Materiały budowlane
Technologia metali
Wykład 3
Tematyka wykładów
Wprowadzenie. Proces wytwarzania stali. Struktura stali. Przemiany
fazowe. Obróbka cieplna stali.
Stal  skład chemiczny, właściwości fizyczne i mechaniczne stali.
Badania cech mechanicznych stali. Gatunki stali.
Procesy spawalnicze. Spawalność stali. Naprężenia własne.
Technologia wytwarzania wyrobów stalowych. Asortyment wyrobów
stalowych. Zachowanie się stali w trudnych warunkach użytkowania.
Inne metale żelazne i metale nieżelazne  właściwości i zastosowanie.
Zaliczenie.
Procesy spawalnicze
Spawanie - definicja
SPAWANIE  trwałe łączenie
metali przez miejscowe
doprowadzenie do nich
energii cieplnej powodujÄ…cej
stopienie ich brzegów, a
następnie zakrzepnięcie,
dzięki czemu powstaje
SPOINA.
Główne zalety spawania
Niska pracochłonność wykonania;
Zmniejszanie ciężaru konstrukcji;
Wysoka wytrzymałość i niezawodność połączeń;
A
atwość kształtowania i projektowania;
Monolityczność i sztywność;
A
atwość wykonania zabezpieczenia
antykorozyjnego i przeciwpożarowego.
Główne wady spawania
Konieczność doprowadzania energii cieplnej
w spawany materiał;
Zmiana struktury materiału na skutek cyklu
cieplnego spawania, powodująca niejednorodność
strukturalną i mechaniczną złącza;
Powstanie naprężeń własnych o znacznych
wartościach oraz odkształceń wpływających
na cały element spawany;
Konieczność wykonywania spoin przez
wykwalifikowanych spawaczy i pod stałą kontrolą
nadzoru technicznego.
Rodzaje
spoin
Elementy złącza i spoiny
Ukosowanie krawędzi
Pozycje spawania
Sposób oznaczania spoin na rysunkach
konstrukcyjnych
Sposób oznaczania
spoin na rysunkach
konstrukcyjnych
y
ródła ciepła spawania
y
ródło ciepła, aby mogło być stosowane w procesach
spawania, musi spełniać następujące warunki:
Zapewniana przez nie temperatura musi przekraczać
temperaturę topnienia materiału spawanego
(dla stali ok. 1400-1534ºC);
Strumień ciepłą musi być wprowadzany w sposób jak
najbardziej skoncentrowany, tak aby powstajÄ…ce jeziorko
ciekłego metalu było niewielkie;
Musi posiadać znaczną moc cieplną  szybkość dostarczania
ciepła musi być duża;
Musi istnieć możliwość regulacji strumienia ciepła, aby
dostosować go do potrzeb (np. do grubości spawanych
elementów);
Powinno być tanie w eksploatacji, proste w obsłudze oraz
bezpieczne i niezawodne w działaniu.
y
ródła ciepła spawania
Płomień gazowy;
A
uk elektryczny;
Strumień plazmy niskotemperaturowej;
Promień laserowy.
Klasyfikacja metod spawania
Metody spawania
W celu jednoznacznego i
skrótowego określania metod
spawania w normie PN-EN ISO
4036: 2002 podano numeryczny
trójpoziomowy system
oznaczania:
- jednocyfrowo  grupy metod,
- dwucyfrowo  podgrupy metod,
- trzycyfrowo  metod.
Spawanie metodÄ… MMA/SMAW (elektrodÄ… otulonÄ…)
W metodzie tej Å‚uk elektryczny
tworzy się pomiędzy topliwą
elektrodą otuloną i materiałem
spawanym. W wyniku palenia
się łuku następuje stapianie
elektrody i brzegów łączonego
materiału. Po stopieniu
następuje wzajemne
wymieszanie się materiału
łączonego z materiałem
elektrody a po zakrzepnięciu
tworzy się nierozłączne
połączenie. Elektroda wykonana
jest z tego samego materiału, co
materiał łączony. Może
posiadać otulinę zasadową,
rutylowÄ… bÄ…dz
celulozową, która
podczas spawania tworzy wokół
Å‚uku atmosferÄ™ ochronnÄ… oraz
żużel wokół zakrzepniętego
materiału.
Spawanie metodą przy użyciu gazu osłonowego
W metodzie MIG (lub GMAW)
Å‚uk elektryczny wytworzony jest
pomiędzy materiałem
spawanym a drutem
spawalniczym i jest chroniony
przez specjalną osłonę gazową.
Może ona być obojętna (np.
argon)  metoda MIG lub
aktywna (np. CO2 lub mieszanki
Ar i CO2) - metoda MAG. Drut
jest stale podawany poprzez
zespół podający i uchwyt
spawalniczy aż do jeziorka
spawalniczego.
Spawanie metodÄ… TIG
W metodzie tej Å‚uk elektryczny
wytwarzany jest pomiędzy
wolframowÄ… elektrodÄ… nietopliwÄ…
a materiałem spawanym.
Jeziorko spawalnicze osłaniane
jest atmosferÄ… ochronnÄ…,
zazwyczaj jest to czysty argon.
Połączenie spawane może być
wykonywane bez materiału
dodatkowego, poprzez
wymieszanie siÄ™ nadtopionych
brzegów elementów łączonych,
lub z udziałem materiału
dodatkowego w postaci pręta
dokładanego do jeziorka
spawalniczego. Zapalenie Å‚uku
odbywa siÄ™ dwoma metodami.
SPAWALNOŚĆ  zdolność do tworzenia za pomocą
spawania złączy o wymaganych właściwościach
fizycznych, zdolnych do przenoszenia obciążeń
przewidzianych dla danego rodzaju konstrukcji.
SPAWALNOŚĆ
METALURGICZNA KONSTRUKCYJNA TECHNOLOGICZNA
Spawalność metalurgiczna  uzależniona jest od
sposobu wytworzenia stali, jej składu chemicznego
i struktury, stopnia uspokojenia, sposobu obróbki
elementów, rodzaju spoiwa.
Spawalność technologiczna  określa
wymagania dotyczące wyboru procesów
spawania, doboru parametrów spawania,
ustalania kolejności wykonywania spoin, a także
zastosowania obróbki cieplnej.
Spawalność konstrukcyjna  związana ze
stopniem sztywności konstrukcji i możliwości
swobody odkształceń elementów spawanych,
grubość tych elementów oraz grubość, długość
i rozmieszczenie spoin, sposób kształtowania
węzłów i elementów z wyeliminowaniem miejsc
podatnych na pęknięcia, zapewnienie możliwości
wstępnego podgrzewania i wyżarzania elementów
Å‚Ä…czonych.
Spawalność jako zagadnienie otrzymania
złącza spawanego bez pęknięć
P
KNI
CIA
Pęknięcia gorące Pęknięcia zimne Pęknięcia lamelarne
Pęknięcia gorące
(krystalizacyjne)
Są pęknięciami międzykrystalicznymi
zachodzÄ…cymi w temp. 1200-1350ºC;
Ich powstanie jest głównie związane
z zanieczyszczeniami krystalizujÄ…cej
spoiny (S i P);
Skłonność do pęknięć krystalizacyjnych zależna jest również od
geometrii ściegów spoiny (stosunku grubości do szerokości), kształtu
spoiny oraz miejscowego spiętrzenia naprężeń;
Zapobieganie im polega głównie na utrzymaniu odpowiedniej proporcji
szerokości do wysokości ściegu spoiny(1:1-1,4:1), unikania wklęsłości lica
spoiny oraz doborze materiałów dodatkowych gwarantujących dużą
plastyczność stygnącej spoiny;
Ocena skłonności stali do pękania krystalizacyjnego polega na ocenie
składu chemicznego (wskaz
nik skłonności do pękania UCS).
Pęknięcia zimne
Występują najczęściej obok spoiny, w
strefie wpływu ciepła lub strefie
wtopienia;
Pojawiają się dopiero po ostygnięciu
złącza;
Pojawienie siÄ™ ich jest spowodowane jednoczenym
występowaniem:
" wzrostu twardości i spadku ciągliwości w obszarze SWC;
" występowania wodoru w spoinie;
" występowania pospawalniczego stanu naprężeń i odkształceń.
Unikanie pęknięć zimnych polega zwykle na ograniczaniu wpływu
dwóch pierwszych czynników (równoważnik węgla CEV, zmniejszenie
ilości wodoru, podgrzewanie przed i po spawaniu).
Pęknięcia lamelarne
Powstają, gdy naprężenia skurczowe działają
w kierunku grubości blach;
Mają najczęściej postać uskokową
(schodkowÄ…);
Na ich powstanie wpływa istnienie naprężeń
prostopadłych do powierzchni blachy i
skłonność blach do tego typu pękania ,
wywołana najczęściej wtrąceniami
niemetalicznymi.
Zapobieganie pęknięciom polega na zmniejszaniu objętości metalu
w spoinie oraz odpowiednim ukształtowaniu oraz odpowiednim
kształtowaniu połączeń teowych, krzyżowych i narożnych, a przede
wszystkim stosowaniu materiałów odpornych na pękanie;
Wady spoin
Pęknięcia w spoinach: a)
podłużne, b) poprzeczne,
c) promieniowe;
Pustki w spoinie: a) pęcherze
gazowe, b) gniazdo
pęcherzy, c) pręcherz
podłużny, d) pęcherz
kanalikowy);
Wtrącenia stałe (np.
wtrącenie żużla);
Przyklejenia i braki przetopu
Wady spoin  niezgodności spawalnicze dotyczące kształtu.
Metody wykrywania wad spoin
Kontrola zewnętrzna:
- oględziny zewnętrzne,
- badania penetracyjne,
- kontrola szczelności;
Kontrola radiologiczna;
Kontrola ultradz
więkowa;
Badania mechaniczne złączy.
Budowa strukturalna spoiny
Strefa wpływu ciepła
Naprężenia spawalnicze
Odkształcenia
spawalnicze