Ocena spawalności - jak jej dokonać?

Zrozumienie Procesu Spawania i Jego Wpływu na Materiały

Ciepło wydzielane podczas spawania ma duże oddziaływanie na strukturę i przemiany zachodzące w spoinie oraz materiale rodzimym, czyli przedmiocie spawanym. Wszelkie przemiany związane z zawartością węgla wpływają na wytrzymałość, twardość, kruchość czy podatność na pęknięcia metalu. Należy pamiętać, że materiały wykorzystywane do prefabrykacji nie są doskonale czyste i mogą zawierać zanieczyszczenia, które są kolejnym z czynników wpływającym na tworzenie się nieprawidłowości w procesie spawania.

Sztywność konstrukcji jest związana z jej gabarytami, rozmieszczeniem oraz rozmiarem spoin. Wszystkie te parametry wpływają na sztywność konstrukcji i na naprężenia spowodowane przenoszonymi siłami przez wykonaną konstrukcję, a także naprężenia powstałe w wyniku wprowadzenia dużej ilości ciepła podczas spawania łukowego. Staramy się unikać naprężeń drugiej grupy różnymi metodami Chcąc uniknąć negatywnego wpływu sił działających na elementy obrabiane, należy zniwelować ilość zanieczyszczeń znajdujących się wewnątrz oraz na powierzchni materiału.

Kolejna grupa to czynniki technologiczne, które mają na celu redukcję problemów związanych z konstrukcjami spawalniczymi i ich budową. W tym kontekście ważne jest dobranie metody spawania, energii źródła ciepła oraz parametrów spawania, takich jak prędkość posuwu uchwytu czy dobór prądów spawania.

Zagrożenie Pęknięciami w Procesie Spawania

Jednym z problemów, które ocena spawalności ma na celu zniwelować, są pęknięcia spoin. Są one niekorzystne dla każdej metody i materiału spawanego, najczęściej spowodowane wpływem temperatury w obszarze spawanym. Takie zmiany wpływają na właściwości mechaniczne złącza spawanego, a naturalnym jest, że w takim przypadku jego wytrzymałość drastycznie maleje. Niezbędnym jest wykonanie oceny jakościowej i ilościowej zmian, która ma na celu dobór prawidłowych parametrów spawania. Efektem tego jest zachowanie wytrzymałość i wielkości spoiny przy jednoczesnym zniwelowaniu możliwości powstawania pęknięć. Inne czynniki, które również musimy przeanalizować i uwzględnić, to wady spowodowane materiałem spawanym, takie jak: wady metalu rodzimego lub zanieczyszczenia niemetaliczne.

Aby uniknąć negatywnego wpływu na materiały łączone, należy przeprowadzić próby dla danej grupy materiałów, które chcemy wykorzystać. Wykonujemy je w sposób technologiczny lub eksperymentalny. Do tych prób należą badania, które odzwierciedlają warunki panujące w złączu spawanym. Jednakże, metody te pozwalają w ograniczonym, teoretycznym stopniu na sprawdzenie jakości, wytrzymałości i wpływu czynników na dany zespół łączonych materiałów, jak i same złącze spawane. Metoda teoretyczna, analizując skład chemiczny materiału, pozwala określić zawartość węgla w porównaniu do pozostałych składów stopowych. Stosunek tych wartości pozwala przewidzieć podatność na tworzenie kruchych struktur, takich jak martenzyt i banit, w obrębie strefy wpływu ciepła.

Na podstawie tego wzoru możemy określić, na ile stal możemy uznać za łatwo spawalną:

• CEV<0,42% - stal łatwo spawalna,
• CEV=(0,42%-0,60%) - stal średnio spawalna. W celu zniwelowania niechcianych czynników zaleca się zmniejszenie prędkości spawania lub wtórnego podgrzewania materiału. Dotyczy to elementów o grubości powyżej 20mm.
• CEV>0,60% - stal trudno spawalna, która wymaga stosowania dodatkowych zabiegów, niezależnie od grubości materiałów (podgrzewanie przed i po spawaniu).

Jak Określić, Czy Stal Jest Łatwo Spawalna

Metoda pośrednia i bezpośrednia to trudniejsze metody, wymagające większego wkładu zasobów, wiedzy oraz przyrządów pomiarowych. Są one szczególnie problematyczne w przypadku dużych gabarytów. Do takich prób zaliczamy: próby mechaniczne, statyczne oraz dynamiczne. Są to m.in testy związane z rozciąganiem, zginaniem, udarnością, próbą napawania próbek w warunkach zmiennych dla łuku spawalniczego, a także pomiar twardości w obrębie strefy wpływu ciepła. W przypadku tej ostatniej metody wykonujemy pomiar metodą Vickersa, która określa twardość badanego materiału. Jeżeli różnica między twardością materiału rodzimego a strefą wpływu ciepła wynosi więcej niż 30% na korzyść strefy wpływu ciepła, to wskazuje na skłonność do powstawania pęknięć na skutek dużej hartowności.

Innymi metodami są:

• Metoda Varestrainta (próba zmiennego odkształcenia), próba Blancheta (umożliwiająca badanie skłonności do pęknięć przy spawaniu blach cienkich) lub próba kołowa segmentowa (do badania blach grubych) dla sprawdzenia pęknięć na gorąco,
• Próby złączy utwierdzonych (próba CTS – próba regulowanej ostrości cieplnej), a także próby z regulowanymi naprężeniami (np. próba kołkowa lub próba TRC z kontrolowaną sztywnością złącza) dla pękania zimnego,
• Miara wartości przewężenia próbki, w której materiał poddajemy rozciąganiu i analizujemy stopień zwężenia grubości blachy dla pękania lamelarnego,
• Próby spawalności technologicznej (np. próba Tanaki oraz popularna próba teowa dla dobrania elektrody spawalniczej), polegającej na określeniu wpływu czynników związanych ze źródłem spawania, najczęściej łukowego, oraz doborem parametrów spawania (prędkość i prąd spawania oraz rodzaj dobranego spoiwa) dla pękania wyrzażeniowego.

Specyfika doboru materiałów oraz parametrów spawania dla wykonywanej konstrukcji to nieodzowny element, który pozwala na uzyskanie optymalnej jakości wykonanego złącza spawanego. Wybór właściwych materiałów i parametrów spawania ma istotne znaczenie dla zapewnienia wytrzymałości, trwałości oraz bezpieczeństwa tworzonej konstrukcji. Należy uwzględniać wiele czynników, takich jak skład chemiczny materiałów, ich właściwości fizyczne, a także specyficzne warunki, w jakich będzie wykorzystywany finalny produkt. Wykorzystanie technik badawczych, takich jak metoda Varestrainta, próby spawalności technologicznej, czy metoda Vickersa, umożliwia weryfikację i optymalizację procesów spawalniczych, zapewniając tym samym produkcję wytrzymałych i niezawodnych konstrukcji. Pamiętaj, że każda konstrukcja jest unikalna i wymaga indywidualnego podejścia, a testy i badania są niezbędne do zagwarantowania najwyższych standardów jakości.

 

Zobacz inne ciekawe artykuły z naszego bloga:

- Spawanie ocynku - wszystkie najważniejsze informacje dotyczące spawania ocynku

- Spawanie Mosiądzu - wszystkie najważniejsze informacje dotyczące spawania tego metalu

- Spawanie aluminium - wszystkie najważniejsze informacje dotyczące spawania tego metalu

- Spawanie żeliwa - wszystkie najważniejsze informacje dotyczące spawania tego metalu

- Spawanie elektrodą - wszystkie najważniejsze informacje dotyczące spawania elektrodą MMA

- Spawarki inwertorowe - Wszystko o spawarkach inwertorowych

- Prostownik do akumulatorów - Zobacz polecane prostowniki do ładowania akumulatorów

- Oznaczenia spoin spawalniczych - Zobacz jakie są rodzaje spoin spawalniczych

 

Poradnik zakupowy: 

- Spawarka dla amatora i początkującego majsterkowicza

- Spawarka inwertorowa do 500 zł

- Spawarka inwertorowa do 1000 zł

- Spawarka inwertorowa od 1000 do 2000 zł

- Jak wybrać odpowiednią spawarkę do swoich potrzeb