Pękanie wodorowe - HIC


Pękanie wodorowe (HIC) występuje w stalach niskostopowych i niestopowych, o małej i dużej wytrzymałości, również przy braku zewnętrznych naprężeń. Spowodowane jest to dyfuzją wodoru do wnętrza stali i łączenie się w cząsteczki w miejscach nieciągłości metalicznej na wtrąceniach niemetalicznych (w pułapkach).

Mechanizm powstawania pęknięć wodorowych wg. prof. dr hab. inż. Edmunda Tasaka


Mechanizm powstawania oraz środki zaradcze na wykresie

mgr inż. Artur Mydlarz


Zatwierdzenie produkcji lotniczej - First Article Inspection - FAI


W celu potwierdzenia nowej produkcji lotniczej wymagane jest przedstawienia stosownej dokumentacji potwierdzającej zgodność wykonania z technologią.

Dostawca zobowiązany jest do przeprowadzenia kontroli pierwszej sztuki (FAI) na nowej części reprezentatywnej dla pierwszej partii części produkcyjnych.

Wszystkie wymagania dla kontroli pierwszej sztuki opisane są w normie AS9102 – „Wymagania lotnicze dla kontroli pierwszej sztuki”.

Na podstawie formularzy z AS9102 lub formularzy dostarczonych przez klienta dostawcy sporządzają raport. FAI jest raportem, który potwierdza zdolność firmy do wyprodukowania danego produktu zgodnie z wymaganiami klienta. Klient ma prawo zażyczyć sobie dodatkowych informacji o produkcie. Dla części klasy pierwszej i drugiej poza standardowymi informacjami zawartymi w raporcie AS9102 wymagane są testy materiałowe oraz balonowany rysunek. Proces produkcji pierwszej sztuki oraz jej zatwierdzania może trwać nawet do roku. Wynika to ze złożoności produktu oraz konieczności zastosowania specjalistycznej wiedzy. Często raport FAI zatwierdzany jest przez więcej niż jedną osobę ze strony klienta i wymaga konsultacji ze specjalistami.
Dla części klasy trzeciej powszechne jest delegowanie weryfikacji FAI do dostawcy.

Raport z AS9102 zawiera trzy formularze:

A. Formularz pierwszy

Zawiera on podstawowe informacje dotyczące produktu i powiązań produktu z dostawcą oraz klientem.



B. Formularz drugi
Zawiera listę materiałów użytych do produkcji produktu oraz procesów specjalnych


C. Formularz trzeci.


Zawiera on pomiary części oraz porównanie ich z wymiarami rysunkowymi.

Organizacja lotnicza nie może sprzedawać produktów, bez posiadania w/w raportu. Raport ten musi potwierdzać zgodność części z wymaganiami klienta oraz być zweryfikowany
i podpisany przez klienta.
Każdorazowa zmiana procesu produkcyjnego wymusza na dostawcy ponowne stworzenie raportu pierwszej sztuki.

Wpływ składu chemicznego na spawalność stali

Wpływ składu chemicznego na spawalność stali wg prof dr hab. inż. Edmund Tasak



Węgiel występuje w stali w postaci węglików. Zawartość węgla w zasadniczy sposób wpływa na własności mechaniczne stali i jej strukturę, zwiększając wytrzymałość na rozciąganie, granice plastyczności i twardość a zmniejszając udarność przewężenie i wydłużenie. Należy sobie jednak zdawać sprawę, w jakiej stali występuje węgiel, aby właściwie określić jego dopuszczalne granice. Stal węglowa zawierająca 0,25%C jest dobrze spawalna, gdy nie zawiera innych składników stopowych w znaczących ilościach. Natomiast stal kwasoodporna 18%Cr i 8% Ni przy tej samej zawartości węgla jest trudno spawalna. W wypadku stali węglowych spawalność ich pogarsza się gwałtownie przy zwiększeniu zawartości węgla powyżej 0,25%, gdyż wskutek skłonności stali do hartowania się w spoinie i SWC występują struktury skłonne do pęknięć.


Mangan w małych ilościach poprawia spawalność stali, natomiast w ilościach większych jego wpływ zależy od zawartości innych pierwiastków, a przede wszystkim węgla. W związku z tym w spawalnych stalach konstrukcyjnych o wyższej wytrzymałości ograniczono zawartość manganu do około 2% przy zawartości węgla maksimum 0,15%. W celu zahamowania wzrostu ziarna i zmniejszenia wrażliwości spawalnych stali manganowych na przegrzanie wprowadza się do nich pierwiastki węglikotwórcze (Ti, V, Nb) które tworzą trwałe węgliki lub azotki o wyższej temperaturze rozpuszczania. W wyniku tego zmniejsza się możliwość przegrzania stali i powstania kruchych struktur w strefie przejściowej złącza spawanego.



Krzem w ilościach spotykanych w stalach konstrukcyjnych (do 0,5%) nie wpływa na spawalność . Pogorszenie spawalności następuje przy zawartości krzemu powyżej 0,7%-0,8%. Krzem utrudnia przeróbkę plastyczną na gorąco i może powodować rozwarstwianie się blach walcowanych, co przy silnym nagrzaniu czasie spawania i następnym skurczu doprowadza do całkowitego oddzielenia się poszczególnych warstw i zniszczenia konstrukcji.


Chrom należy do podstawowych składników stali stopowych, ponieważ wpływa w zasadniczy sposób na ich własności, a przede wszystkim na hartowność. Już przy niewielkiej zawartości (0,3-0,4%), następuje znaczne utwardzenie się strefy przejściowej spawanej stali, a spawanie  stali o podwyższonej zawartości chromu jest możliwe tylko przy stosowaniu podgrzewania wstępnego.


Nikiel podobnie jak chrom zwiększa hartowność, sprzyjając równocześnie powstawaniu drobnoziarnistej struktury i zmniejszając w ten sposób wrażliwość stali na przegrzanie. W miarę wzrostu zawartości niklu w stalach niklowych nawet przy powolnym chłodzeniu powstaje struktura bainitu. W miarę wzrostu zawartości Ni w stalach niskowęglowych pogarsza się zatem ich spawalność. Stale niklowe martenzytyczne mają wysoką wytrzymałość i granicę plastyczności, są twarde i kruche i praktycznie niespawalne. Stale chromowo-niklowe austenityczne mają dobrą spawalność z uwagi na to, że maja strukturę austenityczną, ale tylko pod warunkiem małej zawartości węgla.



Molibden zwiększa hartowność stali i z tego powodu w większości stali węglowych zawartość jego jest ograniczona do 0,35%. Wpływa na zwiększenie odporności na pełzanie i żaroodporność. Ze względu na hartowanie się SWC stali z molibdenem niezbędne jest stosowanie podgrzewania przed spawaniem i obróbki cieplnej złącz po spawaniu. Dodatek 2-5% Mo do stali austenitycznych chromowo niklowych nie pogarsza ich spawalności. Powoduje natomiast powstawanie w strukturze stali austenitycznej niedużych ilości ferrytu, przez co poprawia odporność na pękanie gorące.



Aluminium stosowane jako odtleniacz. Małe zawartości Al. Nie wpływają na zmianę własności mechanicznych stali. Jednak 2-3% dodatek wywołuje spadek udarności i przewężenia oraz w pewnym stopniu zwiększa kruchość stali na gorąco. Wprowadzone do stali w małych ilościach zmniejsza jej skłonność do hartowania się i hamuje rozrost ziaren w SWC, poprawiając w ten sposób spawalność stali. Stale o większej ilości AL. Są trudno spawalne. AL. Zwęża zakres krzepnięcia stali wskutek czego stal szybko przechodzi ze stanu stałego w ciekly, co uniemożliwia w ogóle spawanie łukowe blach cienkich.


Tytan, niobu i wanad tworzą z węglem i azotem trwałe węgliki , azotki lub węglikoazotki. Węgliki azotki i węglikoazotki tych pierwiastków czasie nagrzewania w SWC poniżej 1250oC nie ulegają całkowitemu rozpuszczeniu, a zatem stają się zarodkami nowopowstających ziaren przy chłodzeniu, dzięki czemu stal ma strukturę drobnoziarnistą. Całkowite rozpuszczenie ich następuje w wysokiej temperaturze, dlatego strefa gruboziarnista jest bardzo wąska. Nawet  nieduży dodatek tych pierwiastków do stali przyczynia się do otrzymania struktury drobnoziarnistej w SWC. Mikrododatki Nb W i Ti w SWC podnoszą hartowność tego obszaru, a tym samym zwiększają twardość po ochłodzeniu. Jest to wpływ niekorzystny. Mimo, że obszar gruboziarnisty SWC ma wyższą twardość, to zawężenie tego obszaru powoduje , że wprowadzenie do stali mikrododatków wywołuje podwyższenie udarności SWC, a przez to jej  spawalności. Mikrododatków nie należy stosować do elektrod i drutów spawalniczych. W procesie krzepnięcia tworzą one dendrytyczne węgliki lub węglikoazotki rozmieszczone po granicach ziaren. Powoduje to znaczne zmniejszenie kruchości spoiny.  Przy wprowadzaniu mikrododatków , zwłaszcza Nb i Ti należy ograniczać w stali zawartość siarki. Siarka tworzy z Ti i NB i C dendrytyczne węgliko-siarczki które zwiększają skłonność do pękania na gorąco.


Wolfram w stalach węglowych zwiększa twardość, wytrzymałość i granice plastyczności. Nadaje stali strukturę drobnoziarnistą, co jest wynikiem zdolności do tworzenia trudno rozpuszczalnych węglików. Hartowność stali pierwiastek ten podwyższa w niewielkim stopniu. Wolfram pogarsza spawalność stali, podnosząc znacznie twardość SWC, szczególnie przy zwiększonej zawartości węgla. W stalach austenitycznych zawierających niewielka ilość węgla dodatek wolframu sięgający ok. 3% nie pogarsza ich spawalności.


Miedź  zwiększa wytrzymałość i granicę plastyczności stali, nie pogarszając zbytnio jej własności plastycznych, a równocześnie uodparnia stal na działanie korozji atmosferycznej i niektórych rozcieńczonych kwasów. W ilościach spotykanych zwykle w stalach nie pogarsza spawalności. Jednak większa zawartość miedzi, na przykład w stalach nierdzewnych martenzytycznych utwardzanych wydzieleniowo miedzą, wywołuje w SWC pękanie na gorąco. Niebezpieczne jest również zanieczyszczenie powierzchni stali miedzią, między innymi wskutek elektrochemicznego osadzenia i potarcia mosiężną końcówką palnika. Miedź topi  się w 1083° C i w obecności naprężeń bardzo dobrze zwilża stal, rozpływając się po granicach ziaren. Obecność cieczy na granicach ziaren i odkształcenia wywołane skurczem po krzepnięciu i chłodzeniu powodują powstanie pęknięć gorących w SWC i spoinie.


Fosfor zwiększa wytrzymałość, granicę plastyczności, twardość i wytrzymałość na zmęczenie, zmniejsza natomiast wydłużenie i udarność. W ilościach spotykanych w stalach konstrukcyjnych nie zwiększa hartowności strefy przejściowej spawanego złącza. Powyżej 0,05% powoduje gruboziarnistość stali i znacznie zwiększa jej kruchość. Fosfor wykazuje skłonność do segregacji przez  co w obszarach o większej koncentracji może powodować powstawanie pęknięć gorących lub zimnych.


Siarka  podobnie jak fosfor wykazuje dużą skłonność do segregacji w związku z tym pogarsza spawalność stali. Z żelazem tworzy siarczek FeS, który z austenitem daje niskotopliwe eutektyki będące przyczyną powstawania pęknięć gorących w spoinie lub SWC. W stalach o podwyższonej wytrzymałości , zwłaszcza po regulowanym walcowaniu, rozwalcowane siarczki manganu są przyczyną pęknięć lamelarnych. Ogólnie przyjmuje się że ze spadkiem zawartości siarki spawalność stali polepsza się  

Aero Gearbox International - joint venture Rolls - Royce i Hispano Suiza

Rolls-Royce i Hispano-Suiza (Safran) tworzą firmę joint venture Aero Gearbox International i ogłaszają plany budowy nowego zakładu produkcyjnego w Polsce w województwie podkarpackim.



Współpraca datuje się od podpisania ostatecznej umowy w dniu 24 października 2014 roku, mającej na celu powołanie firmy zajmującej się projektowaniem i produkcją dodatkowych układów przeniesienia napędu (ADT) do silników samolotów cywilnych Rolls-Royce’a.

Nowe przedsięwzięcie będzie wykorzystać doświadczenie i wiedzę swoich spółek dominujących, obejmujące możliwości Hispano-Suiza w projektowaniu i produkcji układów napędowych oraz możliwości Rolls-Royce’a w zakresie konstrukcji silników i integracji tychże układów napędowych.

Nieoficjalnie wiadomo, że fabryka powstanie w Ropczycach, miejscowości położonej 30 km od Rzeszowa na zachód. Tym samym jest to kolejna inwestycja w dolinie lotniczej .


źródło: Rolls - Royce

Nieniszczące metody badań spoin - badania wizualne

Występuje kilka nieniszczących metod badania spoin.
Zaliczają się do nich:

- metoda wizualna (VT)
- metoda magnetyczno-proszkowa (MT)
- metoda penetracyjna (PT)
- metoda ultradźwiękowa (UT)
- metoda radiograficzna (RT)

W tym artykule piszę metodę VT, czyli wizualna oceną spoin.

Badania wizualne spoin.



Badania wizualne pozwalają na powierzchniową ocenę jakości spoiny na podstawie oględzin wizualnych.

Dzielimy je na:

1. Badania wizualne bezpośrednie - badania bezpośrednie powierzchni, nieuzbrojonym okiem, lub za pomocą lupy do 20x powiększenia i mikroskopów

2. Badanie wizualne pośrednie - badania optycznie, umożliwiające oględziny miejsc niewidocznych okiem (np. za pomocą endoskopów, wideoskopów, peryskopów itp.).



Badania wizualne wprowadzane są do kontroli obiektów w trakcie ich wytwarzania oraz w trakcie ich eksploatacji.

Do wizualnych badań zalicza się oględziny materiałów i stwierdzenie ich zgodności przed procesem spajania, ocena samego procesu spajania, w trakcie tego procesu oraz co najważniejsze, badanie wizualne po procesie spajania.

Zalecenia przeprowadzenia badań wizualnych.

Najlepsze wyniki badań uzyskuje się podczas oględzin przedstawionych na rysunku poniżej

gdzie kąt α wynosi od 45 do 85 stopni i jest to kąt padania wiązki światła, a kąt β wynosi minimum 30 stopni i jest to kąt obserwacji. Odległość oka powinna być nie większa niż 600 mm od badanej powierzchni

Wady wykrywane za pomocą badań wizualnych

Główne nieciągłości wykrywane za pomocą badań wizualnych to:

- pęknięcia powierzchniowe: kuźnicze, zmęczeniowe, hartownicze, szlifierskie, pęknięcia wywołane przez prostowanie, korozję naprężeniową i kruchość wodorową.

- pęknięcia i przyklejenia w złączach spawanych, wychodzące na powierzchnię, podtopienia, głównie lica, ze względu na dostęp, braki przetopu (jeśli jest dostęp), pory, niezgodności spawalnicze kształtu i wymiarów złączy: podtopienia, wklęśnięcia, nadmierny nadlew lica, niewłaściwy kształt złączy spawanych, nawisy, przesunięcie brzegów, odkształcenia kątowe, przepalenia, niezupełne wypełnienie rowka spawalniczego, nadmierna asymetria spoin pachwinowych, rozpryski, naderwania

- zawalcowania, naderwania, nawisy, zadziory, zakucia, rozerwania, wgniecenia zgorzeliny, łuski obiektów odkuwanych i walcowanych, strupy odlewów, porowatość, włosowiny, ubytki korozyjne i erozyjne, nieszczelności, a także pęknięcia, pustki, nierównomierny układ włókien wzmacniających oraz zmiany kolorystyki materiałów kompozytowych.

Personel odpowiedzialny za badania
W zależności od standardów jakościowych panujących w przedsiębiorstwie istnieją inne kryteria doboru personelu do badan wizualnych. Dla najniższych standardów jakościowych, określonych w normie 3834-4 , nie jest wymagane certyfikowanie pracownika w zakresie badań wizualnych VT1, VT2 . Zalecane jest aby pracownik miał udokumentowany staż pracy związany ze spawalnictwem oraz odbywał raz na 12 miesięcy badania wzroku. Możliwe jest wykonywanie badań wizualnych w okularach korekcyjnych.


Artur Mydlarz

Bibliografia:
Anna Lewińska - Romicka : Badania nieniszczące. Podstawy defektoskopii . Wydawnictwa Naukowo - Techniczne Warszawa 2001
Jan Czuchryj - Kontrola jakości prac spawalniczych. Wyd. KaBe Krosno 2002

Jakie są procesy specjalne w przemyśle lotniczym oraz o organizacji NADCAP

Nadcap i procesy specjalne

W szeregu wymagań jakościowych stawianych w przemyśle lotniczym, istotną kwestią jest zapewnienie zgodności wymagań procesów specjalnych. Zdecydowana większość części wykonywana jest przy użyciu choćby jednego z procesów specjalnych.

Procesy specjalne, to te których zgodność nie może być udowodniona w sposób bezpośredni poprzez kontrolę wizualną. Ocena zgodności procesu może zostać przeprowadzona tylko poprzez wykonanie specjalistycznych badań. Istotne jest nadzorowanie parametrów procesu w stopniu zapewniającym jak największą powtarzalność.




W przemyśle lotniczym organizacja NADCAP (National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program) zapewnia zgodność procesów specjalnych z globalnymi wytycznymi. Firmy zrzeszone w klastrze lotniczym respektują i polegają na NADCAP’ie. Organizację NADCAP tworzą specjaliści z w danej dziedzinie pochodzący z największych firm produkcyjnych oraz niezależni eksperci. NADCAP administrowany jest przez PRI (Performance Review Institute). Organizacja NADCAP została utworzona w 1990 roku przez SEA International.

PRI/NADCAP  ma swoją siedzibę w Warrendale w Pensylwanii z oddziałami dla NADCAP
z siedzibą w Londynie, Pekinie, i Nagoi. Członkowie NADCAP spotykają się na cyklicznych spotkaniach w ciągu roku w celu omówienia wyników audytów oraz usprawniania pracy organizacji. Ostatnie spotkanie odbyło się w 2014 roku w Londynie.

Każda fabryka wykonująca procesy specjalne ma prawo zgłosić się z prośbą
o przeprowadzenie audytu potwierdzającego zgodność procesu z wymaganiami NADCAP.

Do procesów specjalnych (wg organizacji Nadcap) zalicza się:
Procesy chemiczne
Obróbkę cieplną
Spawanie
Lutowanie
Nieniszczące metody badań (FPI, MPI, Ultrasonic itp.)
Nakładanie powłok
Wytwarzanie materiałów kompozytowych
Niekonwencjonalną obróbkę skrawaniem

Dodatkowo Nadcap obejmuje swoim nadzorem również badania laboratoryjne:
Badania laboratoryjne materiałów
Pomiary i inspekcję
Testy materiałów niemetalicznych

Organizacja, która pragnie być certyfikowana z danego procesu specjalnego powinna spełnić wymagania norm z rodziny AC7000. Normy te obejmują swym zakresem wymagania do wszystkich procesów specjalnych, systemu jakości oraz zawierają niezbędne checklisty, które potwierdzają zgodność procesu z wymaganiami.

Organizacja, która uzyskuje pozytywny wynik audytu, otrzymuje certyfikat deklarujący zgodność danego procesu z wymaganiami. Pierwszy audyt zatwierdza dany proces na 12 miesięcy. Jeżeli po kolejnym audycie proces spełnia wymagania Nadcap, firma otrzymuje 18 miesięczny certyfikat i potwierdzenie zgodności danego procesu. Jeżeli po kolejnym audycie proces spełnia wymagania, organizacja NADCAP wykonuje kolejne audyty  z częstotliwością raz na 24 miesiące.
Firmy posiadające taki dokument często zwalniane są z audytu procesów specjalnych wykonywanych przez klienta.

Firma, która nie jest w stanie wykonać danego procesu specjalnego ma możliwość zlecenia go w firmie zewnętrznej, która posiada certyfikację NADCAP na dany proces. 
Jest to często obserwowana praktyka w branży lotniczej. 
Zauważa się powstawanie firm wyspecjalizowanych tylko i wyłącznie w wykonywaniu usług procesów specjalnych. Związane jest to z trudnością wykonywania procesów specjalnych, posiadaniem specjalistycznej wiedzy oraz przede wszystkim trudnością uzyskania certyfikacji NADCAP  oraz kosztami związanymi z tą certyfikacją.

Istnieje baza danych zatwierdzonych procesów specjalnych w danych firmach, która jest dostępna na stronie internetowej: www.eAuditnet.com . Zakres bazy danych obejmuje daty wygaśnięcia danego procesu w danej firmie. Szczegółowe dane na temat audytu nie są udostępniane. Na rysunku poniżej przedstawiono przykładowy certyfikat NADCAP dla danej firmy.



Autor:
Artur Mydlarz

Wykres CTP i CTPc - czas temperatura - przemiana

Wykres CTP (CTP: czas-temperatura-przemiana) –  prezentacja danych, dotycząca obróbki termicznej materiałów inżynierskich, głównie stali.

Wyróżnia się wiele rodzajów tego typu wykresów, m.in.:

CTPc – prezentujący zmianę struktury przy ciągłym chłodzeniu materiału,
CTPi – prezentujący zmianę struktury przy chłodzeniu materiału z wytrzymaniem izotermicznym,
CTPc-S – prezentujący zmianę struktury przy chłodzeniu materiału w warunkach spawania[1]
Charakterystycznym przykładem zastosowań wykresów CTP jest planowanie procesu hartowania stali.


Wykresów tych używa się do określania parametrów jakie trzeba zadać w kolejnych etapach obróbki cieplnej (np. szybkość chłodzenia, temperatura i czas wygrzewania), aby uzyskać pożądaną strukturę (właściwości) obrabianego materiału (np. strukturę metalu). W tym celu nanosi się na wykres siatkę linii np. chłodzenia ciągłego. Na tej podstawie można ustalić jakie fazy (mieszaniny) i w jakich ilościach będą występowały po skończeniu zabiegu. Ilość danego składnika zależy wprost proporcjonalnie od długości odcinka przecinającego dany obszar.




Dobrzański L. A.: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. Materiały inżynierskie z podstawami projektowania materiałowego.. Warszawa: WNT, 2000