Wpływ składu chemicznego na spawalność stali

21:38 Artur Mydlarz 0 Comments

Wpływ składu chemicznego na spawalność stali wg prof dr hab. inż. Edmund Tasak



Węgiel występuje w stali w postaci węglików. Zawartość węgla w zasadniczy sposób wpływa na własności mechaniczne stali i jej strukturę, zwiększając wytrzymałość na rozciąganie, granice plastyczności i twardość a zmniejszając udarność przewężenie i wydłużenie. Należy sobie jednak zdawać sprawę, w jakiej stali występuje węgiel, aby właściwie określić jego dopuszczalne granice. Stal węglowa zawierająca 0,25%C jest dobrze spawalna, gdy nie zawiera innych składników stopowych w znaczących ilościach. Natomiast stal kwasoodporna 18%Cr i 8% Ni przy tej samej zawartości węgla jest trudno spawalna. W wypadku stali węglowych spawalność ich pogarsza się gwałtownie przy zwiększeniu zawartości węgla powyżej 0,25%, gdyż wskutek skłonności stali do hartowania się w spoinie i SWC występują struktury skłonne do pęknięć.


Mangan w małych ilościach poprawia spawalność stali, natomiast w ilościach większych jego wpływ zależy od zawartości innych pierwiastków, a przede wszystkim węgla. W związku z tym w spawalnych stalach konstrukcyjnych o wyższej wytrzymałości ograniczono zawartość manganu do około 2% przy zawartości węgla maksimum 0,15%. W celu zahamowania wzrostu ziarna i zmniejszenia wrażliwości spawalnych stali manganowych na przegrzanie wprowadza się do nich pierwiastki węglikotwórcze (Ti, V, Nb) które tworzą trwałe węgliki lub azotki o wyższej temperaturze rozpuszczania. W wyniku tego zmniejsza się możliwość przegrzania stali i powstania kruchych struktur w strefie przejściowej złącza spawanego.



Krzem w ilościach spotykanych w stalach konstrukcyjnych (do 0,5%) nie wpływa na spawalność . Pogorszenie spawalności następuje przy zawartości krzemu powyżej 0,7%-0,8%. Krzem utrudnia przeróbkę plastyczną na gorąco i może powodować rozwarstwianie się blach walcowanych, co przy silnym nagrzaniu czasie spawania i następnym skurczu doprowadza do całkowitego oddzielenia się poszczególnych warstw i zniszczenia konstrukcji.


Chrom należy do podstawowych składników stali stopowych, ponieważ wpływa w zasadniczy sposób na ich własności, a przede wszystkim na hartowność. Już przy niewielkiej zawartości (0,3-0,4%), następuje znaczne utwardzenie się strefy przejściowej spawanej stali, a spawanie  stali o podwyższonej zawartości chromu jest możliwe tylko przy stosowaniu podgrzewania wstępnego.


Nikiel podobnie jak chrom zwiększa hartowność, sprzyjając równocześnie powstawaniu drobnoziarnistej struktury i zmniejszając w ten sposób wrażliwość stali na przegrzanie. W miarę wzrostu zawartości niklu w stalach niklowych nawet przy powolnym chłodzeniu powstaje struktura bainitu. W miarę wzrostu zawartości Ni w stalach niskowęglowych pogarsza się zatem ich spawalność. Stale niklowe martenzytyczne mają wysoką wytrzymałość i granicę plastyczności, są twarde i kruche i praktycznie niespawalne. Stale chromowo-niklowe austenityczne mają dobrą spawalność z uwagi na to, że maja strukturę austenityczną, ale tylko pod warunkiem małej zawartości węgla.



Molibden zwiększa hartowność stali i z tego powodu w większości stali węglowych zawartość jego jest ograniczona do 0,35%. Wpływa na zwiększenie odporności na pełzanie i żaroodporność. Ze względu na hartowanie się SWC stali z molibdenem niezbędne jest stosowanie podgrzewania przed spawaniem i obróbki cieplnej złącz po spawaniu. Dodatek 2-5% Mo do stali austenitycznych chromowo niklowych nie pogarsza ich spawalności. Powoduje natomiast powstawanie w strukturze stali austenitycznej niedużych ilości ferrytu, przez co poprawia odporność na pękanie gorące.



Aluminium stosowane jako odtleniacz. Małe zawartości Al. Nie wpływają na zmianę własności mechanicznych stali. Jednak 2-3% dodatek wywołuje spadek udarności i przewężenia oraz w pewnym stopniu zwiększa kruchość stali na gorąco. Wprowadzone do stali w małych ilościach zmniejsza jej skłonność do hartowania się i hamuje rozrost ziaren w SWC, poprawiając w ten sposób spawalność stali. Stale o większej ilości AL. Są trudno spawalne. AL. Zwęża zakres krzepnięcia stali wskutek czego stal szybko przechodzi ze stanu stałego w ciekly, co uniemożliwia w ogóle spawanie łukowe blach cienkich.


Tytan, niobu i wanad tworzą z węglem i azotem trwałe węgliki , azotki lub węglikoazotki. Węgliki azotki i węglikoazotki tych pierwiastków czasie nagrzewania w SWC poniżej 1250oC nie ulegają całkowitemu rozpuszczeniu, a zatem stają się zarodkami nowopowstających ziaren przy chłodzeniu, dzięki czemu stal ma strukturę drobnoziarnistą. Całkowite rozpuszczenie ich następuje w wysokiej temperaturze, dlatego strefa gruboziarnista jest bardzo wąska. Nawet  nieduży dodatek tych pierwiastków do stali przyczynia się do otrzymania struktury drobnoziarnistej w SWC. Mikrododatki Nb W i Ti w SWC podnoszą hartowność tego obszaru, a tym samym zwiększają twardość po ochłodzeniu. Jest to wpływ niekorzystny. Mimo, że obszar gruboziarnisty SWC ma wyższą twardość, to zawężenie tego obszaru powoduje , że wprowadzenie do stali mikrododatków wywołuje podwyższenie udarności SWC, a przez to jej  spawalności. Mikrododatków nie należy stosować do elektrod i drutów spawalniczych. W procesie krzepnięcia tworzą one dendrytyczne węgliki lub węglikoazotki rozmieszczone po granicach ziaren. Powoduje to znaczne zmniejszenie kruchości spoiny.  Przy wprowadzaniu mikrododatków , zwłaszcza Nb i Ti należy ograniczać w stali zawartość siarki. Siarka tworzy z Ti i NB i C dendrytyczne węgliko-siarczki które zwiększają skłonność do pękania na gorąco.


Wolfram w stalach węglowych zwiększa twardość, wytrzymałość i granice plastyczności. Nadaje stali strukturę drobnoziarnistą, co jest wynikiem zdolności do tworzenia trudno rozpuszczalnych węglików. Hartowność stali pierwiastek ten podwyższa w niewielkim stopniu. Wolfram pogarsza spawalność stali, podnosząc znacznie twardość SWC, szczególnie przy zwiększonej zawartości węgla. W stalach austenitycznych zawierających niewielka ilość węgla dodatek wolframu sięgający ok. 3% nie pogarsza ich spawalności.


Miedź  zwiększa wytrzymałość i granicę plastyczności stali, nie pogarszając zbytnio jej własności plastycznych, a równocześnie uodparnia stal na działanie korozji atmosferycznej i niektórych rozcieńczonych kwasów. W ilościach spotykanych zwykle w stalach nie pogarsza spawalności. Jednak większa zawartość miedzi, na przykład w stalach nierdzewnych martenzytycznych utwardzanych wydzieleniowo miedzą, wywołuje w SWC pękanie na gorąco. Niebezpieczne jest również zanieczyszczenie powierzchni stali miedzią, między innymi wskutek elektrochemicznego osadzenia i potarcia mosiężną końcówką palnika. Miedź topi  się w 1083° C i w obecności naprężeń bardzo dobrze zwilża stal, rozpływając się po granicach ziaren. Obecność cieczy na granicach ziaren i odkształcenia wywołane skurczem po krzepnięciu i chłodzeniu powodują powstanie pęknięć gorących w SWC i spoinie.


Fosfor zwiększa wytrzymałość, granicę plastyczności, twardość i wytrzymałość na zmęczenie, zmniejsza natomiast wydłużenie i udarność. W ilościach spotykanych w stalach konstrukcyjnych nie zwiększa hartowności strefy przejściowej spawanego złącza. Powyżej 0,05% powoduje gruboziarnistość stali i znacznie zwiększa jej kruchość. Fosfor wykazuje skłonność do segregacji przez  co w obszarach o większej koncentracji może powodować powstawanie pęknięć gorących lub zimnych.


Siarka  podobnie jak fosfor wykazuje dużą skłonność do segregacji w związku z tym pogarsza spawalność stali. Z żelazem tworzy siarczek FeS, który z austenitem daje niskotopliwe eutektyki będące przyczyną powstawania pęknięć gorących w spoinie lub SWC. W stalach o podwyższonej wytrzymałości , zwłaszcza po regulowanym walcowaniu, rozwalcowane siarczki manganu są przyczyną pęknięć lamelarnych. Ogólnie przyjmuje się że ze spadkiem zawartości siarki spawalność stali polepsza się  

Aero Gearbox International - joint venture Rolls - Royce i Hispano Suiza

06:02 Artur Mydlarz 0 Comments

Rolls-Royce i Hispano-Suiza (Safran) tworzą firmę joint venture Aero Gearbox International i ogłaszają plany budowy nowego zakładu produkcyjnego w Polsce w województwie podkarpackim.



Współpraca datuje się od podpisania ostatecznej umowy w dniu 24 października 2014 roku, mającej na celu powołanie firmy zajmującej się projektowaniem i produkcją dodatkowych układów przeniesienia napędu (ADT) do silników samolotów cywilnych Rolls-Royce’a.

Nowe przedsięwzięcie będzie wykorzystać doświadczenie i wiedzę swoich spółek dominujących, obejmujące możliwości Hispano-Suiza w projektowaniu i produkcji układów napędowych oraz możliwości Rolls-Royce’a w zakresie konstrukcji silników i integracji tychże układów napędowych.

Nieoficjalnie wiadomo, że fabryka powstanie w Ropczycach, miejscowości położonej 30 km od Rzeszowa na zachód. Tym samym jest to kolejna inwestycja w dolinie lotniczej .


źródło: Rolls - Royce

Nieniszczące metody badań spoin - badania wizualne

15:38 Artur Mydlarz 0 Comments

Występuje kilka nieniszczących metod badania spoin.
Zaliczają się do nich:

- metoda wizualna (VT)
- metoda magnetyczno-proszkowa (MT)
- metoda penetracyjna (PT)
- metoda ultradźwiękowa (UT)
- metoda radiograficzna (RT)

W tym artykule piszę metodę VT, czyli wizualna oceną spoin.

Badania wizualne spoin.



Badania wizualne pozwalają na powierzchniową ocenę jakości spoiny na podstawie oględzin wizualnych.

Dzielimy je na:

1. Badania wizualne bezpośrednie - badania bezpośrednie powierzchni, nieuzbrojonym okiem, lub za pomocą lupy do 20x powiększenia i mikroskopów

2. Badanie wizualne pośrednie - badania optycznie, umożliwiające oględziny miejsc niewidocznych okiem (np. za pomocą endoskopów, wideoskopów, peryskopów itp.).



Badania wizualne wprowadzane są do kontroli obiektów w trakcie ich wytwarzania oraz w trakcie ich eksploatacji.

Do wizualnych badań zalicza się oględziny materiałów i stwierdzenie ich zgodności przed procesem spajania, ocena samego procesu spajania, w trakcie tego procesu oraz co najważniejsze, badanie wizualne po procesie spajania.

Zalecenia przeprowadzenia badań wizualnych.

Najlepsze wyniki badań uzyskuje się podczas oględzin przedstawionych na rysunku poniżej

gdzie kąt α wynosi od 45 do 85 stopni i jest to kąt padania wiązki światła, a kąt β wynosi minimum 30 stopni i jest to kąt obserwacji. Odległość oka powinna być nie większa niż 600 mm od badanej powierzchni

Wady wykrywane za pomocą badań wizualnych

Główne nieciągłości wykrywane za pomocą badań wizualnych to:

- pęknięcia powierzchniowe: kuźnicze, zmęczeniowe, hartownicze, szlifierskie, pęknięcia wywołane przez prostowanie, korozję naprężeniową i kruchość wodorową.

- pęknięcia i przyklejenia w złączach spawanych, wychodzące na powierzchnię, podtopienia, głównie lica, ze względu na dostęp, braki przetopu (jeśli jest dostęp), pory, niezgodności spawalnicze kształtu i wymiarów złączy: podtopienia, wklęśnięcia, nadmierny nadlew lica, niewłaściwy kształt złączy spawanych, nawisy, przesunięcie brzegów, odkształcenia kątowe, przepalenia, niezupełne wypełnienie rowka spawalniczego, nadmierna asymetria spoin pachwinowych, rozpryski, naderwania

- zawalcowania, naderwania, nawisy, zadziory, zakucia, rozerwania, wgniecenia zgorzeliny, łuski obiektów odkuwanych i walcowanych, strupy odlewów, porowatość, włosowiny, ubytki korozyjne i erozyjne, nieszczelności, a także pęknięcia, pustki, nierównomierny układ włókien wzmacniających oraz zmiany kolorystyki materiałów kompozytowych.

Personel odpowiedzialny za badania
W zależności od standardów jakościowych panujących w przedsiębiorstwie istnieją inne kryteria doboru personelu do badan wizualnych. Dla najniższych standardów jakościowych, określonych w normie 3834-4 , nie jest wymagane certyfikowanie pracownika w zakresie badań wizualnych VT1, VT2 . Zalecane jest aby pracownik miał udokumentowany staż pracy związany ze spawalnictwem oraz odbywał raz na 12 miesięcy badania wzroku. Możliwe jest wykonywanie badań wizualnych w okularach korekcyjnych.


Artur Mydlarz

Bibliografia:
Anna Lewińska - Romicka : Badania nieniszczące. Podstawy defektoskopii . Wydawnictwa Naukowo - Techniczne Warszawa 2001
Jan Czuchryj - Kontrola jakości prac spawalniczych. Wyd. KaBe Krosno 2002

Jakie są procesy specjalne w przemyśle lotniczym oraz o organizacji NADCAP

18:13 Artur Mydlarz 0 Comments

nadcap procesy specjalne

Nadcap – procesy specjalne w przemyśle

Przemysł lotniczy coraz śmielej korzysta z metod zapewnienia jakości stosowanych w przemyśle samochodowym, Airbus od niedawna wdraża w swoim łańcuchu dostaw PPAPPrzemysł samochodowy nie pozostaje dłużny i zaczyna coraz szerzej korzystać z nadzoru NADCAP  organizacji utworzonej przez przemysł lotniczy. Powołana na początku lat 90 organizacja ujednoliciła wymagania dotyczące procesów specjalnych oraz odpowiedzialna jest za przeprowadzanie audytów tych procesów. Uwolniło to głównych klientów od nadzoru i kontrolowania dostawców w tym zakresie, co przełożyło się na oszczędności. Nie trzeba było długo czekać, aby tą zależność dostrzegli najwięksi gracze z runku samochodowego.
-----------------------------------------------------------------------------------------------

Na rysunku poniżej przedstawiono przykładowy certyfikat NADCAP dla danej firmy.

Wykres CTP i CTPc - czas temperatura - przemiana

10:39 Artur Mydlarz 0 Comments

Wykres CTP (CTP: czas-temperatura-przemiana) –  prezentacja danych, dotycząca obróbki termicznej materiałów inżynierskich, głównie stali.

Wyróżnia się wiele rodzajów tego typu wykresów, m.in.:

CTPc – prezentujący zmianę struktury przy ciągłym chłodzeniu materiału,
CTPi – prezentujący zmianę struktury przy chłodzeniu materiału z wytrzymaniem izotermicznym,
CTPc-S – prezentujący zmianę struktury przy chłodzeniu materiału w warunkach spawania[1]
Charakterystycznym przykładem zastosowań wykresów CTP jest planowanie procesu hartowania stali.


Wykresów tych używa się do określania parametrów jakie trzeba zadać w kolejnych etapach obróbki cieplnej (np. szybkość chłodzenia, temperatura i czas wygrzewania), aby uzyskać pożądaną strukturę (właściwości) obrabianego materiału (np. strukturę metalu). W tym celu nanosi się na wykres siatkę linii np. chłodzenia ciągłego. Na tej podstawie można ustalić jakie fazy (mieszaniny) i w jakich ilościach będą występowały po skończeniu zabiegu. Ilość danego składnika zależy wprost proporcjonalnie od długości odcinka przecinającego dany obszar.




Dobrzański L. A.: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. Materiały inżynierskie z podstawami projektowania materiałowego.. Warszawa: WNT, 2000