201309_PSpaw_gjgy.pdf 20 Przegląd sPawalnictwa 9/2013 Piotr Białucki Andrzej Ambroziak Wiesław Derlukiewicz Artur Lange Tomasz Bednarek Wpływ lutospawania łukowego na właściwości złączy stali ocynkowanej ogniowo influence of arc braze welding on the properties  of joints of dip galvanized steel r in . Piotr iałucki, prof. dr ha . in . Andrzej Am roziak, dr in . Wiesław erlukiewicz, dr in . Artur Lange, mgr in . Tomasz ednarek – Politechnika Wrocławska. A stract In welding of thick elements covered with fire depos- ited layer of zinc is common practice the removing of the layer of zinc and then welding of joint by the MAG method. After that joint is cleaned up and is protected by layer of anticorrosive paint on base of zinc, alumi- num or Al-Zn in spray. During welding of thick sheet metals arises so a lot of warmth, that the zinc layer undergoes the damage often even the inside steel profiles or on opposite side of sheet metals which influences on decrease the re- sistance of corrosive part. The paper presents results of research on solder- ing of such elements using two low-energy methods of MIG welding and three copper base filler metal, grade CuSi3, CuAl8 and CuSn6. The completed brazed joints were tested visually and metallographically. Corrosion resistance and shear strength tests were determined also. The obtained joints without melting of steel showed shear strength in the range 305÷360 MPa for filler metal CuSi3 and CuAl8 and 208÷233 MPa for CuSn. treszczenie W spawaniu grubych elementów pokrytych ogniowo cynkiem częstą praktyką jest mechaniczne usuwanie war- stwy cynku i wykonywanie spoin metodą MAG, następnie spoiny oczyszcza się i zabezpiecza warstwą farby anty- korozyjnej na bazie cynku, aluminium lub Al-Zn w sprayu. Podczas procesu spawania grubych blach wydziela się tak dużo ciepła, że często ulega uszkodzeniu nawet war- stwa cynkowa wewnątrz stalowych profili lub po przeciw- nej stronie blach, co wpływa na zmniejszenie odporności korozyjnej części. W pracy przedstawiono wyniki badań nad lutospawa- niem takich części z wykorzystaniem dwóch niskoenerge- tycznych metod spawania MIG oraz trzech spoiw na bazie miedzi: CuSi3, CuAl8 i CuSn6. Wykonane złącza lutospawane poddano badaniom wizualnym, wytrzymałościowym, metalograficznym i koro- zyjnym. Uzyskano złącza bez nadtopienia stali wykazują- ce wytrzymałość na ścinanie w granicach 305÷360 MPa dla spoiw CuSi3 i CuAl8 oraz 208÷233 MPa dla spoiwa CuSn. Wstęp W celu zabezpieczenia stali przed korozją stosuje się powłoki cynkowe. W wielu przypadkach elementy ocynkowane w postaci blach, kształtowników, taśm i rur podlegają łączeniu metodami spawalniczymi. Grubość takich elementów wynosi niejednokrotnie po- nad 3 mm, a grubość warstwy cynkowej na nich ponad 80 μm. Zastosowanie tradycyjnych metod spawania łuko- wego do łączenia blach pokrytych cynkiem stwarza wiele trudności ze względu na intensywne parowanie cynku (temperatura topnienia cynku wynosi 419°C, a tempe- ratura wrzenia ok. 906°C). Powstające w trakcie spawa- nia pary i tlenki tego metalu prowadzą do tworzenia się w złączu spawanym porów i pustek gazowych, pęknięć, braków przetopu i przyklejeń, łuk jarzy się niestabilnie, a spawany element traci swoje pierwotne właściwości antykorozyjne [1]. 21Przegląd sPawalnictwa 9/2013 Powszechnie stosowaną metodą w spawaniu ele- mentów pokrytych ogniowo cynkiem jest mechanicz- ne usuwanie warstwy cynku, a następnie wykonanie spoin metodą MAG. na koniec spoiny oczyszcza się i zabezpiecza warstwą cynku, aluminium lub alu-cyn- ku w sprayu. Podczas procesu spawania wydziela się tak dużo ciepła, że często ulega uszkodzeniu nawet warstwa cynkowa wewnątrz stalowych profili lub po przeciwnej stronie blach, co wpływa na zmniejszenie odporności korozyjnej części. Alternatywą dla procesu spawania MAG jest luto- spawanie łukowe metodą MIG. W procesie tym brze- gi łączonych blach przygotowuje się jak do spawania, natomiast proces łączenia odbywa się według zasad lutowania twardego, tzn. krawędzie łączonych materia- łów nie ulegają nadtopieniu [2]. Lutospawanie metodą MIG/MAG charakteryzuje się małą ilością wprowadza- nego ciepła i ograniczonym wpływem na strukturę stre- fy wpływu ciepła. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu spoiw o niskiej temperaturze topnienia, m.in. stopów na osnowie miedzi, np. CuSi3, CuAl8, CuSn6 o zakre- sie temperatury topnienia odpowiednio: 910÷1025°C, 1030÷1040°C i 910÷1040°C oraz dzięki niższym para- metrom spawania [3]. Cechą charakterystyczną luto- spawania jest wąska strefa wpływu ciepła, która nie po- woduje znaczącego zniszczenia powłoki ochronnej jak w przypadku spawania MAG, stosunkowo mała ilość odprysków, stabilne jarzenie się łuku oraz znacznie mniejsza niż przy spawaniu ilość szkodliwych dymów i par. harakterystyka warstw cynkowych Technologia cynkowania ogniowego wykorzystuje zjawisko dyfuzji, które polega na wnikaniu atomów cynku w zewnętrzną warstwę stali podczas kąpieli w roztopionym cynku. W ten sposób na powierzchni elementu stalowego tworzy się stop żelazowo-cyn- kowy. Podczas wyjmowania ocynkowanego przed- miotu z kąpieli cynkowej na zewnętrznej powierzchni stopu pozostaje warstwa czystego cynku (rys. 1). Obecność warstw stopowych sprawia, że powło- ka cynkowa jest nierozdzielnie związana ze stalo- wym podłożem. Grubość warstwy cynkowej wynosi 55÷100 μm. Ogniowa powłoka cynkowa zapewnia nie tylko ochronę bierną jako fizyczna bariera osłaniająca stal, lecz także pełni rolę ochrony elektrochemicznej. Powłoka cynkowa wykonana jest z metalu o bar- dziej ujemnym potencjale elektrochemicznym (cynk – metal mniej szlachetny) niż metal chroniony (stal). Pokrywanie metali powłokami anodowymi zapewnia chronionemu metalowi ochronę katodową, gdyż po- włoka z metalu mniej szlachetnego działa jako anoda. W przypadku pokrywania powierzchni stalowych cynkiem w razie pojawienia się nieciągłości (rysy, szczeliny) tworzy się ogniwo, w którym katodą jest żelazo, natomiast anodą cynk. Wtedy do roztworu przechodzą jony cynku, a nie jony żelaza. Tak więc powłoki te nie muszą być zupełnie szczelne. Antyko- rozyjne właściwości powłok cynkowych polegają na tym, że cynk może tworzyć niezwykle odporne i trud- no rozpuszczalne powłoki kryjące. Tworzą się one podczas kontaktu z powietrzem i wodą. Składają się głównie z zasadowego węglanu cynku i to one są od- powiedzialne za właściwą ochronę przed korozją [5]. harakterystyka lutospawania metod MI MA Lutospawanie łukowe MIG/MAG polega na stapia- niu drutu elektrodowego (lutu) na materiał łączony ciepłem łuku spawalniczego, jarzącego się pomiędzy tym drutem a materiałem, w osłonie gazu ochronne- go (rys. 2). Lutospoina powstaje w wyniku zwilżenia przez stopione spoiwo powierzchni materiału łączo- nego podgrzanego ciepłem łuku oraz wzajemnej dy- fuzji składników tych materiałów [6]. nawinięty na szpulę drut elektrodowy (lut) jest po- dawany za pomocą podajnika drutu w sposób ciągły do obszaru lutospawania. Z uwagi na niezbyt dużą sztywność drutów do lutospawania urządzenia po- winny być wyposażone w czterorolkowe podajniki o półokrągłych rowkach rolek prowadzących, do- stosowanych do średnicy drutu, oraz zastosowanie w systemie podawania drutu wkładek teflonowych lub wykonanych z materiałów grafitowych [6]. Dopro- wadzenie prądu do drutu elektrodowego następuje przez styk prądowy. Między końcem drutu elektrodo- wego a materiałem spawanym jarzy się łuk elektrycz- ny. Roztopiony metal drutu elektrodowego przecho- dzi do jeziorka lutospoiny. Metal jeziorka lutospoiny, w miarę przemieszczania się łuku w kierunku luto- spawania, krzepnąc, tworzy lutospoinę łączącą brze- gi elementu lutospawanego. Osłonę metalurgiczną obszaru łuku spawalniczego, ciekłego metalu jezior- ka lutospoiny i strefy przylegającej zapewnia dopro- wadzony przez dyszę gaz osłonowy. Gaz osłonowy może być obojętny chemicznie lub aktywny. ys. 1. Struktura warstwy cynkowej o prawidłowej budowie [4, 5] ig. 1. Structure of zinc coatings with correct conformation [4, 5] 22 Przegląd sPawalnictwa 9/2013 ys. 2. Schemat lutospawania łukowego w osłonie gazu ochron- nego [7] ig. 2. Scheme of arc braze welding in shield of protective gas [7] Materiały dodatkowe do lutospawania poiwa Jako materiały dodatkowe do lutospawania metodą GMAW stosuje się tradycyjnie spoiwa na bazie miedzi, takie jak brązy krzemowe, brązy aluminiowe oraz brązy cynowe. najczęściej do lutospawania blach ocynkowa- nych używa się drutu CuSi3. Dzięki możliwości użycia nowoczesnych urządzeń spawalniczych możliwe jest stosowanie również spoiw na bazie cynku. Firma BEDRA [8] specjalizująca się m.in. w pro- dukcji brązów do lutospawania zaleca w zależności od gatunku stali odpowiedni rodzaj spoiwa (tabl. I). W tablicy II podano zawartość pierwiastków i wła- ściwości tych drutów w zależności od gatunku spoiwa. Firma EWM w materiałach dotyczących wykorzystania metody ColdArc [9] sugeruje wy- korzystywanie spoiw na bazie cynku ze wzglę- du na niższą temperaturę topnienia spoiw tego typu w stosunku do spoiw na bazie miedzi. Dzię- ki niższej temperaturze procesu nie występują uszkodzenia w powłoce cynkowej, duże napręże- nia i odkształcenia spawalnicze, a wykorzystanie tych spoiw zapewnia dobrą odporność korozyjną. Stwierdzono, że wytrzymałość połączeń lutospa- wanych blach ocynkowanych o grubości 0,75 mm z wykorzystaniem spoiwa na bazie cynku jest porównywalna do połączeń lutospawanych spo- iwami na bazie miedzi (wytrzymałość połączeń z lutospoiną pachwinową wynosi 340 MPa, nato- miast doczołowych 200 MPa, przy użyciu spoiwa na bazie cynku oraz grubości blachy 0,75 mm). Fir- ma GRILLO produkuje druty na bazie cynku w ga- tunkach: ZnAl2, ZnAl4, ZnAl15 o grubościach: 0,8, 1,0, 1,2 i 1,6 mm [10]. W tablicy III podano skład chemiczny i wytrzymałość drutów na bazie cynku produkowanych przez polską firmę Zn Silesia. az osłonowy Jako gaz osłonowy w procesach lutospawania GMAW stosuje się przede wszystkim argon (I1 wg Pn-En 14175), a także następujące mieszanki: Ar + (1÷3)% CO2 (M12 wg Pn-En 14175),Ar + 1% O2 (M13 wg Pn-En 14175). Stosowanie mieszanek jako gazu osłonowego zmniejsza napięcie powierzchnio- we jeziorka spawalniczego, przez co poprawiają się warunki zwilżania i rozpływania stopionego spoiwa na materiale podstawowym. Zwiększa się stabilność łuku i następuje poprawa wyglądu lica spoiny oraz zmniejsza się ilość odprysków [1]. W tablicy IV po- dano zalecany gaz osłonowy w zależności od typu spoiwa stosowanego do lutospawania stali ocynko- wanych. Ta lica I. Zalecany typ spoiwa w zależności od gatunku lutospawanej stali [8] Ta le I. Recommended filler metal type depending on the type of braze welded steel Gatunek stali ocyn- kowanej Spoiwo SF-Cu CSSM COMAS Cu-Si3Mn BS60 AlB- z5ni2 AlBz8 AlB- z8MnF AlBz9Fe AlBz9ni DC 05 * * * * * * * * * * ZStE180BH * * * * * * * * * * ZStE340 o * * * * * * * DP600 o o o o o o * * TRIP700 o o * - odpowiednie o - dopuszczalne 23Przegląd sPawalnictwa 9/2013 Spoiwo Zawartość pierwiastków, % wag. Właściwości nazwa handlowa Gat. wg normy DIn 1733 Cu Al Si Sn Mn ni P Fe inne Temp. topnie- nia Rm, MPa Wydłuże- nie A5, % Twardość HBW SF-Cu nienormo- wane baza 0,05 1080 220 40 50 CSSM SG-CuSn baza 0,2 0,8 0,2 0,01 max. 0,5 1020 ÷1050 220 30 60 COMAS Cu6511(wg ISO 24373) baza 1,8 0,2 1,0 0,01 1030 ÷1050 285 45 62 CuSi3Mn SG-CuSi3 baza 2,9 0,9 max. 0,5 965 ÷1035 350 40 80 BS60 nienormo- wane baza 0,25 6,0 0,25 max. 0,5 900 ÷1040 359 44 101 AlBz5ni2 Cu6061 (wg ISO 24373) baza 5,0 0,2 2,0 max. 0,5 1060 ÷1085 353 45 84 AlBz8 SG-CuAl8 baza 8,0 1030 ÷1040 430 40 100 AlBz8MnF SG -CuAl8ni2 baza 8,0 2,0 2,0 2,0 max. 0,5 1030 ÷1050 530 30 140 AlBz9Fe SG -CuAl10Fe baza 9,5 1,2 max. 0,5 1030 ÷1040 500 35 140 AlBz9ni SG- CuAl8ni2 baza 9,0 2,0 2,5 1,5 max. 0,5 1030 ÷1050 530 30 150 Ta lica II. Właściwości spoiw na bazie miedzi do lutospawania stali ocynkowanych [8] Ta le II. Properties of filler metals based on the cooper used for braze welding of zinc [8] Ta lica III. Właściwości spoiw na bazie cynku do lutospawania [11] Ta le III. Properties of filler metals based on the zinc used for braze welding [11] Spoiwo Zawartość pierwiastków, % wag., wg Pn-En ISO 14919 Wytrzymałość Rm MPaZn Al Pb Cd Pb+Cd Sn Fe Cu Si ZnAl15 (LH) 84÷86 14÷16 0,005 0,005 0,006 0,001 0,05 0,01 0,12 180÷225 Zn99,99 (DH) 99,99 - 0,005 0,005 0,006 0,001 0,003 0,002 - 120÷145 Ta lica I . Zalecany gaz osłonowy w zależności od typu spoiwa do lutospawania [12] Ta le I . Recommended shielding gas depending on the type of filler metal for braze welding [12] Spoiwo Zalecany gaz osłonowy Właściwości wytrzymałościowe spoiwa nazwa handlowa Gatunek wg DIn 1733 Rm, MPa A5, % HB 903M SG-CuSi3 I1 (100% Ar) 300÷330 40 80÷90 904M SG-CuSn12 I1 (100% Ar) 300 40 110 906M SG-CuAl8 M13 (Argon + 2% O2) lub M12 (Argon + 2,5% CO2) 430 40 150 911M SG-CuSn M13 (Argon + 2% O2) lub M12 (Argon + 2,5% CO2) 200 30 60 910M SG-CuAl8ni6 I1 (100% Ar) 590 30 140÷180 907M SG-CuSn6 I1 (100% Ar) 350 30 100 24 Przegląd sPawalnictwa 9/2013 Wykonanie zł czy pr nych Złącza wykonano przy użyciu dwóch różnych źró- deł prądu oraz trzech spoiw na bazie miedzi. Rodzaje źródeł prądu, spoiwa oraz parametry lutospawania zestawiono w tablicach V i VI. Złącza zakładkowe wy- konano ze stali S235JR z blach o grubości 5 i 3 mm ocynkowanych ogniowo. Do osłony gazowej zasto- sowano czysty argon (gat. 4.6) o strumieniu objęto- ściowym 15 dm3/min. Lutospawanie przeprowadzono w pozycji nabocznej (PB) techniką „w lewo”. Grubość warstwy cynkowej na elementach zmierzo- no grubościomierzem odrywowym Stylotest. Średnia grubość cynku z pomiarów wynosiła 80 μm. Wymiary płyt próbnych przygotowanych wg normy Pn En ISO 9018 [38] oraz wyciętych z nich próbek podano na rysunku 3. ys. 3. Wymiary płyt lutospawanych oraz wyciętych próbek ig. 3. Sizes of braze welded plates and the test pieces Źródło prądu Producent Proces Spoiwo natężenie prądu, A napięcie łuku V Prędkość podawania drutu, m/min TransPulse Synergic 2700 Fronius Prąd pulsujący CuSi3 Ø1 mm 125÷135 19,0÷20,5 7,0 CuAl8 Ø1 mm 125÷135 18,0÷19,5 7,0 Power Wave 405M + LF40 Lincoln Electric Power mode CuAl8 Ø1 mm 135÷145 16,8÷17,2 7,5 Prąd pulsujący CuSn Ø1,2 mm 125÷135 14,5÷15,0 4,2 Ta lica . Rodzaje źródeł prądu, spoiw oraz parametry spawania użyte do lutospawania badanych próbek [13] Ta le . The types of power sources, filler metals and welding parameters used to for braze welding of tested samples [13] Typ spoiwa wg DIn 1733 Zawartość pierwiastków, % wag. Właściwości Cu Al Si Sn Mn ni P Fe inne Temp. topnienia Rm MPa Wydłużenie A, % Twardość HBW SG-CuSn baza 0,2 0,8 0,2 0,01 max. 0,5 1020÷1050 220 30 60 SG-CuSi3 baza 2,9 0,9 max. 0,5 965÷1035 350 40 80 SG-CuAl8 baza 8,0 1030÷1040 430 40 100 Ta lica I. Właściwości spoiw użytych do lutospawania [8] Ta le I. The properties filler metals used for braze welding [8] adania wizualne Badania wizualne przeprowadzono zgodnie z normą Pn-En ISO 17637. Można stwierdzić, że lutospawa- nie blach ocynkowanych z powłoką o grubości powyżej 80 µm nie jest pozbawione odprysku. najlepszy wy- nik pod względem małego rozprysku dało lutospawa- nie drutem CuAl8 w procesie Power Mode (rys. 4a). Oprócz małego rozprysku również lico spoiny jest po- prawne, a spoina jest równa i gładka. Lutospawanie drutem CuSn powodowało rozprysk w postaci grubych kropel (rys. 4b). na rysunku 5 pokazano przykładowy przełom złą- cza lutospawanego spoiwem CuSn po próbie rozciąga- nia. Pozostałe przełomy złączy wykonanych spoiwami CuSi3 oraz CuAl8 są do siebie podobne, gdyż pęknię- cie nastąpiło w środku lutospoiny. ys. 4. Lica lutospoin z procesu Power Mode wykonanych drutami: a) CuAl8, b) CuSn ig. 4. The appearance of the face of braze welds from the process of Power Mode and with filler metal: a) CuAl8, b) CuSn 25Przegląd sPawalnictwa 9/2013 ys. 5. Powierzchnia przełomu złącza lutospawanego drutem CuSn po próbie rozciągania ig. 5. Appearance of the fracture surface after the tensile test of joint braze welded using CuSn filler metal ys. . Próbka złącza lutospawanego spoiwem CuAl8: a) przed pró- bą rozciągania, b) po próbie rozciągania ig. . Sample joints braze welded using filler metal CuAl8: a) before tensile test, b) after tensile test Oznaczenie próbki Powierzchnia przekroju początkowego próbki, mm2 Wartość siły obciążenia, n Wytrzymałość złącza Rt, MPa Miejsce zerwania próbki Spoiwo CuAl8, TransPulse Synergic 2700 (prąd pulsujący) Al. Puls1 259,29 81 420 314,01 spoina Al. Puls1 259,81 79 340 305,38 spoina Al. Puls3 259,29 82 170 316,91 spoina Spoiwo CuSi3, TransPulse Synergic 2700 (prąd pulsujący) Si Puls1 252,50 82 230 325,66 materiał Si Puls2 262,41 82 390 313,98 spoina Spoiwo CuAl8, Power Wave 405M + LF40 (Power Mode) Al. Linc1 229,00 80 900 353,28 materiał Al. Linc2 228,50 81 000 354,49 materiał Al. Linc3 233,31 78 600 336,89 spoina Al. Linc4 224,00 80 800 360,71 materiał Spoiwo CuSn, Power Wave 405M + LF40 (prąd pulsujący) Sn Linc1 232,79 48 500 208,34 spoina Sn Linc2 233,31 52 660 225,71 spoina Sn Linc3 232,79 54 000 231,97 spoina Sn Linc4 233,83 54 510 233,12 spoina Ta lica II. Wyniki prób wytrzymałości na ścinanie złączy lutospawanych [13] Ta le II. Results of the shear strength tests of braze welded joints [13] ys. . Próbka rozciągana z przełomem poza lutospoiną z CuSi3 ig. . Sample after tensile test with fracture beyond braze weld of the CuSi3 Pr y wytrzymało ciowe Statyczną próbę ścinania zakładkowych złączy luto- spawanych wykonano przez rozciąganie na maszynie wytrzymałościowej Louis Schopper w zakresie pomia- rowym do 100 kn. Przykładową próbkę przed i po roz- ciąganiu pokazano na rysunku 6. Wyniki prób rozciągania złączy zakładkowych za- mieszczono w tablicy VII. Wytrzymałość złączy luto- spawanych spoiwem CuSi3 wynosiła 314÷325 MPa, spoiwem CuAl8 – 305÷360 MPa, a spoiwem CuSn – 208÷233 MPa. Złącza wykonane spoiwem CuSn miały najmniejszą wytrzymałość na ścinanie, natomiast wy- konane spoiwami CuAl8 i CuSi3 miały wytrzymałość porównywalną. Jak widać z rysunku 6b, w próbce poza lutospo- iną występowało przewężenie w materiale rodzimym, a w niektórych próbkach złom następował poza luto- spoiną (rys. 7). adania metalogra czne Do badań metalograficznych wytypowano sześć złą- czy wyciętych z sześciu lutospawanych płyt. Złącza do badań makroskopowych trawiono odczynnikiem Adle- ra, a do badań mikroskopowych 3% nitalem. Obser- wację makrostruktur złączy lutospawanych wykonano na mikroskopie świetnym Olympus SZX7 przy powięk- szeniu 10÷50x, natomiast obserwacje mikroskopowe 26 Przegląd sPawalnictwa 9/2013 ys. . Makrostruktury złączy lutospawanych: a) spoiwem CuAl8, b) spoiwem CuSi3 ig. . Microstructure of braze welded joints using filler metals: a) CuAl8, b) CuSi3 ys. . Mikrostruktury strefy przejściowej złączy lutospawanych: a) spoiwem CuAl8, b) spoiwem CuSi3 ig . Microstructures of the transition zone of braze welded joints using filler metals: a) CuAl8, b) CuSi3 ys. 10. Komora solna Heraeus Vötsch 1000 ig. 10. Heraeus Vötsch 1000 salt chamber ys. 11. Złącza doczołowe lutospawane do badań korozyjnych: a) przed badaniami, b) po badaniach ig. 11. Appearance of butt joints braze welded for corrosion resi- stance tests: a) before the tests, b) after the tests przeprowadzono na mikroskopie Olympus CK40M przy powiększeniach 100 i 500x. na rysunkach 8 i 9 pokaza- no przykładowe makro- i mikrostruktury złączy lutospa- wanych spoiwami CuAl8 i CuSi3. Struktury badanych złączy lutospawanych wykazały poprawną budowę, wolną od niezgodności wewnętrz- nych, stopiwo dobrze zwilżyło powierzchnie łączonych części bez nadtopienia stali. Mikrostrukturę materiału podstawowego stanowi drobnoziarnista struktura ferry- tu z małą ilością perlitu, natomiast w strefie wpływu cie- pła przy linii zwilżenia występuje gruboziarnista struk- tura przegrzanego materiału. Mikrostruktura lutospoiny wykonana zarówno drutem CuSi3, jak i CuAl8 oraz CuSn ma charakter dendrytyczny w układzie ziaren ukierunkowanym zgodnie z gradientem temperatury. Strefa wpływu ciepła dla wszystkich złączy była wąska, przy czym najszerszą strefą cechowały się złącza ze spoiwem CuAl8. adania korozyjne Badania korozyjne wykonano w komorze solnej He- raeus Vötsch 1000 pokazanej na rysunku 10, wg wa- runków określonych w Pn-En ISO 9227 [14]. Badanie polegało na ciągłym rozpylaniu 5% roztworu chlorku sodu w temperaturze 35oC w ciągu 480 h. Czas ten odpowiada 5-letniemu narażeniu badanego obiektu na korozję w warunkach atmosferycznych. na złącza próbne użyto płaskowników o grubości 4 mm ocynko- wanych ogniowo, które zostały połączone lutospoiną czołową spoiwami CuSn, CuAl8 i CuSi3 (rys. 11). Ponadto wykonano złącza próbne z profili kwa- dratowych o grubości 5 mm połączonych lutospoiną pachwinową z profilem ceowym o grubości 3 mm i budowie takiej, jaka występuje w konstrukcjach rzeczywistych, np. w elementach ogrodzeń budow- lanych. a 27Przegląd sPawalnictwa 9/2013 ys. 12. Złącza spawane metodą MAG spoiwem G3S1 pokryte farbami w sprayu: przed próbą korozyjną, b) po próbie korozyjnej ig. 12. MAG welded joints with a G3S1 filler metal protected by layer of anticorrosive paint: a) before the corrosion test, b) after corrosion test Podsumowanie Proces lutospawania przeprowadzono przy łączeniu blach ze stali S235JS ocynkowanych ogniowo warstwą cynku o grubości większej niż 80 µm przy użyciu trzech spoiw: CuSi3, CuAl8 i CuSn oraz zastosowaniu dwóch metod niskoenergetycznych spawania MIG. W wyniku badań złączy lutospawanych stwierdzono, że rodzaj użytego spoiwa i rodzaj źródła prądu mają wpływ na właściwości złączy. Wytrzymałość na ścina- nie złączy zakładkowych wykonanych spoiwem CuSi3 wynosiła od 314 do 325 MPa, spoiwem CuAl8 od 305 do 360 MPa, natomiast spoiwem CuSn była najniższa i mieściła się w przedziale od 208 do 233 MPa. Wyko- nane badania wskazują na dużą wytrzymałość takich złączy, a otrzymane wyniki są porównywalne z przyta- czanymi w literatury technicznej. niewątpliwą wadą lutospawania grubych (powyżej 3 mm) blach ocynkowanych ogniowo jest rozprysk, któ- rego nie udało się uniknąć w badanych złączach mimo stosowania trzech różnych spoiw, dwóch rodzajów źródeł prądu i zmian parametrów spawania. nierówna i gruba warstwa cynku nałożonego ogniowo powoduje niestabilność łuku spawalniczego oraz powstawanie dużej ilości parującego cynku, który powoduje rozprysk stopiwa. najbardziej estetyczny wygląd złączy z naj- mniejszą ilością rozprysków uzyskano, stosując spoiwo CuAl8 w procesie Power Mode. Badania metalograficzne wykazały prawidłową bu- dowę złączy lutospawanych dla wszystkich badanych spoiw i źródeł prądu. Połączenie nastąpiło w wyniku zwilżenia powierzchni lutospawanych ciekłym stopi- wem, powierzchniowej dyfuzji i rozpuszczenia warstwy cynku bez nadtopienia powierzchni stali. Badania odporności na korozję, wykonane w komo- rze solnej wykazały, że dla wszystkich złączy odporność korozyjna jest niezadowalająca. Wynika to z faktu, że cie- pło lutospawania grubych blach z warstwą cynku nanie- sioną ogniowo powoduje częściowe odparowanie cynku na brzegu lutospoiny, przez co zmniejsza się odpor- ność korozyjna całego złącza. najlepszą odporność na korozję wykazały złą- cza wykonane spoiwem CuSn, lecz miały one naj- mniejszą wytrzymałość na ścinanie. Brzegi lutospo- iny były wolne od śladów korozji, co może świadczyć o tym, że warstwa cynku nie uległa dużym uszkodze- niom od ciepła lutospawania. Z badań odporności na korozję złączy spawanych metodą MAG spoiwem G3S1 i następnie chronionych farbami wynika, że najlepsze zabezpieczenia złącza spawanego można uzyskać przy pokryciu go farbą na bazie cynku w sprayu. Przeprowadzone badania wykazują, że lutospawa- nie grubych blach stalowych pokrytych ogniowo war- stwą cynku o grubości powyżej 80 µm spełnia warunki wytrzymałościowe, lecz nie daje złączy o wymaganej estetyce i odporności na korozję. Celem porównania właściwości korozyjnych złączy lutospawanych z właściwościami złączy spawanych i zabezpieczanych farbami antykorozyjnymi wykonano także złącza metodą MAG spoiwem G3S1 pokryte na- stępnie farbami w sprayu (rys. 12a). W wyniku przeprowadzonych badań korozyjnych złączy lutospawanych nie stwierdzono wyraźnych róż- nic w odporności korozyjnej zależnej od rodzaju uży- tego spoiwa. Przedstawiony na rysunku 11b wygląd złączy lutospawanych po próbie korozyjnej wskazuje, że najlepsze właściwości wykazały złącza łączone spoiwem CuSn. Złącze jest wolne od śladów koro- zji stali, co może świadczyć o tym, że warstwa cynku nie uległa dużym zmianom spowodowanych ciepłem a spawania. W przypadku próbek łączonych spoiwami CuAl8 i CuSi3 wystąpiły ślady korozji stali przy lutospo- inie, przy czym wyraźnie większe uszkodzenia korozyj- ne wykazały próbki ze spoiwem CuAl8. natomiast wyraźne różnice w odporności korozyj- nej uzyskano w przypadku złączy spawanych metodą MAG spoiwem G3S1zabezpieczonych farbą antykoro- zyjną, których próbki pokazano na rysunku 12. Z badań wynika, że stosowanie farb antykorozyjnych na bazie aluminium lub mieszanki aluminium z cynkiem słabo zabezpiecza spoinę przed korozją w warunkach wystę- pujących w komorze solnej. najlepsze zabezpieczenia złącza spawanego uzyskano dla pokrycia farbą na ba- zie cynku w sprayu (rys. 12b). 28 Przegląd sPawalnictwa 9/2013 Literatura dokończenie ze str. 2 [1] Różański M.: Lutospawanie MIG/MAG blach ocynkowanych i przykłady trudno spawalnych układów materiałowych. Prze- gląd Spawalnictwa, nr 9/2007, s. 7-12. [2] Ferenc K.: Spawalnictwo, WnT, Warszawa 2007. [3] Gruszczyk A.: Odporność korozyjna połączeń lutospawanych stali ocynkowanej. Przegląd Spawalnictwa, nr 9/2007, s. 32-36. [4] www.mss-schweisstechnik.de/.../Prospekt_TPS_2700_40,0006,2251. pdf 03.04.10 [5] www.cynkowanie.com.pl 15.03.2010 [6] Gawrysiuk W.: Charakterystyka technologii lutospawania łu- kowego MIG/MAG, Przegląd Spawalnictwa, nr 2-3/2005, s. 17-20. [7] www.schmid-schweissen.ch/docs/Schweisserwissen/broschu- ere_coldArc.pdf 03.04.10 [8] www.bedra.com/e280/e286/.../BED_bercoweld_rz_22_01_ eng.pdf 03.04.10 [9] www.bentsen-design.com/Tbentsenas/ColdArc.pdf 03.04.10 [10] www.grillo.de/index.php?id=57&L=2 03.04.10 [11] www.huta-olawa.com.pl/_upload/pliki/drutpl.pdf 03.04.10 [12] www.chem-weld.com/PDF/mig-mag-schweissdraht.pdf 04.04.10 [13] Bednarek T.: Badania właściwości złączy lutospawanych ze stali ocynkowanych ogniowo, Praca dyplomowa, Wydział Me- chaniczny. PWr, 2010, promotor dr inż. P. Białucki. [14] Pn-En ISO 9227.:2007 Badania korozyjne w sztucznych at- mosferach. Badania w rozpylonej solance. 50 lat Instytutu technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej Praca zbiorowa pod red. Zbigniewa Mirskiego Liczba stron: 198 Oprawa: twarda Format: B5 Rok wydania: 2013 ISBn 978-83-917677-8-8 Wydawnictwo: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej Powstała pod redakcją Profesora Zbigniewa Mirskie- go publikacja 50 lat Instytutu Technologii Maszyn i Automatyzacji została wydana z okazji obchodzo- nego w tym roku jubileuszu 50.-lat istnienia Instytutu. Stanowi ona cenne kompendium wiedzy historycznej na temat Instytutu, która często umyka rozproszona pomiędzy wieloma dokumentami. Wskazane zostało to nawet w pierwszym rozdziale: Uroczystości 40-lecia Instytutu były obchodzone niedawno, 5 lat temu w 2008 r., ale wynikało to z braku dokumentów źródłowych do których dotarto obecnie. Zebrane w opracowaniu informacje pokazują jak rozwijał się przez ostatnie pół wieku Instytut pod wzglę- dem struktury organizacyjnej i składu osobowego, dostosowując się zarazem do zmieniającej rzeczywi- stości. niezwykle ciekawe są wspomnienia dotychcza- sowych dyrektorów, którzy zarówno jako pracownicy, jak i osoby nim zarządzające przyczyniły się swoimi decyzjami do osiągnięcia obecnej pozycji Instytutu. Przedstawiono dorobek naukowy poszczególnych za- kładów i laboratorium oraz kierunki obecnie prowadzo- nej działalności badawczo-rozwojowej. Czytając to opracowanie zachęcam do refleksji nad naszym intelektualnym wpływem na cywilizację przez rozwój nauki i techniki, której celem jest tworzenie technologii przemysłowych o najwyższym standardzie światowym – Profesor Zbigniew Gronostajski – obecny Dyrektor Instytutu. Opracował: Lechosław Tuz