża strefa nagrzania-skurcz, naprężenia)

Spawanie łukowe metodą MIG

Rodzaj prądu - stały „+” z uwagi na skuteczne usuwanie warstewki tlenków - tzw. ” czyszczenie katodowe”

Rodzaj gazu: argon, hel, mieszanki argon-hel (25%-75%Ar, reszta He) - najczęściej stosowane z uwagi na zapewnienie skutecznego „czyszczenia katodowego”

Średnica drutów: 0,8 - 1,6mm

Prędkość spawania: ok. 5-krotnie wyższa niż przy spawaniu metodą TIG

Zalety procesu: wysoka wydajność, mała strefa nagrzania,

Wady procesu: skłonność do powstawania wad zewnętrznych (podtopienia, wypukłe lico, itp.) przy spawaniu w pozycjach przymusowych; skłonność do występowania porowatości.

Spawanie gazowe

Złącza doczołowe, spawanie jednowarstwowe palnikiem acetylenowo-tlenowym, metoda w lewo

Zalety: powszechność sprzętu, możliwość pracy w warunkach warsztatowych

Wady: stosowanie topników (potencjalne zagrożenie korozją), duża strefa nagrzania (naprężenia, odkształcenia, pęknięcia), mała wydajność.

Spawanie łukowe elektrodą otuloną

Inne metody: spawanie łukowe pod topnikiem, plazmowe, elektronowe, laserowe, laserowe wzmocnione łukiem plazmowym.

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

6

1.6

Instytut Spawalnictwa w Gliwicach

1.6

Instytut Spawalnictwa w Gliwicach

1.6

Instytut Spawalnictwa w Gliwicach

1.6

Instytut Spawalnictwa w Gliwicach

1.6

Instytut Spawalnictwa w Gliwicach

1.6

1.6

Instytut Spawalnictwa w Gliwicach

1.6

1.6

Instytut Spawalnictwa w Gliwicach

136

Nowe normy

PN-EN 5817

PN-EN 10042

Rys. 11 Graficzna ilustracja warunków równowagi statycznej (punktu pracy) spawa­lniczego źródła energii - łuk spawalniczy;

1 - charakterystyka statyczna opadająca spawalniczego źródła energii,

2 - fragment charakterystyki statycznej łuku spawalniczego

---