Transcript
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Korzystna struktura krystaliczna w strefie wpływu ciepła Przygotował Dr Łukasz Madej Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Złącze spawane spoina obszar materiału spawanego, który uległ stopieniu
linia wtopienia
materiał spawany materiał spawany
strefa wpływu ciepła
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Strefa wpływu ciepła – SWC • Część złącza, w której nastąpiły zmiany strukturalne w wyniku oddziaływania ciepła spawania. • Głębokość strefy wpływu ciepła zależy od metody oraz techniki spawania. • Zmiany mikrostruktury i właściwości SWC są wynikiem przemian alotropowych, przemian fazowych oraz odkształcenia sieci krystalograficznej. W metalu nagrzanym powyżej pewnej charakterystycznej dla niego temperatury następuje rozrost ziaren, tym większy, im wyższa jest temperatura i dłuższy czas jej oddziaływania. • W czasie nagrzewania, w niektórych materiałach mogą wystąpić procesy wydzieleniowe, na przykład węglików metali, oraz powstawać nowe fazy międzymetaliczne. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Strefa wpływu ciepła – SWC
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Korzystna struktura SWC
Idealna struktura SWC = Struktura materiału rodzimego Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Jak uzyskać korzystną strukturą w strefie wpływu ciepła? • Odpowiednio dobrana obróbka cieplna • Spawanie wielowarstwowe • Obniżenie energii liniowej spawania
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Energia liniowa spawania
E – energia liniowa spawania [J/m], U – napięcie łuku [V], I – natężenie prądu spawania [A], V – prędkość spawania [m/s], P – moc cieplna [W]. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Obniżanie energii liniowej spawania
Metody niskoenergetyczne • Mała moc cieplna
Metody wysokoenergetyczne
• Duża moc cieplna • Duża prędkość spawania
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Metody niskoenergetyczne
• Cold Metal Transfer – CMT • Intelligent Arc Control – IAC • Cold Arc
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
CMT – Cold Metal Transfer
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
CMT • Spawanie łukiem zwarciowym • Posuw drutu jest wykorzystywany do sterowania procesem • Drut podawany jest w kierunku jeziorka i jest okresowo cofany • Częstotliwość cofania – ok. 70 Hz
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
CMT
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
CMT • Niskie natężenie prądu zwarcia • Niska energia cieplna • Prędkość spawania dochodząca do 2÷3 m/min • Przenoszenie metalu odbywa się praktycznie bez przepływu prądu • Spawanie odbywa się praktycznie bez rozprysków Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
CMT • Wąska strefa wpływu ciepła • Mniejsze odkształcenia materiałów niż w konwencjonalnych • Wysoka jakość spoiny
spawanych metodach
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
CMT
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Zastosowanie CMT • Wykonywanie spoin przetopowych w każdej pozycji • Uzyskiwanie pełnego przetopu przy dużych odstępach pomiędzy łączonymi elementami (nawet 5 mm)
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Zastosowanie CMT • Cienkie blachy ze stali niestopowych, niskostopowych i wysokostopowych nierdzewnych (nawet 0,3 mm) • Łączenie cienkich blach aluminiowych ze stalowymi • Lutospawnie metodą MIG
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
IAC – Intelligent Arc Control
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
IAC – Intelligent Arc Control • • • • •
Spawanie łukiem zwarciowym Zwiększone natężenie prądu podczas zwarcia Zmniejszone natężenie podczas jarzenia łuku Niska moc cieplna Niska energia liniowa
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Natężenie prądu
IAC
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Czas
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Rys. Porównanie przebiegu natężenia prądu w czasie dla klasycznego spawania MIG i procesu IAC.
spawania
[1]
A – jarzenie łuku B – zwarcie
[1] J. L. Skovfo - Zmniejszenie zjawiska rozprysku i obniżenie energii liniowej w spawaniu łukiem krótkim. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
[1]
Przerwanie zwarcia w klasycznym spawaniu MIG
Przerwanie zwarcia w spawaniu IAC [1] J. L. Skovfo - Zmniejszenie zjawiska rozprysku i obniżenie energii liniowej w spawaniu łukiem krótkim. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
[1]
[1] J. L. Skovfo - Zmniejszenie zjawiska rozprysku i obniżenie energii liniowej w spawaniu łukiem krótkim.
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Zastosowanie IAC • Wykonywanie warstw przetopowych • Spawanie cienkich blach (nawet 0,3 mm)
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Cold Arc
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Cold Arc • Spawanie łukiem zwarciowym • Przebieg napięcia jak przy konwencjonalnym łuku zwarciowym • Raptowne zmniejszanie natężenia prądu w okresach pomiędzy zwarciami • Niska moc cieplna • Wąska strefa wpływu ciepła
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Cold Arc
• • • •
Mniejsze zmiany struktury Niewielkie odkształcenia Zminimalizowana strefa wpływu ciepła Niska moc cieplna Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Cold Arc
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Cold Arc
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Zastosowanie Cold Arc • Cienkie blachy ze stali niestopowych, niskostopowych i wysokostopowych (nawet 0,3 mm) • Stopy aluminium
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Metody niskoenergetyczne, a zanieczyszczenie środowiska Wielkość emisji pyłu jest przy metodach IAC, CMT, ColdArc nawet kilkukrotnie mniejsza w porównaniu do konwencjonalnych metod spawania łukowego w osłonie gazów.
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
[2]
Rys. Emisja pyłu przy spawaniu stali austenitycznej w osłonie 98 % Ar + 2 % O2. [2] J. Matusiak, J. Wyciślik – Zagrożenia w środowisku pracy przy spawaniu i lutospawaniu łukowym metodami niskoenergetycznymi. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
[2]
Rys. Emisja NOx przy spawaniu stali austenitycznej w osłonie 98 % Ar + 2 % O2. [2] J. Matusiak, J. Wyciślik – Zagrożenia w środowisku pracy przy spawaniu i lutospawaniu łukowym metodami niskoenergetycznymi. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
[2]
Rys. Emisja CO przy spawaniu stali austenitycznej w osłonie 98 % Ar + 2 % O2. [2] J. Matusiak, J. Wyciślik – Zagrożenia w środowisku pracy przy spawaniu i lutospawaniu łukowym metodami niskoenergetycznymi. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
[2]
Rys. Emisja pyłu przy spawaniu stali austenitycznej metodą ColdArc w osłonie różnych gazów. [2] J. Matusiak, J. Wyciślik – Zagrożenia w środowisku pracy przy spawaniu i lutospawaniu łukowym metodami niskoenergetycznymi.
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Metody wysokoenergetyczne
• Spawanie laserowe • Spawanie wiązką elektronów
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Spawanie laserowe • Niska energia liniowa spawania • Silnie zogniskowana wiązka lasera o dużej mocy (gęstości energii ok. 1MW/cm2, można uzyskać gęstości nawet powyżej 1011 W/cm2) • Niewielka objętość przetopionego materiału • Wąska strefa wpływu ciepła • Stabilność pracy
[3]
[3] O.A. Idowu, O.A. Ojo, M.C. Chaturvedi – Effect of heat input on heat affected zone cracking in laser welded ATI Allvac 718Plus superalloy. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Spawanie laserowe • Szybkie odprowadzanie ciepła i stygnięcie spoiny • Szerokość spoiny od 0,2 do 13 mm • Minimalne odkształcenia i naprężenia spawalnicze • Bardzo dobra spawalność metalurgiczna i technologiczna • Wysoka jakość złączy spawanych Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Spawanie laserowe • Ograniczona obróbka wykańczająca • Łatwa obsługa urządzeń • Ograniczenie szkodliwego oddziaływania na obsługę • Ograniczenie szkodliwego oddziaływania nie środowisko
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
wpływu wpływu
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Spawanie laserowe • • • •
Lasery gazowe Lasery na ciele stałym YAG Lasery diodowe dużej mocy – HPDL Spawanie hybrydowe
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Lasery gazowe • Ośrodkiem aktywnym jest gaz – najczęściej CO2 • Zastosowanie: Spawanie, cięcie, obróbka powierzchni [4]
[4] O.A. Idowu, O.A. Ojo, M.C. Chaturvedi – Effect of heat input on heat affected zone cracking in laser welded ATI Allvac 718Plus superalloy. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Lasery na ciele stałym • Lasery na ciele stałym wykorzystują dielektryczny kryształ lub szkło z domieszkami. • Jako ośrodki czynne najczęściej stosowane są kryształy rubinu lub granatu.
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
YAG • YAG – Yttrium Aluminum Garnet - Granat itrowo-aluminiowy • Granat jest domieszkowany pierwiastkami ziem rzadkich: neodymem Nd, iterbem Yb, erbem Er, tulem Tm, Holmem Ho. • Wzbudzenie lasera następuje w sposób optyczny poprzez oświetlenie elementu czynnego Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Spawanie laserem impulsowym YAG • Możliwość emisji wiązki promieniowania w trybie impulsowym • Precyzyjna kontrola ciepła wprowadzanego do materiału obrabianego • Stopienie metalu o bardzo małej objętości przez pojedynczy impuls wiązki laserowej i jego natychmiastowa krystalizacja (zanim nastąpi następny impuls) [5]
[5] P. L. Moore, D. S. Howse, E. R. Wallach – Microstructure & properties of autogenous high-power Nd:YAG laser welds in C-Mn steels. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
[6] Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski
Wschodniej
YAG
[6] Y.G. Song, W.S. Li, L. Li, Y.F. Zheng – The influence of laser welding parameters on the microstructure and mechanical property of the as-jointed NiTi alloy wires. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
HPDL • Wzbudzenie lasera wskutek przepływu prądu elektrycznego przez złącze p-n • Element czynny – złącze półprzewodnikowe p-n GaAs, AlGaAs, AlInGaP
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Spawanie hybrydowe • Laser + TIG • Laser + MIG/MAG
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
[7]
Spawanie hybrydowe
[7] C. Li, K. Muneharua, S. Takao, H. Kouji – Fiber laser-GMA hybrid welding of commercially pure titanium. Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Spawanie wiązką elektronów • Źródłem ciepła jest energia kinetyczna elektronów rozpędzonych do bardzo dużych prędkości, poruszających się w próżni. • W porównaniu do metod konwencjonalnych spawanie elektronowe zapewnia dotarcie do trudno dostępnych miejsc materiału oraz nieporównywalnie większą prędkość wykonania spoiny (do 100 mm/s). • Zastosowanie wiązki elektronów do łączenia materiałów pozwala na przeprowadzenie procesu zarówno przed obróbką cieplną elementów, jak i po ostatecznej obróbce.
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Spawanie wiązką elektronów • Uzyskana spoina jest bardzo wąska, czysta, błyszcząca i regularna, a jej własności są porównywalne do otaczającego je materiału. • Stosunek szerokości do głębokości spoiny od 1:10 do nawet 1:50. • Praktycznie brak strefy wpływu ciepła. • Brak potrzeby ukosowania (złącza na I) • Duży zakres grubości łączonych elementów (nawet 60 mm)
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Spawanie wiązką elektronów • Spawanie metali o różnych właściwościach fizykochemicznych • Brak materiału dodatkowego (spoiwo, topniki, gazy) • Większa wydajność • Eliminacja odkształceń spawalniczych
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Warunki spawania wiązką elektronów • Bardzo dokładne pozycjonowanie wiązki (dokładność ±0,1 mm) • Stabilizowanie wiązki podczas spawania • Eliminacja szczątkowych pól magnetycznych elementów oprzyrządowania
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Wady spawania wiązką elektronów • Powstawanie struktur hartowniczych • Porowatość • Spawanie w próżni powoduje intensywne uwalnianie pierwiastków o dużej prężności par, np. cynku
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Zastosowanie spawania wiązką elektronów • • • • • •
Stale niskowęglowe (uspokojone) Stale nierdzewne Stale utwardzone wydzieleniowo Stopy miedzi (nie zawierające cynku) Stopy aluminium Stopy tytanu, ołowiu, molibdenu, tantalu
Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
Fundusze Europejskie – dla rozwoju Polski Wschodniej
Dziękuję za uwagę Regionalna Izba Gospodarcza, ul. 1-go Sierpnia 26 b, 37-450 Stalowa Wola, tel. 15 844 03 57
