propt_03.pdf

Przedmiot:

PROJEKTOWANIE PROCESìW TECHNOLOGICZNYCH (PROPT)

SPAWALNICTWO

DMD. Dobr materiałw dodatkowych do spawania stali konstrukcyjnych

Materiałami dodatkowymi (spawalniczymi) nazywa się materiały wykorzystywane

bezpośrednio w metalurgicznym procesie spawania, a więc wpływające na jakość złącza. Do

materiałw dodatkowych zalicza się spoiwa, np. elektrody i druty topliwe, proszki, pasty, oraz

inne materiały spawalnicze, zwane pomocniczymi , np. gazy osłonowe, podkładki ceramiczne

do spawania jednostronnego, pierścienie jonizujące do przypawania sworzni. Z materiałw

pomocniczych nie powstaje stopiwo, lecz mogą one wpływać na jego właściwości, np. gazy

osłonowe.

Materiały dodatkowe tworzące stopiwo powinny charakteryzować się możliwością

otrzymania spoiny o określonym składzie chemicznym i o określonych własnościach

mechanicznych, aby spełnić warunki eksploatacji złącza. W celu otrzymania wymaganych

właściwości spoiny druty tworzące spoiwo powinny być właściwie skomponowane z otuliną,

topnikiem lub gazem osłonowym. Należy uwzględniać zalecenia producenta materiałw

dodatkowych, dotyczące zakresu i sposobu ich stosowania.

Przy doborze materiałw dodatkowych (spoiw) do spawania stali konstrukcyjnych

należy w pierwszej kolejności brać pod uwagę granicę plastyczności stopiwa i materiału

spawanego . Wartość granicy plastyczności stopiwa (otrzymanego ze spoiwa) z założenia nie

powinna być niższa od granicy plastyczności materiału spawanego. Wyższa wartość granicy

plastyczności jest konieczna zwłaszcza wwczas, gdy spoina przenosi bezpośrednio takie

same obciążenie, jakie działa na łączone elementy tworzące złącze. Stan taki występuje

najczęściej w konstrukcjach powłokowych ze spoinami czołowymi (rurociągi, naczynia

ciśnieniowe, zbiorniki magazynowe itp.), w elementach prętowych konstrukcji przenoszących

bezpośrednio obciążenia, np. styki poprzeczne w słupach, belkach. Pewien nadmiar

wytrzymałości jest zabezpieczeniem przed lokalnym odkształceniem plastycznym spoiny na

skutek sumowania naprężeń własnych spawalniczych i eksploatacyjnych, a także na wypadek

występowania wad w spoinie zmniejszających jej pole przekroju.

Od tej zasady mogą istnieć odstępstwa. Teoretycznie można dopuścić spoiwo o niższej

granicy plastyczności stopiwa, gdy naprężenia eksploatacyjne w spoinach są niskie i nie są

one krytyczne dla konstrukcji. Stopiwo o niższej granicy plastyczności niż materiału

podstawowego sprawiają, że poziom naprężeń własnych w złączu i odkształcenia spawalnicze

konstrukcji są nieco mniejsze. Maleje też szansa wystąpienia pękania lamelarnego

(rozwarstwienia) blach złącza. Jednak stosowanie w jednej konstrukcji spoiw o rżnych

własnościach mechanicznych stwarza w praktyce niebezpieczeństwo pomyłkowego ich

użycia. W przypadku doboru spoiwa do łączenia materiałw o rżnych własnościach

mechanicznych bezpiecznie jest przyjąć zasadę, że własności mechaniczne stopiwa ( R e , R m , ,

KV ) powinny sprostać wymaganiom dla materiału o wyższych własnościach. Nie musi to być

zasada bez wyjątku, na co wskazują proste przykłady na rys. DMD.1, lecz i w tym przypadku

należy mieć na uwadze możliwość pomyłkowego użycia spoiwa.

Rys. DMD.1. Przykłady użycia spoiwa przy łączeniu materiałw o niskiej

wytrzymałości (N) z materiałem o wysokiej wytrzymałości (W)

Mniejsze znaczenie przy doborze materiału dodatkowego ma wytrzymałość stopiwa na

rozciąganie ( R m ), gdyż zarwno w przypadku elementw konstrukcji stalowych nie

spawanych i złączy spawanych wielkością wyjściową przy wymiarowaniu jest granica

plastyczności. Stopiwo, ktrego granica plastyczności osiąga minimalną wartość granicy

plastyczności materiału podstawowego, nie zawsze dorwnuje mu pod względem minimalnej

wytrzymałości na rozciąganie. Należy też mieć na uwadze, że własności mechaniczne stopiwa

mogą się rżnić od własności spoin, ponieważ na własności spoin wpływają czynniki

technologiczne procesu spawania np. skład chemiczny materiału podstawowego i stopień jego

przemieszania ze spoiwem, średnica elektrod otulonych, pozycja spawania, sposb

prowadzenia elektrody.

Drugą istotną wielkością, ktrą należy uwzględnić przy doborze spoiwa jest wartość pracy

łamania stopiwa w określonej temperaturze, będąca miernikiem jego przydatności do

spawania stali przeznaczonych na konstrukcje narażone na pękanie kruche, zwłaszcza

eksploatowane w obniżonej temperaturze. Dla większości materiałw dodatkowych

oznaczanych zgodnie z zasadami przyjętymi w Normach Europejskich, jest podawana

temperatura, przy ktrej uzyskuje się pracę łamania o wartości 47 J. Producenci podają

niekiedy wartość pracy łamania stopiwa inną niż 47 J, co utrudnia przypisanie spoiwa do klas

ujętych w normach. Spoiwo dobrane pod względem odporności na pękanie kruche powinno

charakteryzować się wartością pracy łamania uzyskanego z niego stopiwa wyższą niż

materiału podstawowego badanego w tej samej temperaturze. Ostatecznym sprawdzianem

poprawności doboru spoiwa (rwnież materiału podstawowego na konstrukcję spawaną) jest

zazwyczaj wynik prby udarności złącza ze spawanej płyty kwalifikacyjnej, wykonywanej np.

w ramach kwalifikowania technologii wg jednej z norm serii PN-EN 288, ponieważ

krytycznym miejscem połączenia spawanego jest zwykle strefa wpływu ciepła (SWC).

Dobr spoiwa pod względem dopasowania składu chemicznego stopiwa do składu

chemicznego materiałw spawanych nie jest tak jednoznaczny i prosty, jak w przypadku

doboru wytrzymałości i udarności. Zawartość określonych pierwiastkw w spoiwie do

spawania stali konstrukcyjnych wpływa na wytrzymałość i udarność w temperaturach

obniżonych i podwyższonych oraz na odporność na korozję atmosferyczną spoiny.

ęgiel, niezależnie od przeznaczenia i wytrzymałości stali, występuje z reguły w

ilości nie większej niż 0,1%, ponieważ bardzo niekorzystnie wpływa na spawalność,

podnosząc skłonność spoin do pękania. Wzrost wytrzymałości stopiwa do spawania stali

konstrukcyjnych niestopowych uzyskuje się głwnie przez zwiększenie zawartości manganu.

Należy mieć na uwadze, że mangan, podobnie jak krzem, w aktywnych atmosferach łuku

mogą ulec znacznemu wypalaniu, więc ich zawartość w spoiwie powinna być wyższa niż w

stali. Do spoiw o wysokiej wytrzymałości wprowadza się rwnież dodatek molibdenu, a

nawet chromu. Ponieważ Mn, Cr i Mo pogarszają spawalność przez wzrost hartowności stali,

przy zwiększonej ich zawartości, do spoiwa z reguły wprowadza się nikiel, ktry obniża

krytyczną szybkość chłodzenia i poprawia plastyczność stopiwa.

Nikiel jest podstawowym pierwiastkiem stosowanym w stalach i spoiwach do

podniesienia ich odporności na kruche pękanie. Tak więc spoiwa do spawania stali

przeznaczonych do pracy w obniżonych temperaturach powinny zawierać nikiel w ilościach

zależnych od gatunku i klasy jakości stali, np. L, L1, L2 w oznaczeniu stali drobnoziarnistych

W spoiwach do spawania stali pracujących w podwyższonych temperaturach powinien

występować molibden, ponieważ podnosi on wytrzymałość i odporność na przegrzanie stali.

Do spawania stali energetycznych niskostopowych wieloskładnikowych, przewidzianych do

eksploatacji w temperaturach powyżej 400 o C (odpornych na pełzanie) stosuje się spoiwa

specjalne.

Spoiwa stosowane do spawania stali konstrukcyjnych trudno rdzewiejących powinny

w miarę możliwości zawierać te same pierwiastki, ktre znajdują się w spawanej stali, w

ilościach zapewniających nie gorszą odporność spoiny na rdzewienia niż wykazuje stal.

Przykładowo, elektrody ES 10HNB powinno się stosować do stali 10HNAP i 12HNANb

wszystkich odmian wg PN 83/H-84017, elektrody ES 10HB do stali 10H, 08HA, 10HA,

10HAV, odmian B, C, D, natomiast elektrody ES HA do tych samych gatunkw stali jak ES

HB, ale tylko do odmiany B i grubości poniżej 16 mm. Druty elektrodowe OK Autrod 13.26 i

OK Tigrod 13.26 nadają się do spawania metodami MAG i TIG stali 10HNAP i 12HNANb

oraz innych stali trudno rdzewiejących niższych klas (skład stopiwa z tych drutw jest

następujący: C=0,09%, Mn=1,4%, Si=0,8%, Cr=0,2%, Ni=0,8%, Cu=0,5%).

Producenci materiałw dodatkowych z reguły oznaczają swoje wyroby nazwami lub

symbolami nie mającymi powiązania z systemami oznaczania stosowanymi w normach o

zasięgu międzynarodowym. Aby cechy ich produktw mogły być jednoznacznie

rozpoznawane przez użytkownikw, zazwyczaj oprcz własnego oznaczenia podają

oznaczenie według uznanych norm. Dla producentw i dostawcw na rynek europejski takimi

normami są normy EN, w ktrych stworzono jednolity system klasyfikacji materiałw

spawalniczych. Na świecie bardzo powszechny jest system oznaczania wg AWS (American

Welding Society). Pełne oznaczenie materiałw dodatkowych wg EN lub AWS daje

gwarancję poznania wszystkich cech użytkowych wyrobu.

W tabl. DMD.1 podano jednolity system oznaczania cech mechanicznych i

spawalniczych materiałw dodatkowych (spoiw i topnikw) stosowanych do stali

konstrukcyjnych wg norm europejskich (EN)

Tablica DMD.1. Oznaczenia i skrty występujące w normach europejskich (EN)

dotyczących materiałw dodatkowych do spawania

Oznaczenie procesu spawania lub rodzaju wyrobu

Symbol Nazwa procesu spawania

dotyczy normy EN:

E elektrodami otulonymi

449, 757, 1599, 1600

G łukowe drutem w osłonie gazw MIG i MAG

440, 12070, 12072, 12534

W łukowe elektrodą nietopliwą wolframową TIG

1668, 12070, 12072

T łukowe drutem proszkowym (rdzeniowym)

758, 12071, 12073, 12535

S łukowe pod topnikiem

756, 12070, 12072

P. plazmowe

12072

O gazowe

12536

Oznaczenie własności mechanicznych stopiwa

Symbol R e [MPa] R m [MPa] A 5 [%]

dotyczy normy EN:

35 355 440-570 22

38 380 470-600 20

42 420 500-640 20

46 460 530-680 20

50 500 560-720 18

440, 449, 456, 758, 1668

55 550 610-780 18

62 620 690-890 18

69 690 760-960 17

79 790 880-1080 16

89 890 980-1180 15

757, 12534, 12535

Oznaczenie wytrzymałości

Symbol R e stopiwa [MPa] R m stopiwa[MPa]

dotyczy normy EN:

2T 275 370

756

3T 355 470

4T 420 520

5T 500 600

756, 758

Oznaczenie wartości pracy łamania

Symbol Temperatura [ o C] odpowiadająca K v ≥ 47 J

dotyczy normy EN:

Z bez wymagań

A +20

0 0

2 -20

3 -30

440, 449, 756, 757, 788,

1668, 12534, 12535

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: