Spawanie MMA PDF

Preview

Summary

Download Spawanie MMA PDF

Description

https://www.dbc.wroc.pl/Content/7156/Techniki_wytwarzania.pdf SPAWANIE MMA 1.

Osłona ciekłego metalu przed dostępem powietrza a) W skład otuliny wchodzą różnego rodzaju składniki: a) jonizujące – tlenki sodu, potasu i tytanu, kreda, marmur; b) gazotwórcze – kreda, marmur, celuloza, skrobia; c) żużlotwórcze – rudy żelaza (magnetyt, hematyt), mangan, tytan, dolomit, marmur, kreda; d) odtleniające i odgazowujące jeziorko płynnego metalu oraz regulujące skład chemiczny stopiwa – żelazostopy magnezu, krzemu, molibdenu, kobaltu i tytanu; e) wiążące masę otuliny – szkło wodne sodowe i potasowe. b) W procesie spawania otulina spełnia zadania następujące: • obniża potencjał jonizujący przestrzeni łukowej, czyli ułatwia zajarzenie łuku; • polepsza stabilność i elastyczność łuku; • gazy powstałe w wyniku spalania lub rozkładu składników otuliny chronią metal przenoszony w łuku i płynne jeziorko przed szkodliwym działaniem otaczającego powietrza; • żużel powstały z otuliny chroni spoinę przed utlenieniem; • składniki otuliny wiążą chemicznie szkodliwe gazy (tlen, wodór, azot); • w procesie spawania do spoiny przechodzą składniki stopowe metali zawarte w otulinie, dzięki czemu uzyskuje ona lepsze własności wytrzymałościowe 2. Naprężenia i odkształcenia spawalnicze Powstawanie naprężeń własnych Podczas spawania element jest poddawana skomplikowanym procesom cieplnym oraz przemianom strukturalnym. Źródło ciepła spawania, którym może być płomień gazowy, łuk elektryczny, strumień plazmy, wiązka elektronów lub promień lasera, przesuwa się wzdłuż linii spawania, nagrzewając intensywnie obszar spoiny. Przesuw źródła ciepła powoduje nierównomierne nagrzewanie elementu. Obszary wokół spoiny są poddawane bardzo zróżnicowanemu nagrzewaniu (aż do temperatury topnienia) i chłodzeniu (do temperatury otoczenia). Towarzyszy temu zjawisko intensywnej dylatacji (rozszerzania się i kurczenia pod wpływem temperatury). Podczas nagrzewania i chłodzenia zmieniają się właściwości mechaniczne metalu. W trakcie realizacji procesów spawalniczych źródło ciepła (płomień gazowy, łuk elektryczny) powoduje miejscowe intensywne nagrzanie elementu. Temperatury w obszarze źródła ciepła są najwyższe i w przypadku łuku elektrycznego przekraczają nawet 3000°C. Nierównomierny rozkład temperatur oraz niestacjonarny przepływ ciepła są przyczyną zróżnicowanej cieplnej i mechanicznej reakcji elementu. Parametry opisujące właściwości cieplno-mechaniczne metali wpływają na kinetykę naprężeń cieplnych. Obszar spoiny jest nagrzewany do temperatury topnienia, pozostaje w tym stanie bardzo krótko, a następnie jest schładzany do temperatury otoczenia. Czas chłodzenia jest zwykle również stosunkowo krótki. W związku z tym przemiany fazowe zachodzą w ograniczonym czasie, co w zależności od materiału

może prowadzić do powstawania struktur hartowniczych (martenzyt lub bainit). Przemiany fazowe są związane ze zmianą objętości, szczególnie w przypadku przemiany martenzytycznej. Reasumując, podczas spawania zachodzą: -nierównomierne oraz szybkie nagrzewanie i chłodzenie, -zmiany właściwości cieplno-mechanicznych (E, Re, a) podczas nagrzewania i chłodzenia, -przemiany fazowe związane ze zmianą objętości. Oddziaływanie jednocześnie tych wszystkich czynników powoduje w rezultacie oddziaływania mechaniczne w sąsiedztwie poszczególnych obszarów poddanych procesowi podgrzewania i chłodzenia. Rozkłady naprężeń własnych Nierównomierne nagrzewanie, zjawiska cieplno-mechaniczne oraz ich kinetyka powodują w spawanym elemencie stany naprężeń, których rozkłady będą bardzo zróżnicowane co do kierunków i wartości. Na rozkłady te będzie miał wpływ również kształt łączonych elementów. W obszarze spoin, napoin oraz w strefach wpływu ciepła wystąpią w większości przypadków naprężenia rozciągające. W elemencie napawanym strefa rozciągana wystąpi w napoinie jako wynik skurczu roztopionego metalu, a w strefie pod napoiną jako efekt odkształceń plastycznych, które wystąpiły podczas podgrzewania i stygnięcia materiału. Zazwyczaj wartości naprężeń rozciągających w napoinach są duże (szczególnie przy napawaniu jednowarstwowym) i mogą osiągać wartość granicy plastyczności. Należy o tym pamiętać przy napawaniu materiałami kruchymi i twardymi, ponieważ bez zastosowania pewnych zabiegów cieplnych może dojść do pękania napoin. Odkształcenia spawalnicze Odkształcenia spawalnicze są wynikiem łącznego oddziaływania skurczu krzepnącego metalu spoiny i skurczu powstałego na skutek odkształceń plastycznych stref przyspoinowych podczas procesu nagrzewania. Skurcz powstający w spoinie działa we wszystkich kierunkach, tworząc w sumie odkształcenia na długości i szerokości elementu. Skurcz w kierunku grubości spoiny ma zwykle niewielkie znaczenie (należy brać go pod uwagę w przypadku bardzo grubych spoin). Nierównomierne oddziaływanie skurczu poprzecznego (większe w obszarze nadlewu i całkiem małe w obszarze grani) prowadzi do pojawienia się, oprócz odkształceń poprzecznych (Δlx, odkształcenia kątowego (Δα). Skurcz podłużny działający wzdłuż osi y, w zależności od sztywności łączonych elementów, oprócz skrócenia podłużnego (Δly) może spowodować ugięcie (fz). Ugięcie to może przybierać nieraz bardzo skomplikowane kształty, znacznie deformując kształty konstrukcji. W przypadku elementu teowego ze spoinami pachwinowymi zjawisko skurczu będzie wywoływać podobne reakcje w postaci odkształceń. Skurcz poprzeczny oprócz odkształcenia poprzecznego (Δlx) wywoła odkształcenie kątowe (Δα), a skurcz podłużny wywoła

odpowiednio skrócenie elementu i ewentualnie wygięcie (wielkość wygięcia zależeć będzie od sztywności przekroju poprzecznego). W zależności od kształtu konstrukcji, jej wymiarów, długości, grubości i zagęszczenia spoin skurcz spawalniczy będzie wywoływał odkształcenia różne co do wielkości i kierunków. Wiedza dotycząca odkształceń spawalniczych jest istotnym elementem wielu przedsięwzięć stosowanych w celu ich unikania lub zminimalizowania. Odkształcenia poprzeczne Odkształcenia poprzeczne, jako wynik skurczu poprzecznego, zależą od grubości elementu, rodzaju i wymiarów ukosowania, metody i techniki spawania. Skurcz poprzeczny w złączach teowych ze spoinami pachwinowymi jest zjawiskiem bardziej złożonym, ponieważ zależy on od wymiaru spoiny i od grubości elementu, które zwykle są różne. Odkształcenia podłużne Odkształcenia podłużne elementów spawanych są rezultatem występowania skurczu podłużnego. Ich wielkość jest uzależniona nie tylko od objętości i długości spoiny. Parametrem, który wyznacza wielkość odkształceń, jest również stosunek pola powierzchni przekroju elementu do pola powierzchni przekroju spoin. Kierunek skurczu spoiny jest zgodny z kierunkiem osi spoiny. Siła skurczu, która jest wynikiem przemian cieplno-mechanicznych w spoinie i w strefie przy spoinowej, rozkłada się na cały przekrój elementu. Płaszczyzna tego przekroju jest prostopadła do osi spoin. Im większy stosunek pola powierzchni przekroju elementu do pola powierzchni przekroju spoin w danej płaszczyźnie, tym skurcz podłużny będzie mniejszy. Siła skurczu rozkłada się na większą powierzchnię i tym samym wzdłużne odkształcenie sprężyste elementu będzie mniejsze. Odkształcenia kątowe Nierównomierny poprzeczny skurcz spoin (czołowych i pachwinowych) jest powodem występowania odkształceń kątowych. Odkształcenia te są szczególnie dokuczliwe, ponieważ zwykle są przyczyną odkształceń przestrzennych, takich jak: wybrzuszenia, skręcenia oraz błędy kształtu (odchyłka płaskości, liniowości, prostopadłości i inne). Występują podczas wykonywania spoin czołowych i pachwinowych. Przyczyną tworzenia się odkształceń kątowych jest nierównomierny skurcz poprzeczny na grubości złącza oraz odkształcenia plastyczne występujące podczas cyklu cieplno--mechanicznego. Wielkość skurczu poprzecznego zależy od kąta ukosowania i od szerokości i głębokości wtopienia poszczególnych ściegów. Zasady minimalizacji naprężeń i odkształceń spawalniczych Zjawiska odkształceń i naprężeń spawalniczych zawsze występują łącznie. W zależności od rozwiązania konstrukcyjnego elementu zarówno odkształcenia, jak i naprężenia będą ujawniać się w sposób zróżnicowany. W przypadku konstrukcji masywnych, wykonanych z elementów o dużych grubościach odkształcenia spawalnicze będą niewielkie, natomiast naprężenia własne w obszarach połączeń spawanych mogą osiągnąć wysokie wartości (nawet do wartości granicy plastyczności materiału podstawowego). Konstrukcje wiotkie i cienkie wykazują z

kolei tendencje do odkształcania się po spawaniu. Siły na skutek zjawisk cieplnomechanicznych są w takich przypadkach tak duże, że są w stanie pokonać sztywność elementów i wywołać ich odkształcenie. Naprężenia własne w takich konstrukcjach są mniejsze, ponieważ pewna ich część, a ściślej pewna część energii sprężystej, jest zamieniona na pracę odkształcenia elementu. Naprężenia i odkształcenia w konstrukcjach są niekorzystne, chociaż z rożnym nasileniem. W celu ograniczenia ich oddziaływania można wykorzystać wiele sposobów natury projektowo-technologicznej.

3.

4.

5.

Spawalność stali a) Spawalność to, podatność materiału do tworzenia się złącz spawalniczych spełniających wymogi konstrukcyjne i technologiczne bez wykonywania dodatkowych zabiegów. W przypadku metali żelaznych (stale, staliwa, żeliwa) spawalność zależy od zawartości węgla. Materiał jest dobrze spawalny gdy C < 0,25%. Wstępne rozeznanie na temat spawalności stali możemy uzyskać na podstawie jej składu chemicznego, posługując się tzw. równoważnikiem węgla CE (wzór Tremlett`a): CE = C%+Mn%/6+Cu%/13+(V%+Cr%)/5+Mo%/4+Ni%/15+P%/2 natomiast przyjęta w normie zależność wygląda następująco: CE= C%+Mn%/6+(Mo%+V%+Cr%)/5+ (Ni%+Cu%)/15 Dla blach o grubości 10mm CE powinna być mniejsza od 0,42 Gdy wartość równoważnika węgla (obliczona ze wzoru), po wstawieniu składników stopowych w procentach, jest: * < 0,42 % - wówczas stal uważa się łatwo spawalną * 0,42 % - 0,60 % - średnio spawalną * > 0,60 % - trudno spawalną Stanowisko do ręcznego spawania elektrodą otuloną

BHP podczas spawania elektrycznego elektrodą otuloną a) Spawanie i cięcie może być wykonywane tylko przez osoby pełnoletnie, które przeszły przeszkolenie, zdały egzamin i uzyskały uprawnienia potwierdzone książką spawacza. Spawacze winni być zaopatrzeni w sprzęt i odzież ochronną, taką jak tarcze, przyłbice lub okulary ochronne o odpowiednio zaciemnionych szkłach (zależnie od metody spawania), rękawice, fartuch skórzany i nakrycie głowy. Personel pomocniczy zatrudniony przy spawaniu również powinien mieć odpowiednie okulary lub tarcze ochronne. Spawalnie winny być wyposażone w urządzenia wentylacyjne. Przy spawaniu metali szkodliwych dla zdrowia, takich jak cynk i ołów, stosuje się stoły z wyciągiem wentylacyjnym oraz maski. Spawanie powinno odbywać się w oddzielonej od innych pomieszczeniach spawalni. Również poszczególne stanowiska spawalnicze muszą być oddzielone od siebie zasłonami. Na każde stanowisko powinno przypadać co najmniej 4 m² powierzchni. Zabronione jest wykonywanie prac spawalniczych w odległości mniejszej niż 5 m od materiałów łatwo palnych.

Przy niewłaściwym posługiwaniu się sprzętem spawalniczym, spawacz narażony jest na porażenie prądem elektrycznym. Dlatego nie wolno dotykać gołymi rękami przedmiotu spawanego i uchwytu spawalniczego. Oprócz tego należy często kontrolować stan uziemienia urządzeń spawalniczych, a wszelkich napraw dokonywać tylko po uprzednim odłączeniu urządzenia od sieci elektrycznej. W trakcie usuwania żużla ze spoiny, dla ochrony oczu przed odpryskami, należy stosować okulary ochronne z przeźroczystymi szkłami. 6. Budowa i regulacja natężenia prądu spawarki inwertorowej 7. Charakterystyka statyczna i dynamiczna spawarki 8. Podział i oznaczenie elektrod otulonych a) Ze względu na grubość otuliny rozróżnia się: • elektrody cienko otulone o grubości otuliny poniżej 10% średnicy rdzenia; • elektrody średnio otulone o grubości otuliny 10÷40% średnicy rdzenia; • elektrody grubo otulone o grubości otuliny powyżej 40% średnicy rdzenia; Ze względu na skład chemiczny otuliny elektrody można podzielić na: • elektrody o otulinie kwaśnej (A); elektrody o otulinie zasadowej (B); • elektrody o otulinie rutylowej (R); • elektrody o otulinie celulozowej (C); • elektrody o otulinie utleniającej (O); • elektrody o otulinie innej (V). Ze względu na zastosowanie, elektrody otulone można podzielić na: a) elektrody do spawania połączeniowego: • stali niskowęglowych i o podwyższonej wytrzymałości; • stali niskostopowych; • stali wysokostopowych; • żeliwa; • metali nieżelaznych; b) elektrody do napawania; c) elektrody do cięcia i żłobienia. Elektrody do spawania stali niskowęglowych oznacza się następująco (wg polskiego producenta – Huty Baildon): pierwsza litera E oznacza elektrodę, druga – typ otuliny, trzecia – nr typoszeregu, dwie ostatnie – informację o minimalnej wytrzymałości stopiwa na rozciąganie, np. ER-346 oznacza elektrodę rutylową o Rm=46 kG/mm². Elektrody do spawania stali niskostopowych posiadają oznaczenia składające się z trzech członów: pierwsze dwie litery ES oznaczają elektrodę stopową, symbole chemiczne składników stopowych i cyfrowe charakteryzują zawartość niektórych składników, ostatnia litera oznacza typ otuliny. Np. ES9Cr8 oznacza: ES – elektroda stopowa, 9Cr – zawartość 9% chromu, B – otulina zasadowa. Elektrody do spawania stali wysokostopowych posiadają następujące oznaczenia: pierwsze dwie litery ES – oznaczają elektrodę stopową, cyfry podają skład chemiczny w kolejności: Cr, Ni, Mo, Mn, ostatnia litera podaje typ otuliny, np. ES18-12-2R oznacza: ES – elektroda stopowa, 18% Cr, 12% Ni, 2%Mo, R – otulina rutylowa. Elektrody do spawania żeliwa oznacza się oznacza się następująco: EŻO – elektroda do spawania żeliwa na gorąco, EŻM – elektroda do spawania żeliwa na zimno.

9. a)

b)

c)

d)

e)

Dobór parametrów spawania Rodzaj i biegunowość prądu spawania - proces spawania metodą MMA może odbywać się prądem stałym lub przemiennym o częstotliwości sieciowej 50Hz. Rodzaj prądu dobierany jest do gatunku użytej elektrody. Na opakowaniach elektrod producenci podają rodzaj i biegunowość prądu jaki należy wybrać dla danego typu elektrod. Przy spawaniu prądem stałym ilość ciepła na biegunie dodatnim stanowi około 70% całkowitego ciepła wydzielanego w łuku. Tak więc biegunowość ma wpływ na prędkość stapiania elektrody i głębokość wtopienia. Przy spawaniu prądem przemiennym ilość ciepła wydzielana jest równomiernie ale łuk jest mniej stabilny. Natężenie prądu spawania - jest parametrem bezpośrednio regulowanym w spawarce. Wartość natężenia prądu spawania dobierana jest w zależności od średnicy elektrody, jej gatunku i pozycji spawania. W przybliżeniu wartość prądu spawania w amperach można dobrać ze wzoru Isp=(30÷40)×d, gdzie d jest średnicą elektrody w milimetrach. Mniejsze wartości dobiera się podczas wykonywania pierwszego ściegu i podczas spawania w pozycjach przymusowych: pułapowej, naściennej. Zbyt niskie natężenie powoduje niestabilność łuku, natomiast za wysokie natężenie prądu powoduje nadmierny rozprysk i zbytnie przegrzewanie i uszkadzanie otuliny elektrody. Rodzaj i średnica elektrody - Średnicę elektrody otulonej dobiera się w zależności od grubości spawanego elementu bądź spoiny, pozycji spawania natomiast typ elektrody od rodzaju spawanego materiału. W praktyce elektrody otulone posiadają średnicę rdzenia od 1,6mm do 6,0mm. Średnica elektrody powinna być mniejsza od grubości spawanego materiału. Przykładowe grubości materiału spawane elektrodami o różnych średnicach: - Ø1,6mm - 1,5÷2,5mm - Ø2,0mm - 2,5÷3,5mm - Ø2,5mm - 3,0÷5,5mm - Ø3,2mm - 4,0÷6,5mm - Ø4,0mm - 6,0÷9,0mm - Ø5,0mm - 7,5÷10mm - Ø6,0mm - 9,0÷12mm Trzeba pamiętać o tym, że średnica elektrody otulonej decyduje m.in. o gęstości prądu spawania. Ma to bezpośredni wpływ na kształt spoiny i głębokość jej wtopienia. Wpływa także na możliwości spawania w pozycjach przymusowych. Zwiększenie średnicy elektrody, przy stałym natężeniu prądu, powoduje obniżenie głębokości wtopienia, przy jednoczesnym zwiększeniu szerokości spoiny. Prawidłowe dobieranie średnic elektrod wymaga pewnego doświadczenia. Prędkość spawania - prędkość spawania to szybkość przemieszczania końca elektrody z jarzącym się łukiem. Prędkość zależy od wielu czynników i prawidłowy jej dobór zależy od umiejętności spawacza. Zbyt duża prędkość powoduje tworzenie wąskiej i nieregularnej spoiny. Zbyt mała prędkość powoduje tworzenie spoiny zbyt wysokiej i szerokiej oraz nawet przepalenie złącza. Tor ruchu elektrody - podstawą jest ruch prostoliniowy końca elektrody, jednak przy spawaniu elementów o większych grubościach, w których jest konieczność

ułożenia wielu warstw spoiny, celowe jest prowadzenie elektrody tzw. zakosami aby uzyskać pełny przetop a następnie prawidłowo wypełnić spoinę. f) Pochylenie elektrody - pochylenie elektrody w stosunki do kierunku spawania wpływa na głębokość wtopienia oraz na szerokość i kształt spoiny. Pochylenie w kierunku zgodnym do kierunku spawania daje większą głębokość wtopienia przy mniejszej szerokości i wysokości lica. Ponadto takie ustawienie dobrze chroni obszar spawania przed wpływem atmosfery. Pochylenie w kierunku przeciwnym do kierunku spawania daje mniejszą głębokość wtopienia przy większej szerokości i wysokości lica co umożliwia spawanie materiałów o mniejszej grubości. 10. Technika sczepiania i spawania blach - zastosowanie...