16
|
Metody natryskiwania i napawania Zużycie ścierne, metody badań Omów naprężenie i odkształcenia w konstrukcjach spawanych z aluminium Personel badań nieniszczących wg 473 |
Metody natryskiwania i naprawiania:
Natryskiwanie jest to proces nakładania warstw z materiałów metalicznych, ceramicznych, tworzyw sztucznych, w stanie ciekłym lub częściowo stopionym za pomocą odpowiedniego źródła ciepła, na podłoże metaliczne lub niemetaliczne.
Charakterystyczną cechą procesu jest brak przetopienia materiału podłoża oraz adhezyjne lub mechaniczne połączenie natryskiwanej warstwy z podłożem.
Metody natryskiwania (w zależności od źródła ciepła) dzielą się na:
gazowe - jest to proces w którym źródłem ciepła jest płomień gazowy otrzymany przez spalenie w tlenie gazu palnego (acetylen, propan-butan, wodór, gaz ziemny).Powłoka ta powstaje na wskutek stopienia i rozpylenia cząstek które uderzają w podłoże ulegając spłaszczeniu. Dzięki czemu tworzą się cienkie warstewki dopasowujące się do nierówności podłoża. Wiązania występujące pomiędzy tymi powłokami nazywamy adhezyjnymi.
W zależności od postaci materiału dodatkowo rozróżnia się natryskiwanie przy użyciu druta i proszku.
gazowo-proszkowe istotą procesu jest podawanie proszku metalicznego z pojemnika w strefę płomienia gazowego, topnienie proszku metalicznego ciepłem płomienia gazowego, podanie stopionego proszku na natryskiwany przedmiot przy pomocy ciśnienia gazów płomienia.
Typowe urządzenie do natryskiwania gazowo-proszkowego składa się z: palnika gazowego, pojemnika proszku, podajnika proszku i wyposażenia umożliwiającego zamocowanie palnika.
W zależności od wymagań powłoki stosuje się natryskiwanie gazowo-proszkowe na zimno(na zimny metal) i na gorąco(podgrzewać metal do 200 - 300 stopni).
Zastosowanie procesu natryskiwania gazowo-proszkowego: do nakładania powłok odpornych na ścieranie, kawitację i erozję cierną; do natryskiwania przedmiotów wymagających dużej żaroodporności i udarności; do natryskiwania elementów takich jak: łożyska, gniazda zaworów, czopy wałów, walce hutnicze, tłoczyska, cylindry silników, wirniki, łoża tokarek .
łukowe jest to łuk elektryczny jarzący się pomiędzy dwoma drutami stapia ich końce, a strumień sprężonego powietrza rozpyla stopiony metal na podłożu. Warunkami poprawnego procesu są: dokładnie ustawienie prowadnic drutu, styk drutów w równej odległości od dyszy.
Jarzenie się łuku jest utrzymywane dzięki:- jonizacji gazów między końcami drutów elektrodowych, -odpowiedniemu nastawieniu parametrów procesu(napięcie, natężenie prądu)
plazmowe- proces polega na stopnieniu proszku w łuku plazmowym i podaniu roztopionych cząstek strumieniem gazu plazmowego na przygotowane podłoże.
Zastosowanie procesu:- ochrona powierzchni roboczych matryc ze stali węglowych, -ochrona części silników odrzutowych,- wzrost odporności na zużycie łopatek sprężarek, -naprawa uszczelnień mechanicznych urządzeń naftowych,- naprawa ciągadeł i prowadnic przeciągarek drutów.
Napawanie- jest to proces nakładania na nadtopioną powierzchnię napawanego przedmiotu warstwy ciekłego metalu lub stopu, stopionego za pomocą odpowiedniego źródła ciepła.
Charakterystyczną cechą jest dokładne, metalurgiczne stopienie napoiny z metalem podłoża, którego udział w warstwie napawanej może dochodzić nawet do 60 %.
Metody napawania stosowane są praktycznie wszystkie metody spawania.
Najczęściej stosowane metody napawania:
-gazowo-proszkowe proces polega na ułożeniu na nadtopionej powierzchni warstwy ciekłego metalu stopionej ciepłem płomienia gazowego.
Cechy charakterystyczne procesu: dobra jakość napoiny, szeroki obszar zastosowania, niski koszt urządzeń i duża ekonomiczność procesu, niska wydajność napawania, konieczność starannego przygotowania powierzchni przedmiotów do napawania.
-łukiem krytym (drutem litym)
-metodą MIG/MAG drutem proszkowym
-plazmowo-proszkowe proces polega na stapianiu w łuku plazmowym materiału dodatkowego w postaci proszku i przenoszenie go na nadtopione podłoże.
Omów naprężenia i odkształcenia w konstrukcjach
spawanych z aluminium
Wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej i duży skurcz powoduje powstawanie naprężeń i odkształceń w złączach oraz pęknięć w spoinach.
Najprostszą metodą wymiarowania elementów konstrukcyjnych ze stopów aluminium jest metoda wymiarowania według naprężeń dopuszczalnych. Obliczenia polegają na sprawdzeniu czy naprężenia rzeczywiście nie przekraczają naprężeń dopuszczalnych. Naprężenia dopuszczalne są określone przepisami i normami dla odpowiednich materiałów, rodzajów konstrukcji i ich obciążeń oraz rodzaju połączeń. Przy obciążeniach statycznych największe naprężenie jest określone przy uwzględnieniu sztywności przekroju na rozciąganie, zginanie lub skręcanie z uwzględnieniem zasady superpozycji. Ponieważ stopy aluminium nie mają wyraźnej granicy plastyczności do obliczeń przyjmuje się umowną granicę plastyczności. Ze względu na zmienny, zależny od gatunku stopu i jego stanu (miękki, twardy, sztucznie lub naturalnie starzony),stosunek umownej granicy plastyczności do wytrzymałości naprężenia dopuszczalne oblicza się ze wzoru przyjmując wartość mniejszą. Właściwości wytrzymałościowe połączeń spawowych są z reguły niższe od własności przyjętych materiałów podstawowych, a więc wywierają decydujący wpływ na wielkość przekrojów, współczynników wytrzymałościowych i naprężeń dopuszczalnych.
Odkształcenia spawalnicze i ich usuwanie:
Stopy aluminium charakteryzują się dużym przewodnictwem cieplnym oraz dużą liniową i objętościową rozszerzalnością, co powoduje przy ich spawaniu znaczne odkształcenia, o ok. 1,5-2 razy większe niż podobnych konstrukcji ze stali. Poza tym konstrukcje z aluminium charakteryzują się małą sztywnością. W związku z tym w czasie ich wykonania istnieje niebezpieczeństwo odkształceń tych konstrukcji.
Wielkość odkształceń zależy od wielu czynników, między innymi od:
gatunku stopu i stopnia utwardzenia, grubości blach i kształtowników, zastosowanego rozwiązania konstrukcyjnego, procesu wykonawstwa konstrukcji, w tym od:
transportu i składania blach, sposobu przygotowania krawędzi do spawania, sposobu spawania, techniki i technologii spawania, sposobu transportu, składowania podzespołów, sekcji i bloków po spawaniu.
Sposoby zapobiegania odkształceniom. Najważniejsze zalecenia:
Konstrukcje należy projektować z blach i kształtowników o wymiarach możliwie największych w celu ograniczenia liczby spoin:
1.Przed montażem blachy prostować na prostowarkach.
2.Przy spawaniu spoin stykowych i usztywnień do poszycia stosować dociski zapobiegające odkształceniom blach.
3.Nie dopuszczać do niepotrzebnego powiększania wymiarów spoin zarówno pachwinowych jak i doczołowych.
4.Przy dużych grubościach spawanych blach zwiększać liczbę warstw przy jednoczesnym zmniejszaniu ilości roztopionego metalu w czasie jednego przejścia.
5.Stosować wszędzie tam, gdzie to tylko możliwe, spawanie półautomatyczne lub automatyczne metodą MIG.
Usuwanie odkształceń spawalniczych:
W przypadku gdy miejscowe i ogólne odkształcenia konstrukcji przewyższają dopuszczalne
należy przeprowadzić prostowanie. Stosuje się następujące metody: prostowanie bez nagrzania (na zimno),prostowanie przez nagrzanie miejscowe, prostowanie z zastosowaniem specjalnego oprzyrządowania i maszyn (metoda ta nie jest powszechnie stosowana gdyż wymaga ona specjalistycznych urządzeń).
Zużycie ścierne, metody badań
Zużycie ścierne- jest to zjawisko niszczenia warstwy wierzchniej ciał współpracujących w procesie tarcia w wyniku: skrawania lub mikroskrawania; bruzdowania; rysowania; ścinania nierówności powierzchni, cząstek ciała obcych (ścierniwa) lub produktów zużycia; oraz omywania erozyjnego; piaskowania (śrutowania); mielenia.
Zużycie ścierne w którym twardość ciała powodującego zużycie jest większa od twardości ciała zużywanego nazywane jest Abrazją.
Proces ścierania może przybierać formę: ścierania przez ziarna umocowane (papier ścierny, pilnik, ścieranie w węzłach tarcia przez chropowaty materiał), ścieranie w obecności ścierniwa (przedostanie się zanieczyszczeń pomiędzy powierzchnie trące i mogą: zagłębiać się w materiał, przetaczać się między powierzchniami, rozdrabniać się), ścieranie w masie ściernej( maszyny drogowe, rolnicze, górnicze).
Piaskowanie (śrutowanie) pod różnymi kątami padania strumienia ścierniwa: omywającego, omywająco - udarowego, udarowego.
Zmęczenie powierzchni w wyniku ścierania jest: oddziaływania na powierzchnię zmiennych sił (podczas walcowania), kawitacji i innych oddziaływań udarowych. Stwierdzono, że zużycie ścierne powierzchni materiałów plastycznych i kruchych zależy od kąta padania strumienia ścierniwa:
a)materiały plastyczne ulegają niszczeniu na skutek: mikroskrawania (ambrozji)- mikrokratery - pasma poślizgu-uskoki, które sprzyjają zużyciu ambrazyjnemu, deformacji plastycznej (extrusion forgnig) - zmęczenie powierzchni
b)materiały kruche zniszczeniu na skutek: kruchego odwarstwiania mikropłatków (microchpping).
Zapobieganie zmęczeniu powierzchniowemu: stosowanie tworzyw o dużej twardości i ciągliwości (udarności), stosowanie tworzyw jednofazowych (homogenicznych), stosowanie tworzyw wielofazowych (heterogenicznych) zawierających rozdrobnione i rozłożone w osnowie drobne twarde fazy, stosowanie elementów o dużej gładkości bez karbów irys.
Metody badań zużycia:
metoda wagowa,
metoda metryczna (pomiar wymiaru liniowego),
metoda zużycia profilograficznego (porównanie profilu przed i po próbie tarcia - dokładność do 0,2 mm ),
metoda sztucznych baz (odciski penetatrora - metoda Vickersa, Knoopa, Brinella),
pomiar zużycia za pomocą pomiaru ciśnienia i natężenia przepływu płynów przepływających przez szczelinę między trącymi elementami,
za pomocą czujników zegarowych,
za pomocą izotopów promieniotwórczych (aktywność substancji jest proporcjonalna do masy):
a)aktywacja neutronowa przez napromieniowanie w reaktorze jądrowym,
b)aktywacja protonowa przez napromieniowanie w akceleratorze liniowym,
stosowanie mieszanin pierwiastków ziem rzadkich (np. mieszaniny
53%Ce+22%La+15%Nd+3%Pr+1%Y)
Personel badań nieniszczących wg PN-EN 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.
1