1.PROCESY SPAWALNICZE - SPOJENIA

-spawanie : elektrołukowe ,elektryczne ,gazowe ,elektryczne w osłonie gazów (MIG-TIG) ,elektrożużlowe ,wiązką elektronów ,laserowe ,termitowe

-zgrzewanie : elektryczne ( doczołowe ,punktowe ,liniowe ) ,tarciowe ,wybuchowe

-lutowanie : twarde ,miękkie ,lutospawanie

-procesy pokrewne : metalizacja natryskowa ,żłobienie elektropowietrzne ,odprężanie płomieniowe ( wyrzażanie ) ,cięcie metali ( gazowe acetylotlenowe ,plazmowe )

2.ZAKRES AUTOMATYZACJI W PRODUKCJI KONSTRUKCJI SPAWANYCH określa się jako stosunek sumy przekrojów wzdłużnych spoin czołowych i pachwinowych wykonanych automatem spawalniczym do całkowitej sumyprzekrojów wzdłużnych konstrukcji

∑Sa-spawanie przekrojów wzdłużnych spoin wykonanych automatem

∑Sp- .........półautomatem ,∑Sr-.... ręcznie

W wykonastwie niektórych konstukcji wskażnik ten dochodzi do 0,6-0,7

W konstrukcjach spawanych udział poszczególnych procesów jest następujący: -spawanie ręczne 55% , - spaw. w osłonie CO₂ 30% , -spaw. automatem pod topnikiem 10% ,- inne rodzaje spaw. 5%

3. TYPY ZŁĄCZY WYSTĘPUJĄCYCH W KONSTRUKCJACHSPAWANYCH

- spoiny pachwinowe 65% ,- spoiny czołowe 35%

4.PROCESY CIEPLNE W SPAWALNICTWIE.

4a.ŹRÓDŁA CIEPŁA W SPAWALNICTWIE

. Stosuje się silne skupione źródła ciepła, które powoduja lokalne nagrzanie spawanego materiału.

Są 3 źródła:

• łuk spawalniczy (o różnej wydajności cieplnej) - płomień acetylonowo-tlenowy lub plazmowy, - prąd elektryczny

4b. ENERGIA CIEPLNA W SPAWALNICTWIE

<1. Łuk spawalniczy

Moc cieplna q=0.24 *U*J * η , q_l - ilość cipła wprowadzona na jednostkę długości

η: 0,85 spaw automat pod topnikiem, 0,75 spaw ręczne 0,60 spaw w CO₂

Przy spaw : -ręcznym U=20+0,04*J(V), -w osłonie CO₂ U=15+0,04*J(V)

Przy spaw autmatycznym nie ma zależności między poszczególnumi parametrami

<2. Płomień gazowy
, VC₂H₂-objętość acetylenu

V_SP-szybkość spawawnia

<3. Energia cieplna cięcia gazowego q_l=0,838*(13,5-g)*g g-grubość materiału ciętego.

4c. PODSTAWY PROCESÓW CIEPLNYCH

Równanie różniczkowe przewodnictwa cieplnego(fouriera)

T-temp (°C) t-czas(sek) x,y,z-współrzędne a-współcz. szybkości temp. x -współcz. przewodnictwa ciepła

<1. Pole temperatur w przedmiocie spawanym

Powłoka (płyta) ,

Dla stali niskowęglowej

Ciało masywne

<2.Wyznacznie temperatur maksymalnych

Powłoka (płyta)
,⁰K

Ciało masywne
,⁰K

<3.Wyznaczanie chilowych szybkości chłodzenia

Powłoka (płyta)
, ⁰K/Sek

Ciało masywne

T₀- temperatura otoczenia

5.NAPRĘRZENIA I ODKSZTAŁCENIA W SPAWALNICTWIE

Oddziaływanie cieplne - analogia do próby rozciągania

Odkształcenia :

λ-cieplne

Δ-rzeczywiste

całkowite

ε-plastyczne

lub sprężyste

5a. Pręt swobodny podgrzewany

L_T=L₀ (1+α T)

ε_r = ΔL / L₀=α T

Odkształcenia cieplne λ=α*T

5b. Pręt dwustronne zamocowany

δ = ε Ε = α T E

Dla stali niskowęglowych

5c. Pręt z ograniczoną możliwością przesuówu

W zakresie 0-600 ⁰C skrócenie względne ε=α*T=0,000012*600=0,0072=0,72%

W próbie rozciągania umowna granica plastyczności określona jest odkształceniem 0,2%

Wobec tego suma odkształceń sprężystego i plastycznego da mam odkształcenie całkowite

0,2%+0,52%=0,72%

6.ODKSZTAUCENIA

<1.wzdłużne (skrócenie)

,gdzie ΔL - wydłużenie pozorne ,

F - powierznia przekroju poprzecznego [Cm²], L - dł,elementu [Cm], q₂ - energia liniowa procesu spawania [KJ/Cm]

,(Cm) , gdzie J - moment bezwładności powierzchni poprzecznego (Cm ⁴) , α_S - odległość środka spoiny od osi obiętościowej (Cm)

Połączenia teowe

ΔL_POZ = {m_1,2 , m₁₊₂}* (-0,85*10^{- 3}*L / Fq_L) , (Cm)

, (Cm) ; m_1,2 = 1,2 - 1,4 ;m₁₊₂=2,1 - 2,4

Spoiny przerywane

<2.Odkształcenie poprzeczne

F=gl L_sp-L_{spoiny ,} F=g L

,

m=

∑g - suma grubości elementów łączonych

V - szybkość spawania

∑g=2g

∑g=g₁+2g₂

∑g=g₁+g₂

<3.Odkształcenia kątowe.

W przypadku spoin dwustronnych - grzybkowatość

0.003(14% - 1) - dla spaw. CO₂

β= 0.005(14% - 1) - dla spaw. ręczne.

0.006 (14% - 1) - dla spaw. aut. pod topn.

Przy spoinie dwuktotnej β jest dwukrotnie większa.

f_max = 0.312*β* w

<4.Odksztacenie poprzeczne

7.TECHNOLOGIA SPAWANIA

Obejmuje zagadnienia

- typy złączy spawanych

-pozycja spawania

- przygotowanie elementów do spawania

- materiały dodatkowe,elektrody,druty, topniki,gazy

- rodzaj prądu spawalniczego, i biegunowość

- dobór parametrów spawania

- montaż

8.PODZIAŁ SPOIN NA DWIE ZASADNICZE GRUPY:

-czołowe

-pachwinowe

<1.Rodzaje złączy spawanych ze spoinami czołowymi:

doczołowe,teowe,krzyżowe,narożne

<2.Rodzaje złączy spawanych ze spoinami pachwinowymi:

teowe,zakładkowe,nakładkowe,krzyżowe

<3.Inne rodzaje spoin:

punktowe,przylgowe

9.MATERIAŁY DODATKOWE

-elektrody do spawania ręcznego

-drut do spawania ręcznego i półautomatycznego

10.KLASY I GATUNKI ELEKTROD:

Kwaśne - prąd stały lub przemienny duza wydajność (żużel łatwo odchodzi), duża

ilość wodoru w stopie(powoduje skłonność do pękania)

mniejsze własności wytrzymałościowe (ma mniejszą odporność konstrukcyjną)

Zasadowe - prąd stały mniejsza wydajność

11.RODZAJ PRĄDU I BIEGUNOWOŚĆ

Z punktu widzenia technologii bez różnicy (prąd stały lub przemienny na biegunie (+)

wydziela się większe ciepło niż na (-))

12.SPAWALNOŚĆ - własności technologiczne materiałów metalowych

spawalność- to zdolność metalu do utrzymania połączenia o cechach ciągłości

metalicznej i wytrzymałości dorównującemu materiałowi rodzimemu (wytrzymał. statyczna,

zmęczeniowa, na pękanie) w w całym zakresie temp. eksploatacji.

Spawalność-metalurgiczna,technologiczna,konstrukcyjna

13.CHARAKTERYSTYKA POŁĄCZEŃ SPAWANYCH:

- rodzaj stali (materiału)

- grubość spawanych elementów

- spiętrzenie naprężeñ na skutek wad złączenia

- rodzaj obciążenia

- spiętrzenie naprężeñ na skutek wad złącza spawanego i zmian przekroju

- karb strukturalny (naprężenia strukturalne)

- naprężenia wewnętrzne-zależne od metody spawania, itp.

14.ROZKŁAD NAPRĘŻEŃ W ZŁĄCZU SPAWANYM

<1.doczołowe I,V,X,Y,U,K

<2.zakładkowe ze spoinami pachwinowymi

<3.krzyżowe

Spoiny doczołowe.

Wielkość naprężeń w miejscu karbu charakteryzuje współczynnik α_k

,

Połączenia zakładkowe.

Połączenia krzyżowe.

Połączenia teowe.

15.STALE KONSTRUKCYJNE SPAWALNE NISKOWĘGLOWE (C<0,25%)

St3SX St3VX , St4S - jak dla St3S

St3Y St3VY

ST3V St3W

16. STALE SPAWALNE O PODWYŻSZONEJ WYTRZYMAŁOŚCI

<1.węglowo- manganowe(C-Mn) Mn:1,4-1,65%

09G2 305

15GA Re 314 MPa

18G2 355

18G2A 355

<2.stale mikrostopowe(dodatki Nb, V Ti,Cr<0,1%)

15G2Anb 35515G2NNb 400 MPa

18G2ANb Re 400

18G2AV 450

<3.stale bainityczne(normalizowane i odpuszczane)

13HNMBA 500

15HNMBA Re 500 MPa

15MBA 550

<4.stale ulepszone cieplnie (o strukturze martenzytu)

14HNMBCu Re 690 MPa (amerykańska T1 Re 950 MPa)

17 SCHEMAT PODSTAWOWYCH WŁASNOŚCI SPAWALNYCH STALI PW

18. STALE I STALIWA NA SPAWANIE KONSTRUKCYJNE MASZYNOWE

-uproszczenie konstrukcji maszynowych, gdy można je wykonać jako elementy spawane-do tego trzeba dążyć

-dla stali stosowanych w budowie maszyn nie ma specjalnie wydzielonej grupy stali o gwarantowanej spawalności. Projektant najczęściej winien zadecydować, czy zastosowanie przez niego tworzywo należy do spawalnych i jakie trudno wykonać.

19.STALIWA WĘGLOWE

1.staliwa zwykłej jakości-o nieokreślonym składzie chemicznym.

2.staliwa wyższej jakości-o określonym składzie chemicznym.

3.staliwanajwyższej jakości-o określonym składzie chemicznym, mniejszej zawartości P i S oraz z odpornością udarnościową.

4.staliwa ze specjalnymi własnościami magnet.-przeznaczone na części maszyn elektrycznych.

W zasadziewszystkie grupy staliw węglowych są spawalne, ale najlepiej na spawane konstrukcje stosować grupę III

Spawalność staliw L40 i L45 (L<0,25%) jest dobra. Spawanie staliw o wyższej wytrzymałości-do L65 włącznie wymaga dodatkowych zabiegów cieplnych przed-„podczas- i po spawaniu“.

20.STOPY ALUMINIUM.

Spośród metali nieżelaznych najczęściej stosowane stopy konstrukcyjne. Dzielą się na odlewnicze i do przeróbki plastycznej(walcownicze), spawalność stopów odlewniczych(z dodatkiem krzemu) jest ograniczona lub w ogóle nie są spawalne.

Podział drugiej grupy jest następujący:

Hydronalia AL.- Mg nieulepszone Aluman AL.- Mn

Antikowdal Al.-Mg-Si

Konstruktal Al.-Cn-Mg ulepszanie cieplne

Dural Al.-Cu-Mg

Aluman i antikowdal cechują się niską Re (3-4 kg/mm²) dużą tłocznością i dobrą odpornością korozyjną. Stąd stosowane są na urządzenia chemiczne, elementy ozdobne itp..spawalność dobra. Durale mają wysoką wytrzymałość Re(30-40 kg/mm²) Obecnie stosowanymi najczęściej stopami Al. na wytrzymałościowe konstrukcje spawane są hydronalia.

Wpływ zawartości Mg na własności wytrzymalościowe stopów Al.-Mg

21.METODY OBLICZEŃ KONSTRUKCJI SPAWANYCH

Podstawowe metody przy obliczaniu ustrojów noœnych i konstrukcyjnych i spawanych:

- metoda naprężeñ dopuszczalnych

- metoda stanów granicznych

<1.Metoda naprężeñ dopuszczalnych

Naprężenia dopuszczalne są zależne od rodzaju konstrukcji, stanu obciążenia i warunków pracy konstrukcji. Naprężenia dopuszczalne określa się ogólnie jako stosunek wytrzymałości materiału konstrukcji do założonego o współczynnik bezpieczeñstwa (pewności)

lub
n- współcznnik bezpieczeñstwa

Naprężenia dopuszczalne określa się na podstawie dopuszczalności norm i przepisów branżowych. Naprężenia dopuszczalne dla złącz spawanych ustala się w zależnoœci od przyjętego naprężenia dopuszczalnego materiału rodzimego, mnożyć je przez współczynnik S, zależny od naprężeñ występujących w spoinie.

Spoiny czołowe ściskane osiowo i przy zginaniu 1.0

Spoiny czołowe rozciągane osiowo i przy zginaniu 0.8÷1.0

Spoiny czołowe ściskane 0.6

<2.Obliczenia wytrzymałościowe przy prostych obciążeniach statycznych.

Ogólne warunki sprawdzania elementów konstrukcyjnych metodą naprężeñ dopuszczalnych można przedstawić wzorami:

Rozciąganie

Ściskanie

Zginanie
Mg-moment gnący

Ws-współczynnik osiowy przekroju spoinyŚcinanie
T-siła tnąca

Skręcanie
M₀-moment skręcający

W₀-współczynnik biegunowy przekroju spoiny

Dla spoin montażowych naprężenia dopuszczalne należy zmniejszyć o 10%.

<3.W złączu krzyżowym z prętami

Przy stosunku
złącza zrywają się w materiale rodzimym
złącza zrywają się w spoinie

<4.Złącza z zakładką

zazwyczaj w obliczeniach statycznych przyjmuje się, że przenoszone siły są proporcjonalnie do przekrojów tych spoin. W rzeczywistości tak nie jest w złączu zakładkowym

spoiny poprzeczne przeciążone

22.METODA STANÓW GRANICZNYCH

Metoda stanów granicznych w obliczeniach złączy spawanych obowiłzuje w budownictwie stalowym oraz budownictwie dźwignic i urządzeñ transportowych. W metodzie tej wyznaczone naprężenie porównuje się z wytrzymałości obliczeniową stali. W obliczeniach konstrukcji z uwzględnieniem stanu granicznego nośności sprawdza się czy jest zapewniona wytrzymałości i stateczność konstrukcji w fazie budowy i eksploatacji, są więc dwa stany:

<1.Nośności i użytkowania:

ogólne warunki sprawdzenia naprężeñ metodą stanów granicznych można napisać w postaci wzorów:

<2. I stan graniczny nośności:

Rozciąganie
P_obl-obciążenie charakt pomnożone przez współ obciążenia i ewent współ dynamiczny

Ściskanie
M_obl-mom zginania i siła poprzeczna wywoł obciąż P_obl

Ścinanie
F-pole przekroju elementu

W-wskaźnik wytrzym przekroj R-wytrzymałóść obliczeniowa

n- współ niejednorodności wyst obciążeń

<3. II Stan graniczny uzytkowania

F<=F_gr V<=V_gr h<=h_gr

F - ugięcie wywołane obciążeniem char. bez żadnych wspócz

V - przesunięcie pionowe

h - przesunięcie poziome

F_gr , h_gr , V_gr - graniczne wartości ugięcia i przesunięć okreś. odpowiednimi normami

Wytrzymałość obciążeniową spoin łączonych elementów konst. ustala sił na podst. wytrzymałości obciążeniowej łączonej stali zgodnie ze wzorem

gdzie:Rm - wytrz. obciążeniowa materiału rodzimego

S - współczynnik - jak w metodzie naprężeñ dopuszczal.

Wytrzymałość odciążeniową spoin wykonanych w pozycji pułapowej nalezy zmniejszyć o 20%, a spoin wykonanych na montażu i kontrolowanych wykrywkowo o 10%

W przypadku jednoczesnego wystepowania napreżeñ normalnego (δ) i stycznego (τ) powinien byc dodatkowo spełniony warunek

23 .WYTRZYMAŁOŚĆ SPOIN PRZY OBCIĄŻENIACH ZMIENNYCH

Wartość obciążenia cyklicznego jest zależna od liczby cykli (N) i maleje w miarę wzrostu N . Zależność między naprężeniem a liczbą przebytych cykli do zniszczenia określa się krzywą Wohlera

δ_r-10*10⁶ zmian dla mat rodzimych

6*10⁶ zmian dla stopów Al.

2*10⁶ zmian dla elem (złącz)spawanych

Naprężenia w konstrukcji spawanej przy obciążeniach zmiennych nie mogą przekroczyć

n - Współczynnik pewnosci w stosunku do δ_a na wykresie Wohlera

Ustalenie naprężeń dopuszczlnych sprawdza się do wyznaczania n

k₁= współcz. postaci złącza (0.5÷1)

k₂= współcz. grubości spoiny

sp. czołowe k₂=1

sp. pachwinowe a=10 k₂=1 , a<10 k₂<1 , a>10 k>1

k₃= współcz. poprawności wykonania spoiny (złącza spawanego). Dla spoin specjalnej jakości (zgodnie z technologią i bez wad), k₃=1(spoiny badane), spoiny zwykłej jakości k₃=2 (spoiny niebadane).

24. WYTRZYMAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWA ZŁĄCZY ZE STALI St33

rys

Zrj.(Mpa) 240 k₁-0,1

160 0,7

220 0,8

0,7

τ (Mpa)

• 0,6

60 0,6

25. SCHEMAT ZWIAN STRUKTURALNYCH W POSZCZEGÓLNYCH STREFACH ZŁĄCZA SPAWANEGOSPOINY JEDNOWARSTWOWEJ:

ł. Strefa metalu nadtopionego.

2. Strefa metalu częściowo roztopionego (0.ł÷0.5mm).

3. Obszar przegrzania (do 3mm).

4. Obszar normalizacji (0.2÷5mm).

5. Obszar niepełnego przekrystalizowania (0.ł÷5mm).

6. Obszar rekrystalizacji (0.ł÷ł.5mm).

7. Strefa bez zmian strukturalnych.

Szerokość strefy wpływu ciepła SWC

Ciało masywne
(cm)

Powłoka
cγ-objętościowe ciepło właściwe

26.WYTRZYMAŁOŚĆ UDAROWA ZŁĄCZY SPAWANYCH

Nie należy utożsamiać z udarnością. W próbie udarnościowej posługujemy się uderzeniem dla zbadania cechy materiału mierzonej energochłonnością. Wytrzymałość udarowa polega na ustaleniu naprężeñ jakie może przenieść konstrukcja w wyniku uderzenia, obciążenia udarowe powstają przy gwałtownej zmianie szybkości ruchu przedmiotów biorących udział w procesie uderzania.

Przyjmuje się, że zasady stereomechaniki technicznej przy obciążeniach statycznych (prawo Hooke'a) pozostają słuszne i dla obciążeñ udarowych. Dynamiczne odkształcenia i naprężenia są zwielokrotnione w stosunku do statycznej wartości tych wskaźników przez współcznnik dynamiczności kol.

δ_stat-naprężenia statyczne przy danym obciążeniu

Wielkość współczynnika kol wzrasta ze zwiększeniem sztywności konstrukcji oraz z lokalnymi zmianami powierzchni przekroju konstrukcji.

Konstrukcje spawane zapewniające większą możliwość uzyskania stałego przekroju są korzystniejsze od innych łączników pod względem odporności.

Własności wytrzymałościowe takich materiałów jak stale ferrytyczno-perlityczne zwiększają się przy obciążeniach udarowych. Również i wydłużenie może wzrastać na skutek mo¿liwoci w elemencie kilku „szyjek”.

Dlatego do obciążenia dopuszczalnego naprężenia można przyjąć granicę plastyczności. Określoną próbą statyczną, ale współcznnik pewności bieże się wyższy jak przy obliczeniach statycznych.

27.WYTRZYMAŁOŚCI ZŁĄCZY SPAWANYCH W NISKICH TEMPERATURACH.

Mamy tu do czynienia ze zjawiskiem kruchego pękania stali lub kruchości stali na zimno. Badając udarności określonego materiału w różnych temp. uzyskuje się krzywą przejęcia materia³u ze stanu ciągliwego w stan kruchy. Temp. w jakiej to następuje nazywa się temp. kruchości lub temp. przejęcia w stan kruchy T_k.

Typ próbki

a) Mesnager (KM)

b) charpy V (KCV)

c) Charpy V (KCV)

Konstrukcje grubościenne będące usztywnionymi poszyciami poddane obciążeniom przestrzennym mają wyższą temp. kruchości niż konstrukcje cienkościenne i prętowe, wykonane z tego samego materiału.

Wydziela się 3 grupy konstrukcji spawanych:

konstrukcje cienkościenne g < ł0 ÷ł2mm , o średniej grubości g =ł0 ÷25mm , grubościenne g >20 ÷25mm

Można podać wzór określający, w sposób przybliżony temp. badañ T_b dla próbki typu Charpy V dla stali na konstrukcje eksploatowane w temp. (-50÷20⁰ C).
⁰K

gdzie: T_e- najniższa temp. eksploatacji konstrukcji , K- dopuszczalne naprężenie przyjęte dla konstrukcji

(stale nisko weglowe ł5÷20 kG/mm²)

Wadą tej zależności - nie uwzględnienie czynników konstrukcyjnych jak grubości materiału, rodzaj połączenia spawanego. Normy pañstwowe powoli to ujmują np. ISO.

Odmiany plastyczne B 20⁰ C; C O⁰ C; D -20⁰ C;

28 . CHARAKTERYSTYKA POŁĄCZEŃ SPAWANYCH:

- rodzaj stali (materiału)

- grubość spawanych elementów

- spiętrzenie naprężeń na skutek wad złączenia

- rodzaj obciążenia

- spiętrzenie naprężeń na skutek wad (np. okrętownictwo) E -80⁰ C;

29. WYTRZYMAŁOŚĆ ZŁĄCZY SPAWANYCH W PODWYŻSZONYCH TEMPERATURACH

Na konstrukcje eksplatacyjne w podwyższonych temperaturach produkowane są specjalne gatunki stali. Wytrzymałości stali pracujących w podwyższonych temperaturach podstawową własnościa jest odporność na :

<1.starzenie - uzyskuje się przez uspokojenie stali przez pierwiastki AL.,Ti,V,Zn.

<2.żaroodporność - (odporność na utlenianie w wysokich temp.) Stale niskowęglowe można stosować na konstukcje pracujące w temperaturach 400-450⁰C

<3.żaroodporność - to zdolność stali do długotrwałego przenoszenia obciążeń w danej temp.

<4.zmęcznie cieplne - nierównomierne nagrzewanie powtarzające się cyklicznie

(⁰K)
-współcz. rozszerzalności liniowej
współcz. uwzględniający sztywność oraz grubościenność konstrukcji

30.ODPORNOŚĆ NA KOROZJĘZŁĄCZY SPAWANYCH

Korozja w rejonie złącza spawanego jest spowodowana zjawiskami elektochemicznymi

Przemiany stukturalne (SWC) mogą też powodować zmiany potencjału elektrodowego. W rezultacie pomiędzy fragmentami konstrukcji o różnych potencjałach mogą powstawać ogniwa galwaniczne.

Me - metal

e - elektron

D -

31 .KOROZJA ZŁĄCZY SPAWANYCH

Środki zapobiegające korozji stali : Cr, Ni, Cu, Mo np.:St3SCu, G9G2Cu, L8G2ACu.

Korozja międzykrystaliczna - w stalach austenicznych korozja występuje na granicach ziarn, podczas gdy powierzchnia pozostaje niezmieniona. Zmienia się wytrzymałość. Aby uniknąć tej korozji dodaje się Ti,Nb,Ta-wiążą one węgiel a nie chrom.

32. WADY ZŁĄCZY SPAWANYCH

Należy okreslić 2 parametry

1>wielkość wady

2>nasilenie wady

L-odcinek na którym dokonujemy klasyfikacji

N-odcinek normalny

Stopnie wielkości

Stopnie nasilenia np. Bb 23

Klasy wadliwości złącza spawanego - -oddzielnie jest sporządzane dla badań ultradźwiękowych i radiograficznych.

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Napisali Tomas , Mientki i Kartofel 29 .01. 1999 r !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

---