SPAWALNOŚĆ-(zdolność materiałów metalowych do tworzenia złączy spawanych (spoin) o wymaganych, z góry określonych własnościach w wyniku zaistnienia procesów fizykochemicznych) decydują o niej: *czynniki metalurgiczne (skład chem., zaw. C i składników stopowych, sposób wykonywania i wykańczania wytopu, stopień zanieczyszczenia wtrąceniami niemet.), *czyn. konstrukcyjne (rodzaj i sztywność konstrukcji złącza spawanego, pole pow. przekroju łączonych elem, położenie spoin) *czyn. technologiczne (metoda spawania, rodzaj i średnica zastos. spoiwa, moc źródła ciepła użytego do spaw) *łatwospawalne: (do 40mm grubości), wszystkie stale niskowęgl., do 0,25%C; *średniospawalne: wymagają dodatk. zabiegów, większe średn. elektrod, podgrzew. przed spaw., większe natęż. prądu, wolniejsze spaw., niektóre st. niskostop.; *trudnospawalne: wymagają obr. cieplnej po spaw., żeliwo, stale wysokostop.; *niespawalne: mimo stos. wszystkich metod nie dają się łączyć, niektóre stopy aluminium, 1)spawalność metalurgiczna: zależy od składu chem., od zaw. gazów, od wtrąceń niemetal.. Równoważnik węgla Ce=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15<=0,49% to dobra spawaln. 2)technologiczna - zal. od met. spaw., techniki, warunków spaw., temp. 3)konstrukcyjna - zależy od rodz. sztywności konstrukcji, od wielk. łączonych el., od rodz spoin.SPAWANIE GAZOWE spaw. gdzie źródłem ciepła jest płomień gazowy (acet.-tlenowy), z użyciem spoiwa, następuje nadtopienie krawędzi materiału i spoiwa. Spoiwa - druty, po stopieniu łączące elem. (materiał spoiwa łączy się z mat. spawanym), skład chem. najlepiej taki jak mat. spawany
Gazy stos.: TLEN- gaz niepalny, podtrzymuje palenie, przechowywany w niebieskich butlach (zawór ze stożkiem, reduktor) przy ciśnieniu 15 MPa (150 Atm), po 20 MPa - postać ciekła. Argon, hel - szare, wodór - czerwona, butla musi stać. ACETYLEN - gaz palny, wysoka temp. płomienia (3100-3200°C), bezzapachowy, bezbarwny lecz techniczny posiada specyficzny zapach, sprężany do 15 MPa, podgrzewanie do 300°C, powyżej wybucha, a techniczny do 130°C, powyżej polimeryzacja - wybucha z powietrzem, reaguje wybuchowo pod ciśnieniem atmosferycznym, gdy stężenie C2H2 2,7-82% (gaz wybuchowy), przechow. pod ciśn. 1,5 MPa w żółtych butlach, wypełnionych masą porowatą i acetonem, otrzymywanie acetylenu w wytwornicach acetylenowych (ma postać zbiornika, w którym zachodzi reakcja między węglikiem wapnia i wodą, wytworzony w wytwornicach acetylen należy oczyścić z pyłu i usunąć z niego parę wodną, siarkowodór i inne zanieczyszczenia), w reakcji wody z karbidem CaC2+2H2O ->C2H2+Ca(OH)2. Płomień acetylenowo-tlenowy I etap - C2H2+O2=2CO+H2 II etap - CO+H2+O2=CO2+H2O. PŁOMIEŃ: w jądrze zachodzi rozpad acet. na wodór i węgiel, którego rozjarzone cząstki świecą jaskrawym blaskiem, w stożku spalanie wodoru na parę wodną i węgla na tlenek węgla, najwyższa temp. 2-3 mm od jądra, w kicie płomienia następuje spalanie tlenku węgla na dwutlenek węgla, to spalanie następuje przy częściowym udziale tlenu pobieranego z powietrza. Dobrze wyreg. płomień powinien się składać z wyraźnego krótkiego jądra oraz ze słabo świecącej kity. Gdy O2/C2H2=1,2 to płomień normalny, gdy >1,2 to nadmiar tlenu, płomień utleniający (kita skrócona, tlenki osłabiają metal, tworzą się pęcherze, do cynku, mosiądzu, żeliwa), gdy <1,2 pł. nawęglający (nieodpowiedni do spaw stali, ale do Al. i stopów Al, Ni, st.wysokowęglowe). Zalety płomienia: tanie, łatwo opanować, ale wprowadza zbyt dużo ciepła SPAWANIE ŁUKOWE ELEKTRODAMI OTULONYMI. Powstawanie łuku elektrycznego. Źródłem cieplnym jest łuk elektryczny powstały między elektrodą a materiałem. Łuk jest to świetlne wyładowanie elektryczności w ochronie gazowej. Do zajarzenia łuku potrzebne jest napięcie powyżej 30-50V. Podczas jarzenia się łuku napięcie spada do ok. 16-24V. Stosuje się natężenia prądu rzędu 30-40 A/mmØ. Dla prądu przemiennego napięcie potrzebne do zajarzenia wynosi ponad 50V. Temperatura łuku. Na biegunie ujemnym powstaje temperatura 2150oC, a na dodatnim ok. 2600oC. W słupie łuku występuje temperatura 4000-6000oC. Źródła prądu. Źródłem prądu są spawarki, które podczas procesu muszą zapewniać odpowiednie warunki spawania oraz odpowiedni czas powrotu zwarcia do stabilnego jarzenia (mniejszy od 0,05s). Wyróżniamy spawarki do wytwarzania prądu stałego (przetwornice i prostowniki) oraz do wytwarzania prądu przemiennego (transformatory). Rodzaje złączy spawanych, rodzaje spoin, elementy spoiny czołowej, pozycje spawania, podział elektrod otulonych. Elektrody to materiały służące do zajarzenia i utrzymania łuku. Dzielimy je na: nietopliwe - wolframowe i grafitowe (jarzą i utrzymują), należy zastosować dodatkowe spoiwo; wolframowe o średnicy 1 - 6mm, długość ok. 175mm; często stosuje się elektrody wolframowe z dodatkiem ThO2 lub CeO2; topliwe - zajarzają i utrzymują łuk, a jednocześnie topią się tworząc spoinę. Stosuje się elektrody otulane, na których rdzeń metalowy naprasowano otulinę. Podstawowe zadanie otuliny to zabezpieczenie jeziorka spawalniczego przed utlenianiem. W skład otuliny wchodzą materiały gazotwórcze. W skład otuliny wchodzą również materiały poprawiające jarzenie łuku. Często dodaje się TiO2 zwany rutylem. Są też składniki regulujące skład chemiczny spoiny przez co poprawiają jej właściwości. Mogą występować składniki powodujące odtlenianie spoiny: Mn, Si, Ti, Ge, C. Istnieją też składniki żużlotwórcze. Ważną rzeczą jest aby otulina przylegała do rdzenia i topiła się równomiernie wraz z nim. Elektrody otulane dzieli się na: EA 1.46 - elektrody kwaśne zawierające pierwiastki o odczynie kwaśnym; 1 garb otuli to 46 - 460 MPa wytrzymałości; EB 1.50 - elektrody zasadowe zawierające powyżej 50% składu o charakterze zasadowym. Zapewniają najlepsze własności wytrzymałościowe. Wymagają stosowania biegunowości dodatniej; ER 1.46 - elektrody rutylowe, zapewniające przeciętną wytrzymałość; EC - elektrody celulozowe i EO - elektrody utleniające, zapewniające przeciętną wytrzymałość; ES - elektrody specjalne przeznaczone do spawania stali stopowych np. CrMoB - do spawania stali chromowej ES18-8B; EN - elektrody do napawania, np. EN600B, gdzie 600 określa twardość HB; EŻO i EŻM - elektrody do spawania żeliw; ECu/Sn - elektrody do spawania stopów miedzi z cyną; EAl - elektrody do spawania materiałów kolorowych. Oznaczanie elektrod otulonych. Przykład: E222 B33. Cyfry 222 oznaczają własności mechaniczne, przy czym pierwsza dwójka to wartość RM, druga to wydłużenie A5, a trzecia to udarność. B oznacza charakter otuliny. Pierwsza trójka to pozycja spawania elektrodą, a druga to zastosowany prąd.. Metoda MAG.Oznacza spawanie elektrodą topliwą w atmosferze CO2 (gazu aktywnego). Często stosuje się mieszanki takich gazów jak Ar+CO2+O2 lub Ar+CO2. Spawa się stale niskow i niskostop. Par: źródło prądu - prostow spawalniczy, nap - 16-30V, prąd - 400-700A, śred elektrod - 0,6-2,4mm, szybk spaw - 700m/h. Metoda TIG. W tej metodzie wykorzystuje się elektrodę wolframową w atmosferze argonu. Jest to najdroższa metoda. Wykorzystuje się ją do stali wysokostopowych i metali kolorowych. Stosuje się prąd stały lub przemienny. Dla prądu stałego stosujemy biegun ujemny. Taki rodzaj spawania wykorzystuje się do wszystkich materiałów z wyłączeniem aluminium i magnezu. Stosując prąd przemienny możemy spawać aluminium i magnez. Parametry: średnica elektrod - 1-6mm, napięcie - 16-24V, prąd - 700A, ilość podawanego gazu - 5-15l/min. Metoda MIG. (Metal Invert Gaz). Jest to spawanie w atmosferze Ar i H. Stosuje się ją do stali wysokostopowych oraz metali kolorowych. SPAWANIE ŁUKIEM KRYTYM. W metodzie tej łuk zasypywany jest warstwą topnika, w taki sposób, że jest on niewidoczny. Topnik chroni w podobny sposób jak otulina. Dzięki temu łuk jest dobrze chroniony. Można spawać grube materiały (stale niskowęglowe) oraz stale zwykłe i stopowe. Przy zastosowaniu tej metody udział materiału rodzimego w spoinie sięga 70-80%, co polepsza jej właściwości. Parametry: prąd - 1200A, średnica elektrod - 3mm, duża szybkość spawania. Tą metodą spawa się np. kadłuby statków. CIĘCIE TERMICZNE.Cięcie tlenowe. Polega na wypalaniu otworów w materiale dzięki doprowadzeniu dodatkowego „tlenu tnącego”. Palnik podgrzewa materiał do temperatury zapłonu, po czym następuje jego spalenie w atmosferze tlenu i wydmuchanie go z miejsca cięcia. Cięcie takie jest znacznie szybsze od mechanicznego, a gładkość ciętych elementów jest duża. Tą metodą można ciąć bez trudu stale niskowęglowe. Należy jednak zwrócić uwagę, aby temperatura zapłonu materiału była niższa od temperatury topnienia, aby materiał posiadał niskie przewodnictwo cieplne, temperatura topnienia tlenków musi być niższa od temperatury topnienia materiału, proces spalania powinien być egzoteryczny, czyli z wydzieleniem ciepła. Parametry: grubość materiału - do 1500mm, ciśnienie tlenu, moc mieszanki podgrzewającej, szybkość cięcia, czystość tlenu, odległość palnika od powierzchni, kształt płomienia. Cięcie plazmowe. W tej metodzie stosuje się łuk plazmowy. Elektroda wytwarza łuk elektryczny, przez który przepuszcza się gaz plazmotwórczy. Wzbudzony gaz tworzy plazmę, która wytapia szczelinę w materiale. Temperatura łuku sięga 25000K. Ograniczenie grubości do 40mm. KONTROLA JAKOŚCI SPOIN. Metody badania jakości spoin dzielą się na zewnętrzne (penetracyjne i magnetyczne) i wewnętrzne (ultradźwiękowe). Do metod niszczących złącze spawane należą: badanie składu chemicznego, badanie metalograficzne, mechaniczne, zmęczeniowe oraz technologiczne. Do metod nieniszczących złącz spawanych należą: ultradźwiękowe, rentgenograficzne, radiolograficzne oraz badanie szczelności. Stan surowy- oznacza ze stal jest w stanie nie obrobionym cieplnie a wieć tylko po przeróbce plastycznej na gorąca lub na zimno.. Stan normalizowany N - w wyżarzaniu normalizującym wykorzystuje się efekt rozdrobnienia ziarna przy przemianie ferryt -perlit—>austenit. Chłodzenie po normalizowaniu odbywa się w spokojnym powietrzu, co zbliża strukturę stali do równowagowej, zgodnej z układem fazowym żelazo - cementyt.. Zmniejsza się przy tym poziom naprężeń własnych wyrobu i niejednorodność struktury.. Stan wyżarzony ujednoradniająco J -uzyskuje się przez wyżarzanie w wysokiej temperaturze (1000 - 1200°C) w czasie kilkunastu godzin. Efektem jest wyrównanie składu chemicznego i duże ziarno. Stan sferoidyzowany Sf uzyskuje się przez kilkugodzinne wyżarzanie w okolicy temperatury przemiany eutektoidalnej. W efekcie otrzymuje się kuleczki cementytu w osnowie ferrytu. Struktura taka nazywa się sferoidytem i zapewnia małą twardość i dobrą plastyczność stali. Stan zmiękczony M osiąga się podobnie jak stan Sf. Celem wyżarzania zmiękczającego jest uzyskanie określonej, małej twardości, wystarczającej do obróbki skrawaniem. Stan hartowany H - właściwości stali po hartowaniu zależą od jej składu i rodzaju hartowania. Typowe struktury dla tego stanu to martenzyt i bainit, niewykluczona jest także obecność węglików i austenitu szczątkowego. Stan odpuszczony stal O - odpuszczanie stosuje się po hartowaniu celem zmniejszenia właściwości wytrzymałościowych i zwiększenia plastycznych oraz udarności. Ogólnie, ze wzrostem temperatury odpuszczania maleją właściwości wytrzymałościowe, a zwiększają się właściwości plastyczne. Stan O dotyczy niskiego albo średniego odpuszczania. Niiskie odpuszczanie polega na nagrzaniu stali do temperatury 150 - 250°C, wygrzaniu w czasie od jednej do kilku godzin i dowolnym studzeniu. Hartowanie i niskie odpuszczanie nazywa się utwardzaniem cieplnym. Pro-wadzi ono do uzyskania struktury odpuszczonego martenzytua, tj. martenzytu o zmniejszonej zawartości węgla z wydzieleniami dobnych węglików. Średnie odpuszczanie martenzytu zachodzi w temperaturze 2.0 - 500°C i prowadzi do uzyskania ferrytu i bardzo drobnych wydzieleń węgków. Charakterystyczną cechą struktury odpuszczania jest iglasty ferryt, co jest wriikiem dziedziczenia morfologii martenzytu. W stanie odpuszczonym dostarcza się ptowe wyroby stalowe. Stan ulepszony cieplnie T powstaje w wyniku lartowania i wysokiego odpuszczania.. W efekcie otrzymuje się strukturę nazwań, sorbitem. Sorbit stanowi optymalny dla większości zastosowań stali kompromis między właściwościami wytrzymałościowymi i plastycznymi. Stal Stan przesycony P. Celem przesycania jest uzyskanie jednej fazy, tj. roztworu stałego, a przez to zwiększenie plastyczności i uatwienie obróbki plastycznej na zimno. Struktura jednofazowa zapewnia też większą odporność korozyjną. Przesycanie stali polega na rozpuszczeniu węglików v austenicie w zakresie 1100 -1300°C i szybkim ochłodzeniu. Starzenie polega na powrocie struktury ze stanu przesyconego do równowagowego. Podczas starzenia wydzielą się drobne fazy umacniające roztwór stały. Zatem efektem starzenia jest zwięlszenie właściwości wytrzymałościowych i zmniejszenie plastycznych. Stal Stan utwardzony wydzieleniowo D. Utwardzanie wydzieleniowe, zwane także dyspersyjnym, polega na umocnieniu roztworu stilego przez wydzielenie z przesyconego roztworu stałego drobnych faz międzymealicznych tworzonych przez pierwiastki stopowe. Stale. Stan rekrystalizowany R o znacza wyżarzanie wykonane po przeróbce plastycznej na zimno w celu usunięcia skutków umocnienia. Temperatura rekrystalizacji stali wynosi najczęściej 600 - 700°C, lecz zależy od gatunku stali i wielkości zgniotu. Stan wyżarzony odprężające O ma na celu usunięcie naprężeń powstałych \\ wyniku krzepnięcia odlewu, spawania, skrawania lub odkształcenia plastycznego na zimno. Wyżarzanie to prowadzi się w zakresie 400 - 650°C w ciągu kilku godzin, po czym odlew powoli się studzi.. Stan wyżarzony przeciwplatkowo Pl. Płatkami nazywa się wadę stali, która na przełomie pojawia się w formie plam, a na szlifie stali obserwuje się pęknięcia o długości od kilku do kilkunastu milimetrów. Przyczyną powstawania płatków jest wodór rozpuszczony w ciekłej stali, który nie zdążył wydyfundować podczas krzepnięcia i kucia wlewka.. Wyżarzanie przeciwplatkowe polega na długo trwałym wygrzewaniu od-kuwek w temperaturze 650°C i wolnym studzeniu w celu pozbycia się nadmiaru wodoru. . Azotowanie- polega na dyfuzyjnym nasyceniu stali zaotem. Przebiega ono zwykle w zakresie 500-600 C w a tmosferze zawierajacej wolne atomy zaotu. Azotowanie może być srednio, krótko i długookresowe. Czas 70 godzin, temp ponizej A1.( temp odpuszcza wysokiego). Stale do azotowania średniowęglowe (0,4-0,5%C ) stale zawierajace AL., Cr, Mo. Tworzą się bardzo twarde azotki ALN, CrN, MoN, twardość do 1000HV na powierzchni. Grubość do 0,6 mm, elementy bardzo odpowiedzialne narażone na scieranie. Bardzo duzy wzrost wytrzymałośći zmęczeniowych. Wytwarzanie cienkich warstw- (CVD) warstwy wytwarzania w procesach chemicznego osadzania gazowego Wastwy węgloków tytanu TiC 1000HV, azotek tytanu TiN. Twardosć 2000 HV. 10um, na narzędzia skrawajace. PVD - metody fizycznego osadzania gazowego( powłoki bardzo cienkie 10-2um) są to metody osadzania w próżni różnych zwiazków w tym TiC, TiN.. Warstwy DLC- (diamentowopodobne) do próżni wprowadza się pole elektryczne, węglowodór ulegający rozkłądowi torzą się warstwy przypominające diament.