Badanie makroskopowe złączy spawanych
Celem ćwiczenia jest zapoznanie z metodą badawczą, pozwalającymi określić przy pomocy małego powiększenia lub gołym okiem ujawnienie wad w spoinie i w strefie wpływu ciepła złączy spawanych.
Wiadomości podstawowe
Złącze spawane jest połączeniem materiałów powstałych przez ich miejscowe stopienie. Występuje w procesie łączenia metali oraz tworzyw sztucznych. Przy spawanie dodaje się z reguły materiał dodatkowy stapiający się wraz z materiałem litym, aby utrzymać spoinę i polepszyć jej własności. Stopione elementy mieszając się tworzą tzw. jeziorko spawalnicze. Po usunięcia źródła ciepła, ciekły metal krzepnie w formie utworzonej przez nadtopione brzegi elementów spawanych, tworząc spoinę. W połączeniu spawanym możemy wyróżnić cztery podstawowe obszary:
- spoina – materiał złącza, pod wpływem ciepła ulega przetopieniu,
- strefa wpływu ciepła, pod wpływem ciepła ulega zmianom strukturalnym, odpornościowym bądź mechanicznym,
- strefa materiału spawanego,
- linia wtopienia – linia pomiędzy spoiną, a strefą wpływu ciepła, jest to granica do której materiał spawany ulega przetopieniu.
Rodzaje spawania: - spawanie elektryczne - spawanie gazowe - spawanie laserowe - spawanie łukiem krytym
- spawanie w osłonie argonu, dwutlenku węgla - spawanie plazmowe.
Połączenie spawane należy do połączeń nierozłącznych, w czasie próby rozłączenia ulegają uszkodzeniu lub zniszczeniu, albo części złączone, albo części łączące.
Podstawowe spoiny złącz spawanych oraz ich konstrukcja
Spoina czołowa – powstaje pomiędzy ścianką elementu tworzącego jego grubość, a drugim z łączonych elementów. Wyróżnia się dwa rodzaje spoiny:
- spoina z pełnym wytopieniem – obejmuje całą grubość elementu spawanego, - spoina z niepełnym przetopie – nie obejmuje całej grubości elementu spawanego.
1. Lico spoiny 5. Strefa wpływu ciepła
2. Spoina 6. Grań spiny
3. Materiał spawany 7. Brzegi materiału spawanego
4. Linia wtopienia 8. Materiał spawany
9. Nadlew
Rys. 1. Budowa spoiny czołowej [de-tech]
Spoina pachwinowa – powstaje w rowku utworzonym przez nieukosowanie ścianki elementów łączonych. Wyróżnia się dwa rodzaje spoiny:
- spoina w złączach kątowych, - spoina w złączach przylgowych.
1. Materiał spawany 4. Linia wtopienia
2. Lico spoiny 5. Materiał spawany
3. Spoina 6. Strefa wpływu ciepła
Badania makroskopowe złączy spawanych
W badaniach makroskopowych złącz spawanych ujawnia się: - błędy kształtu geometrycznego i wymiarów,
- pęknięcie spawalnicze, pęcherze, porowatość,
- wady budowy spoiny jak brak przetopienia, zażużlenie.
Badania makroskopowe spoiny mażemy przeprowadzić poprzez oględziny prawidłowości zestawienia części połączonych, pomiary lica i grani, ocena wad powierzchniowych - podtopienia, wycieki, nadlewy lica, wklęśnięcia, nawisy, a także poprzez badanie zgładów poprzez ocenę kształtu spoiny, obecności wad wewnętrznych, jakości wtopienia (przyklejenia i braki przetopu).
Za pomocą głębokiego trawienia można w stalach wykryć strukturę pierwotną, włóknistość, sposoby obróbki plastycznej oraz wady w postaci wtrąceń niemetalicznych i ciągłości materiału. Odczynniki do powierzchniowego trawienia znalazły szczególne zastosowanie do wykrywania segregacji fosforu, do badania spoin i ujawnienia odkształceń plastycznych w stalach o małej zawartości węgla.
Przebieg ćwiczenia
Próbki przeznaczone do oceny złączy spawanych próbkę należy dokładnie oszlifować i polerować na coraz to drobniejszym płótnie ściernym. Przygotowane powierzchnie zmyć wodą destylowaną i alkoholem a następnie wysuszyć. Następnie przygotowaną próbkę trawi w odczynniku Wagapowa (mieszanina kwasów azotowego i octowego) o składzie:
- substancja S1 - 50 cm3 HNO3 (1,4) + 50 cm3 H2O - substancja S2 - 50 cm3 CH3COOH(lod) + 50 cm3 H2O
Bezpośrednio przed użyciem substancje S1 i S2 miesza się w stosunku 1:1. Trawienie przeprowadza się w temperaturze otoczenia, w czas od 2 do 5 minut. Wytrawiony zgład przemywamy obfitym strumieniem bieżącej wody przez kilka minut, następnie próbkę przecieramy tamponami waty zmoczonymi w alkoholu i suszymy w strumieniem ciepłego powietrza.
Analogicznie można zastosować odczynnik Adlera 3 g (NH4)2[CuCl4] + 20 ml wody
destylowanej + 50 ml HCl + 15 g FeCl3), gdzie w wyniku trawienia przez odczynnik na
powierzchni próbki zarysowuje się kształt spoiny oraz strefa wpływu ciepła. Przy próbie głębokiego trawienia stosuje się wodnego roztworu HCl + HNO2
Sprawozdanie powinno zawierać 1. Temat i cel badań
2. Charakterystykę złączy spawanych 3. Wpływ wad spoiny na jej wytrzymałość
4. Opis próby i przebiegu ćwiczenia
5. Analizę wyników badań i wnioski do zdjęć złączy
Literatura
1. Blicharski M.: Inżynieria materiałowa, stal. WNT, Warszawa 2013
2. Grabski M.: Kozubowski J. (2003): Inżynieria materiałowa. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej Warszawa
3. Praca zbior. pod red. A. Werońskiego: Ćwiczenia laboratoryjne z inżynierii materiałowej. Wyd. Politechniki Lubelskiej, Lublin 2002
4. PN-EN ISO 6520-1: 2009. Spawanie i procesy pokrewne. Klasyfikacja geometrycznych
niezgodności spawalniczych w metalach. Część 1: Spawanie.
5. PN-EN ISO 6520-2: 2013. Spawanie i procesy pokrewne. Klasyfikacja geometrycznych
