Mašinski fakultet Sarajevo Tehnike spajanja 2
Projektni zadatak TEHNOLOGIJA ZAVARIVANJA
Uputstvo za izradu Projektnog zadatka
•
Podatke o studentima (ime i prezime) unose studenti (grupa) koji rade Projektni zadatak, a ovjerava predmetni asistent.
• •
Podatke o datumu izdavanja, datumima kolokviranja i osvojenim bodovima unosi predmetni asistent.
Student(i) Projektni zadatak radi u MS Word-u, i kao štampanu verziju predaje predmetnom asistentu koji provjerava, komentira, i konačno ocjenjuje kemijskom olovkom.
•
Sve izvode iz literature navesti direktno u tekstu, po rednom broju citiranja (npr. [1]), a listu korištene literature navesti na kraju rada.
• •
Tekst u projektnom zadatku treba biti font „Arial“ veličina 11. Slike u projektnom zadatku trebaju biti standardnog tipa (jpg, bmp, wmf) i imati najmanje 100 dpi.
4
od max 25 (pisanje 20, kolokvij 5) za pisanje svi studenti dobivaju isti broj bodova, dok se kod kolokvija studenti odvojeno ocjenjuju (boduju)
3 2 1 Ime i Prezime Uradili studenti
Rev.
Datum
Ime i Prezime / Datum
Ukupno bodova
Pregledao Asistent
Datum izdavanja
Naziv predmetne konstrukcije
DD-MM-2010.
OVDJE NAPISATI NAZIV KONSTRUKCIJE
Mašinski fakultet Sarajevo | Katedra za mašinski proizvodni inženjering | Tehnike spajanja 2
Mašinski fakultet Sarajevo Tehnike spajanja 2 •
Za svaku tačku dat je kratki opis sadržaja ili napomene za pisanje, tekstom plave boje (fonta i veličine: Arial Italic 9), koji se ostavlja u konačnoj verziji.
4
od max 25 (pisanje 20, kolokvij 5) za pisanje svi studenti dobivaju isti broj bodova, dok se kod kolokvija studenti odvojeno ocjenjuju (boduju)
3 2 1 Ime i Prezime Uradili studenti
Rev.
Datum
Ime i Prezime / Datum
Ukupno bodova
Pregledao Asistent
Datum izdavanja
Naziv predmetne konstrukcije
DD-MM-2010.
OVDJE NAPISATI NAZIV KONSTRUKCIJE
Mašinski fakultet Sarajevo | Katedra za mašinski proizvodni inženjering | Tehnike spajanja 2
Sadržaj projekta 1 Kratki opis zavarene konstrukcije...........................................................................................................4 2 Izbor pripreme zavarenog spoja.............................................................................................................5 3 Izbor postupka zavarivanja i dodatnog materijala...................................................................................6 4 Problemi pri zavarivanju.........................................................................................................................7 5 Izbor parametara zavarivanja.................................................................................................................8 6 Redoslijed (sekvenca) zavarivanja.........................................................................................................9 7 Ispitivanje zavarenih spojeva metodama bez razaranja.......................................................................10 8 Izvodi iz normativa................................................................................................................................11 9 Materijalno-ekonomska analiza............................................................................................................12 10 Literatura............................................................................................................................................13 11 Prilog..................................................................................................................................................14
Na ovoj stranici ne treba ništa dopisivati, već samo u konačnoj verziji uraditi „update field“ početnih stranica svih poglavlja Projektnog zadatka.
str. 3 / 14
1 Kratki opis zavarene konstrukcije Cjevovodi u termoenergetskim postrojenjima predstavljaju sistem za transport visokopregrijane pare i tople vode temperaturnog intervala od 50 do 600 stepeni celzijusa. Pritisak ovih fluida može biti i preko 300 bar-a. Dodatno ovi cjevovodi mogu biti izloženi direktnom plamenu. Atmosfera u kojoj se nalaze nije agresivna odnosno ne sadrži agresivne hemikalije. Čelici koji se koriste za izgradnju ovih postrojenja su toplootporni čelici koji moraju imati visoku otpornost na puzanje uslijed velikog broja oscilacija intenziteta pritiska pare odnosno uslijed dinamičkih naprezanja, te ove cijevi moraju biti pogodne za zavarivanje. Obzirom na broj primjenjivih čelika može se reći da su čelici za izgradnju cjevovoda za termoenergetska postrojenja dobro do uvjetno zavarljivi. Za projektovanje cjevovoda u termoenergetskim postrojenjima primjenjivo je više nacionalnih i međunarodnih standarda i direktiva (EB 12952, EN 12953, ASME Boiler and Pressure Vessel CodePED,TRD).
Slika 1-1 Izgled zavarene konstrukcije
str. 4 / 14
2 Izbor pripreme zavarenog spoja Tekst počinje ovdje...
Slika 2-2 Skica pripreme i popune zavarenog spoja
Definirati geometrijske karakteristike pripreme (žlijeba) za unaprijed definirani tip spoja, a na osnovu debljine osnovnog materijala, postupka zavarivanja i mogućnosti pristupa sa jedne ili obje strane. Obavezno priložiti skicu pripreme zavarenog spoja. Dodatno je potrebno definirati ostale neophodne parametre pripreme (mašinska obrada, čišćenje površine...). Ova tačka je u bliskoj vezi sa tačkom 3. Za izbor pripreme spoja koristiti preporuke date u referentnom projektnom standardu (normativu ili kodu).
str. 5 / 14
3 Izbor postupka zavarivanja i dodatnog materijala Prema preporukama proizvođača dodatnog materijala moguće je kao postupak zavarivanja čelika 10CrMo9-10 izabrati TIG(141) sa REL(111) popunom, TIG(141) i MIG(131) postupak. Svaki od navedenih postupaka ima svoje prednosti i nedostatke. Kako se radi o malim prečnicima, i malim stijenkama cijevi odlučili smo se na zavarivanje TIG postupkom, prilikom čega dobijamo najbolju kvalitetu zavarenih spojeva. Također smo mogli primjeniti MIG postupak, ali zbog malog razmaka između cijevi i velikog pištolja kod MIG-a, primjena istog bi bila teško izvodljiva. Proizvođač dodatnog materijala Böhler kako dodatni materijal za izabrani postupak zavarivanja preporučuje korištenje žice W CrMo 2 Si po EN 21952 standardu. Za zadani slučaj i debljinu stijeneke 5,5 mm usvajamo prečnik volframove elektrode Φ2,4 mm, preporučenog od strane proizvođača dodatnog materija. Pri tome koristi se istosmjerna (-DC) struja a zaštitni gas je argon 4.8.
Izvršiti izbor postupka zavarivanja i dodatnog materijala uz objašnjenje izbora. Ovdje se prvo treba usvojiti jedan od postupaka zavarivanja obzirom na kvalitetu i debljinu osnovnog materijala (potrebno je obrazložiti razloge usvajanja izabranog postupka zavarivanja). Konačno, treba izabrati dodatni materijal (kvalitetu i debljinu), a na osnovu preporuka jednog od predloženih proizvođača dodatnog materijala (Bohler, ESAB, Lincoln, UTP, Oerlikon,...). Ova tačka je u bliskoj vezi sa tačkom 2.
str. 6 / 14
4 Problemi pri zavarivanju Zavarljivost bilo kojeg čelika određena je njegovim hemijskim sastavom. Veći sadržaj ugljika povlači za sobom povećanu zakaljivost a smanjenu zavarljivost čelika, što je donekle slučaj i sa (10 CrMo9-10). Ovaj čelik je namjenjen za rad na povišenim i visokim temperaturama te zbog toga ne smije doći do pada njegovih mehaničkih osobina. Osnovni zahtjev koji mora biti zadovoljen pri zavarivanju toplootpornih čelika je da osobine zavarenog spoja i zone uticaja toplote nakon zavarivanja moraju biti približno jednaki osnovnom materijalu“. To znači da termički ciklus pri zavarivanju (prdgrijavanje, zavarivanje, naknadna termička obrada) mora biti tako vođen da obezbijedi željene osobine zavarenog spoja. Problemi koji se najčešće javljaju pri zavarivanju 10 CrMo9-10 su: • hladne pukotine • pukotine nastale usljed izlučivanja tvrdih i krtih struktura • uključci metala U procesu zavarivanja i hlađenja metala pri zavarivanju njegova temperatura, stepen deformacije i intenzitet napona se stalno mijenjaju, što utiče na nastanak hladnih pukotina. One nastaju kao posljedica djelovanja difuzionog vodonika (javlja se kao atomarni) i zaostalih napona koji se javljaju u procesu zavarivanja. Na smanjenje mogućnosti njihovog nastanka može se uticati zavarivanjem u zaštitnoj atmosferi inertnih ili aktivnih gasova, kvalitetnom pripremom šava, čiščenjem površine zavara te kontrolisanim unosom toplote u postupku zavarivanja. Pukotine nastale usljed izlučivanja tvrdih i krtih struktura su posljedica martenzitne strukture koja nastaje u procesu hlađenja materijala. Nastanak martenzitne strukture je određen vremenom hlađenja, odnosno brzine hlađenja. Hlađenje većim brzinama hlađenja za posljedicu ima nastanak martenzitne strukture, dok za manje brzine hlađenja postoji opasnost od nastanka grubozrnate strukture i pad mehaničkih osobina. Prema tome, potrebno je izabrati optimalno vrijeme hlađenja t8/5. Na osnovu preporuka iz literature1 t8/5 je usvojeno u intervalu od 10-30s.˚ Za ovaj tip spoja je potrebno i predgrijavanje u cilju smanjenja brzine hlađenja i izbjegavanja nastanka martenzitne strukture. Temperatura predgrijavanja će biti oko 200˚C prema preporukama iz EN 12592 i na osnovu preporuka proizvođača dodatnog materijala Boehler-a. Predgrijavanje će se izvoditi indukcionim grijačima namjenski izrađenim za ovu konstrukciju. Nakon izvedenog zavarivanja bilo bi poželjno zavareni spoj termički obraditi. Preporučuje se naponsko žarenje na 680- 730˚C radi relaksacije zaostalih napona nastalih u procesu zavarivanja i smanjenja mogućnosti nastanka hladnih pukotina. Zbog složenosti konstrukcije, njene veličine i rada u montažnim uslovima preporučuju se ponovno indukcioni grijači koji su korišteni i za predgrijavanje. Uključci metala stvaraju također velike probleme pri zavarivanju. Naročito su izraženi kod zavarivanja TiG-om, jer pri korištenju visokih jačina struje dolazi do topljenja volframove elektrode i kapljice metala padaju u metal šava. To izaziva probleme zbog nepotpunog topljenja materijala što rezultira greškom u zavarenom spoju.
1
Prof.dr. Omer Pašić i prof. V.V. Boženov str. 7 / 14
5 Izbor parametara zavarivanja Kako je rečeno za čelik 10 CrMo 9-10 koristi se dodatni materijal prema EN 21952 oznake W CrMo 2 Si izabran iz kataloga proizvođača Böhler za TIG (141) postupak zavarivanja. Prema preporukama proizvođača dodatnog materijala koristi se volframova elektroda (prečnika Φ2,4 mm) za debljinu stijenke 5,5 mm. Za tu debljinu koristi se istosmjerna (-DC) struja napona 10-12 V jačine 60-90 A. Zaštitni gas koji se koristi za ovaj postupak je argon čistoće 4.8 ili 5.0. Protok gasa prema preporukama za ostale već definisane parametre iznosi 5-10 l/min. Prije početka zavarivanja potrebno je izvršiti predgrijavanje na temperaturu koju smo izabrali prema preporukama iz projektnog koda i literature (V.V. Baženov) i ona iznosi oko 200 . Potrebno je definisati minimalnu i maksimalnu pogonsku energiju pomoću koje možemo izračunati okvirnu brzinu zavarivanja:
Pri čemu su: d-debljina stijenke materijala koji se zavaruje -minimalno vrijeme hlađenja od 800 – 500 (t=10 s) -maksimalno vrijeme hlađenja od 800 – 500 (t=30 s);Vrijednosti uzete iz knjige (Prof.Dr. Omer Pašić) -temperatura okoline (T=20 ) Sada možemo definisati okvirnu brzinu zavarivanja:
Nakon izvršenog zavarivanja potrebno je zavarene spojeve podvrgnuti termičkoj obradi koja će se izvoditi induktivnim grijačima (lokalno) na temperaturi u intervalu od 700-750 /2h (Böhler). Predgrijavanje će se izvoditi gasnim plamenom.
Izvršiti izbor i/ili definirati parametre zavarivanja pridržavajući se jednog od kriterija ili preporuka proizvođača osnovnog materijala (t8/5, max. ili min. pogonska energija, temperatura predgrijavanja,...) ili preporuka iz referentnih normativa zavarivanja. Primarni parametri zavarivanja koji moraju biti definirani, odnosno usvojeni su: struja zavarivanja I [A], napon električnog luka U [V], brzina zavarivanja w [cm/min]. Obavezno navesti opseg pogonske energije [kJ/mm], za prethodno definirane primarne parametre. Sve konačne rezultate proračuna dati u ovome poglavlju. U slučaju da su korišteni proračuni u softverskim aplikacijama dati štampani pregled proračuna u prilogu!
str. 8 / 14
6 Redoslijed (sekvenca) zavarivanja Čelik 10CrMo9-10 je legirani visokootporni čelik koji je dosta problematičan za zavarivanje zbog niza preduslova koje je potrebno uraditi prije nego se pristupi zavarivanju kao što je mehaničko i po potrebi hemijsko čiščenje površine kao i vršenje predgrjavanja u području zavarivanja. Predgrijavanje je vrlo bitno pri zavarivanju ovih čelika jer se predgrijavanje vrši u cilju izbjegavanja hladnih pukotina, te se predgrijavanjem postižu efekti suprotni onima koji uzrokuju hladne pukotine. Postupak predgrijavanja površina koje se zavaruju izvodimo gasnim plamenom. Poslije predgrijavanja se pristupa zavarivanju. Pošto se radi o montaži u zatvorenom prostoru, zavarivanje će se vršiti TIG(141) postupkom sa zaštitnim gasom argonom 4.8. Kako se radi o sučeonom spoju cijevi u montaži, zavarivanje će se izvoditi u tri prolaza pri čemu će se provarivanje korijena i popuna vršiti istim postupkom zavarivanja (TIG). Kako se radi o uskom prostoru i montažnim uslovima, zavarivanje će se izvoditi bez heftova i te će ga izvoditi jedan zavarivač. Zatim, nakon izvršenih svih ovih postupaka, pristupa se izvođenju termičke obrade indukcionim kaljenjem kako bi se poboljšale osobine zavara.
Za usvojenu pripremu, te poznatu dužinu i tip (lim ili cijev) zavarenog spoja potrebno je definirati redoslijed zavarivanja (sa eventualno istovremenim zavarivanjem sa više zavarivača) u cilju smanjenja deformacija u toku zavarivanja. Dodatno treba navesti postupak izvođenja i dimenzije „heftova“ (privremenih zavara u cilju pozicioniranja dijelova koji se spajaju) neposredno prije zavarivanja, ili treba specificirati alate za privremeno pozicioniranje komada koji se spajaju zavarivanjem.
str. 9 / 14
7 Ispitivanje zavarenih spojeva metodama bez razaranja Tekst počinje ovdje...
Definirati metode za ispitivanje zavarenih spojeva kao i obim ispitivanja (vezano za problematiku zavarivanja i zahtijevani nivo kvaliteta zavarenih spojeva). Pri izboru NDT metoda koristiti maksimalno referentne projektne normative. U slučaju da nisu dostupni referentni normativi, dati prijedlog NTD ispitivanja, u skladu sa odgovornošću ili posebnim zahtjevima predmetne zavarene konstrukcije.
str. 10 / 14
8 Izvodi iz normativa 1. Tekst prve reference počinje ovdje... 2. Tekst druge reference počinje ovdje...
Navesti referentne normative za projektovanje zavarene konstrukcije, osnovnog materijala, normativa sa preporukama zavarivanja, normativa za NDT ispitivanja, te ostalih referentnih dokumenata iz tehničke regulative.
str. 11 / 14
9 Materijalno-ekonomska analiza Ukupni troškovi zavarivanja, određuju se prema: Cuk = Crz + Cdm + Czg + Cee , pri čemu su:
• • • • •
Crz [KM], troškovi rada zavarivača. Cdm [KM], troškovi dodatnog materijala. C zg [KM], troškovi zaštitnog gasa. Cee [KM], troškovi električne energije C pr [KM], troškovi pripreme spoja
Zavarivanje će se izvoditi TIG postupkom. Osnovni parametri ovog postupka su:
η pz = 0,15 - efikasnost postupka zavarivanja
ηdm = 0,95 - efikasnost dodatnog materijala kg d ms = 0, 7 - brzina deponovanja metala šava h Jedinične cijene: crz = 50 KM / h -troškovi rada zavarivača czg = 14 KM / m3 - troškovi zaštitnog gasa cdm = 6 KM - troškovi dodatnog materijala crz = 0, 2 KM / kWh - troškovi električne energije Proračun polaznih parametara: kg mms = Ams ⋅ Lms ⋅ ρ = 40mm 2 ⋅ 0,189mm ⋅ 7850 3 = 0, 06kg - masa metala šava m o 2 Ams = 5, 5 ⋅ 5, 5tg 35 + 2 ⋅ 5,5 = 32mm - površina metala šava Ams = 1, 25 ⋅ 32 = 40mm 2 Lms = 2r ⋅ 3,14 = 2 ⋅ 30,15 ⋅ 3,14 = 0,189m - dužina metala šava m 0, 06 tel = ms = = 0, 09h = 5,14 min - vrijeme trajanja električnog luka d ms 0, 7 t 0, 09 tuz = el = = 0, 6h = 36 min - ukupno vrijeme zavarivanja η pz 0,15 m 0, 06 mdm = ms = = 0, 06kg -masa utrošenog dodatnog materijala ηdm 0,95 Vzg = 1, 05 ⋅ tel ⋅ pzg = 1, 05 ⋅10, 26 min⋅ 7,5lit / min = 80,8lit = 0, 08m3 -potrošnja zaštitnog gasa Proračun jedininičnih troškova zavarivanja: Crz = crz ⋅ tuz = 50 KM / h ⋅ 0, 6h = 30 KM Cdm = cdm ⋅ mdm = 6 KM / kg ⋅ 0, 06h = 0,36 KM C zg = czg ⋅Vzg = 14 KM / m3 ⋅ 0, 08m3 = 1,12 KM Cee = cee ⋅ (U ⋅ I ) ⋅ tel = 0, 2 KM / kWh ⋅ (90 ⋅12) ⋅ 0,171 = 0, 036 KM C pr = c pr ⋅ tuz = 10 KM / h ⋅ 0, 6h = 6 KM Ukupni troškovi zavarivanja su: Cuk = Crz + Cdm + Czg + Cee + Cpr = 30 + 0,36 + 1,12 + 0, 036 + 6 = 37,5 KM Ovo je troškovi po jednom spoju. Za zavarivanje stotinu spojeva troškovi će iznositi: Cuk 100 = Cuk ⋅100 = 37,50 ⋅100 = 3750 KM
str. 12 / 14
10 Literatura 1. Pašić O. “Tehnike spajanja“, Mašinski fakultet Sarajevo 2. Boženov V.V.
str. 13 / 14
11 Prilog 1. EN 12592( napiši za šta je
Ova stranica daje samo listu dokumenata u prilogu, dok se dokumentacija priloga daje odvojeno, i u nastavku Projektnog zadatka. Priloge treba dostaviti kao odvojene dokumente u standardnom A4 formatu. Prilog treba da sadrži sve referentne dokumente koji u potpunosti definiraju datu tehnologiju zavarivanja, a citirani su ili kao referenca korišteni za kompletiranje date tehnologije zavarivanja. Ovaj prilog obavezno mora sadržavati: Sve dijagrame i složenije proračune koji idu u Prilog podacima koji su dati u Projektnom zadatku;
-
Radioničke crteže pripreme zavarenog spoja i prikaz zavarenog spoja sa potrebnim brojem zavara (prolaza) uz obavezno korištenje standardnih oznaka (EN) - radioničke crteže dati u A4 formatu (zaglavlje DIN ili standardno Mašinskog fakulteta u Sarajevu); Specifikaciju procedure zavarivanja (WPS), a koja će biti urađena na osnovu parametara određenih u tačkama 2, 3, 4, 5 i 6; Formular za WSP je dostupan kao poseban dokument. Specifikacije dodatnog materijala od strane proizvođača (Bohler, Esab,...);
str. 14 / 14
