AKADEMIA TECHNICZNO-ROLNICZA

IM. J.J. ŚNIADECKICH

W BYDGOSZCZY

WYDZIAŁ MECHANICZNY

Praca projektowa z Elementów Technologii Spajania

Temat: Technologia wykonania konstrukcji

spawanej - belki skrzynkowej

Prowadzący: Prof. dr hab. inż. Eugeniusz Ranatowski

Jakub SKOMOROKO

St. dzienne MGR

Semestr IX

Grupa A

Bydgoszcz 14.01.2004

Zgodnie z zawartą umową zobowiązany jestem do wykonania 30 konstrukcji skrzynkowych - belek mostowych. Każda z konstrukcji wykonana musi być zgodnie z obowiązującymi normami i w odpowiedniej klasie konstrukcji.

Spis normy użytych do projektowania i wykonania konstrukcja belki skrzynkowej :

PN-89/S-10050 - Obiekty mostowe. Konstrukcje stalowe. Wymagania i badania

PN-EN 729-2:1997- Spawalnictwo. Spawanie metali. Pełne wymagania dotyczące jakości w spawalnictwie

PN-EN ISO 13916:1999 - Spawalnictwo. Spawanie. Wytyczne pomiaru temperatury podgrzania, temperatury międzyściegowej i temperatury utrzymania

PN-EN 760:1998 - Materiały dodatkowe do spawania. Topniki do spawania łukiem krytym. Oznaczenie

PN-EN 27963:1993 - Połączenia spawane stali. Wzorzec kontrolny nr 2 do ultradźwiękowych badań stali

PN-EN ISO 6947:1999 - Spawalnictwo. Pozycje spawania. Określanie kątów pochylenia i obrotu

PN-87/M-69008 - Spawalnictwo. Klasyfikacja konstrukcji spawanych

Do wykonania konstrukcji została użyta stal niskostopowa o podwyższonej jakości: 18G2A.

Na następnej stronie dołączam dane o składzie chemicznym stali zgodnie z normą PN-86/H-84018. Znajdują się tam również dane dotyczące skłonności materiału do pęknięć (na gorąco, na zimno, lamelarnych i po obróbce cieplnej), a także wykres zawierający HV, KCU, Rm i Re. Ponadto w załączeniu daje wykres struktury stali 18G2A dla czasu t8/5 =28,9s. Oba wydruki są uzyskane z programu SPAW-EXPERT znajdującego się w Katedrze Inżynierii Materiałowej Akademii Techniczno-Rolniczej im. J.J. Śniadeckich w Bydgoszczy.

Spawalność stali 18G2A:

Stale o podwyższonej wytrzymałości (18G2A) są łatwo spawalne. Spawalność określa zdolność materiału do zachowania dobrych własności mechanicznych po spawaniu. Jest zależna od technologii spawania, konstrukcji złącza i składu chemicznego stali. Dobra spawalność zapewniona jest przez stosunkowo niską zawartość węgla poniżej 0,20% Stal ta zawiera dodatkowo nieduże ilości pierwiastków stopowych zwiększających wartość R_e i R_m w stosunku do dobrze spawalnych stali węglowych.

Spawalność stali, określona przez skład chemiczny, wyraża się przez tzw. równoważnik węgla C_e . Jeżeli wartość tego równoważnika jest niższa niż od 0,45, stal jest dobrze spawalna w warunkach ogólnie dostępnej technologii spawania. Gdy jest on wyższy, stale o podwyższonej wytrzymałości wymagają podgrzania przed spawaniem, regulowanego chłodzenia albo wyżarzania po spawaniu. Oblicza się go ze wzoru:

WNIOSEK:

Stal należy do dobrze spawalnych

Chcąc przeanalizować cykl cieplny stali 18G2A należy posłużyć się specjalnymi wykresami spawalniczymi przemian austenitu - CTPc-S (czas, temperatura, przemian ciągła spawanie). Wykresy te zostały sporządzone dla danej stali, na podstawie pomiarów dylatometrycznych/magnetycznych pozwalających określić początek i koniec przemiany austenitu w danych warunkach chłodzenia. Na załączonych wydrukach znajdują się wykresy CTPc-S (program SPAW-EXPERT) dla stali 18G2A. Z wykresów tych określić możemy czas t_800-500 i otrzymaną przy takim czasie chłodzenia strukturę.

Czas t_800-500 określić można także posługując się nomogramami opracowanymi wg źródeł japońskich. My jednak posiadamy wyznaczoną temperaturę t_800-500 a nomogramy posłużą nam w odmienny sposób. Wychodząc z analizy wykresów CTPc-S i chcąc uzyskać określoną strukturę w strefie wpływów cieplnych, dla której znamy czas t_800-500 , za pomocą nomogramu dobieramy energię liniową łuku oraz temperaturę wstępną podgrzania spawanych elementów.

Dane wyjściowe do określenia energii liniowej:

t_800-500 - 28,9s

g - 10mm

t₀ - 20ºC

­­

Nomogram do określania czasu t_800-500/energii liniowej E, przy spawaniu łukiem krytym

Chcąc wyznaczyć energię liniową należy:

- połączyć linią 1 skalę t₀ ze skalą g

- połączyć linią 2 punkt przecięcia prostej 1 z linią pomocniczą, ze skalą

t_800-500 i przedłużyć ją do przecięcia z drugą linią pomocniczą

- połączyć linią 3 punkt przecięcia prostej 2 z linią pomocniczą, ze

skalą g

- energię liniową wyznacza nam punkt przecięcia przedłużonej prostej 3

ze skalą E

Na podstawie nomogramu wyznaczona energia liniowa wynosi ok. 17kJ/cm

Korzystając z Normatywów Technologicznych dla spoin pachwinowych wykonywanych w pozycji korytkowej łukiem krytym dobieramy parametry spawania:

- energia liniowa 16,9 kJ/cm

- grubość spoiny 7 mm

- średnica drutu 3,25 mm

- ilość ściegów 2

- natężenie prądu 450 A

- napięcie łuku 28 V

- prędkość spawania 45 cm/min

- prędkość podawania drutu 107,3 m/h

- zużycie drutu na 1 ścieg 0,210 kg/m

- łączne zużycie drutu 0,420 kg/m

- zużycie topnika na 1 ścieg 0,277 kg/m

- łączne zużycie topnika 0,513 kg/m

- czas główny spawania na 1 ścieg 2,22 min/m

- łączny czas główny spawania 4,44 min/m

Konstrukcje ze stali o 18G2A (niskostopowa o podwyższonej jakości) należy spawać przy zachowaniu zaostrzonej dyscypliny technicznej. Zajarzenie łuku poza miejscem układania spoiny jest niedopuszczalne, gdyż taki „utwardzony punkt” na blasze stanowi karb, który przy niekorzystnym zbiegu okoliczności może okazać się inicjatorem pęknięcia.

Zapoczątkowanie spoin i ich zakończenie musi być wykonywane z większą uwagą, by uniknąć błędów, które w tych miejscach łatwo popełnić. Dlatego też przy wykonywaniu spoin należy stosować częściej płyty wybiegowe na początku i na końcu spoin czołowych, a przy spoinach pachwinowych należy dbać o to, żeby kratery na zakończeniu były wypełnione stopiłem i nie wykazywały wklęsłości.

Jeżeli spawamy blachy o grubości 10mm tak jak to ma miejsce w naszym przypadku, podgrzewanie wstępne nie jest wskazane.

---