2008.05_PSpaw.pdf

Przegląd sPawalnictwa 5/2008

Przegląd sPawalnictwa 5/2008

Wydawca

FORUM SPAWALNIKÓW POLSKICH

Redakcja PRZEGLĄD SPAWALNICTWA

agenda wydawnicza siMP ul. Świętokrzyska 14a, 00-050 warszawa

tel./fax: (0-) 87 5 4, (0-) 336 4 79

e-mail: pspaw@ps.pl, http://www.pspaw.ps.pl

adres do korespondencji:

00-950 warszawa 1, skr. poczt. 56

Redaktor naczelny

MIESIęCZNIK NAUKOWO-TEChNICZNy AGENDA WyDAWNICZA SIMP

prof. dr hab. inż. Jerzy nowacki – Politechnika szczecińska

Zastępca redaktora naczelnego ds. naukowych

rok założenia 192 8

dawniej

prof. dr hab. inż. andrzej Klimpel – Politechnika Śląska

Zastępca redaktora naczelnego ds. wydawniczych

nr 5/2008

Pl issn 0033-2364

lXXX

mgr inż. irena wiśniewska

Redaktorzy działów

Spis treści – Contents

dr h.c. prof. dr hab. inż. leszek a. dobrzański – Politechnika Śląska

(Materiały);

dr h.c. prof. dr hab. inż. władysław Karol włosiński – Polska akademia

nauk (zaawansowane technologie);

dr hab. inż. zbigniew Mirski prof. Pwr – Politechnika wrocławska

(lutowanie i klejenie);

dr hab. inż. Jacek słania – instytut spawalnictwa (Praktyka spawalnicza);

dr inż. Kazimierz Ferenc – Politechnika warszawska (Konstrukcje spawane);

dr inż. gracjan wiśniewski – Urząd dozoru technicznego (Przepisy, normy,

szkolenia).

Prace doktorskie .......................................................................................................... 2

Krzysztof Luksa, andrzej Klimpel

Zrobotyzowane spawanie złączy doczołowych i teowych blach o grubości 3 mm

ze stopów Al-Mg

Robotised welding of butt and T- welds of metal sheets 3.0 mm

thick made of Al-Management alloys ................................................................................ 3

andrzej ambroziak, andrzej tobota, Kazimierz tokarz, Paweł Kustroń

Badania cienkościennych połączeń stalowych zgrzewanych punktowo

oraz spajanych otworowo

Testing of thin-walled steel joints fabricated through spot welding and plug welding .......... 6

anatoliy Kaydalov

Przygotowanie brzegów do spawania obwodowego rur stalowych

Girth welding of the steel pipes – preparation of the edges .......................................... 12

OZAS-ESAB

40 lat historii i 10 lat działalności w grupie producentów ESAB ................................... 17

Przegląd Spawalnictwa

Zaproszenie na uroczystość Jubileuszu 80-lecia czasopisma ..................................... 23

Messer eutectic castolin Sp. z o.o.

Na Międzynarodowych Targach ITM ............................................................................ 24

Nederman

Instalacje oczyszczania powietrza ................................................................................ 25

cLOOS Polska

Zrobotyzowane systemy spawalnicze .......................................................................... 26

ExpoWELDING

Czołowe targi branży spawalniczej ............................................................................... 26

AIR LIQUIDE

Bezpieczeństwo, nowoczesność, wygoda..................................................................... 27

EKOD

Materiały i urządzenia spawalnicze, gazy techniczne ................................................... 28

SPawcItY

System informacji i komunikacji w zakresie edukacji personelu spawalniczego

i personelu badań nieniszczących ............................................................................... 28

Józef Iwaszko, Krzysztof Kudła, adam tokarz, Kwiryn wojsyk, Paweł wieczorek

Modyfikacja warstwy wierzchniej stali spiekanych szybkotnących

przy użyciu spawalniczych źródeł ciepła

Modification of surface layer of quick-speed powder metal steels

using welding heat sources ........................................................................................... 29

walenty Jasiński, Paweł Zawada

Zmiana mikrostruktury złączy spawanych nadstopów żelaza IN 519 i H39WM

w eksploatacji

The change to microstructure of joints of welded iron superalloys IN 519 and H39WM

during operation ............................................................................................................... 36

Nowości wydawnicze ................................................................................................. 43

Informacje wydawcy .................................................................................................... 44

Przewodniczący Rady programowej

prof. dr hab. inż. Jan Pilarczyk – instytut spawalnictwa

Rada programowa

dr hab. inż. andrzej ambroziak prof. Pwr – Politechnika wrocławska

prezes Marek Bryś – Messer eutectic castolin sp. z o.o.

dr inż. Hubert drzeniek – euromat

dyrektor eugeniusz idziak – KwB Bełchatów sa

prof. dr hab. inż. andrzej Kolasa – Politechnika warszawska

dr hab. inż. Jerzy Łabanowski prof. Pg – Politechnika gdańska

prezes Mirosław nowak – technika spawalnicza Poznań

prezes zbigniew Pawłowski – lincoln electric Bester

dr inż. Jan Plewniak – Prezes zg sekcji spawalniczej, Pol. częstochowska

dr inż. anna Pocica – Politechnika Opolska

prezes lesław Polak – esab Polska

prezes Jacek rutkowski – Kemppi Polska

prof. dr hab. inż. Jacek senkara – Politechnika warszawska

prezes andrzej siennicki – cloos Polska

prof. dr hab. inż. andrzej skorupa – akademia górniczo-Hutnicza Kraków

prof. dr hab. inż. edmund tasak – akademia górniczo-Hutnicza Kraków

mgr inż. włodzimierz Jacek walczak – linde gaz Polska

prezes Marek walczak – Urząd dozoru technicznego

dyrektor Jan wójcik – Polski rejestr statków

Sekretarz redakcji

mgr Barbara tyburska-tokarska

Redaktor techniczny

Michał dudziński

Skład i druk

skład i łamanie: redakcja „Przegląd spawalnictwa” aw siMP

druk: drukarnia Piotra włodarskiego – warszawa

Okładki: OZAS-ESAB, Instytut Spawalnictwa, BOT KWB Bełchatów S.A., Kemppi Sp. z o.o.

Stała współpraca

Firmy prezentujące się w numerze

AIR LIQUIDE

31-357 Kraków

ul. J. Conrada 63

www.pl.airliquide.com

BOT KWB Bełchatów

S.A.

97-400 Bełchatów

ul. Św. Barbary 3

www.kwbbelchatow.bot.pl

ExpoWELDING

www.expowelding.pl

cLOOS Polska Sp. z o.o.

58-100 Świdnica

ul. Stawki 5

www.cloos.pl

eKOD Gdynia

81-061 Gdynia

ul. Hutnicza 36

INStYtUt SPawaLNIctwa

44-100 Gliwice

ul. Bł. Czesława 16/18

www.is.gliwice.pl

KeMPPI Sp. z o. o

05-091 Ząbki

ul. Piłsudskiego 2

www.kempi.com

MeSSeR eUtectIc

caStOLIN Sp. z o. o.

44-100 Gliwice

ul. Robotnicza 2

www.castolin.com

Nederman Polska

Sp. z o.o.

40-384 Katowice

ul. Ks. bpa Bednorza 2a-6

www.nederman.pl

OZAS-ESAB

45-073 Opole

ul. A. Struga 10

www.ozas.com.pl

Przegląd sPawalnictwa 5/2008

prace doktorskie

22 kwietnia 2008 roku na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki

Politechniki Szczecińskiej odbyła się publiczna dyskusja nad rozprawą

doktorską mgr inż. Adama Sajka na temat „Właściwości mechaniczne

modyfikowanych cementów kostnych”.

Promotorem pracy był prof. dr hab. inż. Jerzy Nowacki (Politechnika

Szczecińska), a recenzentami dr hab. inż. Zbigniew Mirski (Politechnika

Wrocławska) i dr hab. inż. Zbigniew Szefner (Politechnika Szczecińska).

dr inż. Adam Sajek

Rosnące zapotrzebowanie na niekonwencjonalne materiały

o unikatowych właściwościach, których nie zaspokajają tradycyjne

tworzywa konstrukcyjne jest przyczyną rozwoju technik spajania.

Dotyczy to również biomateriałów, których możliwości aplikacji

w chirurgii kostnej, naczyniowej, plastycznej, urologii i stomatologii

są warunkowane rozwojem technik spajania ich ze sobą lub tkan-

ką organizmu.

Szczególnym przypadkiem wykorzystania w medycynie tech-

nik spajania jest zastosowanie spoiw cementowych w alloplastyce

stawu biodrowego, kolanowego i barkowego, a także w chirurgii

plastycznej i rekonstrukcyjnej. Cechy połączeń cementami kostny-

mi są jakościowo podobne do cech złączy spajanych stosowanych

w budowie maszyn, mechanizmów, narzędzi czy układach elek-

tronicznych i od strony właściwości makro- i mikrostrukturalnych,

mechanicznych, korozyjnych należy rozpatrywać je jako spoiwa

z zastosowaniem kryteriów inżynierii spajania rozszerzonych o wy-

magania dotyczące właściwości biomedycznych.

Istotnym czynnikiem decydującym o powodzeniu zabiegu

protezowania stawu biodrowego jest właściwe spojenie trzpie-

nia z kością udową. Połączenie to może być bezcementowe lub

z wykorzystaniem cementu kostnego jako spoiwa. Endoprotezy

cementowe stosuje się u ludzi starszych – powyżej 55., 60. roku

życia, których wytrzymałość kości nie pozwala na zastosowanie

trzpieni mocowanych bezcementowo metodą „press-fit”. Spoiwo

cementowe zapewnia odpowiednie mocowanie bez potrzeby wbi-

jania trzpienia w kanał kości udowej

Cementy kostne oparte na polimetakrylanie metylu należą

do grupy samopolimeryzujących mas akrylowych. Zostały wpro-

wadzone do praktyki klinicznej w połowie lat pięćdziesiątych do

mocowania endoprotez stawów i obecnie należą do najczęściej

stosowanych w leczeniu schorzeń i urazów układu kostno-mięś-

niowo-stawowego.

Po operacjach alloplastyki stawów z zastosowaniem cementu

kostnego obserwuje się dość wysoki odsetek przypadków utraty

funkcjonalności protezy powodowanych zmianami zapalno-dege-

neracyjnymi, destrukcją kostną oraz aseptycznym obluzowaniem.

Realizowane są prace zmierzające do podwyższenia parametrów

charakteryzujących biofunkcjonalność implantów. Wielokrotnie,

aby uzyskać bioaktywność cementowego spojenia, stosuje się

impregnację aktywnymi modyfikatorami (antybiotyki, środki cyto-

statyczne itp.). Takie rozwiązanie ma jedną niezaprzeczalną zale-

tę – uzyskanie wysokiego lokalnego stężenia leku na granicy faz

kość–cement.

Problematyka łączenia biomateriałów leży w obszarze za-

interesowań Zakładu Spawalnictwa Politechniki Szczecińskiej,

a wpływ domieszkowania cementów kostnych na ich strukturę

i właściwości był przedmiotem projektu Nr 4 P05C 05019 Pomor-

skiej Akademii Medycznej w Szczecinie we współpracy z Politech-

niką Szczecińską.

W pracy przedstawiono problematykę spajania z zastosowa-

niem modyfikowanego spoiwa cementowego. Stan zagadnienia

i przeprowadzone wstępne eksperymenty pozwalały założyć

możliwość ustalenia procesu wytwarzania i utwardzania cemen-

tów kostnych, domieszkowanych wodnymi roztworami aktywnych

biologicznie modyfikatorów, które zapewnia uzyskanie struktury

i właściwości mechanicznych, wystarczających do właściwego po-

zycjonowania i stabilizacji implantu w warunkach obciążeń charak-

terystycznych dla cyklu chodu człowieka.

Analizę cech połączeń z domieszkowanych cementów kost-

nych ze względu na właściwości makro- i mikrostrukturalne oraz

mechaniczne przeprowadzono na przykładzie dwuskładnikowego,

akrylowego cementu kostnego Surgical Simplex® P domieszko-

wanego wodnym roztworem syntetycznej kalcytoniny łososiowej

Calcitonin 100.

Celem badań było określenie wpływu domieszki wodnego roz-

tworu aktywnego biologicznie modyfikatora na właściwości akrylo-

wego cementu kostnego, określenie zmian strukturalnych wywoła-

nych domieszką i ocena właściwości użytkowych.

Badania podzielono na dwa etapy. W pierwszym etapie ba-

dań ustalono najbardziej skuteczną metodę wytwarzania próbek,

zbadano wpływ domieszki preparatu Calcitonin 100 na porowatość

całkowitą cementu i zweryfikowano właściwości mechaniczne ma-

teriału. Drugi etap badań bazujący na wynikach badań wstępnych

składał się z dwóch części: badań struktury oraz właściwości i ana-

lizy numerycznej stanu naprężeń w spoiwie. W wyniku badań usta-

lono wpływ porowatości na właściwości mechaniczne, które ujęto

w zależności matematyczne. Zbadano zmianę chropowatości i jej

wpływ na dynamikę uwalniania wody.

W części badań poświęconej analizie numerycznej przepro-

wadzono symulację wpływu porowatości na rozkład naprężeń

i przemieszczeń w strukturze cementowego spoiwa. Podstawę sy-

mulacji stanowiły wyniki analizy ilościowej porowatości i morfologii

porów wykonanej w pierwszym etapie badań. Symulacja ta była

podstawą do ustalenia mechanizmu pękania w trakcie badań mi-

kroskopowych przełomów.

Druga symulacja numeryczna poprzez opracowanie modelu ob-

ciążeń stawu biodrowego miała na celu zweryfikowanie przydatno-

ści modyfikowanych cementów. Wykonano analizę w układzie kość-

-cement-implant, gdzie właściwości cementowej spoiny ustalono

na podstawie zależności matematycznych opracowanych w trakcie

badań właściwości mechanicznych. Wartość siły obciążającej układ

była uzależniona od przyjętej masy ciała i etapu cyklu chodu.

Wnioski wyników badań potwierdzają sformułowaną tezę oraz

ujmują pozostałe aspekty pracy tj.: analogie cementowych spojeń

do typowych połączeń stosowanych inżynierii spajania, zależność

właściwości mechanicznych od sposobu przygotowania masy, za-

leżność dynamiki uwalniania aktywnych modyfikatorów od poro-

watości i chropowatości; wpływ porowatości i morfologii porów na

rozkład naprężeń w strukturze, a więc na zjawisko powstawania

pęknięć.

Praktycznym wynikiem pracy jest określenie maksymalnej

wartości porowatości, przy której cementowe spojenie spełnia

wymagania norm przedmiotowych. Ustalono także zalecenia tech-

nologiczne wytwarzania spojeń i maksymalną wartość domieszki

aktywnego biologicznie modyfikatora.

Redakcja

Przegląd sPawalnictwa 5/2008

Krzysztof Luksa

Andrzej Klimpel

Zrobotyzowane spawanie

złączy doczołowych i teowych blach

o grubości 3 mm ze stopów Al-Mg

robotised welding of butt and t-welds

of metal sheets 3.0 mm thick

made of al-Mg alloys

Streszczenie

abstract

W artykule przestawiono wyniki badań złączy spawa-

nych blach o grubości 3 mm ze stopów aluminium-mag-

nez. Złącza wykonano na zrobotyzowanym stanowisku

spawalniczym metodami GTA (złącze czołowe) i GMA

(złącze teowe ze spoiną pachwinową). Wykonano bada-

nia radiograficzne, mechaniczne i metalograficzne złączy

czołowych oraz badania metalograficzne i próbę łamania

złącza teowego. Wyniki badań potwierdziły wysoką jakość

wykonanych złączy. Prędkość spawania metodą GMA jest

ponad dwukrotnie większa niż prędkość spawania metodą

GTA, co jednoznacznie wskazuje na metodę GMA jako

bardziej wydajną, nawet przy spawaniu stosunkowo cien-

kich blach.

The article presents the results of the studies on the

joints connecting aluminium - magnesium alloy sheets 3

mm thick. The joints were manufactured on a robotised

welding station by means of GTA method (butt joint) and

GMA method (tee joint with fillet weld). Butt joints were

tested by means of X-ray, mechanical and metallographic

methods whereas tee joints were examined using metal-

lographic methods as well as a break test. The results of

the said studies validate high quality of these joints. Rate

of welding by means of GMA method is nearly two times

higher than in the case of GTA welding, which explicitly in-

dicates that GMA method is more efficient even in welding

relatively thin metal sheets.

wstęp

nium (ok. 234 [W/m K]) oraz ponad dwukrotnie, w stosun-

ku do stali, wyższy współczynnik rozszerzalności liniowej

(23,6 [µm/m K]), wymagający bardzo dokładnego doboru wa-

runków technologicznych spawania łukowego [1÷3].

W celu zapobieżenia pękaniu gorącemu złączy stopów

aluminium należy stosować spoiwo zawierające ok. 1÷3 %

więcej magnezu niż zawiera materiał rodzimy, ponieważ ze

wzrostem zawartości magnezu w stopie odporność na pęka-

nie gorące rośnie [4]. Z kolei skłonność złączy spawanych do

porowatości można ograniczyć dokładnie usuwając wszelkie

zanieczyszczenia z powierzchni blach przygotowanych do

spawania oraz stosując gaz osłonowy o wysokiej czystości.

W uzasadnionych przypadkach można zastosować podgrze-

wanie osuszające [5, 6].

Kształt przekroju poprzecznego spoiny, głębokość wto-

pienia, wysokość nadlewu spoiny, zależą w dużym stopniu

od własności fizycznych gazu osłaniającego łuk spawalniczy.

O własnościach spawalniczych gazu osłonowego decyduje

jego potencjał jonizacji, przewodność cieplna, temperatura

łuku spawalniczego, rozkład strumienia ciepła na przekroju

łuku, gęstość właściwa itp. Argon jest ciągle podstawowym

gazem osłonowym stosowanym do spawania złączy alumi-

nium i jego stopów o małych grubościach. Gaz ten, oprócz

swoich znanych zalet ma także wady, do których należy mała

przewodność cieplna oraz zwiększanie napięcia powierzch-

niowego ciekłego metalu, co wpływa na niekorzystny kształt

przekroju poprzecznego spoiny. Alternatywą dla argonu są sto-

sowane coraz częściej mieszanki argon–hel, których własności

spawalnicze są lepsze niż każdego z tych gazów osobno.

Dobre własności mechaniczne stopów aluminium, ich

odporność na korozję, mała gęstość właściwa oraz łatwość

przetwarzania za pomocą różnych metod sprawiają, że są

one materiałami, których zastosowanie szybko rośnie. Stopy

aluminium są stosowane głównie w przemyśle motoryzacyj-

nym, lotniczym i kosmicznym, stoczniowym, chemicznym,

budowlanym oraz gospodarstwa domowego. Konstrukcje

spawane wykonywane są zwłaszcza ze stopów aluminium

serii 5000 (stopy aluminium i magnezu) i serii 6000 (stopy

aluminium, magnezu i krzemu). Spawalne są także stopy

Al – Zn (seria 7000), które charakteryzują się wysokimi włas-

nościami wytrzymałościowymi, a ich szczególną zaletą jest

samoistne starzenie po obróbce plastycznej na gorąco.

Podstawowym problemem spawalności stopów alumi-

nium jest duża skłonność do pęknięć gorących oraz porowa-

tości. Skłonność stopów aluminium do pęknięć gorących jest

wynikiem dużego przewodnictwa cieplnego, dużego skurczu

objętościowego i niskiej wytrzymałości w temperaturze po-

wyżej 500 o C. Dodatkowym, niezwykle ważnym problemem

w obszarze spawalności technologicznej, jest bardzo wy-

soki współczynnik przewodnictwa cieplnego stopów alumi-

Dr inż. Krzysztof Luksa, prof. dr hab. inż. andrzej Klimpel

– Politechnika Śląska.

Przegląd sPawalnictwa 5/2008

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: