Spawalnictwo-

Projekt

ŚRUBA REGULACYJNA SPAWANA

1. Charakterystyka materiału

Według nieaktualnych już norm polskich PN/H-84019 i PN/H-84020 stale konstrukcyjne niestopowe i stale niestopowe ogólnego przeznaczenia dzieliły się na szereg stali o różnych własnościach mechanicznych. Podział ten uzależniony był od wytrzymałości na rozciąganie. Obecnie obowiązujące normy Unii Europejskiej zastępują PN/H-84019 i PN/H-84020 na odpowiednio PN-EN 10083-1+A1:1999 I PN-EN 10025:2002 .

Jednym z często stosowanych gatunków stali konstrukcyjnych niestopowych do ulepszania cieplnego jest stal 35 i stal niestopowa ogólnego przeznaczenia St3S. Oznaczenie zgodne z normą PN-EN10025 to S235JR i wg PN-EN 10083 TO C35

Własności mechaniczne stali niestopowej ogólnego przeznaczenia St3S (S235JR)

Wytrzymałość na rozciąganie Rm = 360-490 MPa

Umowna granica plastyczności Rp0,2 = 215 MPa

Wydłużenie przy zerwaniu 25%

Własności mechaniczne stali konstrukcyjnych niestopowych do ulepszania cieplnego stal35 (C35)

Wytrzymałość na rozciąganie Rm ≥ 530 MPa

Umowna granica plastyczności Rp0,2 ≥ 315 MPa

Wydłużenie przy zerwaniu ≥20%

Gęstość stali

St3S (S235JR) – 7,85 g/cm³

35 (C35) – 7,85 g/cm³

Skład chemiczny stali St3S (S235JR) Skład chemiczny stali 35 (C35)

C = 0,22 % C= 0,32-0,39%

Mn = 1,1% Mn= 0,5-0,8%

Si = 0,1-0,35% Si= 0,1-0,4%

P = 0,05% P=0,04%

S = 0,05% S=0,04%

Cr = 0,3% Cr= 0,3%

Ni = 0,3% Ni=0,3%

N = 0,01% Mo=0,1%

Cu= 0,3% Al= 0,05%

As= 0,08% Cu= 0,3%

As=0,08%

1. Spawalność

   1. stali St3S (S235JR)

Stal warunkowo spawalna wszystkimi metodami spawania łukowego, a warunki jej spawania są reprezentatywne dla stali konstrukcyjnych.

Równoważnik węgla

C_E=%C+%Mn/6+%Si/24+%Ni/40+%Cr/5+%Mo/4 = 0,485

1. Stali 35 (C35)

Stal źle spawalna.

Równoważnik węgla

C_E=%C+%Mn/6+%Si/24+%Ni/40+%Cr/5+%Mo/4= 0,559

Spawalność stali należy traktować z trzech punktów widzenia:

• Spawalności metalurgicznej związanej z określonymi właściwościami materiału, takimi jak: skład chemiczny, struktura, obecność wtrąceń niemetalicznych, gazów itp.

• Spawalności technologicznej, zwanej niekiedy operatywną, uzależniona jest od warunków technologicznych i parametrów spawania, metody spawania, energii źródła ciepła, prędkości spawania itp.

• Spawalności konstrukcyjnej zależnej od zespołu czynników charakteryzujących spawany element z konstrukcyjnego punktu widzenia ( wymiary, rozkład obciążeń, sztywność).

rys.1

1. Przewidywana twardość

• Stal St3S (S235JR)

HV_max=1200C_e−200 = 582 − 200 = 382

HV_min=1200C_e−260 = 582 − 260 = 322

• Stal 35 (C35 )

HV_max=1200C_e−200 = 670, 8 − 200 = 470, 8

HV_min=1200C_e−260 = 670, 8 − 260 = 410, 8

1. Temperatura wstępnego podgrzania

• Stal St3S (S235JR)

$$T = 350\sqrt{C_{e}\left( 1 + 0,005g \right) - 0,25} = 350\sqrt{0,485\left( 1 + 0,015 \right) - 0,25} = 350*0,49 = 171,5$$

• Stal 35 (C35)

$$T = 350\sqrt{C_{e}\left( 1 + 0,005g \right) - 0,25} = 350\sqrt{0,559\left( 1 + 0,09 \right) - 0,25} = 350*0,6 = 210$$

• Ze względów praktycznych i niemożliwość utrzymania temperatury 210°C w przyrządzie, zalecane jest podgrzanie do 250°C. Ruchy konwekcyjne powietrza, powierzchnia styku w przyrządzie mocującym powodują upływ ciepła (spadek temperatury), więc aby zostać w zakresie 210°C podczas całego procesu uzasadnionym jest podgrzanie do wyższej temperatury.

• Należy wykonać kilka prób pomiarów temperatury zmontowanego elementu w przyrządzie przed operacją spawania w celu ustalenia czy temperatura wstępnego podgrzania jest w zakresie 215°C +/-5. W razie potrzeby zwiększyć/ zmniejszyć temperaturę na piecu.

1. Metoda spawania MAG.

Spawanie metodą MIG/MAG jest obecnie najczęściej stosowaną metodą spawania.

Może być prowadzone w sposób półautomatyczny i automatyczny, na stanowiskach

zrobotyzowanych, we wszystkich pozycjach spawalniczych. Typowy zakres grubości

spoin czołowych to około 1,5–20 mm, spoin pachwinowych 3–12 mm. Możliwe jest

spawanie wieloelektrodowe oraz wąskoszczelinowe.

Metoda MIG/MAG stosowana jest do łączenia m.in.: stali węglowych

i niskostopowych, stali odpornych na korozję, stali specjalnych oraz aluminium,

magnezu, miedzi, niklu, tytanu i ich stopów. Metoda MIG/MAG stosowana jest

również do lutospawania łukowego drut elektrody jest wówczas lutem),

np. do wykonywania połączeń blach ocynkowanych oraz połączeń różnoimiennych,

np. miedzi ze stalą, stali z aluminium itp.

Do zalet metody MIG/MAG zalicza się:

• wysoką wydajność procesu,

• możliwość spawania szerokiego asortymentu materiałów,

• możliwość mechanizacji i robotyzacji procesu,

• łatwość operowania lutem spawalniczym,

• możliwość obserwacji jeziorka i łuku spawalniczego.

Natomiast do wad należy zaliczyć:

• uzależnienie jakości złącza od manualnych zdolności spawacza,

• mniejszy asortyment gatunków drutów elektrodowych niż elektrod otulonych

do ręcznego spawania,

• możliwość zakłócenia osłony gazowej przez podmuchy powietrza.

1. 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.

1. Kontrola i badania po spawaniu.

• Przed przystąpieniem do badania oczyścić z wszelkich zanieczyszczeń (żużel, smarów i produktów korozji) w taki sposób aby nie były przysłonięte (zasklepione) wady powierzchniowe.

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

1. Materiały:

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

• okrągły pręt Ø18 z materiału 35(C35), cięty na długość 68 mm następnie obrabiany na frezarce ze względów na lepsze podejście lufy spawalniczej oraz łatwiejszego dopasowania elementów ze sobą. rys.2

• elementy wykonane przy zastosowaniu gilotyną z blachy St3S (S235JR) o wymiarach 3x20x76mm (rys. 2) arkusz blachy 500x600x3 stali St3S (S235JR) wg PN/H 92131 (z arkusza wychodzi 236 szt. płaskowników, wycinanie na gilotynie płaskowników, zaginanie 118 elementów)

• gatunek stali użyty do wykonania elementów, wymaga zastosowania zabiegów cieplnych przed spawaniem. Elementy łączone należy podgrzać do 170°C(elementy K7.04.16 i K7.04.17) i 210°C(element K7.04.15)

• dodatkowa ilość elementów ,które możemy uzyskać z odpadu przeznaczona jest do celów badawczych sprawdzających wytrzymałość połączonych elementów po spawaniu, sprawdzenia dokładności wykonania przy zastosowanym oprzyrządowaniu oraz ewentualny błąd spawacza przy ułożeniu elementów w przyrządzie i złego ich połączenia ze sobą.

1. Masa gotowego wyrobu

$Plaskowniki:\ 2*3*20*76 - 2*(\frac{\pi*10^{2}}{4}) = \ 8649mm3$ (elementy K7.04.16 i K7.04.17)

rys.3

$Pret:\ \ \frac{\pi*18^{2}}{4}*38 + 6*\frac{9\sqrt{3}}{4}*30 = \ 15956\ mm3$ (element K7.04.15)

rys.4 Masa gotowego wyrobu : (8649mm3  + 15956 mm3)*0, 001 * 7, 85g/cm3 ≈ 193g

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

- pozycjonowanie łączonych elementów za pomocą docisku poziomego

fot.1

- należy zachować równoległość miedzy łączonymi płaskownikami (elementy K7.04.16 i K7.04.17)

1. Stanowisko spawalnicze.

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

fot.2

1. Plan spawania.

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

• Elementy K7.04.16, K7.04.15 i K7.04.17 umieszczamy w piecu oporowym rozgrzanym do 250°C (lub ustalonej doświadczalnie temperatury- punkt3) na czas potrzebny do osiągnięcia wymaganej temperatury.

• Elementy K7.04.16, K7.04.15 i K7.04.17 rozgrzane do 250°C (lub ustalonej doświadczalnie temperatury) wyjmujemy z pieca oporowego używając kleszczy.

• Elementy w kolejności K7.04.16, K7.04.15 i K7.04.17 ustawiamy w przyrządzie 1.001 używając kleszczy. Następnie mocujemy ściskiem poziomym (fot.1) w kolejności zgodnej z numeracją strzałek na rys.6. Po ukończonej pierwszej części spawania (spoina 1 i 2 wg WPS nr1) obracamy element za pomocą kleszczy, pozycjonujemy i unieruchamiamy analogicznie jak przed przystąpieniem do łączenia spoinami 1 i 2.

• Po zamocowaniu elementow w przyrządzie pomocniczym, zachowując wymiary podane na rysunku wykonawczym (rys.5). Wykorzystujemy oprzyrządowanie pomocnicze do stabilizacji położenia elementu (rys.6). Wykonujemy spoiny sczepne a następnie spawamy stosując się do karty WPS nr1. Po ukończonej pierwszej części spawania (spoina 1 i 2 wg WPS nr1) obracamy element za pomocą kleszczy, nastepnie pozycjonujemy i unieruchamiamy analogicznie jak przed przystąpieniem do łączenia spoinami 1 i 2.

Węzeł 3D

rys.5

Element w przyrządzie

rys.6

rys.7rys.8