1. Charakterystyka materiału

Według nieaktualnych już norm polskich PN-71/H-86020 stale odporne na korozje dzieliły się na nierdzewne chromowe i austenityczne stale kwasoodporne oraz stale żarowytrzymałe i żaroodporne. Podział ten uzależniony był od stopnia i charakteru odporności na korozję. Stale o zawartości chromu minimum 12% określane były, jako nierdzewne. Do grupy stali kwasoodpornych zaliczano stale charakteryzujące się odpornością na kwasy organiczne i większość nieorganicznych o zawartości chromu 15-20% oraz niklu 8-14% oraz bardzo niskiej zawartości węgla. Stale te nazywano chromowo-niklowymi.

Obecnie obowiązujące normy Unii Europejskiej PN-EN10088-1 narzucają podział grupy stali odpornych na korozje zgodnie z ich głównymi właściwościami:

- stale nierdzewne

- stale żaroodporne

- stale żarowytrzymałe

Do grupy stali nierdzewnych zalicza się wszystkie gatunki stali z wyjątkiem żaroodpornych (PN-EN10095) i żarowytrzymałych (PN-EN10028-7) ale oczywiście wszystkie z nich zalicza się do stali odpornych na korozje.

Jednym z najczęściej stosowanych gatunków stali odpornych na korozje jest X5CrNi18-10. Oznaczenie zgodne z normą PN-EN10088 to X5CrNi18-10/1.4301 co według wycofanych norm polskich odpowiada stali OH18N9. Oznaczenie amerykańskie to AISI 304.

Zalety tego gatunku stali polegają na jego dobrej spawalności oraz podatności na obróbkę plastyczną, dlatego też znalazł on wiele zastosowań w rożnych gałęziach przemysłu. Głownie jednak używana jest wszędzie tam gdzie mamy doczynienia z przechowywaniem i obróbką artykułów spożywczych, dostawą żywności czy też wyposażeniem szpitalnym. Szeroki asortyment zastosowań tego gatunku stali jest spowodowany jego chemiczną obojętnością w kontakcie z wieloma rodzajami pożywienia, a także w kontakcie z różnymi detergentami stosowanymi przy oczyszczaniu.

Własności mechaniczne stali X5CrNi18-10

Wytrzymałość na rozciąganie Rm = 520 – 720 MPa

Umowna granica plastyczności Rp0,2 = 210 MPa

Wydłużenie przy zerwaniu 45%

Skład chemiczny stali X5CrNi18-10

C = 0,07 %

Si = 1%

Mn = 2%

P = 0,045%

S = 0,015%

N = 0,11%

Cr = 18%

Ni = 10%

1. Spawalność stali X5CrNi18-10.

Stal dobrze spawalna wszystkimi metodami spawania łukowego, a warunki jej spawania są reprezentatywne dla całej grupy stali austenitycznych.

Równoważnik chromu

Cr_E=%Cr+%Mo)+(1,5%Si)+(0,5%Mb) = 19,5

Równoważnik niklu

Ni_E=%NI+(30%C)+(0,5%Mn) = 14,4

Spawalność stali austenitycznych należy traktować z dwóch punktów widzenia: spawalności operatywnej oraz spawalności lokalnej (metalurgicznej):

- skłonność do odkształceń połączeń spawanych wskutek dużego współczynnika rozszerzalności cieplnej i małej przewodności cieplnej

- konieczność usunięcia z płynnego metalu spoiny trudno topliwych tlenków chromu.

Spawalność lokalna (metalurgiczna)

- skłonność do pękania, które może tworzyć się w spoinie lub w SWC i mieć charakter pękania gorącego lub tez pękania pod wpływem obróbki cieplnej.

- wydzielanie węglików chromu

Po wyliczeniu równoważników niklu i chromu można odczytać z wykresu ze stal zawiera niewielki procent ferrytu stąd stal ta ma właściwości

• niepodatne na gorące pękanie

• dobra odporność na korozję międzykrystaliczną w przypadku gatunków niskowęglowych i stabilizowanych.

• doskonała udarność i ciągliwość

• kruchość może pojawić się po dłuższej ekspozycji na działanie temperatury między 550°C a 900°C z powodu rozkładu ferrytu.

1. Metoda spawania TIG.

Metoda TIG praktycznie umożliwia spawanie wszystkich metali i ich stopów, a także łączenia różnych metali. Przykładowo można spawać stale stopowe żeliwo, metale nieżelazne jak Al., Mg, Cu. Metoda TIG stosowana jest również do napawania i naprawiania części np. frezów, toczników. Metodę cechuje możliwość spawania we wszystkich pozycjach, posiada dobre formowanie warstw ogniowych, nieznaczne odkształcenia wobec dużej koncentracji ciepła. Zwykle spawa się elementy od 1 do 10mm. Jest to spawanie łukowe elektrodą nietopliwą w osłonie gazów. Metoda ta używana jest to spawania praktycznie wszystkich metali zapewniając wysoką jakość złącz spawanych. Proces spawania metodą TIG polega na tym, że ciepło wydzielające się podczas jarzenia się łuku pomiędzy materiałem spawanym a elektrodą nietopliwą powoduje stapianie brzegów elementów łączonych i spoiwa, które po ostygnięciu tworzą stałe łącze spawane. Elektroda jest wykonana z materiału o wysokiej temperaturze topnienia – wolframu. Osłonę gazową stanowią najczęściej gazy obojętne jak argon czy hel lub ich mieszanki.

Zalety

• dobra jakość połączeń

• możliwość zrobotyzowania

• spawanie elementów o szerokim zakresie grubości

• możliwość spawania we wszystkich pozycjach

Wady

• mała wydajność w przypadku spawania ręcznego

• w przypadku spawania ręcznego, jakość połączeń zależna od umiejętności spawacza

• konieczność stosowania dodatkowej osłony przed wiatrem przy spawaniu w przestrzeni otwartej

Wszystkie złącza teowe wymagają zastosowania spoiwa w celu uzyskania potrzebnego metalu spoiny. Gdy wymagane jest pełne (100%) wtopienie, należy zapewnić natężenie prądu spawania odpowiednie dla grubości materiału podstawowego.

1. Kontrola.

Analiza dokumentacji.

Ponieważ konstrukcja należy do nieodpowiedzialnych, przeto mamy doczynienia z 3 klasą konstrukcji spawanej.

Wymagania dotyczące spoin. W przypadku tej konstrukcji przeprowadzamy oględziny zewnętrzne. Pęknięcia są najgroźniejszą wadą i każde pęknięcie dyskwalifikuje spoinę. W przypadku stwierdzenia pęknięcia należy wyciąć wadę na całej długości i głębokości i poprawić połączenie.

Analiza spawaczy.

Spawacz musi posiadać odpowiednie uprawnienia, książeczka spawacza musi być ważna (uprawnienia odnawiane są co dwa lata) dla klasy 1, 2 spawacz musi mieć ważne uprawnienia ponad podstawowe uprawnienia wydawane są również na różne rodzaje materiały i sposoby spawania.

Kontrola i badania po spawaniu.

• należy sprawdzić 100% długości spoin naprawić wady widoczne i jeżeli jest to uzasadnione przeprowadzić badania nieniszczące ultradźwiękowe

1. Przygotowanie do spawania.

Przed rozpoczęciem prac spawalniczych należy w pierwszej kolejności dokładnie zapoznać się z obsługą urządzenia spawalniczego i przygotować je do pracy. Przygotowanie elementów do spawania

- oczyszczanie elementów łączonych z brudu, kurzu, śladów oleju i innych zanieczyszczeń

- usuwanie warstwy tlenkowej szczotką ze stali nierdzewnej

Materiały:

Materiały przeznaczone do spawania muszą mieć ważne atesty hutnicze, ewentualne zmiany materiałów do spawania muszą być potwierdzane przez konstruktora

• - okrągły profil zamknięty 600x10 cięty na długość 250 mm oraz elementy wykonane przy zastosowaniu cięcia abrazyjno-wodnego z blachy X5CrNi18-10 grubości 10 i 5mm

• dodatkowe pręt spawalniczy do spawania metodą TIG średnica 2,0 308L-Si/MVR-Si

• gatunek stali użyty do wykonania elementów, nie wymaga stosowania zabiegów cieplnych przed spawaniem.

Stanowisko spawalnicze.

Odpowiednio przygotowane, w zadaszonym pomieszczeniu, o minimalnej temperaturze 16 stopni C, wyposażone w spawarkę inwertorowi, butle z gazem (Ar) filtr i pochłaniacz oparów i pyłów.

1. Plan spawania.

Po odpowiednim przygotowaniu materiału przystępujemy do spawania poszczególnych elementów w następującej kolejności:

1.

• Jako pierwsze spawamy elementy znajdujące się wewnątrz profilu okrągłego (elementy oznaczone, jako element wewnętrzny nr 1,2,3 na rysunku nr 1 poniżej). Wybieramy dowolny z nich i ustawiamy zachowując wymiary podane na rysunku wykonawczym. Wykonujemy spoiny szczepne a następnie spawamy zachowując kolejność nakładania spoin podaną na rysunku nr 2 poniżej i stosując się do kart WPS.

Rysunek nr 2

2.

• Po wykonaniu spawania elementów wewnętrznych przystępujemy do spawania elementów zewnętrznych oznaczonych na rysunku nr 1 poniżej jako element zewnętrzny 1 i 2. W pierwszej kolejności ustawiamy element zgodnie z danymi zawartymi na rysunku wykonawczym a następnie wykonujemy spoiny szczepene i spawamy zgodnie z rysunkiem wykonawczym i kartą WPS

Element zewnętrzny 1 Element zewnętrzny 2
Rysunek nr 3