201401_PSpaw_1489.pdf 19Przegląd sPawalnictwa 1/2014 Podkładki ceramiczne do spawania stali specjalnych nierdzewnych w osłonie gazu obojętnego ceramic backings for welding special stainless steel  in the inert gas t p W przypadku łączenia stali wysokostopowych, zwłaszcza typu dupleks i superdupleks, stopów niklu, stali nierdzewnych, stali energetycznych, stopów mie- dzi i stopów tytanu konieczne jest zastosowanie pod- czas spawania osłony grani spoiny za pomocą gazu obojętnego. W wielu przypadkach stosowane są indywidual- nie projektowane podkładki miedziane umożliwiające doprowadzenie gazu. Ich wadą, poza ceną, jest do- stosowanie kształtu do konkretnych złączy. Zmiana kształtu jest praktycznie niemożliwa. Również istotna jest wrażliwość na niedokładności łączenia elemen- tów przed spawaniem, czego powodem jest ich sztywna budowa, a także duża przewodność cieplna powodująca zbyt szybkie stygnięcie. Celem podjętych badań było opracowanie podkła- dek ceramicznych umożliwiających wprowadzenie gazu obojętnego do powierzchni spawanych, spełnia- jących następujące wymagania: 1. Uzyskanie wymaganej jakości spoiny podczas spa- wania stali wysokostopowych, a w szczególności stali nierdzewnych. 2. Spawanie jednostronne. 3. Ograniczenie zużycia gazu. 4. Dobre przyleganie do spawanych powierzchni pro- stych i łukowych. 5. Łatwość łączenia i mocowania do blach. 6. Możliwość wielokrotnego użycia. Jerzy Czechowski Alicja Pawełek Krystyna Warsz Stre zczenie Przedstawiono wyniki badań nad podkładkami cera- micznymi umożliwiającymi doprowadzenie gazu obojęt- nego do powierzchni elementów spawanych. Dzięki seg- mentowej, wahliwej konstrukcji podkładek jest możliwe spawanie elementów płaskich i łukowych. Badania pro- wadzono na podkładkach wykonanych z dwóch rodzajów tworzyw kordierytowo–mullitowych. Omówiono wyniki badań technologicznych spawania blach austenitycznych kwasoodpornych i żaroodpornych na specjalnym stano- wisku oraz spawania w warunkach przemysłowych blach kwasoodpornych o grubości 1,2 i 5 mm. We wszystkich przypadkach uzyskano właściwie uformowaną grań spo- iny na poziomie jakości B. Słowa kl czowe podkładka ceramiczna, stal nierdzew- na, gaz obojętny a tract The results of investigations on ceramic backings sys- tem making possible supply of invert gas to the welded surfaces and due to their swinging construction appli- cation for both the flat and arch surfaces has been pre- sented. The two types of cordierite–mullite materials were used for backings. The tests of welding of austenitic acid resistant and heat resistant steel sheets with thickness of 1.2 and 5 mm carried on special device and in industrial conditions were described. The properly formed butt joins of class B were obtained in all cases. ey word : ceramic backing, stainless steel, inert gas r inż erzy Czec ow ki dr inż alic a Pawełek – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Gliwice, mgr inż ry tyna ar z – Instytut Spawalnictwa, Gliwice. Autor korespondencyjny/Corresponding author: p.glowienkowski@icimb.pl 20 Przegląd sPawalnictwa 1/2014 Pro ektowanie podkładek W wyniku badań [1, 2] zaprojektowano kształt podkła- dek uniwersalnych segmentowych umożliwiających spa- wanie powierzchni płaskich i po łuku z doprowadzeniem gazu do miejsca spawania (rys. 1). Podkładki te dobrze przylegają do powierzchni i są szczelnie mocowane pod granią spawanych blach za pomocą odpowiedniej taśmy samoprzylepnej. Ry 1 Podkładki segmentowe: a) W7 i W20; b) W7 na taśmie sa- moprzylepnej ig 1 Sectional swinging backings: a) W7 and W20; b) W7 on self adhesive tape Oznaczenia gęstości pozornej, porowatości otwartej i nasiąkliwości wykonano metodami znormalizowanymi, natomiast oznaczenie przewodności cieplnej przeprowa- dzono metodą laser-flesh przy użyciu urządzenia LFA427. Pr y tec nologiczne pawania z życiem podkładek Próby technologiczne spawania w atmosferze ochronnej złączy doczołowych z użyciem opracowanych podkładek ceramicznych przeprowadzono w Instytucie Spawalnictwa. Zaadaptowane do tego celu stanowisko przedstawiono na rysunku 2. W jego skład wchodziły: traktor spawalniczy A2/A6 firmy ESAB (1), urządzenie do spawania metodą TIG typu V40 firmy Lorch (2), uchwyt spawalniczy TIG z możliwością podawania zimnego dru- tu ABITIG-WH400 firmy Binzel (3) oraz oprzyrządowanie ustalająco-mocujące z zaciskami firmy Destaco (4). Spawano blachy ze stali austenitycznej kwasoodpor- nej X5Crni18-10, stali dupleks X2CrniMon22-5-3 i stali austenitycznej żaroodpornej X6CrniMoTi17-12-2 o gru- bości 1 i 2 mm. ta lica II Właściwości wypalonych tworzyw mulitowo-kordierytowych ta le II. Properties of fired mullit-cordierite Właściwość Tworzywo A Tworzywo B Gęstość pozorna, g/cm3 1,91 2,60 Porowatość otwarta, % 28,0 6,6 nasiąkliwość, % 14,6 2,5 Przewodność cieplna W/mK: w 250C w 12500C 1,31 ± 0,02 2,80 ± 0,18 1,0 ± 0,01 1,47 ± 0,26 a) b) Ry 2 Stanowisko do badań technologicznych spawania z zastoso- waniem podkładek ig 2 The device for technological tests of welding using backings Liczba połączonych ze sobą wahliwie podkładek na taśmie może być dowolna. Ze względów praktycznych założono, że w warunkach produkcyjnych standardowa długość segmentów umieszczonych na taśmie będzie wynosić 600 mm. Zaprojektowano segmenty o grubości 11 mm i dłu- gości 20 mm (W20) do spawania elementów o mniej- szej średnicy i 7 mm (W7) o dużej. W badaniach skoncentrowano się na dwóch rodzajach tworzyw cera- micznych mulitowo-kordierytowych A i B otrzymywanych z granulatów prasowanych jednorazowo. Ich skład che- miczny podano w tablicy I. Składnik Zawartość, % wag. Tworzywo A Tworzywo B SiO2 55 47 Al2O3 32 32 MgO 8 5,5 ta lica I. Podstawowy skład chemiczny badanych tworzyw (główne składniki) ta le I Basic chemical compounds of investigated materials (main) Badano wpływ nacisku formowania i temperatury wy- palania na właściwości tworzyw. W tablicy II zestawiono właściwości tworzyw uzyskanych w zoptymalizowanych warunkach formowania i wypalania. 21Przegląd sPawalnictwa 1/2014 ta lica III Warunki spawania ta le III Welding conditions Parametr Grubość blachy 1 mm 2 mm natężenie prądu, A 55 120 napięcie łuku, V 9,4÷9,6 11,4÷11,6 natężenie przepływu gazu osłonowego w uchwycie spa- walniczym, l/min 10 10 Prędkość spawania, m/min 0,20 0,20 Odległość elektrody wolframo- wej od powierzchni spawanego elementu, mm 3,5÷4,5 3,5÷4,5 Spoiwem był drut LnM 304Lsi (Pn-En ISO 14343- A-G-199 LSi). Jako gazu osłonowego użyto czystego argon (zgodny z Pn-En ISO 14175-II-Ar). W tablicy III podano warunki procesów spawania. Ry 3 Złącza doczołowe powierzchniowo utlenione przy zastoso- waniu podkładek ceramicznych z płytkim rowkiem – niedostateczny przepływ argonu ig 3 Butt joints surface using ceramic backings with a shallow key- way – insufficient of argon Ry 4 Grań spoiny złącza doczołowego blach o grubości 2 mm spa- wanych przy użyciu podkładek z tworzywa kordierytowo-mulitowego B ig 4. Butt joints surface of metal sheets with thickness of 2 mm using cordierite-mullite backings type B Uzyskano w większości przypadków czystą grań spo- iny, bez zanieczyszczeń tlenkowych (rys. 4 i 5). Szcze- gólnie korzystne rezultaty uzyskano przy zastosowaniu podkładek z tworzywa mulitowo-kordierytowego B cha- rakteryzującego się większą zwartością w porównaniu z tworzywem A. Badania metalograficzne makroskopowe połączeń wy- kazały, że złącza są wykonane prawidłowo, nie występują w nich niezgodności spawalnicze i charakteryzuje je po- ziom jakości B wg Pn-En ISO 5817 (rys. 6 i 7) [3]. Próby wstępne spawania blachy austenitycznej X5Crni18-10 wykazały, że największy wpływ na ja- kość grani spoiny ma natężenie przepływu gazu osłonowego od jej strony (mierzonego na wylocie z podkładki). Ustalono, że najlepsze wyniki osiąga się, gdy natężenie to wynosi 1 l/min. Zastosowanie mniej- szego natężenia przepływu powodowało nadmierne utlenianie powierzchni grani spoiny i obszarów do niej przyległych (rys. 3), a większe natężenie powodowało wklęśnięcia grani. Ry 5 Grań spoiny złącza doczołowego blach o grubości 2 mm ze stali X2CrniMon22-5-3 z zastosowaniem podkładki uniwersalnej W7 z tworzywa A ig 5 Butt joints surface of 2 mm trick X2CrniMon22-5-3 grade steel using universal W7 backings of type APo zbadaniu efektów prób spawania zdecydowa- no o konieczności pogłębienia rowka w podkładkach w celu zapewnienia odpowiedniej przestrzeni pomię- dzy podkładką a blachą w celu uzyskania przepływu gazu o właściwym natężeniu. Przeprowadzone próby spawania wytypowanych blach przy uwzględnieniu wyżej opisanych warunków przepływu argonu wykazały, że zastosowanie uniwer- salnych podkładek ceramicznych umożliwia spawanie w osłonie gazowej. Ry 6 Makrostruktura złącza spawanego blach o grubości 1 mm ze stali X5Crni18-10 uzyskanego przy użyciu podkładek z tworzywa B ig 6 Macrostructure of butt joint of 1 mm trick X5Crni18-10 steel using backings of type B 22 Przegląd sPawalnictwa 1/2014 Ry 7 Makrostruktura złącza spawanego blach o grubości 2 mm ze stali X5Crni18-10 uzyskanego przy użyciu podkładek z tworzywa A ig 7 Macrostructure of butt joint of 2 mm trick X5Crni18-10 steel using backings of grade A te ty przemy łowe pawania W Zakładzie „Cabinplant” S.A. w Kątach Wrocławskich przeprowadzono testy spawania powszechnie stoso- wanych w przemyśle spożywczym blach ze stali X5Cr- ni18-10 o grubości 1,5 mm. Spawano ręcznie płyty i rury o średnicy 250 mm meto- dą TIG urządzeniem firmy Kemppi Master Tig 2000 MLS. Argon doprowadzono do podkładki ceramicznej. Podkład- ki były szczelnie przyklejone do blach za pomocą taśmy samoprzylepnej. Zwracano szczególną uwagę na szczelność w miej- scu dopływu gazu. Uzyskano właściwie uformowaną grań spoiny bez obecności tlenków na jej powierzchni, szcze- gólnie przy zastosowaniu tworzywa B (rys. 8). na widocz- ną miejscami zmianę koloru obszarów położonych w po- bliżu krawędzi spoiny mogło mieć wpływ niedostateczne odtłuszczenie powierzchni blach przed spawaniem. Ry 8 Widok zamocowania podkładek W20 z tworzywa B na po- wierzchniach łukowych, grani uzyskanej spoiny oraz jej makrostruk- tury ig 8 Mounting backings W20 type B on the surface of the arcing, welding surface and the macrostructure Makroskopowe badania metalograficzne nie wykaza- ły niezgodności. Wykonane złącze zakwalifikowano jako poziom jakości B. Przeprowadzone w Przedsiębiorstwie „Teja” próby spawania blach nierdzewnych o grubości 5 mm z za- stosowaniem uniwersalnych podkładek kordierytowo- -mulitowych potwierdziły skuteczność osłony gazowej i dobrą jakość uzyskanej spoiny [4]. nio ki – Przeprowadzone próby technologiczne spawania metodą TIG ręcznie i w sposób zmechanizowany blach ze stali austenitycznych i austenityczno-ferry- tycznych o grubości do 5 mm z użyciem opracowa- nych podkładek ceramicznych wykazały możliwość zapewnienia wysokiej jakości spoiny przy znacznej oszczędności zużycia gazu osłonowego. – Budowa segmentowa podkładek umożliwia spawa- nie zarówno elementów płaskich, jak i o bardziej złożonej geometrii, a pogłębienie rowka do ok. 3 mm zapewnia odpowiednią przestrzeń dla gazu osłonowego i wyeliminowanie powstawania nalotu tlenkowego. – Zastosowana taśma samoprzylepna zapewnia szczelność mocowania podkładek do łączonych po- wierzchni blach. Literat ra [1] Pawełek A., Czechowski J., Skóra J., Sołtys P.: Podkładki cera- miczne do formowania grani spoiny w osłonie gazowej. Spra- wozdanie nr 3475/100280/BT/2005 – niepublikowane. [2] Pawełek A., Czechowski J., Śliwa A., Stec K.: Opracowanie i wdrożenie technologii produkcji ceramicznych podkładek do spawania w osłonie gazu obojętnego. Sprawozdanie nr 3638/100361/BT/2009 – niepublikowane. [3] Pfeiffer T., Warsz K.: Badania wpływu procesu spawania łuko- wego przy zastosowaniu doświadczalnych wariantów podkła- dek ceramicznych, formujących grań spoiny w osłonie gazu, na jakość złączy spawanych ze stali wysokostopowych. Sprawoz- danie Instytutu Spawalnictwa nr Gn-17(B-191/10) – nie publiko- wane. [4] Pawełek A., Czechowski J., i zespół: Innowacyjne ceramiczne podkładki segmentowe do spawania w osłonie gazowej stali i stopów specjalnych i technika ich stosowania. Raport Roczny z projektu w ramach przedsięwzięcia „IniTech” – 2010.