8. MAT SPAW - program wspomagajcy analiz spawalnoci stali i opracowanie technologii spawania

Transkrypt

1 MAT SPAW - program wspomagajcy analiz spawalnoci stali i opracowanie technologii spawania Podsumowaniem przedstawionych w niniejszej pracy rozwaa jest program komputerowy MAT SPAW. Nazwa programu pochodzi od skrótu tematycznej zawartoci podstawowych opcji programu: materiały - bazy danych: bank stali, materiały dodatkowe, analiza spawalnoci technologia spawania: spanie łukowe rczne elektrodami otulonymi, spawanie łukowe elektrod topliw w osłonach gazowych, spawanie łukiem krytym. Głównym celem programu MAT SPAW jest umoliwienie przeprowadzenia analizy spawalnoci stali, wyznaczenie optymalnych warunków termicznych spawania, dobór materiałów dodatkowych do spawania oraz opracowanie technologii spawania łukowego rcznego elektrodami otulonymi, spawania łukowe elektrod topliw w osłonach gazowych, spawania łukiem krytym. Program MAT SPAW składa si z czterech podstawowych modułów: Bazy danych, Spawalno, Technologia, Pomoc. Moduł Bazy danych zawiera: Bank stali Materiały dodatkowe: Elektrody otulone Elektrody topliwe Topniki Bank kart technologicznych Normatywy: Spawanie łukowe rczne elektrodami otulonymi Spawanie łukowe elektrod topliw w osłonach gazowych Spawanie łukiem krytym Moduł Spawalno zawiera: CTPC-S.: Wykres z bazy danych Wykres wg Hrivnaka Wykres wg MIS Wykres na podstawie HV Właciwoci: Z bazy danych: Rm, Re, A5, Z, HV, KCV KCV f (t) Wg Kasatkina, Seyferth a: Na podstawie CTPc-S z bazy danych Na podstawie CTPc-S wg Hrivnaka Na podstawie CTPc-S wg MIS

2 125 Wskaniki spawalnoci Naprenia krytyczne Moduł Technologia zawiera: Spawanie łukowe rczne elektrod otulon Spawanie łukowe elektrod topliw w osłonach gazowych Spawanie łukiem krytym Moduł Pomoc zawiera podstawy teoretyczne spawalnoci stali, zestawienie zalenoci umoliwiajcych przeprowadzenie analizy spawalnoci stali, ocen przydatnoci wybranych zalenoci, opis programu MAT SPAW oraz praktyczne przykłady zastosowania programu. Program jest przeznaczony do uruchomienia w rodowisku graficznym Microsoft Windows 3.1 PL lub Microsoft Windows 95, 98, 2000 PL. Jest aplikacj 16-bitow. Programu naley uywa w rozdzielczoci 800 x 600 lub wyszej. Moduł bazy danych Bank stali zawiera rekordy. Jednemu materiałowi w banku odpowiada jeden rekord (rys. 8.1). Zawiera on nastpujce dane: nazw stali, skład chemiczny, właciwoci stali w stanie dostawy, dane o wykresie CTP c -S (M s, B s, F s, B f, t B, t Mk, t F ) właciwoci SWC dla wybranych czasów (Rm, Re, A5, Z, HV, udarno dla wybranych temperatur badania) charakterystyk i wytyczne stosowania stali. Rys.8.1. Bank stali

3 126 Bank - Materiały dodatkowe zawiera rekordy podobnie jak w banku stali prezentujce dane o materiałach dodatkowych: elektrodach otulonych, elektrodach topliwych i topnikach do spawania łukiem krytym. W przypadku elektrod otulonych rekordy zawieraj (rys.8.2): oznaczenia, orientacyjny skład chemiczny, orientacyjne właciwoci mechaniczne stopiwa, wymiary i wskaniki technologiczne, prd spawania, pozycje spawania, opis i zastosowanie materiału dodatkowego. Rys Materiały dodatkowe - rekord z banku elektrod otulonych Dla spoiw stalowych do spawania elektrod topliw w osłonach gazów rekordy zawieraj nastpujce dane (rys.8.3): oznaczenie spoiwa, skład chemiczny, zastosowanie, typ stali spoiwa. W przypadku topników do spawania łukiem krytym rekordy zawieraj nastpujce dane (rys.8.4): oznaczenie topnika, oznaczenie drutu elektrodowego, z którym topnik moe by stosowany, orientacyjny skład chemiczny, wymiary ziarn topnika, charakterystyk i zastosowanie.

4 127 Rys Materiały dodatkowe - rekord z banku elektrod topliwych Rys Materiały dodatkowe - rekord z banku topników Bank kart technologicznych umoliwia archiwizacj opracowanych kart technologicznych. Natomiast w bazie - Normatywy wprowadzono normatywy technologiczne dla spawania łukowego rcznego elektrodami otulonymi, spawania łukowego elektrod topliw w osłonie gazów ochronnych oraz spawania łukiem krytym, opracowane w Instytucie Spawalnictwa w Gliwicach (rys. 8.5). Dane z tej bazy wykorzystywane s w module Technologia.

5 128 Rys Rekord z bazy normatywów Moduł Spawalno Moduł Spawalno umoliwia: rysowanie wykresów CTPc-S na podstawie danych z bazy danych (rys.8.6), Rys Wykres CTPc-S z bazy danych rysowanie wykresów CTPc-S na podstawie danych z korelacyjnych wzorów obliczeniowych wg. Hrivnaka i wzorów zalecanych przez MIS,

6 129 Wzory zalecane przez Hrivnaka: Ms C - 30,4 Mn - 17,7 Ni - 12,1 Cr - 7,5 Mo Mf ,4 C - 33 Mn - 17 Ni - 17 Cr - 21 Mo Bs C - 80 Mn - 70 Cr - 83 Mo tb exp(7,4(c+si/24+(mn+cr)/6+cu/15+ni/40+mo/4+(nb+v)/5+5b)-3,027) tp exp(5,6(c-si/30+mn/5+cu/5+ni/20+cr/4+mo/6+10b)-1,821) Wzory zalecane przez MIS: Ms C - 30,4 Mn - 17,7 Ni - 12,1 Cr - 7,5 Mo Mf ,4 C - 33 Mn - 17 Ni - 17 Cr - 21 Mo Bs C - 80 Mn - 70 Cr - 83 Mo [5,81 (C+Si/16+Mn/19+Ni/48+Cr/20+Mo/7+V/28) - 1,13] tb 10 [5,8 (C+Si/291+Mn/14+Ni/67+Cr/16+Mo/6+V/425) - 0,83] tf 10 [5,14(C+Si/17+Mn/19+Ni/25+Cr/16+Mo/4+V/3) + 0,06] tp 10 rysowanie wykresów CTPc-S na podstawie analizy przebiegu zmian twardoci w funkcji czasu t 8/5 (rys.8.7). Rys Wykres CTPc-S. na podstawie analizy przebiegu zmian twardoci rysowanie wykresów zmian właciwoci wytrzymałociowych SWC w funkcji czasu t 8/5 na podstawie danych z bazy danych oraz danych pochodzcych z korelacyjnych wzorów obliczeniowych. Opcja ta wyznacza take optymalny przedział czasów t 8/5 na podstawie

7 130 narzuconych ogranicze (Remin, HVmax, HVmin, KCVmin, t8/5kr) oraz proponuje optymalny czas t 8/5 (rys. 8.8). Rys Właciwoci SWC na podstawie danych z bazy danych Do oblicze wykorzystano wzory według Kasatkin, Seyffarth: R e ( C)M + ( C C V) B + + ( C + 47 Mn + 90 V) FP [MPa] R m ( C) M + ( C + 39,7 Mn V) B + + ( C + 60 Mn V) FP [MPa] A (12,2-67C 2-1,5 Mn+ 0,76 In t) M + (21,3-35,6 C - 4,0 Mn - - 5,0 V + 1,84 In t) B + (36,5-127 C C 2-1,16 Mn + + 8,0 V + 0,66 In t) FP [%] Z (48,5-158 C C 2 + 0,98 In t) M + (53,3-132 C + 103C ,1 Mn - 10 V + 3,4 In t) B + (65,4-88 C - 82 C ,7 Mn + 18 V + 0,6 In t) FP [%] KCU (1,06-2,8 C + 1,3 C 2-0,081 Mn + 0,054 In t) M + + (1,3-1,6 C - 0,08 Mn) B + (1,47-1,8 C + 0,80C ,076 Mn - 0,045 In t) FP [MJ/m 2 ] HV ( C + 622C ,7 Mn) M + ( C) B + + ( C -15,4 Mn) FP

8 131 M, B, FP - udział w strukturze martenzytu, bainitu, ferrytu, perlitu, t - czas chłodzenia pomidzy temperaturami C a C oraz H max (HV10) ( C + 507P cm ) - ( C - 461P cm )arctn X X ( 0, 501 7, 9 11, 01 ) Y + + C P 0, , 55C 0, 76P cm cm Y log t 8/5, czas t 8/5 [s] P C Si Mn + Cu + Cr Ni Mo V cm B [%] wyznaczenie wskaników spawalnoci stali, podajc kocow ocen skłonnoci stali na pkanie gorce, zimne, lamelarne, pkanie pod wpływem powtórnego nagrzewania (rys. 8.9). Rys Wskaniki spawalnoci stali Do oblicze wykorzystano nastpujce zalenoci: pknicia gorce: P Si 0, 4 Mn 0, 8 Ni Cu Cr 0, 8 Cekw C + 2 S Zastosowanie:

9 132 stale niskowglowe Kryterium oceny: C ekw > 0,45 - stal skłonna, Cekw < 0,15 - stal odporna, 0,15 Cekw 0,45 - stal czciowo skłonna. HCS Si Ni C S + P Mn + Cr + Mo + V 3 Zastosowanie: a/ stale niskowglowe o Re 700 MPa b/ stale niskostopowe o Re > 700 MPa Kryterium oceny: a/ HCS 4 - stal skłonna, HCS < 4 - stal odporna, b/ HCS 2 - stal skłonna, HCS < 2 - stal odporna. Pknicia zimne: Mn Cr + Mo + V Ni + Cu Ce C Zastosowanie: stale o zawartoci C < 0,2% Kryterium oceny: h - grubo łczonych elementów w mm; dla h < 25 C e 0,45 - stal odporna, C e > 0,45 - stal skłonna, dla 25 h < 37 C e 0,41 Ce > 0,41 - stal odporna, - stal skłonna. T P w 392 gdzie: To - temperatura podgrzewania wstpnego,

10 133 h - grubo łczonych elementów w mm, R 70 Fy h dla h 40 mm i R 2800 dla h> 40 mm, Fy P C Si Mn + Cu + Cr Ni Mo V cm B H D - zawarto wodoru w ml na 100 g stopiwa, H R D Fy PW Pcm Zastosowanie: 0,07-0,22% C, 0-0,6% Si, 0,4-1,4%Mn, 0-0,5% Cu, 0-1,2% Ni, 0-1,2%Cr, 0-0,7%Mo, 0-0,12% V, 0-0,05% Ti, 0-0,04% Nb, 0-0,005% B, H D 1-5 ml/100 g, h mm, R Fy , E L kj/cm (energia liniowa łuku) Kryterium oceny: T stal odporna, T stal skłonna, 20 < T 0 < stal czciowo skłonna. Pknicia lamelarne: P I H D Pcm S 60 Zastosowanie: nie podano ogranicze Kryterium oceny: P I 0,40 P > 0,40 I - stal odporna, - stal skłonna. H D L PL Pcm gdzie: L - całkowita długo matowych wtrce w mm/mm 2 Zastosowanie: nie podano ogranicze Kryterium oceny: P L 0,35 - stal odporna,

11 134 P L > 0,35 - stal skłonna. Pknicia pod wpływem powtórnego nagrzewania: G Cr + 3, 3Mo + 8, 1V 2 Zastosowanie: %C 0,18; %Cr < 1,5 Kryterium oceny: G1 Cr + 3, 3Mo + 8, 1V + 10C 2 G, G1 1- stal skłonna G G < - stal odporna, 1 P Cr + Cu + 2 SR Mo + 10 V + 7 Nb + 5 Ti 2 Zastosowanie: 0,1-0,25% C, 0-1,5% Cr, 0-0,2% Mo, 0-0,1% Cu, 0-0,15% V, 0-0,15% Nb, 0-0,15% Ti Kryterium oceny: P RS - stal skłonna, P RS < - stal odporna. rysuje wykres napre krytycznych w funkcji czasu t 8/5 i zawartoci wodoru dyfundujcego H D. Wyznacza krytyczne czasy t 8/5 dla zadanych zawartoci wodoru dyfundujcego (rys. 8.10). Naprenia krytyczne obliczane s z zalenoci: ( ) ( ) σ kr imp cm D 2 9, 81 ( 68, 9 121P 24 lg H , 75 t + 1, t ) 8/ MPa, gdzie: ( ) σ kr imp - wielko napre krytycznych w próbie implantacyjnej, wyraona w t czas chłodzenia do temperatury C, t 8/5 - czas chłodzenia w zakresie C, w sekundach, H D - zawarto wodoru dyfundujcego wyznaczona metod glicerynow

12 135 Rys Naprenia krytyczne Moduł Technologia Moduł Technologia umoliwia opracowanie karty technologicznej spawania dla spawania łukowego rcznego elektrodami otulonymi, spawania łukowego elektrod topliw w osłonach gazowych oraz spawanie łukiem krytym dla wybranego typu złcza spawanego, pozycj spawania (rys. 8.11), gruboci materiału i zadanych materiałów dodatkowych. Osoba obsługujca program ustala materiał dodatkowy (np. elektrody otulonej, rodzaj ukosowania, pozycj spawania, grubo blachy, długo złcza. Program proponuje parametry ukosowania, szeroko lica i wysoko nadlewu (które mona indywidualnie zmienia), podaje ródło prdu do spawania, prd spawania, biegunowo i ewentualn obróbk ciepln po spawaniu (karta Dane - rys. 8.12). Rys Moduł technologia - wybór rodzaju ukosowania i pozycji spawania

13 136 Rys Karta Dane - ustalania podstawowych danych technologicznych Po uruchomieniu klawisza oblicz w karcie Obliczenia (rys.8.13) program podaje parametry spawania (np. spawania łukowego rcznego elektrod otulon), numer warstwy, rednice elektrody, natenie prdu, napicie łuku, prdko spawania, przekrój ciegu, energi linow łuku, przekrój spoiny oraz zuycie materiałów dodatkowych. Prezentowane w tej karcie parametry technologiczne spawania opracowane s na podstawie normatywów technologicznych zawartych w Bazie Danych. Rys Karta Obliczenia

14 137 Karta Korekta umoliwia dokonanie zmian w opracowanej na podstawie normatywów technologicznych technologii spawania (rys. 8.14). Po przeniesieniu danych z oblicze (klawisz Przenie) moemy dokonywa nastpujcych zmian w parametrach spawania poszczególnych ciegów: zmienia rednic elektrody, natenie prdu spawania, prdkoci spawania, przekroju ciegu. Rys Karta Korekta Program automatycznie dokonuje przeliczenia pozostałych parametrów, podajc jednoczenie pozostały do wypełnienia przekrój spoiny. Nadto istnieje moliwo dodania lub usunicia ciegu (ciegów). Dla nowych - skorygowanych - parametrów spawania istnieje moliwo obliczenia zuycia materiałów dodatkowych (klawisz Oblicz ZM.). Korekta umoliwia take dla zadanej gruboci blachy, energii linowej łuku i temperatury podgrzewania, obliczenie czasu t 8/5. W Korekcie do przeliczania parametrów spawania wykorzystano nastpujce zalenoci: Spawanie elektrod otulon: napicie łuku: U 20+ 0, 04 J [V] prdko spawania: V sp 10 α J n 36 γ F [mm/s] energia liniowa łuku:

15 138 E U J 100 V sp [kj/cm] zuycie elektrod: gdzie: Ge 1000 n G c Vsc γ Ge 10 U c [kg] G c - masa 1 elektrody [g] U c - uzysk elektrody [%] Spawanie łukowe elektrod topliw w osłonach gazowych: napicie łuku: U , 05 J [V] prdko spawania: V sp W 36 F γ [mm/s] 1,385 gdzie: W 0, 0015 J - dla drutu o rednicy 1,2 mm 1,4846 W 0, 0008 J - dla drutu o rednicy 1,6 mm prdko podawania drutu: V 3, 2 W dr 1, 2 2 V 3, 07 W dr 1, dla drutu o rednicy 1,2 mm - dla drutu o rednicy 1,6 mm przekrój ciegu: F W 36 γ V sp [mm 2 ] energia liniowa łuku: U J E 100 V sp [kj/cm]

16 139 Spawanie łukiem krytym: napicie łuku: I U 4 ( + 1) [V] d el prdko spawania: V sp 1,2 J 1,1 3, 4 0, 14 0, 4 U F d [cm/min] sc prdko podawania drutu: zuycie drutu: zuycie topnika: V el 2, 4 Fsc V 2 π d z z dr top F sc γ 1000 sp [m/h] [ kg/m] 1, 5 z dr [kg/m] energia liniowa łuku: U J E 100 V sp [kj/cm] W opcji Korekta czas t 8/5 dla wszystkich metod spawania obliczany jest z zalenoci: t 8/ 5 K E ( T T ) arctg g g β π α n 2 0 gdzie: I U E - energia liniowa łuku ( E ), J/cm v T 0 - temperatura podgrzewania spawanych elementów, 0 C g - grubo blachy, m Wartoci pozostałych wielkoci wystpujcych we wzorze podano w tablicy 8.1.

17 140 Tablica 8.1. Wartoci wielkoci wystpujcych we wzorze na t 8/5 Metoda spawania K n g 0 α T β napoina lub spoina czołowa β spoina pachwi nowa Spawanie elektrod otulon 1,35 1,5 14, Spawanie w osłonie CO 2 1 2, 9 1,7 13 3, ,7 Spawanie łukiem g<32 9, , 22g 2,5-0,05g krytym g , Podstawowe bloki programu mog by uywane w rónych zestawieniach i w rónej kolejnoci. Dobór zalenoci matematycznych dla poszczególnych modułów programu poprzedzony został weryfikacj przydatnoci zalenoci zebranych w wyniku analizy literatury.