SpawalnoÅÄ podstawowych metali stosowanych w technice

KATEDRA INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ I SPAJANIA 

ZAKŁAD INŻYNIERII SPAJANIA 

Technologie Materiałowe II 

Spajanie materiałów 

Wykład 14 i 15 

Spawalność podstawowych metali stosowanych w technice 

dr inż. Dariusz Fydrych 

Kierunek studiów: Inżynieria Materiałowa 

Studia stacjonarne I stopnia 

sem. VI 

Publikacja współfinansowana 

ze środków Unii Europejskiej 

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

SPAWALNOŚĆ - LITERATURA 

1. Bailey N.: Weldability of ferritic steels. Abington Publishing, Abington 

Hall, Cambridge, England 1994. 

2. Brózda J., Pilarczyk J., Zeman M.: Spawalnicze wykresy przemian 

austenitu CTPc-S. Wydawnictwo Śląsk, Katowice 1983. 

3. Butnicki S.: Spawalność i kruchość stali. Wydawnictwa Naukowo- 

Techniczne, Warszawa 1991. 

4. Jakubiec M., Lesiński K., Czajkowski H.: Technologia konstrukcji 

spawanych. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1980. 

5. Łomozik M.: Metaloznawstwo i spawalność metali. Materiały 

szkoleniowe Instytutu Spawalnictwa, Gliwice 1997. 

6. Mikuła J., Wojnar L.: Analityczne metody oceny spawalności stali. 

Wydawnictwo Fotobit, Kraków 1996. 

7. Pilarczyk J. (red.): Poradnik Inżyniera. Spawalnictwo. Tom I. 

Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2003. 

8. Tasak E.: Spawalność stali. Wydawnictwo Fotobit, Kraków 2002. 

2

SPAWALNOŚĆ - DEFINICJA 

Spajalność-przydatność metalu o danej 

wrażliwości na spajanie do utworzenia w 

określonych warunkach spajania złącza 

metalicznie ciągłego o wymaganej 

użyteczności. 

Spajalność: 

1. Spawalność, 

2. Zgrzewalność, 

3. Lutowność. 

3


1. Spawalność metalurgicznaczynniki 

związane z 

zachowaniem się materiału w 

czasie spawania (skład chem., 

struktura MR), 

2. Spawalność technologicznaczynniki 

związane z technologią 

spawania oraz jej wpływem na 

własności złącza (metoda i 

parametry spawania), 

3. Spawalność konstrukcyjnaczynniki 

związane z 

rozwiązaniem elementu 

konstrukcyjnego (własności 

materiału, 

stopień 

utwierdzenia). 

4


Klasyfikacja pęknięć wg faz powstawania złącza 

spawanego, w których występują: 

pęknięcia gorące, 

pęknięcia zimne, 

pęknięcia lamelarne, 

pęknięcia pod wpływem powtórnego 

nagrzewania. 

5

OCENA SPAWALNOŚCI 

Metody oceny spawalności stali: 

eksperymentalne: 

-badania próbek z rzeczywistą SWC, 

-badania symulacyjne, 

analityczne, 

graficzne: 

-dla stali niestopowych i niskostopowych, 

-dla stali wysokostopowych. 

6

PĘKANIE GORĄCE 

Powstawanie pęknięć gorących jest 

uwarunkowane następującymi 

czynnikami: 

•składem chemicznym spoiny, 

•warunkami procesu krystalizacji 

(kształt spoiny i parametry spawania), 

•konstrukcją i sztywnością połączenia 

spawanego. 

7


Mechanizm tworzenia 

się pęknięć zimnych 

opiera się na 

oddziaływaniu 

naprężeń 

pochodzących od 

skurczu spoiny na 

krystalizujący metal 

(i niskotopliwe 

eutektyki). 

8


Przyczyny 

powstawania i 

zapobieganie 

tworzeniu się 

pęknięć 

krystalizacyjnych 

w spoinie 

9


Wpływ składu 

chemicznego i 

temperatury wstępnego 

podgrzewania na 

skłonność do tworzenia 

pęknięć gorących 

10

PĘKANIE GORĄCE-PRÓBA TEOWA 

11

PĘKANIE ZIMNE 

Pękanie zimne jest skutkiem jednoczesnego 

oddziaływania w złączu spawanym zjawisk: 

•wodoru dyfundującego, 

•kruchej struktury, 

•naprężeń. 

12


Pozostałe czynniki wpływające na 

skłonność do tworzenia pęknięć zimnych: 

•temperatura, 

•skład chemiczny stali i obecność wtrąceń 

niemetalicznych i wydzieleń, 

•szybkość odkształcania, 

•czas, 

•działanie karbu. 

13


. 

Przyczyny i sposoby 

zapobiegania tworzeniu się 

pęknięć zimnych w materiale 

spawanym 

14

PĘKANIE ZIMNE-ZAPOBIEGANIE 

Zapobieganie powstawaniu pęknięć zimnych polega na 

wyeliminowaniu lub zmniejszeniu wpływu przynajmniej 

jednego z trzech koniecznych do zainicjowania procesu 

pękania czynników. W tym celu można zastosować 

następujące działania: 

1. stosowanie niskowodorowych procesów spawania (suszenie 

materiałów dodatkowych do spawania wg zaleceń producenta, 

spawanie w osłonie gazów ochronnych), 

2. zmniejszenie szybkości stygnięcia złącza spawanego 

(wydłużenie czasu stygnięcia) dzięki: 

zastosowaniu podgrzewania wstępnego, 

zwiększeniu energii liniowej spawania – e L 

. 

3. zmniejszenie naprężeń w złączach spawanych poprzez 

stosowanie rozwiązań konstrukcyjnych skutkujących 

mniejszym stopniem utwierdzenia, mniejszym stopniem 

koncentracji naprężeń, 

15

PĘKANIE ZIMNE-ZAPOBIEGANIE 

4. wygrzewanie złącza po spawaniu w temperaturze 200÷300 °C w ciągu 2 

h w celu przyspieszenia dyfuzji wodoru, 

5. zastosowanie wyżarzania odprężającego po spawaniu, 

6. zapobieganie powstawaniu wad w spoinie i stosowanie materiału 

rodzimego bez wad, 

7. spawanie sposobem kaskadowym z maksymalnymi przerwami lub 

spawanie wielołukowe przy kolejnym rozłożeniu łuków, 

8. ograniczenie w materiale rodzimym i spoinie zawartości C i pierwiastków 

stopowych podwyższających hartowność, 

9. zastosowanie metalurgicznych metod zmniejszania ilości wodoru 

dyfundującego: wprowadzenie do otuliny elektrody albo topnika: fluorku 

wapnia wiążącego wodór w trwały związek HF, węglików lub tlenków 

żelaza i manganu, metali przejściowych (Ti, B, Y, V), 

10. zastosowanie wstępnego napawania brzegów łączonych elementów 

materiałem o mniejszej skłonności do tworzenia pęknięć zimnych, 

11. zastosowanie stopiwa o strukturze austenitycznej. 

16

PĘKANIE ZIMNE-OCENA SKŁONNOŚCI 

Eksperymentalne metody oceny skłonności do 

tworzenia pęknięć zimnych: 

- próby złączy utwierdzonych (Tekken, CTS), 

- próby z regulowanymi naprężeniami (implant), 

- badania na próbkach niespawanych (symulatory). 

17

PRÓBA TEKKEN 

A –A: przygotowanie brzegów dla spoiny próbnej, 

B – B: przygotowanie brzegów dla spoin mocujących 18

PRÓBA CTS 

Próbka CTS; 1 – spoina mocująca, 2 – spoina próbna 

19

PĘKANIE LAMELARNE 

Powstawanie pęknięć lamelarnych jest 

uwarunkowane następującymi 

czynnikami: 

•składem chemicznym i właściwościami 

MR, 

•technologią spawania, 

•konstrukcją połączenia spawanego. 

20


Przyczyny 

powstawania 

pęknięć 

lamelarnych 

21


Cechy charakterystyczne pęknięć lamelarnych 

to: 

•pęknięcia biegną w obrębie blachy i tylko 

wyjątkowo dochodzą do powierzchni, 

•pęknięcia występują w SWC i poza nią, 

•pęknięcia wykazują przebieg schodkowy, 

•przełomy pęknięć mają charakter włóknisty, 

typowy dla drewna rozszczepionego wzdłuż 

włókien. 

22

PĘKANIE LAMELARNE-ZAPOBIEGANIE 

23

PĘKANIE LAMELARNE-OCENA 

SKŁONNOŚCI 

Próba Z – najprostsza eksperymentalna 

metoda oceny skłonności do tworzenia 

pęknięć lamelarnych 

24

PĘKANIE RELAKSACYJNE 

Pęknięcia pod wpływam powtórnego 

wygrzewania występują najczęściej w stalach 

Cr-Mo-V, Cr-Ni oraz stopach niklu i można je 

sklasyfikować następująco: 

-pęknięcia powstające przy niskich 

temperaturach (200-300ºC), 

-pęknięcia, które pojawiają się przy wysokich 

temperaturach, 

-pęknięcia podplaterowe (napawanie stali 

niskostopowych taśmą austenityczną). 

25


Pęknięcia niskotemperaturowe powstają, gdy 

występuje duża szybkość nagrzewania 

elementów spawanych. Rozwojowi ulegają 

zarodki pęknięć gorących i zimnych. 

Zapobieganie: nagrzewanie elementów z 

małą szybkością (15-30 ºC/h), stosowanie 

obróbki międzyoperacyjnej (wytrzymanie 

elementu po spawaniu w temperaturze 150- 

300 ºC). 

26


Pęknięcia wysokotemperaturowe 

powstają, gdy występują w stali 

-pierwiastki: Mo, Nb, V, Ti, 

-struktury przesycone (martenzyt, 

bainit), 

-gruboziarnista struktura, 

-wysoki poziom naprężeń. 

27


28

ANALITYCZNE METODY OCENY 

SPAWALNOŚCI STALI 

Metody oceny skłonności do tworzenia pęknięć 

krystalizacyjnych: 

29



Metody oceny skłonności do 

tworzenia pęknięć zimnych: 

30



31



Metody oceny skłonności do tworzenia pęknięć lamelarnych i pod 

wpływem powtórnego nagrzewania 

32

OCENA SPAWALNOŚCI STALI 

Wykres CTPc-S dla stali 18G2A 

33

GRAFICZNE METODY OCENY 


WYSOKOSTOPOWYCH 

34

SPAWANIE STALI NISKOWĘGLOWYCH 

Stale niskowęglowe klasyfikuje się jako: 

1. nieuspokojone, 

2. półuspokojone, 

3. uspokojone (zaw. tlenu mniejsza niż 

150 ppm) 

Jako odtleniacz stosuje się krzem. 

Do spawania stosuje się stale 

uspokojone. Uznawane są one za 

bardzo dobrze spawalne 

35

SPAWANIE STALI NISKOWĘGLOWYCH 

Metody spawania stali niskowęglowych: 

1. Spawanie gazowe, 

2. Ręczne elektrodą otuloną MMA, 

3. Elektrodą topliwą w osłonie gazu aktywnego MAG, 

4. Elektrodą nietopliwą w osłonie gazu obojętnego TIG, 

5. Spawanie automatyczne łukiem krytym pod topnikiem SAW 

6. Spawanie elektronowe, laserowe, plazmowe. 

Warunki spawania wg MIS: 

Jeżeli C

SPAWANIE STALI NISKOSTOPOWYCH 

Skłonność do pękania zimnego – podstawowe ograniczenie 

spawalności, 

Skłonność do pękania gorącego – niska, 

Skłonność do pękania lamelarnego – zależna od zawartości siarki i 

kształtu złącza. 

37


STALE DO PRACY W PODWYŻSZONYCH TEMPERATURACH 

KLASYFIKACJA: 

• Molibdenowe: (16M, 20M), 

• Chromowo-molibdenowe (15HM, 20HM), 

• Chromowo-molibdenowo-wanadowe (12HMF, 13HMF). 

Zastosowanie: 

• Walczaki kotłów, 

• Rurociągi energetyczne, 

• Zbiorniki ciśnieniowe. 

Spawalność tych stali jest (w porównaniu do stali 

niskowęglowych) ograniczona. 

38


Spoiwo powinno zapewnić skład chemiczny i własności spoiny 

zbliżone do własności materiału rodzimego. Typowa 

technologia spawania wymaga stosowania podgrzewania 

wstępnego, utrzymywania jej podczas spawania i 

przeprowadzania obróbki cieplnej po bezpośrednio po 

spawaniu. 

Skłonność do pękania zimnego i wyżarzeniowego – podstawowe 

ograniczenie spawalności, 

39

SPAWANIE STALI WYSOKOSTOPOWYCH 

40


41


Podstawowe zasady przy spawaniu stali 

austenitycznych: 

1. Niska energia liniowa, 

2. Skład chemiczny stopiwa taki sam, jak 

materiału rodzimego, 

3. Stosowanie osłony grani. 

42


43


44

SPAWANIE ŻELIWA 

ŻELIWO - stop żelaza z węglem o zawartości węgla powyżej 2 % 

(zazwyczaj 2do 4 %). 

Kształt użytkowy z żeliwa uzyskuje się na drodze odlewania. 

W zależności od postaci grafitu występującego w strukturze stopu 

wyróżnia się żeliwa białe, szare i pstre. 

45

Spawalność żeliwa 

Ze względu na własności żeliwa zagadnienia spajania i regeneracji 

elementów wykonanych z tego stopu należą do najtrudniejszych działów 

spawalnictwa. Oddziaływanie spawalniczego cyklu cieplnego prowadzi do 

tworzenia się kruchych struktur o dużej skłonności do tworzenia pęknięć. 

Dodatkowo-warunki panujące podczas eksploatacji elementów żeliwnych 

powodują zmiany pogarszające ich spawalność wykluczające w praktyce 

zastosowanie jedynie metod spajania i zmuszające do zastosowania metod 

kombinowanych. 

Trudności występujące przy spawaniu żeliwa: 

•temperatura topnienia, 

•niskie przewodnictwo cieplne, 

•dużą rzadkopłynność, 

•kruchość, 

•wysoki równoważnik węgla, 

•możliwość występowania porowatości w elementach eksploatowanych w 

wysokich temperaturach, 

•skurcz około 1%, 

•tworzenie się żeliwa białego. 

46


Metody spawania żeliwa: 

1. spawanie gazowe, 

2. spawanie łukowe MMA, 

3. spawanie w osłonach gazów ochronnych, 

4. spawanie łukiem krytym, 

5. spawanie termitowe, 

6. lutospawanie, 

7. metody mechaniczne. 

W zależności od temperatury podgrzewania 

elementów przed spawaniem wyróżnia się 

metody: 

1. spawanie na zimno (brak podgrzewania; T


48

Spawanie gazowe 

Spawanie gazowe przeprowadza się zazwyczaj płomieniem acetylenowotlenowym. 

Spoiny charakteryzują się niską twardością oraz odpowiednią 

wytrzymałością. Proces wymaga stosowania topników. Spawanie 

przeprowadza się tylko w pozycji podolnej. 

49

Spawanie MMA 

50

Spawanie MMA 

Ważnym zabiegiem technologicznym, który należy uwzględnić przy 

spajaniu żeliwa na zimno jest wkręcenie w ukosowane powierzchnie 

wkrętów stalowych. Ma to na celu mechaniczne wzmocnienie spoin. 

51

Spawanie MMA 

52

Spawanie MMA 

W przypadku naprawy żeliw trudnospawalnych, gdy spoiny nie zapewniają 

dostatecznej wytrzymałości złącza należy dodatkowo wzmacniać 

nakładkami lub klamrami stalowymi. 

53

SPAWALNOŚĆ ALUMINIUM 

54


55


56


57


58


59


60


61


62


63


65

Charakterystyka miedzi 

69


70


71


72


73

Spawalność miedzi 

74


75


76


77


78

Stopy miedzi 

79

Stopy miedzi 

80

Spawanie GMAW 

Spawanie przeprowadza się prądem stałym 

z biegunowością odwrotną 

Parametry spawania MIG blach 

miedzianych 

81

Spawanie GTAW 

82

Spawanie GTAW 

83

Spawanie MIG 

84

Spawanie GTAW 

Spawanie przeprowadza się prądem stałym 

z biegunowością normalną 

Parametry spawania TIG blach miedzianych 

85

Stopy miedzi - brązy 

86

Spawanie brązów 

87


88


89


MMA 

Najkorzystniejsze warunki spawania zapewnia pozycja podolna lub odchylona od 

poziomu o pod kątem 10-15 stopni. Blachy do 5 mm spawa się bez podgrzewania 

wstępnego, natomiast grubsze oraz odlewy podgrzewa się do 200-300 stopni C. 

TIG 

Spawanie brązów cynowych i krzemowych przeprowadza się prądem stałym 

ujemnej biegunowości, natomiast brązy aluminiowe spawa się prądem 

przemiennym. Stosowanie topnika nie jest bezwzględnie konieczne. 

MIG 

Szczególnie korzystne jest spawanie brązów aluminiowych i krzemowych o 

grubościach powyżej 5 mm, odlewów i wykonywanie spoin pachwinowych. 

Wstępne podgrzewanie do 200 stopni C jest korzystne, gdyż powoduje 

zmniejszenie porowatości spoin oraz zwiększenie wydajności spawania. 

Własności połączeń z brązów 

Wytrzymałość na rozciąganie połączeń spawanych wynosi 80-90 % 

wytrzymałości materiału rodzimego. 

90

Stopy miedzi - mosiądze 

91


92


93

Spawanie mosiądzów 

94


Najkorzystniejsze warunki spawania (parowanie cynku) oraz własności złączy 

zapewnia spawanie gazowe. Płomień reguluje się z 10-30 % nadmiarem tlenu w 

zależności od gatunku materiału podstawowego. 

MMA 

W przypadku, gdy dopuszczalny jest inny skład chemiczny spoiny niż materiał 

rodzimy do spawania mosiądzu można stosować metodą MMA. Stosuje się 

elektrody miedziane głębokowtapiające lub brązowe. 

Własności połączeń z mosiądzów 

Wytrzymałość na rozciąganie połączeń spawanych wynosi 80-90 % 

wytrzymałości materiału rodzimego. 

95


96

Stopy miedzi - miedzionikle 

97

Spawanie miedzionikli 

98

Spawanie miedzionikli 

99

Lutowanie miedzi i jej stopów 

100

SpawalnoÅÄ podstawowych metali stosowanych w technice

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?

SpawalnoÅÄ podstawowych metali stosowanych w technice