Εισαγωγή στις συγκολλήσεις τήξηςστερεοποίησης Κατηγοριοποίηση Η περιοχή της συγκόλλησης τήξης Συγκολλησιμότητα υλικών Μικροδομή: CCT - Schaeffler Υπολογισμός ταχύτητας απόψυξης
Άδεια Χρήσης Το παρόν υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons και δημιουργήθηκε στο πλαίσιο του Έργου των Ανοικτών Ακαδημαϊκών Μαθημάτων από την Μονάδα Υλοποίησης του ΕΜΠ. Για υλικό που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.
Κατηγοριοποίηση συγκολλήσεων Βασικό υλικό Πληρωτικό υλικό Πηγή θερμότητας Κατηγορίες Τήξης στερεοποίησης Στερεάς φάσης Κολλήσεις Εικόνα 4α.1 Εικόνα 4α.2 3
Η περιοχή της συγκόλλησης τήξης 3 ζώνες: Βασικό μέταλλο, Θερμικά επηρεασμένη ζώνη, Ζώνη τήξης. Εικόνα 4α.3 4
Στερεοποίηση Δενδριτικής μορφής παράλληλα με τη διεύθυνση ροής της θερμότητας. Η δομή των κόκκων εξαρτάται από το βασικό μέταλλο, το μέταλλο πλήρωσης και τη μέθοδο συγκόλλησης. Προθέρμανση ελέγχει το ρυθμό απόψυξης (κυρίως για Al και Cu). Εικόνα 4α.4 Εικόνα 4α.5 5
Θερμικά επηρεασμένη ζώνη (HAZ) εξαρτάται από : το ρυθμό μεταφοράς θερμότητας, τις θερμοκρασίες που αναπτύσσονται και την αρχική κατάσταση του βασικού μετάλλου (παραμόρφωση κλπ) Κόκκοι που έχουν υποστεί έλαση και είναι μακρυά από την περιοχή τήξης ανακρυσταλλώνονται με μικρότερο μέγεθος. Αυτοί που είναι κοντά, λόγω εντονότερης θέρμανσης, θα μεγαλώσουν (ασθενές σημείο της συγκόλλησης μικρότερη δυσθραυστότητα). 6
Θερμοκρασιακά πεδία μικροδομές Εικόνα 4α.6 7
Μικροδομές Εικόνα 4α.7 8
Μικροδομές - ιδιότητες Εικόνα 4α.8 9
Κατά συμβολή butt Μορφές συγκολλήσεων (βλ. Στοιχεία Μηχανών) Κλειστή συγκόλληση : από τη μια ή από τις δύο πλευρές Ανοικτή συμβολή : ύπαρξη διακένου V και παραλλαγές : από τη μια πλευρά Χ και παραλλαγές : από τις δύο πλευρές μεγάλα πάχη J : απλή ή διπλή U : απλή ή διπλή με επαφή ακμών αυχένα Γωνιακή - corner Τ Αυχενική συγκόλληση Με επικάλυψη - lap Κατά ακμή edge 10
Συγκολλησιμότητα Ι Δύσκολη η γενίκευση, λόγω πληθώρας παραγόντων που την επηρεάζουν. Κράματα Al και Cu : απαιτούν μεγάλο Q Κράματα Al-Cu και Al-Zn είναι μη συγκολλήσιμα Κράματα Mg και Ti απαιτούν προστασία αερίου W, Mo : συγκολλήσιμα σε στενά ελεγχόμενες συνθήκες. 11
Συγκολλησιμότητα ΙΙ Όσο αυξάνει το ποσοστό άνθρακα στο χάλυβα, τόσο χειροτερεύει η συγκολλησιμότητα. Κραματωμένοι χάλυβες έχουν καλή συγκολλησιμότητα υπό ελεγχόμενες συνθήκες Ανοξείδωτοι χάλυβες είναι συγκολλήσιμοι υπό διάφορες συνθήκες Έχουν μικρή θερμική αγωγιμότητα Κίνδυνος για υψηλές παραμένουσες τάσεις στρεβλώσεις. 12
Μεταλλουργία συγκολλήσεων χάλυβα Η κρυσταλλική δομή στη ζώνη τήξης και τη θερμικά επηρεασμένη ζώνη μπορεί να προσδιοριστεί με χρήση των διαγραμμάτων CCT. Ωστενίτης υφίσταται πάνω από 723 ο C. Απότομη απόψυξη (περ.1) δίνει μαρτενσίτη 100% Τομή της καμπύλης απόψυξης με το όριο 100% περλίτη αντιστοιχεί σε πλήρη περλιτικό μετασχηματισμό (περ.2). Τομή με ενδιάμεση καμπύλη (περ.3) δίνει περλίτη και μαρτενσίτη. Μαρτενσίτης = ευθραυστότητα και σκληρότητα. Η ιδανική συγκόλληση έχει σκληρότητα ίση με του βασικού μετάλλου. Στην πράξη είναι δεκτή και λίγο υψηλότερη 13
Διαγράμματα CCT Εικόνα 4α.9 14
Έλεγχος της δομής της συγκόλλησης Mετατόπιση της περιοχής μετασχηματισμών CCT μέσω αλλαγής χημικής σύστασης. Πχ επιλογή ηλεκτροδίου έτσι ώστε να μετατοπισθεί η CCT περιοχή αριστερά Μείωση του C Μείωση των α-φερρογόνων (Cr, Si,Mo, W,V, Al, Ti, Nb) Μείωση των γ-φερρογόνων (Ni, Mn, Co) Μεταβολή των καμπυλών απόψυξης με μεταβολή των συνθηκών συγκόλλησης. Πχ μείωση της ταχύτητας απόψυξης Προθέρμανση Παροχή υψηλού Q 15
Μετατόπιση CC και μεταβολή ρυθμού απόψυξης Εικόνα 4α.10 Εικόνα 4α.11 16
Υπολογισμοί μικροδομής Ταχύτητα απόψυξης, πχ 2D ή εμπειρκός τύπος (Arrata) 2 dt / dt 2 krc ( vh / Q) ( T ) T o 3 2 1 Q 1 1 t800 500 2 2 2 k C Vt (500 T o ) (800 T o ) Τ:θερμοκρασία t:χρόνος k:θερμική αγωγιμότητα C:ειδική θερμότητα ρ:πυκνότητα h:πάχος ελάσματος v:ταχύτητα συγκόλλησης Q: θερμότητα Το:θερμοκρασία προθέρμανσης 17
Υπολογισμοί ρυθμού/χρόνου απόψυξης Εικόνα 4α.12 18
Υπολογισμoί μικροδομής - 2 Χρόνος απόψυξης < tn ->πλήρως μαρτενσιτική ραφή > tn ->πλήρως περλιτική ραφή. Αλλιώς ενδιάμεση μικροδομή Σκληρότητα κοινών χαλύβων HV 1233 0.44 t 800 500 C eq 58 C eq = C + 1/3 Mn + 1/45 Si 19
Εύρεση σύστασης συγκόλλησης Ισοδύναμο α-φερρογόνων (Cr) Cr eq =Cr+Mo+1.5 Si +2 W +2.5 Ti +3 Al +0.5 Cb Ισοδύναμο γ-φερρογόνων (Νi) Ni eq =Ni+3 C + 0.5 Mn + 3 N Διαγράμματα Schaeffler: α-γ σύσταση του πρώτου τεμαχίου: σημείο Α σύσταση του δεύτερου τεμαχίου: σημείο Β σύσταση του ηλεκτροδίου: σημείο Γ μέσο του τμήματος ΑΒ: σημείο Δ Σύσταση της συγκόλλησης Ε ΓΕ=ΓΔ/3 για συγκόλληση με το χέρι ΔΕ=ΓΔ/3 για συγκόλληση αυτόματη 20
Διάγραμμα Schaeffler Εικόνα 4α.13 21
Κατάλογος Αναφορών Εικόνων Εικόνα 4α.1: Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος προβείτε σε επικοινωνία με τη Μονάδα Υλοποίησης Ανοικτών Ακαδημαϊκών Μαθημάτων. Εικόνα 4α.2: https://sumitwaghmare.wordpress.com/page/6/ Εικόνα 4α.3: S. Kalpakjian : Manufacturing processes for engineering materials / Addison Wesley, 1997 Εικόνα 4α.4: S. Kalpakjian : Manufacturing processes for engineering materials / Addison Wesley, 1997 Εικόνα 4α.5: S. Kalpakjian : Manufacturing processes for engineering materials / Addison Wesley, 1997 Εικόνα 4α.6 4α.13: Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος προβείτε σε επικοινωνία με τη Μονάδα Υλοποίησης Ανοικτών Ακαδημαϊκών Μαθημάτων. 22
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα» του ΕΜΠ έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.