PS 12 2016 WWW.pdf 15PRZEGLĄD  SPAWALNICTWA Vol. 88 12/2016 Ocena procesu spajania  elementów okapów kuchennych ze stali nierdzewnej Evaluation of welded components of kitchen canopies from stainless steel Streszczenie W artykule zaprezentowano wyniki badań spajania ele- mentów wykonanych z cienkościennych blach nierdzewnych oraz dokonano oceny jakości wykonanych spoin. Próbom pod- dano dwie próbki wykonane z różnymi parametrami spawania. Słowa kluczowe: spawanie laserowe; cienkościenne blachy nierdzewne Abstract The article presents the results of research of welding el- ements made of thin-walled from stainless steel sheets and contains assessment of the quality of the welds. Two sam- ples made of various welding parameters was tested. Keywords: laser welding; thin wall stainless steel sheets Wstęp W niniejszej, drugiej części artykułu przedstawiono wyni- ki badań własnych dotyczących spawania elementów cien- kościennych wykonanych z blach nierdzewnych. Badaniu zostały poddane spoiny wykonywane przy pro- dukcji okapów kuchennych firmy „Akpo”. Obudowy okapów produkowane są z nierdzewnej blachy stalowej 1.4016 (H17). Stal H17 jest ferrytyczną stalą chromową. Posiada dobre własności antykorozyjne, doskonale się szlifuje i po- leruje, jest odporna na działanie wody, pary wodnej, słabych kwasów i alkoholi. Jest plastyczna, po gięciu nie powstają rozwarstwienia, dzięki czemu jest chętnie wykorzystywa- Tadeusz Sałaciński, Wojciech Sosnowski przeglad Welding Technology Review Dr hab. inż. Tadeusz Sałaciński, prof. PW – Politechnika Warszawska; mgr inż. Wojciech Sosnowski – Prod-Met Sp. z o.o. Autor korespondencyjny/Corresponding author: mail wojtek.sosnowski@o2.pl na do produkcji sprzętu gospodarstwa domowego, w loka- lach gastronomicznych, w branży spożywczej, meblarskiej, technice medycznej, przemyśle chemicznym. Stal 1.4016 jest oferowana głównie w postaci blach o powierzchni BA polerowanej, zabezpieczona folią ochronną. Skład chemicz- ny, właściwości wytrzymałościowe i fizyczne powodują, że spawanie tego materiału nie jest zalecane. Szczególnie trudne okazuje się spawanie tradycyjnymi metodami łuko- wymi blach o grubościach nieprzekraczających 0,8 mm. Spawanie takie powoduje przepalenia, pofalowania, silne przebarwienia okolic SWC oraz liczne pory powierzchniowe. Dodatkowo po spawaniu zaleca się wyżarzanie w tempe- raturze 600-800 °C, co w przypadku produkcji AGD nie jest możliwe. Dlatego też współcześnie do łączenia płaszczy blachy wykorzystuje się zrobotyzowane spawanie współ- pracujące z laserowymi źródłami energii. Przykład takiego połączenia pokazano na rysunku 1. Badania próbki 1 Poniżej opisano spoinę wykonaną z następującymi para- metrami: – moc: P = 800 [W], – grubość materiału: 0,8 [mm], – koncentracja źródła światła: F = 8, – prędkość spawania: vsp = 0,018 [m/s]. W trakcie kontroli jakości złącza nie stwierdzono wad. To, co najbardziej widoczne w wyrobie (rys. 2, powiększenie 50-krotne), czyli lico połączenia płaskie, bardzo gładkie, re- gularne, bez podtopień. Całkowity brak przebarwień w oko- licy SWC. Rys. 1. Widok połączenia próbnego dwóch płaszczy blachy (źródło: opracowanie własne) Fig. 1. General view of the connecting test two sheets steel (source: own case study) 16 PRZEGLĄD  SPAWALNICTWA Vol. 88 12/2016 Na rysunku 3 pokazano przekrój spoiny wykonanej ze 100 krotnym powiększeniem. Widoczne są bardzo regularne kryształy spoiny, znacznie większe od kryształów materiału rodzimego. Osie kryształów ustawione zgodnie z kierunkiem zastygania. Struktura ferrytyczna. Lico w tym miejscu prze- kroju lekko pofałdowane. Bardzo wyraźna linia wtopienia w lekko zielonkawym kolorze. Przesunięcie płaszczyzn łą- czonych blach (w poziomie) na około 20 μm (~ ok. 2,5%). W tej części spoiny brak przetopu na grubości nieco powy- żej 100 μm co stanowi ok. 13% grubości złącza. Wąska, pra- wie niewidoczna, strefa wpływu ciepła. Rys. 2. Zdjęcie makro próbki od strony lica (źródło: opracowanie własne) Fig. 2. Macro photography of samples from weld face side (source: own case study) Rys. 3. Widok przekroju spoiny – powiększenie 100-krotne (źródło: opracowanie własne) Fig. 3. View of cross section of weld joint – magnified 100 times (source: own case study) W tym fragmencie przekroju zauważono również pionowe przesunięcie składanych płaszczy blachy wynikłe z różnej siły docisku w oprzyrządowaniu, które wprawdzie nie prze- kraczało 70 μm, ale dodatkowo wpływa na wielkość braku przetopu, a tym samym na wadliwość złącza. Lico spoiny ma szerokość ok. 900 μm. Widoczna z prawej strony wy- raźna krawędź wskazuje na to, że w tym miejscu nastąpiło przesunięcie osi promienia laserowego w stosunku do osi łączonych elementów, czego wynikiem jest brak przetopu, będący wadą spawalniczą. Rysunek 4 przedstawia zdjęcie omawianej próbki wykona- ne od strony grani spoiny z 50-krotnym powiększeniem. Wy- raźna, równa krawędź w miejscu złączenia, potwierdza brak przetopu. Od tej strony wyraźnie widoczna SWC. Widoczne są również przebarwienia termiczne od strony wewnętrz- nej okapu spowodowane znaczne mniejszym strumieniem gazu osłonowego chłodzącego złącze. Brak przetopu grani sprawia, że złącze jest wadliwe konstrukcyjnie. W przypadku okapów kuchennych wady takie są dopuszczalne, ponieważ złącza te nie przenoszą obciążeń zarówno statycznych, jak i dynamicznych, nie wpływają w sposób znaczący na wytrzy- Rys. 4. Widok próbki od strony grani (źródło: opracowanie własne) Fig. 4. View of sample from weld root side (source: own case study) Rys. 5. Próbka 2; a) lico, b) grań, c) przekrój mikro, powiększenie 100- krotne (źródło: opracowanie własne) Fig. 5. Sample 2; a) weld face side, b) weld root side, c) micro cros- section view, magnified 100 times (source: own case study) Rys. 6. Próbka 3; złącze z pełnym przetopem (źródło: opracowanie własne) Fig. 6. Sample 3; welded joint with full penetration (source: own case study) 17PRZEGLĄD  SPAWALNICTWA Vol. 88 12/2016 Wnioski Wyniki badań metalograficznych połączeń spawanych wiązką laserową, ocena wizualna ich jakości, a także badanie mikrotwardości, wykazały, że: – złącza charakteryzują się gładkim, równomiernym licem, – strefa wpływu ciepła jest mało widoczna na długości całego złącza od strony lica, – w większości przypadków szerokość lica spoiny zbliżona jest do grubości łączonych elementów, – badanie mikrotwardości wykazało znacznie mniejszą twardość w obrębie spoiny niż w materiale rodzimym, – mikronierówności powstałe po cięciu mają znaczący wpływ na niewspółosiowość łączonych elementów z przebiegiem wiązki laserowej, – dobrane parametry nie pozwalają na przetopienie całej grubości łączonego materiału, co powoduje, że są one wadliwe konstrukcyjnie. We wszystkich próbach przeprowadzonych zgodnie z zaleceniami producenta lasera nie uzyskano całkowitego przetopu materiału przy jednym przejściu głowicy robota spawalniczego. Próby doświadczalne wykonane w zakładzie wskazują, że cał- kowity przetop dla tej grubości materiału można uzyskać jedynie przez zastosowanie spoiny dwuściegowej, dwuwarstwowej. Literatura [1] Ferenc K.: Spawalnictwo. WNT. Warszawa, 2007. [2] Klimpel A.: Spawanie, zgrzewanie i cięcie metali. WNT. Warszawa, 1999. [3] Chmielewski T.: Projektowanie procesów technologicznych – spawalnic- two. OWPW. Warszawa, 2013. [4] Poradnik inżyniera. Spawalnictwo. WNT. Warszawa, 2005. [5] Tasak E.: Metalurgia spawania. Wyd. JAK. Kraków, 2008. [6] Sałaciński T.: Inżynieria jakości w technikach wytwarzania. OWPW. War- szawa, 2016. małość połączeń, a ujawniają się dopiero po badaniu meta- lograficznym. Nie są widoczne gołym okiem i nie wpływają na obniżenie estetyki wyrobów. Badania próbki 2 Poniżej opisano spoinę wykonaną z następującymi para- metrami: – moc: P = 800 [W], – grubość materiału: 0,8 [mm], – koncentracja źródła światła: F = 4, – prędkość spawania: vsp = 0,04 [m/s]. Na rysunku 5 przedstawiono inne złącze próbne, wykona- ne z parametrami spawania, odbiegającymi od zalecanych przez producenta. Faktura lica charakteryzuje się „gruby- mi” łuskami. Zwiększenie prędkości spawania do 0,04 m/s spowodowało, że przetopienie wystąpiło na grubości ok. 150 μm. Tego typu złącze w większości przypadków pęknie w momencie montażu.