Politechnika Szczecińska Instytut Inżynierii Materiałowej Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: Komputerowe wspomaganie prac spawalniczych Wydział Mechaniczny Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn, specjalność: Spawalnictwo Opracowali: Adam Sajek Zbigniew Szefner Zatwierdził: prof. Jerzy Nowacki Szczecin 2003
WSTĘP SPIS TREŚCI Przedmowa... 3 Wstęp...3 Wskazówki metodyczne... 4 Bezpieczeństwo i higiena pracy w procesach spawalniczych... 5 Ćwiczenie nr 1 MatSpaw Expert - Spawanie ręczne łukowe elektrodą otuloną... 6 Ćwiczenie nr 2 MatSpaw Expert Technologie spawania wybranych gatunków stali (spawalność)... 9 Ćwiczenie nr 3 Esab wydajność procesów spawalniczych i ich koszty... 11 Ćwiczenie nr 4 Programy do symulacji procesów spajania... 13 Ćwiczenie nr 5 SolidWorks projektowanie konstrukcji spawanej... 14-2 -
WSTĘP PRZEDMOWA Niniejszy skrypt przeznaczony jest dla studentów drugiego roku studiów Wydziału Mechanicznego Politechniki Szczecińskiej kierunku Mechanika i Budowa Maszyn specjalności Spawalnictwo. Skrypt stanowi pomoc dydaktyczną do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Komputerowe Wspomaganie Prac Spawalniczych. Zajęcia laboratoryjne, poprzez praktyczne zilustrowanie podstawowych zagadnień komputerowego wspomagania w spawalnictwie, mają na celu: 1. Zapoznanie studentów z możliwościami technik komputerowych. 2. Opanowanie podstawowej terminologii spawalniczej stosowanej w poszczególnych programach. 3. Opanowanie w stopniu podstawowym prezentowanych w trakcie zajęć programów. Autorzy wyrażają nadzieję, że niniejszy skrypt będzie pomocny w przygotowaniu się do poszczególnych ćwiczeń laboratoryjnych, ich prawidłowym wykonaniu i przez to przyczyni się do wypełnienia przedstawionego celu. WSTĘP Skrypt składa się z czterech zasadniczych części: wskazówek metodycznych, zestawu tematycznych instrukcji ćwiczeń laboratoryjnych, wytycznych do sporządzenia sprawozdania oraz materiałów pomocniczych w postaci załączników. Każda instrukcja posiada jednolity układ, zawierający następujące dane: 1. Cel ćwiczenia. 2. Przygotowanie do ćwiczenia. 3. Przebieg ćwiczenia. 4. Zagadnienia do samodzielnego opracowania 5. Uwagi do sprawozdania 6. Literatura. Niniejszy skrypt nie zawiera wiadomości podstawowych z zakresu tematyki ćwiczeń laboratoryjnych. - 3 -
WSTĘP WSKAZÓWKI METODYCZNE Ćwiczenia laboratoryjne ze spawalnictwa wyróżniają się w sposób szczególny tym, że organizacja ćwiczeń stanowi kompromis pomiędzy wymaganiami procesu dydaktycznego, a warunkami i przepisami bezpieczeństwa pracy w procesach spawalniczych. Osiągnięcie celu zajęć dydaktycznych wymaga ich realizacji na rzeczywistych, przemysłowych stanowiskach spawalniczych. Praca na takich stanowiskach, ze względu na szczególne zagrożenia dla życia i zdrowia człowieka uwarunkowana jest szeregiem przepisów BHP. Wspomniany kompromis polega na takiej realizacji zajęć dydaktycznych, które z jednej strony spełniają wymagania BHP dotyczące spawalni i szkolenia zawodowego spawaczy, a z drugiej wymagania wynikające z programu nauczania przedmiotu "Spawalnictwo" w szkole wyższej. Ogół przedsięwziętych środków, które zawiera niniejszy skrypt oraz REGULAMIN ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH ZE SPAWALNICTWA, każdorazowo wywieszany na tablicy informacyjnej Zakładu Spawalnictwa, pozwala na bezpieczną realizację ćwiczeń laboratoryjnych, pod warunkiem przestrzegania przez studenta zasad bezpieczeństwa i higieny pracy podczas zajęć. Ćwiczenia laboratoryjne prowadzone są w oparciu o "Regulamin zajęć laboratoryjnych ze spawalnictwa", który ustalają studenci z Kierownikiem Zakładu Spawalnictwa na początku każdego semestru, zgodnie z zapisem "Regulaminu studiów Politechniki Szczecińskiej", który głosi, że... "Zasady zaliczenia danego zajęcia ustala ze studentami prowadzący te zajęcia na początku semestru. Ustalenia te obowiązują obie umawiające się strony"... Do ćwiczenia student przygotowuje się na podstawie zamieszczonych w niniejszym skrypcie instrukcji, korzystając z zalecanej literatury. Literatura uzupełniająca wykorzystywana jest przy wykonywaniu ćwiczenia (normy), sporządzaniu sprawozdania z ćwiczeń oraz pogłębieniu wiedzy. Zaleca się również do korzystania z "Poradnika Inżyniera. Spawalnictwo." Przygotowanie się do ćwiczenia polega na zapoznaniu się z materiałem literaturowym w zakresie wyznaczonym przez temat i cel ćwiczenia. Dla udogodnienia, każda instrukcja zawiera pakiet zagadnień, które student powinien obowiązkowo opanować, aby zostać dopuszczony do wykonania ćwiczenia. Student powinien zwrócić szczególną uwagę na pojęcia nowe, wynikające z terminologii spawalniczej, oraz te zagadnienia, które pojawiają się w instrukcji, a są mu niezrozumiałe np. zasada działania transformatora. Braki w przygotowaniu nie pozwalają na czynne uczestniczenie w przebiegu ćwiczenia i są przyczyną błędów w notatkach, a w konsekwencji, błędnej analizy przebiegu i wniosków z ćwiczenia. Prawidłowe wykonanie notatek z ćwiczenia (sprawozdanie wykonuje się po zajęciach) wymaga wcześniejszego zapoznania się z "Wytycznymi do sporządzania sprawozdania z ćwiczeń laboratoryjnych ze spawalnictwa". Sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia sporządza każdy student indywidualnie według zamieszczonych w niniejszym skrypcie "Wytycznych do sporządzenia sprawozdania z ćwiczeń laboratoryjnych ze spawalnictwa". - 4 -
WSTĘP BEZPIECZEŃSTWO I HIGIENA PRACY W PROCESACH SPAWALNICZYCH Ze względu na zagrożenia występujące podczas wykonywania ćwiczeń laboratoryjnych ze Spawalnictwa szczególnego znaczenia nabiera znajomość i przestrzeganie przepisów "BHP podczas prac spawalniczych". Znajomość przepisów BHP i odpowiedniego zachowania się podczas ćwiczeń laboratoryjnych ze spawalnictwa obowiązuje studenta zawsze i w każdym przypadku. Nieprzestrzeganie zasad BHP podczas zajęć traktowane jest jako niezdyscyplinowanie w czasie trwania ćwiczeń i podlega rygorom regulaminowym. Z tego względu każdy student przed przystąpieniem do ćwiczenia przechodzi podstawowe przeszkolenie w zakresie BHP i podpisuje własnoręcznie oświadczenie na formularzu zakładowym i "Karcie ćwiczeń laboratoryjnych" następującej treści "Oświadczam, że zostałem pouczony o zasadach bezpieczeństwa i higieny pracy w procesach spawalniczych w zakresie ujętym w książce Kłosowska D.,Kłosowski S., "Bezpieczeństwo i higiena pracy w procesach spawalniczych." Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 1977". Zasady te obejmują: zagrożenia przy spawaniu elektrycznym łukowym; zagrożenia przy spawaniu i cięciu gazowym; porażenie prądem elektrycznym; warunki użytkowania butli z gazami spawalniczymi; wybuchowość acetylenu; ochronę osobistą spawacza podczas spawania ręcznego łukowego oraz spawania i cięcia gazowego; wymagania dotyczące spawalnia i stanowisk spawalniczych. - 5 -
MATSPAW EXPERT - SPAWANIE RĘCZNE ŁUKOWE ELEKTRODĄ OTULONĄ Ćwiczenie nr 1 MATSPAW EXPERT - SPAWANIE RĘCZNE ŁUKOWE ELEKTRODĄ OTULONĄ 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest: zapoznanie się z podstawowymi funkcjami programu MatSpaw Expert; przeprowadzenie przykładowych obliczeń. 2. Przygotowanie do ćwiczenia Do ćwiczenia należy opanować następujące zagadnienia: kryteria doboru materiałów dodatkowych w zależności od łączonej stali; wpływ składników strukturalnych spoin na jej właściwości użytkowe. 3. Przebieg ćwiczenia Ćwiczenie składa się z następujących etapów: określenie parametrów złącza (grubość materiału, długość złącza); wybranie materiału podstawowego; dobór materiałów dodatkowych; dobór ukosowania i pozycji spawania; wprowadzenie parametrów złącza do programu i obliczenia; wstępna korekta parametrów procesu; określenie przybliżonej struktury spoiny na podstawie czasu t 8/5 ; końcowa korekta parametrów spawania. 4. Zagadnienia do samodzielnego opracowania Wykonać obliczenia dla 3 wariantów, zmieniając sposób ukosowania i pozycje spawania. 5. Uwagi do sprawozdania W sprawozdaniu podać: temat, numer ćwiczenia i datę; imię, nazwisko i grupę osoby wykonującej sprawozdanie; parametry złącza i materiałów; opis uzyskanych technologii; opis struktury spoiny; wyczerpujące wnioski. Wnioski powinny zawierać: subiektywną ocenę programu (wady i zalety); uwagi dotyczące uzyskanych technologii spawania. - 6 -
MATSPAW EXPERT - SPAWANIE RĘCZNE ŁUKOWE ELEKTRODĄ OTULONĄ 6. Protokoły ćwiczenia Dane do ćwiczenia należy umieścić w następującym protokole: MATERIAŁ PODSTAWOWY Oznaczenie Opis Skład chemiczny Własności stali (typ stali) (R m, R e, A5, Z, KV, HV30) MATERIAŁ DODATKOWY Oznaczenie Opis Skład chemiczny Własności stali TECHNOLOGIA 1 Materiał podstawowy Materiał dodatkowy Ukosowanie (rodzaj elektrody, barwa rozpoznawcza, otulina) (R m, R e, A5, KCV, KCU2) (rodzaj i rysunek z charakterystycznymi parametrami) Pozycja spawania Grubość blachy [mm] Długość złącza [mm] Parametry ukosowania Nr warstwy 1 2... Średnica elektrody [mm] Nat. prądu [A] Napięcie łuku [V] Energia łuku [kj/cm] Przekrój do wypełn. [mm 2 ] Prędkość spawania [mm/s] Ilość elektrod [szt.] Czas t 8/5 Temp. podgrzewania* Udział składników str. Czas spawania 7. Literatura *jeżeli nie potrzebne podgrzewanie wstępne - pozostawić puste 1. Tasak E., Spawalność stali, FOTOBIT, Kraków, 2002. 2. Klimpel A., Technologia spawania i cięcia metali, WPŚ, Gliwice 1997. 3. Dokumentacja programu MatSpaw Expert. 8. Propozycje wariantów wykonania ćwiczenia Złącze o długości L: 0,3m i grubości S: 10mm. Konstrukcja, w której wartość obciążeń zmiennych nie przekracza 50% łącznych obciążeń konstrukcji, przy temperaturach eksploatacji w krajowych warunkach atmosferycznych. Stal nieuspokojona (St3SX) Złącze o długości L: 0,5m i grubości S: 22mm. Konstrukcja, poddana obciążeniom zmiennym i udarowym, przy temperaturach eksploatacji w krajowych warunkach atmosferycznych. Stal półuspokojona (St3SY) Złącze o długości L: 0,8m i grubości S: 35mm. Konstrukcja, poddana obciążeniom - 7 -
MATSPAW EXPERT - SPAWANIE RĘCZNE ŁUKOWE ELEKTRODĄ OTULONĄ zmiennym i udarowym, przy temperaturach eksploatacji w krajowych warunkach atmosferycznych. Stal uspokojona (St3S) Złącze o długości L: 0,8m i grubości S: 15mm. Konstrukcja zbiornika na ciekły amoniak pracującego w temperaturach do 80 C. Stal ferrytyczna do pracy w niskich temperaturach (10N2) Złącze o długości L: 0,2m i grubości S: 10mm. Konstrukcja zbiornika na ciekły etylen pracującego w temperaturach do 100 C. Stal ferrytyczna do pracy w niskich temperaturach (10N3) Stal niskostopowa (ferrytyczno-perlityuczna o podwyższonej wytrzymałości (15GA, 18G2A) - 8 -
MATSPAW EXPERT - TECHNOLOGIE SPAWANIA WYBRANYCH GATUNKÓW STALI (SPAWALNOŚĆ) Ćwiczenie nr 2 MATSPAW EXPERT TECHNOLOGIE SPAWANIA WYBRANYCH GATUNKÓW STALI (SPAWALNOŚĆ) 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest: zapoznanie się z funkcjami programu MatSpaw Expert; przeprowadzenie przykładowych obliczeń. 2. Przygotowanie do ćwiczenia Do ćwiczenia należy opanować następujące zagadnienia: kryteria doboru materiałów dodatkowych w zależności od łączonej stali; wpływ składników strukturalnych spoin na jej właściwości użytkowe. 3. Przebieg ćwiczenia Ćwiczenie składa się z następujących etapów: określenie parametrów złącza (grubość materiału 10mm, długość złącza 2m); wybranie materiału podstawowego (2 spośród: 15GA, 09G2, 15G2NNb i 12HGNM) ; dobór materiałów dodatkowych; dobór ukosowania i pozycji spawania (ukosowanie Y pozycja podolna); wprowadzenie parametrów złącza do programu i obliczenia; wstępna korekta parametrów procesu; określenie przybliżonej struktury spoiny na podstawie czasu t 8/5 ; końcowa korekta parametrów spawania. 4. Zagadnienia do samodzielnego opracowania Dla wybranych gatunków stali wykonać obliczenia dla wszystkich dostępnych metod spawania (2 materiały x 3 technologie = 6 wariantów) 5. Uwagi do sprawozdania W sprawozdaniu podać: temat, numer ćwiczenia i datę; imię, nazwisko i grupę osoby wykonującej sprawozdanie; parametry złącza i materiałów (opis materiałów); ogólny opis uzyskanych technologii (ilość ściegów, zużycie materiałów, t 8/5 ); opis struktury spoiny; porównanie uzyskanych technologii w formie zestawienia; wyczerpujące wnioski. Wnioski powinny zawierać: uwagi dotyczące różnic w spawalności wybranych materiałów; - 9 -
MATSPAW EXPERT - TECHNOLOGIE SPAWANIA WYBRANYCH GATUNKÓW STALI (SPAWALNOŚĆ) zalecenia do technologii spawania wynikające ze skłonności do powstawania określonego typu pęknięcia; uwagi dotyczące uzyskanych technologii spawania. 6. Literatura 1. Tasak E., Spawalność stali, FOTOBIT, Kraków, 2002. 2. Klimpel A., Technologia spawania i cięcia metali, WPŚ, Gliwice 1997. 3. Dokumentacja programu MatSpaw Expert. - 10 -
ESAB WYDAJNOŚĆ PROCESÓW SPAWALNICZYCH I ICH KOSZTY Ćwiczenie nr 3 ESAB WYDAJNOŚĆ PROCESÓW SPAWALNICZYCH I ICH KOSZTY 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest: zapoznanie się z programem Esab; przeprowadzenie przykładowych obliczeń. 2. Przygotowanie do ćwiczenia Do ćwiczenia należy opanować następujące zagadnienia: kryteria doboru materiałów dodatkowych w zależności od łączonej stali; angielska terminologia spawalnicza. 3. Przebieg ćwiczenia Ćwiczenie składa się z następujących tematów: przygotowanie za pomocą programów spawanie 1 i spawanie 2 przykładowej technologii spawania uruchomienie programu i wybór typu złącza zgodnie z przygotowanymi technologiami; określenie sposobu przygotowania złącza; wprowadzenie wymiarów złącza; wybór wprowadzenia wymiarów nadlewu; wprowadzenie wymiarów nadlewu; określenie ilości ściegów; określenie wypełnienia rowka spawalniczego dla każdego ściegu; wybór rodzaju materiału podstawowego; wybór typu materiału podstawowego; określenie dla każdego ściegu: rodzaju spawania, wymiarów i rodzaju elektrody określenie metody obliczeń 4. Zagadnienia do samodzielnego opracowania Porównać zużycie materiałów dodatkowych dla 2 wariantów wykonania połączenia. 5. Uwagi do sprawozdania W sprawozdaniu podać: temat, numer ćwiczenia i datę; imię, nazwisko i grupę osoby wykonującej sprawozdanie; parametry złącza i materiałów (opis materiałów); ogólny opis uzyskanych technologii (ilość ściegów, zużycie materiałów); porównanie uzyskanych technologii w formie zestawienia; wyczerpujące wnioski. Wnioski powinny zawierać: - 11 -
ESAB WYDAJNOŚĆ PROCESÓW SPAWALNICZYCH I ICH KOSZTY subiektywną ocenę programu (wady i zalety); uwagi dotyczące różnic w zużyciu materiałów dodatkowych; zalecenia do technologii spawania wynikające ze zużycia materiałów dodatkowych. 6. Literatura 1. Dobrowolski Z., "Podręcznik spawalnictwa", WNT, Warszawa, 1978. (Literatura uzupełniająca) 2. Pierożek B., Lassociński J., "Spawanie łukowe stali w osłonach gazowych", WNT, Warszawa, 1987. 3. Polska Norma. PN-77/M-69420. "Spawalnictwo. Spoiwo stalowe do spawania i napawania." - 12 -
ESAB WYDAJNOŚĆ PROCESÓW SPAWALNICZYCH I ICH KOSZTY Ćwiczenie nr 4 PROGRAMY DO SYMULACJI PROCESÓW SPAJANIA 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest: zapoznanie się z programami Sysweld i Adina; przegląd możliwości symulacji procesów spajania. 2. Przygotowanie do ćwiczenia Do ćwiczenia należy opanować następujące zagadnienia: podstawy metody elementów skończonych 3. Przebieg ćwiczenia Ćwiczenie składa się z następujących tematów: wprowadzenie do metody elementów skończonych; zapoznanie się z podstawowymi zasadami działania programu Sysweld; przykładowe zastosowania programu Sysweld; zastosowania programu Adina w obliczeniach połączeń lutowanych. 4. Zagadnienia do samodzielnego opracowania Ćwiczenie ma charakter pokazowy, nie wymagane są opracowania. 5. Uwagi do sprawozdania Z uwagi na pokazowy charakter ćwiczenia sprawozdanie nie jest wymagane. - 13 -
ESAB WYDAJNOŚĆ PROCESÓW SPAWALNICZYCH I ICH KOSZTY Ćwiczenie nr 5 SOLIDWORKS PROJEKTOWANIE KONSTRUKCJI SPAWANEJ 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest: zapoznanie się z programem SolidWorks; zaprojektowanie przykładowej konstrukcji. 2. Przygotowanie do ćwiczenia Do ćwiczenia należy opanować następujące zagadnienia: podstawowe zasady posługiwania się programem SolidWorks; zasady projektowania konstrukcji spawanych. 3. Przebieg ćwiczenia Ćwiczenie składa się z następujących tematów: omówienie wykonywanej konstrukcji spawanej; omówienie podstawowych funkcji programu SolidWorks; omówienie specjalistycznych funkcji stosowanych przy projektowaniu konstrukcji spawanych; samodzielne wykonanie konstrukcji; utworzenie dokumentacji rysunkowej i zestawienia materiałów potrzebnych do wykonania konstrukcji 4. Zagadnienia do samodzielnego opracowania Wykonać konstrukcję spawaną według podanego przez prowadzącego ćwiczenie wariantu. 5. Uwagi do sprawozdania W sprawozdaniu podać: temat, numer ćwiczenia i datę; imię, nazwisko i grupę osoby wykonującej sprawozdanie; opis projektowanej konstrukcji spawanej; rysunek wraz z zestawieniem materiałów; wyczerpujące wnioski. Wnioski powinny zawierać: subiektywną ocenę programu (wady i zalety); uwagi dotyczące przydatności specjalistycznych funkcji spawalniczych; uwagi dotyczące wykonanej konstrukcji. 6. Literatura 1. Dobrowolski Z., "Podręcznik spawalnictwa", WNT, Warszawa, 1978. (Literatura uzupełniająca) 2. Pierożek B., Lassociński J., "Spawanie łukowe stali w osłonach gazowych", WNT, Warszawa, 1987. - 14 -
Szczecin (data:r.m.d) WZÓR strony tytułowej SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH ZE SPAWALNICTWA ĆWICZENIE NR: (wg tematyki ćwiczeń laboratoryjnych) TEMAT: (wg tematyki ćwiczeń laboratoryjnych) WYDZIAŁ: GRUPA DZIEKAŃSKA: ZESPÓŁ: Nazwisko i Imię