PROCES TECHNOLOGICZNY SPAWANIA

Student: Kamil Zgódka

Nr grupy: P-63

Nr albumu: 191718

Spis treści:

1. Analiza spawalności materiału

Materiał: aluminium PA2

Grubości ścianek: 10-12 [mm]

Oznaczenie stopu (gatunek)

Skład chemiczny [%]

Numeryczne

Symbolami chemicznymi

Dawne PN

Mg

Mn

Si

Fe

Cr

Cu

Zn

Ga

V

Ti

Inne

oddzielnie

razem

EN AW -5251

EN AW-Al Mg 2

PA2

1,7-2,4

0,10-0,50

0,40

0,50

0,15

0,15

0,15

-

-

0,15

0,05

0,15

Oznaczenie wg PN-EN 573-4:1997 - EN AW-AlMg2

Oznaczenie numeryczne: EN AW-5251

Jest to grupa materiałów nieobrabianych cieplnie o zawartości magnezu nie przekraczającej 3,5%

Własności złączy R_m(zł)/R_m(mat) = 0,85-0,95

Przyjmuje, że stop z którego jest wykonany element to AlMg2Mn0,3

Właściwości fizyczne

Symbol	Oznaczenie hutnicze	Gęstość [g/cm^3]	Przedział topnienia [°C]	Wsp. liniowej rozszerzalności cieplnej w temp. 20-100 °C [cm/cm °C]	Przewodnictwo cieplne [W/m °C]	Przewodnictwo elektryczne [M/Ohm mm^2]	Właściwy opór elektryczny [Ohm mm^2/m]	Moduł sprężystości E [N mm^2]
5251	AlMg2Mn0,3	2,68	610-645	24x10^-6	170-190	25-28	0,040-0,036	64000-71000

Właściwości technologiczne

Oznaczenia hutnicze	Symbol	Wytrzymałość	Plastyczność w stanie miękkim	Obrabialność	Zgrzewalność	Odporność na korozję
AlMg2Mn0,3	5251	zadowalająca	dobra	zadowalająca	bardzo dobra	bardzo dobra

Stopy aluminium z magnezem charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicznymi i dobrą odpornością korozyjną zwłaszcza w wodzie i atmosferze morskiej. Są głównie używane na średnio obciążone części konstrukcyjne statków, a także w przemyśle lotniczym, chemicznym i spożywczym. Właściwości mechaniczne stopów Al.-Mg zależą przede wszystkim od zawartości magnezu. Wraz ze wzrostem zawartości magnezu zwiększa się wytrzymałość i twardość, obniża się natomiast plastyczność stopu. Przez obróbkę plastyczną na zimno można zwiększyć o 10-15% wytrzymałość na rozciąganie. Stopy Al.-Mg charakteryzują się dobrymi właściwościami spawalniczymi, jednak ze względu na gorsze właściwości plastyczne wykazują zwiększoną skłonność do powstawania pęknięć.

Wniosek: materiał dobrze spawalny.

2. Analiza technologiczności wyrobu

- spoiny są w dostatecznej odległości od siebie co sprawia, że nie wywołują nadmiernych odkształceń. Dodatkowo zastosowanie ścięcie blachy 3 (oznaczenia jak na rysunku 1) korzystnie wpływa na rozkład naprężeń spawalniczych i eliminuje powstawanie pęknięć

- stosowane w konstrukcji blachy mają znormalizowane grubości dzięki czemu możemy znacznie zmniejszyć koszty wykonania wyrobu poprzez zakup blach dostępnych na rynku

- grubości łączonych blach nie powodują konieczności wykonywana żadnych dodatkowych prac związanych z przygotowaniem do spawania (wystarczy odpowiednio ustawić blachy względem siebie)

- zastosowany materiał jest dobrze spawalny dzięki czemu nie występuje konieczność zabiegów cieplnych przed i po spawaniu

- metoda spawanie która zostanie zastosowana wprowadza najmniejszą ilość ciepła do materiału w rejonie złącza.

- wszystkie spoiny są dobrze dostępne

- odpowiednia kolejność montażu pozwala na częściowe zautomatyzowanie wykonywanych prac

Rys.1

3. Wybór metody spawania

Wielkość produkcji: produkcja seryjna (wielkoseryjana)

Do seryjnej produkcji stosuje się obecnie dwie metody spawania aluminium: MIG i TIG. Spawanie metodą MIG jest tańsze niż metoda TIG, a jednocześnie powoduje mniejsze nagrzanie, a co za tym idzie mniejsze odkształcenia elementów spawanych. Do spawania wyrobu proponuje spoiny pachwinowe blach prostopadłych względem siebie. Grubości blach wynoszą 10-12 [mm] co sprawia, że korzystniejszą metodą spawania jest metoda MIG zalecana do konstrukcji o większych gabarytach i grubościach łączonych elementów powyżej 5 [mm]. Metoda TIG sprawdza się przy spawaniu cieńszych elementów do 6 [mm] ze względu na jakość i estetykę spoin. Obie metody mogą być stosowane zarówno przy spawaniu ręcznym, półautomatycznym i automatycznym.

Ponieważ w danych wejściowych do projektu nie było podane jakiej wielkości na być narożne ścięcie blach likwidujące spiętrzenie niekorzystnych naprężeń przyjmuje ścięcie pod kątem 45^o o długości 10 [mm].

Metodę MIG cechuje bardzo duża wydajność. Wielokrotnie większa prędkość spawania w porównaniu z metodą TIG sprawia , że jest to obecnie jedna z najbardziej ekonomicznych metod spawania.

Połączenia aluminium wykonywane metodą MIG nie są gorsze a często nawet lepsze pod względem wytrzymałościowym niż połączenia wykonywane metodą TIG. Ważne jest również, że metoda MIG umożliwia uzyskanie całkowicie poprawnych połączeń, niezależnie od pozycji spawania.

Łatwa do opanowania metoda MIG umożliwia uzyskanie wysokiej wydajności spawania przy odpowiednio niskich kosztach , obniżonych zakresach wstępnego podgrzewania i mniejszych odkształceniach.

Porównanie metod spawania:

Zastosowanie	Stosunek względny		Zastosowanie	Stosunek względny
		MIG		TIG		MIG	TIG
Ekonomiczność: Koszt urządzenia Konserwacja Okres przyuczania się Współczynnik obsługi Ilość stopionego metalu Czas spawania Przydatność: Blacha cieńsza od 1,2 mm Blach grubsza od 3 mm Spawanie precyzyjne Spawanie krótkie Spawanie z nagłą zmianą kierunku Spawanie powolne	2 2 1 1 1 1 - 1 1 2 2 2	1 1 2 2 2 2 1 2 2 1 1 1	Jakość: Własności wytrzymałościowe Ciągliwość Odporność na korozję Wady spawania Przetop Odkształcenie Automatyzacja Z podawaniem drutu Bez podawania drutu Cienkie złącze doczołowe Grube złącze doczołowe Napawanie Spawanie odlewów Naprawy ogólne Naprawy specjalne Produkcja odlewów	1 2 1 2 1 1 1 - 2 1 1 2 2 1	2 1 2 1 2 2 2 1 1 2 2 1 1 2

Podsumowanie:

Mimo iż koszt urządzenia i jego konserwacja są wyższe niż w metodzie TIG wybieram metodę MIG dlatego, że

- ma odpowiednią wydajność (produkcja wielkoseryjna) - obniża to koszty,

- krótki okres przyuczenia spawacza,

- jest mniejsza ilość stopionego metalu,

- wytrzymałość złączy spawanych jest bardzo dobra,

- odporność korozyjna złączy jest duża,

- wprowadza mniejsze odkształcenia spawalnicze niż inne metody,

- można nią spawać w pozycjach spawania stosowanych w danym elemencie,

- jest korzystniejsza dla danych grubości blach.

4. Dobór materiałów dodatkowych do spawania

Drut:

Do spawania stopów typu AlMg stosuje się spoiwa o nieco większej zawartości magnezu w porównaniu z materiałem podstawowym, gdyż podczas spawania łukowego magnez intensywnie paruje, a jego ubytek powoduje zmniejszenie wytrzymałości.

W projektowanym elemencie głównym kryterium doboru spoiw wymagania odnośnie właściwości mechanicznych. Z tego powodu wg normy: EN ISO 18273 wybieram spoiwo AlMg5Cr(A)

Rodzaj spoiwa

Symbol

Skład chemiczny - składniki stopowe, %

numeryczny

chemiczny

Al

Mg

Mn

Si

Cr

Ti

Fe

Cu

Zn

Inne

AlMg

Al. 5356

AlMg5Cr(A)

reszta

4,5-5,5

0,2-0,5

0,25

0,05-0,20

0,06-0,20

0,40

0,10

0,10

-

Spoiwem odpowiadającym temu składowi jest spoiwo Union AlMg 5 firmy THYSSEN

Klasyfikacja:	DIN 1732: SG-AlMg5 AWS A5.10: ER5356 Werkstoff nr: 3.3556
Zastosowanie:	Do stopów Al.: AlMg 5; AlMg 3; AlMg 4 Mn; AlMgSi 0,5; AlMgSi 0,7; AlMgSi 1; AlMgSiCu; AlZn 4,5 Mg 1; G-AlMg 5; G-AlMg 5 Si;G-AlMg 3; G-AlMg 3 Si Gaz ochronny: Ar Metoda spawania: MIG i TIG. MIG: Prąd spawania: stały - plus do elektrody. Pozycje spawania: wszystkie z wyjątkiem pionowej z góry w dół. TIG: Prąd spawania: przemienny. Pozycje spawania: wszystkie z wyjątkiem pionowej z góry w dół.
Charakterystyka:	Re(N/mm^2)=110 Rm(N/mm^2)=235 A5=18 %
Skład:	Mg=4,5-5,5 Mn=0,1-0,5 Cr<0,3 Ti<0,15 Al=reszta
Dopuszczenia:	TÜV, DB, GL
Średnice:	Średnice drutów: 0,8 mm 1,0 mm 1,2 mm 1,6 mm Średnice prętów: 1,6 mm 2,0 mm 2,4 mm 3,2 mm 4,0 mm

Gaz osłonowy:

Argon o czystości co najmniej 99,99% - zapewnia on łuk natryskowy o bardzo dobrej stabilności, umożliwiający układanie spoin o poprawnym kształcie i z dobrym wtopem we wszystkich pozycjach spawania.

5. Kolejność montażu elementów do spawania

W pierwszej kolejności łączymy blachę 1 z blachą 2 (oznaczenia jak na rysunku 1) pod kątem 90° poprzez ułożenie równoległych spoin pachwinowych. Spoiny są układane w pozycji nabocznej PB po odpowiednim ustawieniu blachy 2 względem 1 i dociśnięciu jej. Pozwala to nam na wykonanie obu ciągłych spoin co jest korzystniejsze ze względu na odkształcenia spawalnicze.. Następnie do tak złożonego zespołu spawamy blachę 3 również poprzez ułożenie spoin pachwinowych. Połączenia blach 1 z blachą 3 jest wykonywane przy użyciu spoiny pachwinowej układanej w pozycji nabocznej PB, natomiast połączenie blachy 3 z 2 jest wykonywane przy użyciu spoiny pachwinowej układanej u pozycji pionowej PF. Nie powoduje to konieczności obracania blach co znacznie skraca czas wykonania złącza.

6. Przygotowanie brzegów do spawania

W projekcie występują tylko spoiny pachwinowe - odstęp między blachami ma zawierać się w granicach 0-1 mm.

7. Wykaz załączników

1. Rysunek techniczny wyrobu.

2. Rysunek techniczny wyrobu ze spoinami PN-EN 29692.

3. Rysunek techniczny zamocowania blach do spawania.

4. Instrukcja technologiczna spawania WPS złącza teowego spawanego w pozycji nabocznej.

5. Instrukcja technologiczna spawania WPS złącza teowego spawanego w pozycji pionowej.

Literatura

1. Poradnik inżyniera. Spawalnictwo. WNT 2003

2. Jakubiec M., Lesiński K., Czajkowski H.: Technologia konstrukcji spawanych.

3. Ferenc K., Ferenc j.: Konstrukcje spawane. Projektowanie połączeń.

Wytwórca: Konsorcjum Sali Warszawa, ul. Strażacka 12

INSTRUKCJA TECHNOLOGICZNA SPAWANIA (WPS)

WPS nr 1

Nazwa wyrobu: Wspornik przyścienny dokręcany.

Metoda spawania: MIG (131)

Pozycja spawania: naboczna PB

Rodzaj spoiny: pachwinowa

Szkic złącza przed spawaniem:

Szkic złącza; numeracja i układ warstw

MATERIAŁY PODSTAWOWE: Gatunek: AlMg2 wg normy: PN-EN 573-4:1997 grubość: 12[mm] Gatunek: AlMg2 wg normy: PN-EN 573-4:1997 grubość: 10[mm]

MATERIAŁY SPAWALNICZE DODATKOWE Klasyfikacja spoiwa wg normy: EN ISO 18273 Producent: THYSSEN Nazwa: Union AlMg 5 Gaz osłonowy - argon o czystości co najmniej 99,99% wydatek: 18 [l/min] Wilgotność spoiwa nie powinna przekraczać 35% Spoiwa należy przechowywać w oryginalnych zamkniętych opakowaniach i otwierać dopiero bezpośrednio przed użyciem.

PARAMETRY SPAWANIA

Grubość materiału mm

Liczba warstw

Średnica drutu elektrodowego mm

Odstęp b mm

Prędkość podawania drutu elektrodowego m/min

Natężenie prądu spawania A

Napięcie łuku V

Natężenie przepływu argonu l/min

Średnia prędkość spawania mm/min

10

2

1,2

0-1

6,5-8,8

200-260

22-24

18

0,50

Po spawaniu miękką szczotką usunąć naloty par metali, umyć w ciepłej wodzie i osuszyć na powietrzu

Warstewkę tlenków usunąć bezpośrednio przed spawaniem trawiąc chemicznie w 50% roztworze technicznego kwasu azotowego

Opracował (nazwisko, podpis, data)

Zatwierdził (nazwisko, podpis, data)

Wytwórca: Konsorcjum stali Warszawa, ul. Strażacka 12

INSTRUKCJA TECHNOLOGICZNA SPAWANIA (WPS)

WPS nr 2

Nazwa wyrobu: Wspornik przyścienny dokręcany.

Metoda spawania: MIG (131)

Pozycja spawania: Pionowa PF

Rodzaj spoiny: pachwinowa

Szkic złącza przed spawaniem:

Szkic złącza; numeracja i układ warstw

MATERIAŁY PODSTAWOWE: Gatunek: AlMg2 wg normy: PN-EN 573-4:1997 grubość: 10[mm] Gatunek: AlMg2 wg normy: PN-EN 573-4:1997 grubość: 10[mm]

MATERIAŁY SPAWALNICZE DODATKOWE Klasyfikacja spoiwa wg normy: EN ISO 18273 Producent: THYSSEN Nazwa: Union AlMg 5 Gaz osłonowy - argon o czystości co najmniej 99,99% wydatek: 20 [l/min] Wilgotność spoiwa nie powinna przekraczać 35% Spoiwa należy przechowywać w oryginalnych zamkniętych opakowaniach i otwierać dopiero bezpośrednio przed użyciem.

PARAMETRY SPAWANIA

Grubość materiału mm

Liczba warstw

Średnica drutu elektrodowego mm

Odstęp b mm

Prędkość podawania drutu elektrodowego m/min

Natężenie prądu spawania A

Napięcie łuku V

Natężenie przepływu argonu l/min

Średnia prędkość spawania mm/min

10

2

1,2

0-1

6,5-8,8

200-260

22-24

20

0,3

Po spawaniu miękką szczotką usunąć naloty par metali, umyć w ciepłej wodzie i osuszyć na powietrzu

Warstewkę tlenków usunąć bezpośrednio przed spawaniem trawiąc chemicznie w 50% roztworze technicznego kwasu azotowego

Opracował (nazwisko, podpis, data)

Zatwierdził (nazwisko, podpis, data)

POLITECHNIKA WARSZAWSKA INSTYTUT TECHNOLOGII MATERIAŁOWYCH

Zakład

Inżynierii Spajania

---