Marta Knap 194584

Joanna Kowalska 194596

Konrad Kotomaj 183902

Mechanika i budowa maszyn, II stopień

Poniedziałek 18⁵⁵ TN

Projektowanie materiałów inżynierskich

Indywidualna ekspertyza materiałowa połączona z doborem materiału

Prowadzący : Dr inż. Łukasz Konat

1. Charakterystyka elementu konstrukcyjnego

   1. Materiał

Badanym elementem jest próbka złącza spawanego o oznaczeniu G-3. Skład chemiczny materiału spoiny (MS) oraz materiału rodzimego (MR) przedstawiono w tabeli poniżej:

	C	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Mo	B
MS	0,09	1,26	0,71	0,014	0,017	0,035	0,024	0,016	0,0002
MR	0,22	1,09	0,28	0,01	-	0,21	0,06	0,13	0,0012

1. Technika wytwarzania

Próbka przedstawia złącze teowe spawane za pomocą metody MIG, zawierające spoinę pachwinową wypukłą. Na rysunku 1. przedstawiony został teoretyczny układ dwóch materiałów do tego rodzaju spawania wraz z potrzebnymi wielkościami do zdefiniowania rowka spawalniczego.

Rysunek 1. Wielkości opisujące rowek spawalniczy na przykładzie złącza teowego ze spoiną pachwinową

2. Dokumentacja fotograficzna

Zdjęcie 1. Próbka wraz z naniesionymi wymiarami

1. Badania własne

   1. Ocena makro-, mikrostruktury

Z przeprowadzonych obserwacji makroskopowych można zaobserwować, że w próbce widoczne są następujące niezgodności:

• pęcherze gazowe

• niepełne przetopienie grani (brak przetopienia jednej powierzchni w obszarze grani spoiny)

• pustka

• niezgodność kształtu – wadliwa geometria złącza.

  1. Analiza składu chemicznego

	C	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Mo	B
MR	0,22	1,09	0,28	0,01	-	0,21	0,06	0,13	0,0012

C_E = C+ $\frac{\text{Mn}}{6} + \frac{\text{Cr} + V + \text{Mo}}{5} + \frac{\text{Ni} + \text{Cu}}{15}$ = 0,22 +$\ \frac{1,09}{6}\ $+$\ \frac{0,21\ + \ 0,13}{5} + \frac{0,06}{15} = 0,474$

C_E < 0,53

C_E > 0,4 - spawalność warunkowa

HV_MIN = 1200 ∙ CE - 260 = 1200 ∙ 0,474 - 260 = 308,8 HV

HV_MAX = 1200 ∙ CE - 200 = 1200 ∙ 0,474 - 200 = 368,8 HV

HV_MAX > 350 HV

C_E jest mniejszy od granicznego 0,53% i jednocześnie większy od 0,4%, więc stal znajduje się w obszarze spawalności warunkowej – konieczne jest dodatkowe podgrzanie materiału lub zastosowanie odpowiednich elektrod. Przewidywana dopuszczalna twardość HV została nieznacznie przekroczona, więc wymagana jest dodatkowa obróbka cieplna.

1. Rozkład twardości

Za podstawie wykresu 1. (punkt 4. na wykresie) można zaobserwować jak zmienia się twardość materiału w zależności od odległości od osi spawania. Dla naszego przypadku materiał rodzimy posiada twardość HV10 równą około 250 HRC, natomiast w spoinie wynosi ona około 200 HRC. Rozkład jest nierównomierny względem osi spoiny, twardość materiału rodzimego jest w miarę stała, natomiast w samej spoinie zbliżając się do środka twardość ta spada. Różnica między materiałem rodzimym a spoiną jest stosunkowo nieduża (50 HRC).

Wykres 1. Rozkład twardości w spoinie

1. Ocena

Podczas wykonania złącza można zauważyć kilka nieprawidłowości, przede wszystkim po spojeniu obydwa materiały nie są ustawione do siebie w sposób prostopadły (przesunięte o kąt α) – obydwie krawędzie powierzchni czołowych nie znajdują się w tym samym miejscu. Poprzez to powierzchnia łączenia była mniejsza niż maksymalna możliwa do osiągnięcia, co może wpływać na wytrzymałość danego złącza.

Strefa wpływu ciepła nie przebiega również w sposób równomierny, w niektórych miejscach da się zauważyć zdecydowanie większe wtopienia w materiał, gdzieniegdzie zupełnie ich brakuje. Można wywnioskować więc, że łączenie nie przebiega w sposób równomierny na całej długości spoiny.

Dało się również zauważyć pęcherze gazowe i pustki pod spoiną, co może się okazać niebezpiecznym miejscem przy próbach wytrzymałościowych połączenia, miejsca te mogą być szczególnie osłabione.