ASSESSMENT OF THE TECHNICAL CONDITION OF

Aviation Advances & Maintenance Volume 40 • Issue 2 • 2017 DOI 10.1515/afit-2017-0012

Piotr WOŹNY Military Aviation Works no. 2 (Wojskowe Zakłady Lotnicze Nr 2),

Józef BŁACHNIO, Artur KUŁASZKA, Marek CHALIMONIUK Air Force Institute of Technology (Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych)

ASSESSMENT OF THE TECHNICAL CONDITION OF WELDS FROM AL ALLOY GRADE EN AN 5754 USING THE COMPUTED TOMOGRAPHY METHOD (Ocena stanu technicznego spawów w próbkach ze stopu Al gatunku EN AN 5754 metodą tomografii komputerowej, s. 185) Abstract: The article presents selected results of tests conducted using the X-ray method with the application of a computed tomography device with a panel detector. The tests embraced samples of butt welds using aluminium alloy grade EN AN 5754, classified as an alloy for plastic processing with very good welding properties. The welds were executed using the TIG (Tungsten Inert Gas) method – arc welding using a non-consumable electrode in shielding gas. As a result of modernising the current welding process, it was possible to obtain better results of the welds’ technical condition assessed according to the number of welding defects. Key words: TIG method, EN AW 5754 alloy, X-ray method, welding defects. Streszczenie: W artykule przedstawiono wybrane przykłady wyników badań zrealizowanych metodą rentgenowską z zastosowaniem tomografu komputerowego z detektorem panelowym. Badaniom poddano próbki spawów doczołowych stopu aluminium gatunku EN AN 5754, zaklasyfikowanego jako stop do przeróbki plastycznej o bardzo dobrych właściwościach spawalniczych. Spawy wykonano metodą TIG (Tungsten Inert Gas) – spawanie łukowe elektrodą nietopliwą w osłonie gazowej. W wyniku zmodernizowania dotychczasowej technologii spawania uzyskano znacznie lepsze wyniki stanu technicznego spawów oceniane ilością wad spawalniczych. Słowa kluczowe: metoda TIG, stop EN AW 5754, metoda rentgenowska, wady spawalnicze.

Unauthenticated Download Date | 1/13/18 4:15 AM

174

Piotr Woźny, Józef Błachnio, Artur Kułaszka, Marek Chalimoniuk

1. Introduction Industrial computed tomography (CT) is a type of diagnostic X-ray testing that allows to obtain layered images of the tested object. The method uses the projection of images obtained from various directions to create 2D cross-section and 3D spatial images [1, 3]. The testing using computed tomography consists in scanning the object with a beam of X-radiation and registering its intensity on the detector panel (fig. 1). When passing through the object, the X-radiation becomes weakened, which is the function of the radiation energy and the type and thickness of the tested material [10]. The method allows to demonstrate the internal discontinuities in 2D and spatial form, thereby enabling their precise localisation. Thanks to its properties, computed tomography can be used for assessing the quality of welded connections – demonstrating the cracks, inclusions, contaminants and blisters affecting the durability of the material’s discontinuities. Welded connections can have various defects, i.e. structure deviation from the applicable requirements. By using X-radiation and advanced computer technology, it is possible to conduct a qualitative assessment of the tested connection and multidirectional analyses. The ability to correctly assess the quality of a welded connection is the basic element ensuring its safe and reliable use [12]. In practice, the detection and classification of defects should take place strictly in accordance with the specified procedure algorithm.

2. Detection of welding defects using the computed tomography method A measurement of the extent of radiation absorbed after passing through the tested object is made to obtain an image in the computed tomography device. The purpose of the detector is to register the x-radiation beam’s intensity after passing through the object. The detector is a converter that converts the radiation passing through the object, which includes information about the tested object, to an electronic signal which is fit for further processing. The object’s volume is divided into spatial section referred to as voxels, in which the absorption ratio is identical. The distribution of radiation absorption ratios is calculated using computer software. The obtained cross-sectional image is a quantitative map of the absorption ratio in the voxels constituting the scanned layer. When passing through the object, the X-radiation becomes weakened, which is the function of the radiation energy and the type and thickness of the tested material. The change in the radiation intensity


Assessment of the technical condition of welds from Al alloy grade en an 5754... 175

of a single beam with identical energy after passing through the object is expressed by the following dependency [3]: 𝐼𝐼 = 𝐼𝐼0 𝑒𝑒 −𝜇𝜇𝜇𝜇

(1)

where: I – intensity of radiation after passage through the object; I0 – initial radiation intensity; e – linear radiation absorption ratio characteristic for the given material and specific length of X-radiation waves; g – thickness of the tested material; µ – linear radiation weakening ratio dependent on the atomic number and density of the object’s material. Industrial tomography devices feature no limitations related to the displacements of the tested object and the detector’s lamp and panel have fixed positions in most cases. The time of exposure does not affect the properties and condition of the tested object. Source of x-radiation

COMPUTER

Tested object

Detector

ACQUISITION SYSTEM

Fig. 1. Model of testing using an industrial computed tomography device [3]


176


After detecting a defect in the tomography device, it is necessary to interpret whether the indication is relevant, irrelevant or erroneous (fig. 2). Based on the established qualitative criteria or utility requirements, the indications deemed as relevant are classified as acceptable (acceptable, compliant) or unacceptable.

DISCONTINUITY/DEFECT DETECTION REGISTRATION

INTERPRETATION

IRRELEVANT INDICATIONS

RELEVANT INDICATIONS

ERRONEOUS INDICATIONS

CLASSIFICATION SUITABILITY

QUALITATIVE CRITERIA

ACCEPTABLE LEVEL

YES COMPLIANCE

NO NON-COMPLIANCE-DEFECT

Fig. 2. Diagram of defect detection using the X-ray method and their classification [11]

3. Causes of defects and non-compliance in welded connections of aluminium alloys The commonly used method of welding aluminium alloys is the arc welding using a non-consumable electrode (fig. 3) in shielding gas. In order to avoid internal defects in a connection, it is necessary to comply with the process’ requirements and accurately select the welding parameters. The TIG method required high competency and experience from the process’ design engineer and from the direct executor [5, 6].



Despite the fact that the method is commonly used and vastly explained in subject literature, executive problems that may cause the development of welding defects and non-compliances can be encountered. During the preparatory works, it is necessary to pay special attention to the cleanliness of the welded surfaces. Precise removal of aluminium oxides from the welded surfaces is aimed at avoiding situations where the oxide, which is characterised by high melting temperature and weight greater than the weight of the melted material, can cause inclusions in the weld. As the oxide layer becomes thicker, its surface becomes porous and starts absorbing ambient moisture, especially at high temperatures and humidity [6]. Inflowing coolant (cold) Current wire TIG handle Gas nozzle

Wolfram electrode Arc TIG adhesive Connected material

Inflowing shielding gas Outflowing coolant (warm) Outflowing shielding gas Protective atmosphere Solidified metal

Fig. 3. Welding process using the TIG method [4]

Presence of aluminium oxide and improper adhesive storage conditions are the causes of hydrogen penetration. During the weld solidification, the hydrogen is excreted in the form of gas bubbles, which cause porosity when cooling down in metal. The inclusions caused by the oxide residing on the connection’s surfaces, including the porosity and gas blisters deriving from hydrogen, reduce the weld’s durability and are often the cause for its disqualification. Shielding gas cleanliness is a very important element. In the case of argon and helium, their cleanliness should amount to over 99.5%. A high-quality gas allows the formation of an electric arc and protects the electrode and the connection area against oxidation. Selection of the welding current intensity depends on the thickness and type


178


of the welded material, applied non-consumable electrode and on the type of shielding gas. Low intensity can cause a connection defect in the form of a lack of penetration. On the other hand, high intensity can cause defects as a result of overheating the material, such as material losses. Furthermore, it can cause melting of the wolfram electrode, metallic inclusions in the weld and element overheating, which results in local material discontinuities. An incorrectly chosen gas nozzle will cause swirling of the flowing shielding gas and mixing of the inert gas with air. This phenomenon lowers the effectiveness of the inert gas shielding, thereby causing a defect in the form of weld porosity. Furthermore, excessive flow hinders the ignition of the electric arc and can cause scattering of the weld pool. The welding rate is an important parameter and it depends on the current intensity, arc voltage and the welder’s skills. When increasing the welding rate, the penetration depth is reduced, thereby causing a defect in the form of lack of penetration, whereas when the rate is reduced, parameters such as the penetration depth, face width and sprue height are increased [2, 5÷7].

4. Impact of welding parameters selection on the quality of the welded connection The correct selection of the welding parameters was verified based on the welding samples made from aluminium alloy sheets including magnesium (EN AW 5754 H22). The alloy is intended for plastic processing and has very good welding properties. The assessment concerned butt weld connections with the thickness of 6 mm. The welding parameters were subject to control during the testing. The welding current intensity, shielding gas expenditure as well as welding rate and weld type were subject to change. In addition, we conducted a visual inspection of the connection after the balance setting changes, which express the ratio of the positive-negative voltage in an alternating current run during welding. It determines the distribution of heat between the welded material and the electrode. Positive values allow for more effective removal of the surface layer of aluminium oxide, whereas negative values increase the penetration and heating of the welded material at the expense of less efficient oxide removal. In the applied welding device, the balance can be from -50 to 0%. The purpose was to obtain a connection with a low number of defects and non-compliances. Connections classified as correct in terms of external defects were divided into seven samples and subjected to computed tomography device testing. Then, the number of external defects and non-compliances identified in the tomography device was assessed. Relevant standards were adopted as the assessment criteria [8, 9].



Correct results were obtained for samples collected from the SPIV and SPV connections (fig. 4 and 5), for which the welding parameters presented in tables 1 and 2 were applied.

Fig. 4. SPIV weld samples

Table 1 Welding parameters for the SPIV weld Sample SP IV 1 2 3 1 2 3 3

Current intensity [A]/ balance

130/-10

Ac current frequency [Hz]

90

Argon shielding gas flow [l/min]

Welding rate [m/min]

Welding alloy grade /diameter/

14

0.05 0.06 0.05 0.03 0.07 0.05 0.05

AlMg5 / 2.4


180


Fig. 5. SPV weld samples

Table 2 Welding parameters for the SPV weld Sample SP IV 1 2 3 4 5 6 7

Current intensity [A]/ balance

140/-10

Ac current frequency [Hz]

90

Argon shielding gas flow [l/min]

Welding rate [m/min]

Welding alloy Grade /diameter/

20

0.015 0.012 0.01 0.015 0.012 0.01 0.01

AlMg5 / 2.4

The below tomography devices present the examples of the tested samples, including specification of the sparse internal defects identified during testing. The gas blisters were marked with 1, whereas the non-metallic inclusions - with 6. No internal defects of other types were identified in the tested samples. The examples of identified sparse welding defects are presented in fig. 6÷10.



Fig. 6. Sample image, weld IV, sample 1




182




5. Conclusion The testing of the quality of welding connections from aluminium alloy EN AW5754 H22 featured the selection of welding parameters that allowed for the execution of correct welding connections compliant with the requirements of relevant standards. Good parameters guaranteed the obtaining of a connection with a low number of defects and non-compliances. The change of the welding alloy grade from AlMg3 to AlMg5 and the increase of the welding current to 130A (SPIV) and 140A (SPV) with simultaneous reduction of the welding rate resulted in less internal defects of the weld. Furthermore, the balance settings were changed from



-28% to -10%, thereby contributing to the increase in the effectiveness of the aluminium’s surface layer cleaning from oxides that hindered the welding. The research applied the X-ray computed tomography. The obtained images demonstrate that the modification of the parameters greatly affected the weld’s quality. We were able to confirm the correctness of the parameter changes, which contributed to the improvement of the properties of the tested aluminium alloy’s welded connections. Furthermore, based on the executed welds, we were able to confirm the suitability of computed tomography as a non-invasive method in object diagnosis. Thanks to this method, it was possible to obtain information about the object’s internal structure, positions, size and number of discontinuities and their positioning in space. It is assumed that the obtained test results will allow for the development and updating of the aluminium welding process, development of station-specific manuals for operator-welders and, in consequence, obtaining connections with improved mechanical durability. In cognitive terms, the test results allow for the identification of the factors affecting the quality of welded aluminium alloy connections and predicting the durability of the designed connections.

References 1. Cierniak R.: Tomografia komputerowa. Budowa urządzeń CT. Algorytmy rekonstrukcyjne [Computer tomography. Design of CT devices. Reconstructive algorithms]. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warsaw 2005. 2. Ferenc K., Nita Z., Sobiś T.: Spawalnictwo [Welding]. OWPW, Warsaw 1999. 3. Jezierski G.: Radiografia przemysłowa [Industrial radiography]. Wydawnictwa NaukowoTechniczne, Warsaw 1993. 4. Metody spawania – podstawy [Welding methods – basics]. http://netspaw.pl/metodyspawania-podstawy,39.html 5. Mizerski J.: Spawanie, wiadomości podstawowe [Welding, basic information]. REA, Warsaw 2008. 6. Mizerski J.: Spawanie w osłonie gazów metodą TIG [Welding using the TIG method]. REA, Warsaw 2008. 7. Pilarczyk J.: Poradnik inżyniera. Spawalnictwo [Engineer’s handbook. Welding. WNT, Warsaw 2003. 8. PN-EN ISO 10042:2008 Welding – Arc welded connections using aluminium and its alloys – Quality levels for welding non-compliances. 9. PN-L-01426:1995 Aviation and astronautics - Welding of aerial structures. 10. Ratajczyk E.: Rentgenowska tomografia komputerowa (CT) do zadań przemysłowych [X-ray computed tomography for industrial tasks]. “Pomiary, Automatyka, Robotyka”, no. 16(5), 2012.


184


11. Roskosz S.: Kompleksowa ocena porowatości odlewów precyzyjnych z żarowytrzymałych nadstopów niklu [Complex assessment of the porosity of accurate castings in refractory nickel super alloys]. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2011. 12. Woźny P., Błachnio J.: Ocena jakości połączeń spawanych stopów aluminium metod tomografii komputerowej [Assessment of the quality of welded connections from aluminium alloys using the computed tomography method]. “Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management”, no. 80, 2016.


Aviation Advances & Maintenance Volume 40 • Issue 2 • 2017 DOI 10.1515/afit-2017-0012

Ocena stanu technicznego spawów w próbkach ze stopu Al gatunku EN AN 5754 metodą tomografii komputerowej 1. Wprowadzenie Przemysłowa tomografia komputerowa CT (ang. computed tomography) jest rodzajem diagnostycznego badania rentgenowskiego pozwalającego na uzyskanie obrazów warstwowych badanego obiektu. Metoda wykorzystuje złożenie projekcji obiektu, wykonanych z różnych kierunków, do utworzenia obrazów przekrojowych typu 2D i przestrzennych 3D [1, 3]. Badanie z wykorzystaniem rentgenowskiej tomografii komputerowej polega na zeskanowaniu obiektu wiązką promieniowania X i rejestracji jej natężenia na panelu detektora (rys. 1). Promieniowanie X, przechodząc przez badany obiekt, ulega osłabieniu, które jest funkcją energii promieniowania oraz rodzaju i grubości badanego materiału [10]. Metoda umożliwia przedstawienie nieciągłości wewnętrznych w postaci dwuwymiarowej, jak i przestrzennej, a co za tym idzie na dokładną ich lokalizację. Dzięki swoim właściwościom tomografia komputerowa może być wykorzystana do oceny jakości połączeń spawanych – ujawnienia wpływających na wytrzymałość nieciągłości materiału pęknięć, wtrąceń, zanieczyszczeń i pęcherzy. Połączenia spawane mogą mieć różne wady, czyli odchylenia struktury od obowiązujących wymagań. Wykorzystując promieniowanie rentgenowskie i zaawansowaną technologię komputerową, można przeprowadzić jakościową ocenę badanego połączenia oraz wielokierunkowe analizy. Umiejętność właściwej oceny jakości połączenia spawanego jest podstawowym elementem zapewniającym jego bezpieczną i niezawodną eksploatację [12]. W praktyce wykrywanie wad i ich klasyfikacja powinna przebiegać ściśle według ustalonego algorytmu postępowania.


186


2. Wykrywanie wad spawalniczych metodą tomografii komputerowej W celu uzyskania obrazu w tomografie komputerowym przeprowadzany jest pomiar wielkości pochłoniętego promieniowania po przejściu przez badany obiekt. Zadaniem detektora jest rejestracja natężenia wiązki promieniowania X po przejściu przez obiekt. Detektor jest przetwornikiem, który zamienia przechodzące przez obiekt promieniowanie, zawierające informacje o badanym obiekcie, na sygnał elektroniczny zdatny do dalszego przetwarzania. Objętość obiektu podzielona jest na przestrzenne komórki zwane voxelami, w których współczynnik pochłaniania jest taki sam. Za pomocą oprogramowania komputerowego obliczony zostaje rozkład współczynników pochłaniania promieniowania. Uzyskany obraz przekrojowy jest ilościową mapą współczynnika pochłaniania w voxelach tworzących skanowaną warstwę. Promieniowanie X, przechodząc przez badany obiekt, doznaje osłabienia, które jest funkcją energii promieniowania, rodzaju i grubości badanego materiału. Zmiana natężenia promieniowania równoległej wiązki o jednakowej energii po przejściu przez obiekt opisane jest zależnością [3]:

gdzie:

𝐼𝐼 = 𝐼𝐼0 𝑒𝑒 −𝜇𝜇𝜇𝜇

(1)

I – natężenie promieniowania po przejściu przez obiekt; I0 – początkowe natężenie promieniowania; e – liniowy współczynnik absorpcji promieniowania charakterystyczny dla danego materiału i określonej długości fali promieniowania X; g – grubość badanego materiału; µ – liniowy współczynnik osłabienia promieniowania, zależny od liczby atomowej i gęstości materiału obiektu. W tomografach przemysłowych nie ma ograniczeń w odniesieniu do przemieszczeń badanego obiektu, a lampa i panel detektorów zajmują w większości przypadków stałe pozycje. Także czas naświetlania nie wpływa na właściwości i stan badanego obiektu. Po wykryciu wady na tomogramie należy dokonać interpretacji, czy jest to wskazanie istotne, czy nieistotne lub błędne (rys. 2). Na podstawie ustalonych kryteriów jakościowych albo wymagań eksploatacyjnych lub użytkowych wskazania uznane za istotne kwalifikuje się jako dopuszczalne (akceptowalne, zgodne) lub niedopuszczalne.


Ocena stanu technicznego spawów w próbkach ze stopu Al gatunku EN AN 5754... 187

Źródło promieniowania rtg.

Rys. 1. Model badania przemysłowym tomografem komputerowym [3]

Rys. 2. Schemat wykrywania wad metodą rentgenowską i ich klasyfikacja [11]


188


3. Przyczyny powstawania wad i niezgodności w połączeniach spawanych stopów aluminium Powszechnie stosowaną metodą spawania stopów aluminium jest spawanie łukowe elektrodą nietopliwą (rys. 3) w osłonie gazowej. W celu uniknięcia pojawienia się wad wewnętrznych połączenia niezbędne jest spełnienie wymagań procesu technologicznego oraz precyzyjne dobranie parametrów spawania. Metoda TIG wymusza wysokie kwalifikacje i doświadczenie zarówno od projektanta procesu, jak i bezpośredniego wykonawcy [5, 6]. Mimo że metoda ta jest powszechnie stosowana i bogato opisana w literaturze przedmiotu, w praktycznym zastosowaniu pojawiają się problemy wykonawcze mogące powodować powstawanie wad i niezgodności spawalniczych. W czasie prac przygotowawczych szczególną uwagę należy zwrócić na czystość spawanych powierzchni. Dokładne usunięcie tlenku aluminium ze spajanych powierzchni ma na celu uniknięcie sytuacji, w której tlenek charakteryzujący się wysoką temperaturą topnienia i ciężarem większym od roztopionego materiału może w spoinie powodować wtrącenia. W miarę jak warstwa tlenku jest coraz grubsza, jej powierzchnia staje się porowata i zaczyna wchłaniać wilgoć z otoczenia, zwłaszcza w wysokiej temperaturze i wilgotności [6].

Rys. 3. Przebieg procesu spawania metodą TIG [4]



Obecność tlenku aluminium i nieodpowiednie warunki przechowywania spoiwa są przyczyną wnikania do niej wodoru. Podczas krzepnięcia spoiny, wodór wydziela się w postaci bąbelków gazu, które stygnąc w metalu, powodują porowatości. Wtrącenia, których przyczyną jest tlenek na powierzchniach połączenia, oraz porowatość i pęcherze gazowe pochodzące od wodoru zmniejszają wytrzymałość spoiny i często są przyczyną jej dyskwalifikacji. Bardzo ważnym elementem jest czystość gazu osłonowego. W przypadku argonu i helu powinna ona wynosić ponad 99,5%. Wysokiej jakości gaz umożliwia prawidłowe utworzenie się łuku elektrycznego, a ponadto zabezpiecza elektrodę i miejsce połączenia przed utlenianiem. Dobór wartości natężenia prądu spawania zależy od grubości i rodzaju materiału spawanego, zastosowanej elektrody nietopliwej, a także rodzaju gazu osłonowego. Zbyt niskie natężenie może spowodować wadę połączenia w postaci braku przetopu. Zbyt wysokie z kolei będzie powodować wady powstałe w wyniku przegrzania materiału, takie jak ubytki w materiale. Ponadto może powodować nadtopienie elektrody wolframowej, wtrącenia metaliczne w spoinie oraz przegrzanie elementu, co skutkuje miejscowym powstawaniem nieciagłości w materiale. Niewłaściwie dobrana dysza gazowa powodować będzie zawirowania przepływającego gazu osłonowego oraz mieszanie gazu osłonowego z powietrzem. Zjawisko to obniża skuteczność osłony gazów obojętnych, co przyczynia się do powstania wady w postaci porowatości spoiny. Ponadto zbyt duża wartość przepływu utrudnia zajarzenie łuku elektrycznego i może powodować rozdmuchiwanie jeziorka spawalniczego. Istotnym parametrem jest prędkość spawania, która jest zależna od natężenia prądu, napięcia w łuku oraz umiejętności spawacza. Przy zwiększaniu prędkości spawania zmniejsza się głębokość wtopienia, powodując wadę w postaci braku przetopu, natomiast gdy prędkość ta się zmniejsza, parametry takie jak głębokość wtopienia, szerokość lica i wysokość nadlewu wzrastają [2, 5÷7].

4. Wpływ doboru parametrów spawania na jakość połączenia spawanego Poprawność doboru parametrów spawania weryfikowano na podstawie próbek spawalniczych wykonanych z blach stopu aluminium z magnezem EN AW 5754 H22. Stop przeznaczony jest do przeróbki plastycznej i posiada bardzo dobre właściwościach spawalnicze. Ocenie poddano połączenia spawane doczołowe o grubości 6 mm. W czasie badań parametry procesu spawania były


190


sterowane. Zmianom podlegało natężenie prądu spawania, wydatek gazu osłonowego oraz prędkość spawania i rodzaj spoiwa. Dodatkowo dokonywano oceny wizualnej połączenia po zmianach ustawienia balansu, który wyraża stosunek dodatniej do ujemnej wartości napięcia w przebiegu przemiennym prądu podczas spawania. Określa on podział ciepła pomiędzy spawanym materiałem a elektrodą. Dodatnie wartości pozwalają na skuteczniejsze usuwanie wierzchniej warstwy tlenku aluminium, natomiast ujemne zwiększają przetop i nagrzanie materiału spawanego kosztem mniej wydajnego usuwania tlenku. W zastosowanym urządzeniu spawalniczym wielkość balansu może przyjmować wartość od -50 do 0%. Celem było uzyskanie połączenia charakteryzującego się małą liczbą wad i niezgodności. Połączenia zaklasyfikowane jako poprawne pod względem wad zewnętrznych podzielono na siedem próbek i poddano badaniu tomografem komputerowym. Następnie oceniono liczbę wad i niezgodności wewnętrznych ujawnionych na tomogramach. Za kryteria oceny przyjęto odpowiednie normy [8, 9]. Poprawne wyniki uzyskano dla próbek pobranych z połączenia SPIV oraz SPV (rys. 4 i 5), do których zastosowano parametry spawania przedstawione w tabelach 1 i 2.

Rys. 4. Próbki spawalnicze spawu SPIV



Tabela 1 Parametry procesu spawania dla spawu SPIV Próbka SP IV 1 2 3 1 2 3 3

Natężenie prądu [A]/ balans

130/-10

Częstotliwość prądu AC [Hz]

90

Przepływ gazu osłonowego argon [l/min]

Prędkość spawania [m/min]

14

0,05 0,06 0,05 0,03 0,07 0,05 0,05

Stop spawalniczy Gat./ średnica/

AlMg5 / 2,4

Rys. 5. Próbki spawalnicze spawu SPV


192


Tabela 2

Parametry procesu spawania dla spawu SPV Próbka SP IV 1 2 3 4 5 6 7

Natężenie prądu [A]/ balans

140/-10

Częstotliwość prądu AC [Hz]

Przepływ gazu osłonowego, argonu [l/min]

Prędkość spawania [m/min]

Stop spawalniczy Gat./ średnica/

20

0,015 0,012 0,01 0,015 0,012 0,01 0,01

AlMg5 / 2,4

90

Na poniższych tomogramach przedstawiono przykłady badanych próbek z zaznaczeniem nielicznych wad wewnętrznych ujawnionych podczas badania. Pęcherze gazowe oznaczono cyfrą 1, natomiast wtrącenia niemetaliczne cyfrą 6. W badanych próbkach nie stwierdzono wad wewnętrznych innego typu. Przykłady stwierdzanych nielicznych wad spawalniczych przedstawiono na rys. 6÷10.

Rys. 6. Przykładowy obraz spaw IV, próbka 1

Rys. 7. Przykładowy obraz spaw IV, próbka 2 Unauthenticated Download Date | 1/13/18 4:15 AM


Rys. 8. Przykładowy obraz spaw IV, próbka 6

Rys. 9. Przykładowy obraz spaw V, próbka 5

Rys. 10. Przykładowy obraz spaw V, próbka 6


194


5. Podsumowanie W ramach badań nad jakością połączeń spawanych stopu aluminium EN AW5754 H22 dobrano parametry spawania, które umożliwiły wykonanie poprawnych, zgodnych z wymaganiami norm złączy spawanych. Dobrane parametry zapewniły, że uzyskano połączenie o niewielkiej liczbie wad i niezgodności. Zmiana gatunku stopu spawalniczego z AlMg3 na AlMg5 oraz zwiększenie wartości natężenia prądu spawania na 130A(SPIV) i 140A(SPV) przy jednoczesnym obniżeniu prędkości spawania spowodowały obniżenie liczby wad wewnętrznych spoiny. Ponadto zmieniono proporcje ustawienia balansu z -28% na -10%, co wpłynęło na zwiększenie skuteczności czyszczenia warstwy wierzchniej aluminium z tlenków utrudniających spawanie. W badaniach wykorzystano rentgenowską tomografię komputerową. Z uzyskanych tomogramów wynika, że zmodyfikowanie parametrów znacznie wpłynęło na jakość spoiny. Udało się potwierdzić właściwy kierunek zmian parametrów prowadzących do polepszenia właściwości połączeń spawanych badanego stopu aluminium. Ponadto na przykładzie wykonanych spawów potwierdzono przydatność tomografii komputerowej jako metody nieinwazyjnej w procesie diagnozowania obiektów. Dzięki tej metodzie możliwe było uzyskanie informacji o wewnętrznej strukturze obiektu, położeniu, wielkości i liczbie nieciągłości oraz ich umiejscowieniu w przestrzeni. Zakłada się, że uzyskane wyniki badań umożliwią opracowanie i uaktualnienie technologii spawania aluminium, opracowanie instrukcji stanowiskowych dla operatorów-spawaczy, a w konsekwencji uzyskanie połączeń o większej wytrzymałości mechanicznej. Natomiast w aspekcie poznawczym rezultaty badań pozwolą na identyfikację czynników wpływających na jakość połączeń spawanych stopów aluminium oraz prognozowanie wytrzymałości projektowanych połączeń.

Literatura 1. Cierniak R.: Tomografia komputerowa. Budowa urządzeń CT. Algorytmy rekonstrukcyjne [Computer tomography. Design of CT devices. Reconstructive algorithms]. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warsaw 2005. 2. Ferenc K., Nita Z., Sobiś T.: Spawalnictwo [Welding]. OWPW, Warsaw 1999. 3. Jezierski G.: Radiografia przemysłowa [Industrial radiography]. Wydawnictwa NaukowoTechniczne, Warsaw 1993. 4. Metody spawania – podstawy [Welding methods – basics]. http://netspaw.pl/metodyspawania-podstawy,39.html 5. Mizerski J.: Spawanie, wiadomości podstawowe [Welding, basic information]. REA, Warsaw 2008.



6. Mizerski J.: Spawanie w osłonie gazów metodą TIG [Welding using the TIG method]. REA, Warsaw 2008. 7. Pilarczyk J.: Poradnik inżyniera. Spawalnictwo [Engineer’s handbook. Welding. WNT, Warsaw 2003. 8. PN-EN ISO 10042:2008 Welding – Arc welded connections using aluminium and its alloys – Quality levels for welding non-compliances. 9. PN-L-01426:1995 Aviation and astronautics - Welding of aerial structures. 10. Ratajczyk E.: Rentgenowska tomografia komputerowa (CT) do zadań przemysłowych [X-ray computed tomography for industrial tasks]. “Pomiary, Automatyka, Robotyka”, no. 16(5), 2012. 11. Roskosz S.: Kompleksowa ocena porowatości odlewów precyzyjnych z żarowytrzymałych nadstopów niklu [Complex assessment of the porosity of accurate castings in refractory nickel super alloys]. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2011. 12. Woźny P., Błachnio J.: Ocena jakości połączeń spawanych stopów aluminium metod tomografii komputerowej [Assessment of the quality of welded connections from aluminium alloys using the computed tomography method]. “Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management”, no. 80, 2016.


ASSESSMENT OF THE TECHNICAL CONDITION OF

ASSESSMENT OF THE TECHNICAL CONDITION OF

Suggest Documents

Condition Assessment of Timber Bridges - Defense Technical ...

Condition Assessment

ASSESSMENT OF CONDITION IN PEJERREY

CONDITION ASSESSMENT OF BUILDINGS - NIDM

Assessment of Transformer Condition using the ...

Assessment of the biological condition and

Methods of monitoring the technical condition of the ...

Quantitative assessment of reproductive condition of ...

computer aided diagnosis of technical condition of the ...

Assessment of the condition of the Swan Canning ...

Assessment of the Ecological Condition of the Delaware and ... - EPA

Assessment of the Ecological Condition of the Delaware and ... - EPA

Building Condition Assessment - MATEC Web of Conferences

monitoring and condition assessment of tramway ...

Insulation Condition Assessment of Power Transformers Using ...

Probabilistic Risk Assessment of Condition Monitoring ...

Condition assessment of fire affected reinforced ...

Assessment of dryland condition using spatial

Building Condition Assessment - MATEC Web of Conferences

Assessment of Wetland Ecosystem Condition across ... - NatureServe

State of Ohio Airport Pavement Condition Assessment

Assessment of Body Condition in African - PLOS

ASSESSMENT OF SMOLT CONDITION FOR TRAVEL TIME ...

Insulation Condition Assessment of Power Transformers ... - CiteSeerX