Logowanie Rejestracja

Kolejny numer Biuletynu Instytutu Spawalnictwa (5/2017)

Biuletynu Instytutu Spawalnictwa Biuletynu Instytutu Spawalnictwa

Ukazał się kolejny numer Biuletynu Instytutu Spawalnictwa (5/2017)
Artykuły:

  • M. SLOVÁČEK, T. KIK – Symulacje numeryczne nowoczesnych technik łączenia materiałów na przykładzie metod zgrzewania FSW i spawania elektronowego,
  • T. KIK, M. SLOVÁČEK - Wykorzystanie analiz numerycznych w modelowaniu procesu zgrzewania oporowego punktowego,
  • M. STĘPIEŃ, Z. MIKNO, B. GRZESIK – Badania symulacyjne obwodu wtórnego zgrzewarki ,
  • M. KORZENIOWSKI, B. BIAŁOBRZESKA, A. KOWAL – Ocena stopnia zużycia elektrod podczas procesu zgrzewania rezystancyjnego,
  • A. PAWŁOWSKA - Zastąpienie zgrzewania garbowego zgrzewaniem punktowym na przykładzie ramki okna drzwi samochodu użytkowego Crafter,
  • Z. MIKNO. B. GRZESIK - Wytrzymałość zgrzeiny punktowej w aspekcie jej geometrii,
  • M. ALEXY, J. KUNDRAT, G. SHANNON - Zgrzewanie rezystancyjne oraz spawanie laserowe styków elektrycznych i mikropołączeń ,
  • M. KORZENIOWSKI, B. BIAŁOBRZESKA, M. MACIEJEWSKA - Wpływ gatunku stali na własności technologiczne zgrzein punktowych,
  • Z. MIRSKI, T. WOJDAT, Z. ZIMNIAK, I. ŁĄCKA, A. PAWEŁKO - Wpływ przygotowania powierzchni stopów aluminium, magnezu i tytanu na właściwości złączy klejowych,
  • J. BELLMANN, E. BEYER, J. LUEG-ALTHOFF, S. GIES, A. E. TEKKAYA, S. SCHETTLER, S. SCHULZE - Kształtowanie zgrzeiny i obniżenie zużycia energii w procesie zgrzewania impulsem magnetycznym (MPW),
  • B. RICHTER – Zastosowanie zrobotyzowanego zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny do produkcji pojazdów z napędem elektrycznym oraz w przypadkach ogólnych,
  • K. KUDŁA, K. WOJSYK – Wybrane możliwości zastosowania metod zgrzewania tarciowego FSW i FSSW do usuwania wad materiałowych i niezgodności spawalniczych,
  • P. NOSAL, M. HEBDA – Wpływ parametrów procesu FSW na właściwości aluminiowych złączy,
  • P.N. TKACZ, A.W. MOLTASOW - Rozwój metod oceny stanu naprężenia w elementach konstrukcji spawanych. Część 2. Metody najnowsze,
  • J. NIAGAJ – Charakterystyka ogólna rurociągów w elektrowniach jądrowych z reaktorami AP1000 i ABWR oraz wymagania ASME w zakresie ich spawania

Streszczenia
M. Slováček, T. Kik – Symulacje numeryczne nowoczesnych technik łączenia materiałów na przykładzie metod zgrzewania FSW i spawania elektronowego
Głównym celem artykułu było przedstawienie i wyjaśnienie głównych korzyści i możliwości wynikających z wykorzystania narzędzi do analiz numerycznych procesów spawania w odniesieniu do nowoczesnych zagadnień łączenia materiałów, tj. zgrzewania tarciowgo z mieszaniem metalu zgrzeiny (FSW) oraz spawania wiązką elektronową (EBW). W artykule przedstawione zostały zagadnienia dotyczące podstaw modelowania procesu FSW. Opisane zostały mechanizmy, które należy wziąć pod uwagę podejmując problem analiz numerycznych tego procesu, jak również zasygnalizowano problemy, jakie należy rozważyć przy modelowaniu procesu EBW. Przedstawiono również przykłady prowadzonych analiz procesów FSW oraz EBW.

T. Kik, M. Slováček - Wykorzystanie analiz numerycznych w modelowaniu procesu zgrzewania oporowego punktowego
Przedstawiono podstawy modelowania procesu zgrzewania oporowego punktowego. Opisano mechanizmy, które należy wziąć pod uwagę, podejmując problem analiz numerycznych tego procesu jak również zasygnalizowano ich wzajemne połączenia. Przedstawiony został również prosty przykład zgrzewania dwóch blach stalowych techniką zgrzewania dwustronnego, jednopunktowego, tak aby pokazać jak szeroki zakres analiz oferuje użytkownikowi nowoczesne oprogramowanie, jakim jest program SYSWELD. Jest to szczególnie ważne w przypadku, gdy w trakcie produkcji nie jesteśmy w stanie przeprowadzić takich prób ze względu choćby na ciągłość tej produkcji. Zadaniem tego artykułu jest wskazanie nowych możliwości, jakie otwiera przed konstruktorami i technologami nowoczesne oprogramowanie do analiz numerycznych procesów spawania i obróbki cieplnej wykorzystujące metodę elementów skończonych.

M. Stępień, Z. Mikno, B. Grzesik – Badania symulacyjne obwodu wtórnego zgrzewarki
Artykuł poświęcony jest analizie parametrów obwodowych oraz strat mocy obwodu wtórnego zgrzewarki rezystancyjnej. Analizę oparto na wynikach obliczeń numerycznych MES przeprowadzonych z wykorzystaniem oprogramowania ANSYS Mechanical APDL. W ramach badań wyznaczono indukcyjność obwodu wtórnego ramion zgrzewarki jako funkcję gabarytów tego obwodu. Na tej podstawie ustalono odpowiedź prądową obwodu na przyłożone napięcie znamionowe DC. W zakresie strat mocy wyznaczono rozkład potencjałów (spadków napięcia) wzdłuż ramion zgrzewarki, a na tej podstawie zależności mocy wejściowej, wyjściowej i sprawności układu. Określono główne źródła strat mocy, którymi są połączenia mechaniczne, w szczególności między elektrodami i ramionami, ale także w połączeniu sprężystym.

M. Korzeniowski, B. Białobrzeska, A. Kowal – Ocena stopnia zużycia elektrod podczas procesu zgrzewania rezystancyjnego
Podjęto tematykę oceny stopnia zużycia elektrod podczas procesu zgrzewania rezystancyjnego punktowego. Proces został przeprowadzony za pomocą manipulatora z zamontowaną głowicą zgrzewającą. W trakcie procesu niezmienne pozostawały parametry zgrzewania, warunki środowiskowe oraz materiał poddany zgrzewaniu. Aby umożliwić wykonanie postawionego zadania przeprowadzono pięć cykli zgrzewania, w których wykonano następujące ilości zgrzein: 100, 500, 1 000, 2 000 i 4 000. Następnie w celu porównania stopnia zużycia sześciu kompletów elektrod – nieeksploatowanych oraz użytych w poszczególnych cyklach, wykonano badania metalograficzne oraz pomiary twardości. W toku badań stwierdzono, że zużycie elektrod, czego efektem był brak przetopu w strefie centralnej zgrzein, jest wynikiem postępującego w obszarze roboczym procesu rekrystalizacji oraz fizycznego zniszczenia objawiającego się wystąpieniem nieciągłości w postaci pęknięć międzykrystalicznych.

A. Pawłowska - Zastąpienie zgrzewania garbowego zgrzewaniem punktowym na przykładzie ramki okna drzwi samochodu użytkowego Crafter
Proces zgrzewania garbowego jest szeroko wykorzystywany w przemyśle motoryzacyjnym do przygrzewania nakrętek, a także do spajania cienkich blach karoseryjnych. W artykule przedstawiono możliwość zastąpienia zgrzewania rezystancyjnego garbowego zgrzewaniem punktowym dwustronnym elektrodą o mniejszej powierzchni roboczej (w porównaniu do zgrzewania garbowego). Badania porównawcze polegały na przeprowadzeniu technologicznych prób zgrzewania dla obu metod zgrzewania. Jako elementy zgrzewane wykorzystano ramkę drzwi przednich samochodu użytkowego Crafter, produkowanego w fabryce firmy Volkswagen we Wrześni. Uzyskane połączenia poddano ocenie wizualnej, a także przeprowadzono badania niszczące.

Z. Mikno. B. Grzesik - Wytrzymałość zgrzeiny punktowej w aspekcie jej geometrii
Analizowano kształt zgrzeiny punktowej, uzyskany w procesie zgrzewania rezystancyjnego dwustronnego blach na zakładkę. Analizę prowadzono z wykorzystaniem modelu numerycznego 3D zgrzeiny. W wyniku analizy kilkunastu jej wariantów ustalono strukturę zgrzeiny idealnej. Zgrzeina idealna ma strukturę trzyczęściową, w której dwie łączone blachy mają umieszczony między sobą cienki element pośredni (łącznik). Opracowany model stanowi nierozłączną mechanicznie całość, przy tym zarówno obie blachy, jak i element pośredni są wykonane z tego samego materiału. Zgrzeina idealna nie zostaje poddana cyklowi cieplnemu. Dla tak skonstruowanego modelu przeprowadzono obliczenia numeryczne mające na celu określenie najkorzystniejszego kształtu (jądra) zgrzeiny (np. kołowa, prostokątna). Kryterium oceny była najwyższa wartość siły ścinania w statycznej próbie rozciągania. Artykuł zawiera wyniki początkowej fazy szerszych badań nad zgrzeiną idealną.

M. Alexy, J. Kundrat, G. Shannon - Zgrzewanie rezystancyjne oraz spawanie laserowe styków elektrycznych i mikropołączeń
Wytwarzanie styków prądowych przy użyciu technologii spawalniczych jest powszechnie stosowane w wielu gałęziach przemysłu. Styki produkowane metodami spawania i zgrzewania muszą spełniać wiele wymagań w zakresie jakości i trwałości w trakcie całego okresu użytkowania. Zarówno zgrzewanie rezystancyjne, jak i spawanie laserowe umożliwia uzyskanie prawidłowych złączy i są to obecnie dwie najczęściej stosowane metody do łączenia styków prądowych. Aby możliwe było zastosowanie procesu zgrzewania rezystancyjnego, styki muszą być wykonane z odpowiedniego materiału. W większości przypadków stosowane są stopy miedzi, które charakteryzują się wysoką przewodnością elektryczną i wystarczającą wytrzymałością mechaniczną. Najlepszym rozwiązaniem dla wielu typowych aplikacji są stopy miedzi CuSn 0,15. Chociaż możliwości wyboru laserów do mikro-spawania są duże, lasery włóknowe emitujące wiązkę ciągłą CW i włóknowe nanosekundowe wyróżniają się pod względem możliwości zastosowania przemysłowego. Lasery Nd: YAG są bardzo popularne w przemyśle, natomiast lasery włóknowe CW zapewniają dużą prędkość spawania, dużą precyzję w zakresie regulacji głębokości wtopienia oraz możliwość spawania materiałów przewodzących oraz różniących się własnościami fizycznymi. Lasery włóknowe QCW oferują podobne możliwości co lasery Nd:YAG, dodatkowo przy małej średnicy wiązki laserowej i bardzo dobrymi właściwościami w zakresie regulacji głębokości wtopienia. Laser nanosekundowy zapewnia dużą kontrolę procesu spawania, przy wykorzystaniu 400 nanosekundowych impulsów podczas spawania cienkich materiałów oraz w zastosowaniach wymagających precyzji, jak również łączenia materiałów o różnych właściwościach fizycznych.

M. Korzeniowski, B. Białobrzeska, M. Maciejewska - Wpływ gatunku stali na własności technologiczne zgrzein punktowych
Z uwagi na różnice we właściwościach mechanicznych (np. granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie), elektrycznych (np. przewodność elektryczna) i współczynnik przewodności cieplnej, zastosowanie tych samych parametrów procesu zgrzewania powoduje, że średnica zgrzein dla różnych gatunków stali zmienia się [1]. W artykule opisano problematykę wpływu gatunku typowych stali dla przemysłu motoryzacyjnego (DC 01, DP 600, DP 800) na średnicę zgrzeiny, która jest podstawowym parametrem technologicznym złącza zgrzewanego. W celu zapewnienia powtarzalności procesu złącza, wykonano na zrobotyzowanym stanowisku zgrzewalniczym, a następnie dokonano pomiaru średnicy jądra za pomocą badań niszczących (technologiczna próba wyłuskiwania i badania metalograficzne) oraz nieniszczących tj. badań ultradźwiękowych z wykorzystaniem urządzenia RSWA z głowicą wieloprzetwornikową oraz z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii akustycznej.

Z. Mirski, T. Wojdat, Z. Zimniak, I. Łącka, A. Pawełko - Wpływ przygotowania powierzchni stopów aluminium, magnezu i tytanu na właściwości złączy klejowych
Przedstawiono tematykę związana ze spajaniem metali trudnospajalnych, do których należą m. in. stopy aluminium, magnezu i tytanu. Omówiono problemy występujące podczas spajania ww. materiałów i wskazano na możliwość zastosowania technologii klejenia do ich łączenia. Szczególną uwagę zwrócono na aspekt odpowiedniego przygotowania ich powierzchni do procesu klejenia, jako czynnika determinującego prawidłową funkcjonalność złącza. Przedstawiono badania metalograficzne oraz wyniki statycznej próby ścinania złączy klejowych w zależności od sposobu przygotowania powierzchni – tj. szlifowania, obróbki strumieniowo-ściernej oraz obróbki plazmą niskotemperaturową. Wykazano istotny wpływ przygotowania powierzchni zimną plazmą na zwiększenie wytrzymałości złączy klejowych metali trudnospajalnych.

J. Bellmann, E. Beyer, J. Lueg-Althoff, S. Gies, A. E. Tekkaya, S. Schettler, S. Schulze - Kształtowanie zgrzeiny i obniżenie zużycia energii w procesie zgrzewania impulsem magnetycznym (MPW)
Zgrzewanie impulsem magnetycznym polega na połączeniu z dużą prędkością dwóch elementów łączonych. Jest to metoda bardzo obiecująca, szczególnie w przypadku łączenia materiałów metalowych, różniących się własnościami fizycznymi. Przy prawidłowo dobranych warunkach zgrzewania, następuje połączenie w stanie stałym elementów ułożonych na zakładkę. Jednak wysokie obciążenia cieplne i mechaniczne, oddziałujące na cewkę narzędzia, wpływają na obniżenie jej żywotności. Ponadto pola magnetyczne utrudniają kompleksowe monitorowanie procesu za pomocą konwencjonalnych metod. W niniejszym opracowaniu przedstawiono sposoby zmniejszenia obciążenia na cewce narzędzia, bez obniżania jakości złącza. Uzyskano to poprzez optymalizację kształtu cewki narzędzia oraz poprzez zastosowanie warstwy pośredniej na jednym ze zgrzewanych elementów. Podczas prowadzenia badań procesu oraz w celu wykrywania jego zakłóceń, opracowano i zastosowano nowy system pomiarowy, który wykorzystuje naturalnie występujący impuls świetlny podczas udarowego dociśnięcia.

B. Richter – Zastosowanie zrobotyzowanego zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny do produkcji pojazdów z napędem elektrycznym oraz do zastosowań ogólnych
Rynek zastosowań zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny (FSW) intensywnie rośnie w wielu obszarach przemysłu transportowego, w których lekkie konstrukcje odgrywają kluczową rolę. Oprócz przemysłu lotniczego i astronautyki, produkcji pojazdów szynowych i budowy statków, również producenci samochodów spodziewają się wzrostu w najbliższych latach. Dzięki zaletom zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny, takich jak doskonała jakość zgrzewania, potencjał oszczędności i to, że proces jest przyjazny dla środowiska, również udział w rynku technologii zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny dla elementów konstrukcyjnych pojazdów stale będzie się zwiększał. Po ogólnym wprowadzeniu w tematykę procesu zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny, przedstawione zostaną rodzaje narzędzi oraz oczekiwana jakość różnych rodzajów połączeń. Na przykładach z przemysłu motoryzacyjnego zostaną przedstawione wymagania odnośnie kształtowania elementów konstrukcyjnych dla różnych wariantów zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny. Nasz system kontroli procesu i dokumentacji (PCD) stanowi bazę dla integracji Industrie 4.0 i zapewnia wymaganą kontrolę elementów konstrukcyjnych, a także jakość i przejrzystość danych. KUKA Industries posiada doświadczenie i specjalistyczną wiedzę, niezbędne do rozwoju i realizacji rozwiązań gotowych instalacji, dostępnych i zoptymalizowanych pod względem kosztów. Za pomocą koncepcji projektowych systemów produkcyjnych zostaną przedstawione zalety oraz specyficzne właściwości zrobotyzowanej technologii zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny.

K. Kudła, K. Wojsyk – Wybrane możliwości zastosowania metod zgrzewania tarciowego FSW i FSSW do usuwania wad materiałowych i niezgodności spawalniczych
Praca obejmuje opis niekonwencjonalnych zastosowań zgrzewania tarciowego z przemieszaniem w wersji liniowej (FSW) i punktowej (FSSW). Opisano możliwości usuwania wad materiałowych i niezgodności spawalniczych za pomocą zgrzewania tarciowego. Przedstawiono wyniki prób przeprowadzonych na stopach aluminium. Zaprezentowano różne wersje metod naprawczych w zależności od rodzaju wady materiałowej lub niezgodności spawalniczej.

P. Nosal, M. Hebda – Wpływ parametrów procesu FSW na właściwości aluminiowych złączy
Odkąd pod koniec XX wieku opracowano metodę zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny (z ang. Friction Stir Welding, FSW), znajduje ona coraz szersze zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, m.in. w przemyśle transportowym, energetycznym czy też elektronicznym. Mimo licznych zalet procesu FSW, w porównaniu do konwencjonalnych metod spajania, ciągle prowadzone są intensywne badania mające na celu opracowanie odpowiedniego doboru parametrów technologicznych oraz geometrii stosowanych narzędzi, tak aby uzyskiwać złącza o jak najlepszych właściwościach. Przeprowadzenie procesu optymalizacji wymagane jest każdorazowo dla nowo zgrzewanego materiału. Dostosowanie właściwych parametrów procesu FSW, w których kluczową rolę odgrywają prędkość obrotowa oraz prędkość posuwu narzędzia, umożliwia nie tylko wykonanie złączy wolnych od wad, ale również w sposób istotny wpływa na efektywność procesu, przez co możliwe jest zmniejszenie pracochłonności i kosztów wytwarzania. Artykuł porusza zagadnienia związane z optymalizacją parametrów procesu zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny. Analizowano wpływ zmiany prędkości posuwu oraz prędkości obrotowej narzędzia na właściwości strukturalne i wytrzymałościowe złączy aluminiowych. Badania przeprowadzono dla stopu gatunku 6063. Wykonane złącza poddano mi.in. badaniom wizualnym, pomiarom twardości, obserwacjom mikrostrukturalnym oraz statycznej próbie wytrzymałości na rozciąganie.

P.N. Tkacz, A.W. Moltasow - Rozwój metod oceny stanu naprężenia w elementach konstrukcji spawanych. Część 2. Metody najnowsze
Wady tradycyjnych metod określania stanu naprężenia w strefach koncentracji naprężeń złączy spawanych, omówione w pierwszej części tego przeglądu, uwarunkowały konieczność ich systematyzacji, a także rozwoju nowoczesnych technik, dlatego w tym artykule przedstawiono przegląd prac poświęconych metodom i podejściom do określania maksymalnych naprężeń lokalnych działających w tych strefach. Przytoczono klasyfikację metod zgodnie z międzynarodowymi dokumentami i przepisami. Przedstawiono zalety i wady istniejących współczesnych metod oceny stanu naprężenia w pobliżu spoin i aktualne kierunki dalszych badań w tym zakresie.

 

 

Dodaj komentarz


Kod antyspamowy
Odśwież

Współpracujemy z: