Udostępnij Udostępnij Udostępnij Udostępnij Print

Jak dobrać spoiwo do procesu spawania?

-- środa, 10 styczeń 2018

Zastosowanie spoiwa w procesie spawania, czyli wprowadzenie do złącza dodatkowego materiału, minimalizuje ryzyko pęknięć czy innych wad połączeń spawanych, których usuwanie może być czasochłonne i kosztowne. Dlatego niezwykle ważne jest użycie takiego spoiwa, które ma odpowiednie właściwości mechaniczne i chemiczne, a dzięki temu zapewni wymaganą wytrzymałość spoiny w warunkach jej pracy.

Istnieje kilka czynników, które należy przeanalizować przy doborze spoiwa spawalniczego. Są to: rodzaj spawanego materiału, pozycja spawania, wymagania określone przepisami, wymagania określone normami, wymagania projektowe, rodzaj gazu osłonowego, obróbka cieplna po spawaniu oraz sprzęt spawalniczy.

Spawany materiał bazowy

Jeżeli obydwa materiały – spoiwo i metal bazowy – pasują do siebie pod względem chemicznym, to ich właściwości mechaniczne (takie jak wytrzymałość na rozciąganie i granica plastyczności) także będą odpowiednio dobrane. Spawacze mogą być pewni, że ich stopiwo będzie miało taką samą wytrzymałość i właściwości jak materiał bazowy.

Jeżeli łączone materiały nie mają takiej samej wytrzymałości, należy rozważyć inne czynniki. Spawacze powinni przyjąć zasadę doboru wytrzymałości metalu spoiwa do tego z dwóch materiałów bazowych, który ma mniejszą wytrzymałość. Podczas procesu spawania część mocniejszego materiału bazowego rozpływa się w jeziorku spawalniczym i jest to wystarczające do wzmocnienia stopiwa.

Większość materiałów bazowych można łatwo zidentyfikować na podstawie ich wyglądu i reakcji na magnesy, łamanie, zarysowanie, a także płomień lub iskry. Spawacze zwykle mają wiedzę na temat materiałów bazowych, z którymi pracują. W niektórych przypadkach, zwykle podczas napraw lub poprawek spawania, może się okazać konieczne pobranie próbki materiału w celu wykonania analizy laboratoryjnej.

Pozycja spawania

Zawsze, gdy jest to możliwe, spawacz powinien obracać obrabiany element tak, aby mógł go spawać w pozycji podolnej (stopiony metal utrzymywany jest w jeziorku spawalniczym siłą grawitacji). Spawanie w pozycji podolnej jest zawsze najbardziej ekonomiczną metodą. W następnej kolejności należy wymienić pozycje przymusowe: naścienną, pionową i pułapową (okapową).

Jeżeli jednak spawacz musi pracować z dużą konstrukcją spawaną, której nie może obracać, musi wykonywać spawanie w różnych pozycjach. Spawanie w pozycjach przymusowych może być szczególnym wyzwaniem, jeżeli dostępny jest tylko drut spawalniczy o jednej średnicy. Na przykład spawanie w pozycji pionowej przy użyciu drutu o średnicy 3/32" (2,4 mm) może być ekstremalnie trudne lub nawet niemożliwe. Lepszym wyborem będzie użycie drutu o średnicy 0,0451/16" (0,111,59 mm), ale wymaga to dodatkowego podajnika drutu oraz dodatkowego źródła zasilania. Ponadto niezbędna jest zmiana magazynków podajnika oraz potencjalnie uchwytu spawalniczego.

Zakłady powinny zdawać sobie sprawę, że zmiany pozycji spawalniczych mogą spowolnić proces spawania i być zagrożeniem dla wydajności pracy. Dlatego należy dobierać najbardziej uniwersalny materiał i średnicę drutu spawalniczego.

Wymagania określone przepisami

Specyfikacja techniczna wykonania prac często narzuca klasę drutu spawalniczego, który ma być użyty. Jeżeli tak nie jest, spawacze powinni dokładnie rozważyć wymagane parametry techniczne spoin i spodziewane warunki pracy spawanych elementów.

Na przykład, jeśli spawacz używa drutu ze stali miękkiej do spawania elementów pracujących w trudnych warunkach, prawdopodobne jest, że wykonane spoiny będą rdzewieć, korodować i tracić wytrzymałość szybciej niż materiał bazowy. Takie spawanie może prowadzić do pękania spoin, szczególnie gdy produkt końcowy ma kluczowe znaczenie, np. jest nim zbiornik ciśnieniowy pracujący w wysokich temperaturach lub most narażony na trudne warunki atmosferyczne.

Każde spoiwo używane przez spawaczy musi spełniać wymagania techniczne dla warunków pracy produktu końcowego, tak aby stopiwo miało taką samą trwałość jak materiał bazowy.

Wymagania projektowe

Poza stosowaniem się do przepisów (tam, gdzie jest to wymagane) ważne jest, aby wybrać takie spoiwo, które spełnia lub przewyższa wymagania dla spoiny określone przez inżyniera projektanta. Na przykład przy spawaniu cienkiego materiału ważne jest, aby parametry łuku elektrycznego były odpowiednie – użycie drutu spawalniczego, który pozwala na głęboką penetrację materiału, może spowodować przepalenie tego materiału przez spawacza. Z drugiej jednak strony, jeśli spawana część jest gruba i ma być wykonana spoina typu V, to użycie metalu spoiwa mającego lepszą charakterystykę penetracji pozwoli na lepsze związanie metalu u podstawy i po bokach spoiny.

Rodzaj gazu osłonowego

Ważne jest, aby spoiwo i gaz osłonowy były wzajemnie dopasowane do danego rodzaju spawania.

Różne gazy osłonowe mają różny wpływ na metal spoiwa. Na przykład dodanie argonu do dwutlenku węgla (CO2) pozwala spawaczowi na przeniesienie własności chemicznych tego metalu do stopiwa w większym stopniu. Ta mieszanina daje stałą dobrą jakość spoiny, pozwala na dobrą kontrolę nad jeziorkiem spawalniczym oraz generuje mniej odprysków.

Odwrotnie – użycie CO2 (gazu utleniającego) powoduje przepalenie niektórych elementów spoiwa metalicznego. Zaletą spawania w atmosferze samego CO2 jest głęboka penetracja spoiny, co jest pożądane przy spawaniu grubszych materiałów. Ma ono jednak tendencję do przenoszenia większych kropli stopionego metalu do spoiny i może tworzyć więcej odprysków niż w przypadku zastosowania mieszaniny gazów osłonowych w postaci kombinacji argonu i dwutlenku węgla.

Istnieją druty spawalnicze, które mogą być użyte do spawania zarówno w osłonie samego CO2, jak i mieszaniny argonu i dwutlenku węgla. Firmy powinny przy doborze spoiwa rozważyć dostępne źródła gazów osłonowych oraz wymagane charakterystyki spawania, a także upewnić się, że wybrane spoiwo jest dopasowane do wybranego gazu osłonowego.

Obróbka cieplna po spawaniu

Istnieją pewne gatunki stali oraz wartości grubości materiałów, przy których musi być zastosowane wstępne podgrzewanie materiału przed spawaniem do określonej temperatury. Czynność ta powoduje, że spawana część stygnie wolniej, co pozwala na uniknięcie problemów z kurczeniem się i pękaniem spoiny. Podobnie obróbka cieplna po spawaniu (Post-Weld Heat Treatment – PWHT) stosowana jest do zmniejszania naprężeń mechanicznych i powolnego oddawania ciepła wprowadzonego w procesie spawania, co pozwala na to, aby spoina i materiały bazowe odzyskały swoje pożądane właściwości.

Przy spawaniu materiałów wymagających obróbki PWHT ważne jest, aby wybrać takie spoiwo, które daje spoiny odpowiednio reagujące na podgrzewanie.

Sprzęt spawalniczy

Typ i wielkość sprzętu używanego do spawania mają wpływ na to, jakie spoiwo będzie najlepsze do wykonania danego zadania. Szczególnie ważna jest maksymalna wartość natężenia prądu spawarki (tzw. amperaż) – musi być wystarczająca dla średnicy drutu spawalniczego użytego do realizacji tego zadania. Jeśli wartość natężenia prądu spawarki jest zbyt niska, trzeba albo zmienić średnicę drutu, co wydłuży proces spawania, albo użyć spawarki o większej mocy.

Ważne jest także, aby spawarka miała możliwość regulacji/ustawienia odpowiedniej wartości natężenia prądu dla danego spoiwa. Spawanie przy niewłaściwej wartości prądu może prowadzić do powstawania odprysków i spoin o złej jakości.

Wyznaczenie pożądanej charakterystyki spawania jest równie ważne. Metale spoiw, które wymagają odwrotnej polaryzacji zasilania (biegunowości) elektrody spawalniczej (Electrode Positive – EP – elektroda połączona z biegunem dodatnim), dają bardzo dużą penetrację spoiny, podczas gdy przy typowej polaryzacji (Electrode Negative – EN – elektroda połączona z biegunem ujemnym) występuje znacznie mniejsza penetracja.

Chociaż wpływ różnych elementów na dobór spoiwa może być dość złożony, a elementy te mogą wzajemnie wpływać na siebie, to zapoznanie się z ich właściwościami ogólnymi może także pomóc spawaczom w określeniu, które spoiwo będzie idealne do danego zadania.

Na przykład dodatek węgla do stali zwiększa jej twardość, wytrzymałość na rozciąganie i odporność na zużycie, ale jednocześnie zmniejsza plastyczność, udarność i obrabialność. Natomiast dodatek niklu zwiększa twardość, wytrzymałość na rozciąganie, udarność i plastyczność, ale zmniejsza podatność na obróbkę maszynową. Podobnie istnieją różne inne elementy stopów, które mają różne własności: odtlenianie, rozdrobnienie ziaren austenitu lub poprawę plastyczności. Dla spawaczy ważne jest, aby przy doborze metalu spoiw brali pod uwagę wymagane właściwości spoin, które mają wykonać.

Autor: Bruce Morrett jest menedżerem produktu w firmie Hobart Brothers.

Tekst pochodzi z nr 6/2017 magazynu "Inżynieria i Utrzymanie Ruchu". Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.


Przeczytaj także

Cztery powody przegrzewania się silników elektrycznych
Wzrost temperatury podzespołów silnika elektrycznego wpływa na skrócenie jego trwałości. Dzięki identyfikacji czynników i przyczyn powodujących takie przegrzanie, użytkownik może opracować... więcej »
Bezpieczeństwo sieci bezprzewodowych
W miarę jak nieustannie rozwija się technologia wytwarzania, zwiększa się ryzyko zagrożenia bezpieczeństwa sieci przemysłowych. Przy rosnącej liczbie połączonych ze sobą urządzeń osoby... więcej »
Wentylatory HVLS
Wielkoobjętościowe wentylatory wolnoobrotowe (HVLS – High-Volume, Low-Speed) charakteryzują się niskim zużyciem energii, a ich zastosowanie zapewnia komfortową temperaturę otoczenia... więcej »
Wybór systemu magazynowego
Zarządzanie magazynem we współczesnej dynamicznej firmie jest praktycznie niemożliwe bez wspomagania ze strony systemu informatycznego. Dobrze dobrany wpływa w sposób decydujący na prawidłowe... więcej »
Więcej konserwacji zapobiegawczej to nie zawsze najlepsze rozwiązanie
W konserwacji zapobiegawczej więcej niekoniecznie oznacza lepiej. W celu osiągnięcia doskonałej równowagi należy zarówno określić odpowiednią ilość działań i procedur konserwacji, jak i narzędzia, za... więcej »
Wyłączniki krańcowe w technice bezpieczeństwa
Urządzenia, których aktywacja powoduje zatrzymanie lub wyłączenie niebezpiecznej funkcji maszyny, nazywa się urządzeniami blokującymi. Czym się kierować przy ich doborze? Jakie wymagania muszą... więcej »
 
Aktualne wydanie

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

INDUSTRYmeeting 2018
2018-02-20 - 2018-02-21
Miejsce: Sosnowiec
Forum Wentylacja-Salon Klimatyzacja
2018-02-27 - 2018-02-28
Miejsce: Warszawa
ENEX - Międzynarodowe Targi Energetyki i Elektrotechniki
2018-02-28 - 2018-03-01
Miejsce: Kielce
AUTOMATICON Międzynarodowe Targi Automatyki i Pomiarów
2018-03-20 - 2018-03-23
Miejsce: Warszawa
PRZEMYSŁ 4.0
2018-04-10 - 2018-04-10
Miejsce: Warszawa

Katalog

Mechanical-Project
Mechanical-Project
Robotnicza 7/8
71-712 Szczecin
tel. 504-455-268

Mobile Blast Cleaning
Mobile Blast Cleaning
Mazurska 42/6
70-424 Szczecin
tel. 691-691-097

Tech Solutions sp. z o.o.
Tech Solutions sp. z o.o.
Wersalska 47/75
91-212 Łódź
tel. 42 6403050

zobacz wszystkie




SONDA

Czy inwestycje na rzecz energooszczędności się opłacają?

Oddanych głosów: 16

50% 50 %
tak 8 głos(ów)

31.3% 31.3 %
nie 5 głos(ów)

18.8% 18.8 %
nie potrafię wyliczyć 3 głos(ów)


Wydania specjalne

O wydawnictwie   |   Reklama   |   Mapa strony   |   Kontakt   |   Darmowa prenumerata   |   RSS   |   Partnerzy   |   
Copyright © 2003-2018 Trade Media International
zobacz nasze pozostałe strony
Trade Media International Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Control Engineering Polska MSI Polska Inteligentny Budynek Design News Polska Almanach Produkcji w Polsce