Grupa Badawcza Spawalność i Konstrukcje Spawane
Grupa Badawcza Spawalność i Konstrukcje Spawane wchodzi w skład Centrum Spawalnictwa.
Grupa Badawcza Spawalność i Konstrukcje Spawane realizuje w sposób kompleksowy badania z zakresu oceny spawalności materiałów i analizy konstrukcji spawanych i zgrzewanych. Ważnym obszarem działalności są ekspertyzy mające na celu ustalenie przyczyn awarii konstrukcji spawanych (np. zbiorników, mostów czy rurociągów), a także określenie spawalności materiałów w konstrukcjach przewidzianych do remontu. Grupa realizuje również zadania mające na celu ustalenie przyczyn awarii maszyn i konstrukcji spawanych, zgrzewanych i klejonych, prowadzi analizy pod kątem spełnienia wymagań norm i przepisów oraz opracowuje raporty dla sądów, adwokatury i prokuratury.
W ramach prac badawczych są prowadzone podstawowe badania niszczące (rozciąganie, zginanie, udarność, pomiary twardości, metalografia) oraz zaawansowane badania obejmujące zmęczenie i mechanikę pękania (KIC, CTOD, JIC).
Grupa badawcza dysponuje nowoczesnym i bogatym parkiem maszynowym.
Dysponuje między innymi jedną z największych w Polsce maszyn zmęczeniowych o maksymalnej sile ściskającej i rozciągającej 1 000 kN. Najnowszą inwestycją grupy jest młot udarnościowy o energii początkowej uderzenia 450 J z wahadłem instrumentalizowanym umożliwiający rejestrację siły od przemieszczenia. Badania są prowadzone również przy użyciu symulatora do fizycznej symulacji procesów cieplnych Gleeble 3500 dedykowanego procesom spajania. Przy użyciu symulatora prowadzone są przyspieszone próby pełzania, symulacje cykli cieplnych w próżni oraz w atmosferze wodoru, badania skłonności do pękania gorącego (m.in. przy użyciu procedury SICO) i próby rozciągania i ściskania próbek w podwyższonych temperaturach lub poddanych pojedynczym i wielokrotnym cyklom cieplnym.
Prowadzone badania wspierane są analizami przy użyciu metod numerycznych zarówno w zakresie analiz mechanicznych (m.in. wytrzymałościowe i modalne) i cieplnych jak również analiz sprzężonych. Analizy sprzężone obejmują przede wszystkim proces spajania (w tym również z obróbką cieplną) i służą wyznaczaniu naprężeń i odkształceń spawalniczych konstrukcji, opracowywaniu założeń do oprzyrządowania spawalniczego i określenia kolejności spajania.
W grupie badawczej są prowadzone prace badawcze i wykonywane zlecenia komercyjne w ramach których jest stosowany proces spawania wiązką elektronów.
Urządzenie charakteryzuje się rozbudowaną konfiguracją i z punktu widzenia wzrostu wydajności procesu spawania oraz zapewnienia najwyższej jakości złączy spawanych, urządzenie posiada wiele dodatkowych systemów, do których można zaliczyć m.in.:
- automatyczne układy śledzenia osi złącza,
- układy kontroli procesu i jakości złącza,
- system modyfikacji oraz nagrzewania powierzchni (technologia Surfi-Sculpt),
- system wprowadzania wiązki w ruch oscylacyjny o dowolnej geometrii z częstotliwością do 1 000 Hz i amplitudą odchylania nawet do 250 mm.
Urządzenie umożliwia spawanie materiałów o dużej grubości (przetopienie do 100 mm), materiałów trudnospawalnych lub niespawalnych innymi metodami, materiałów różnoimiennych, a także wykonywanie obróbki powierzchniowej, napawanie i szybkie prototypowanie przy wykorzystaniu drutu.
Działalność Grupy obejmuje również projektowanie, wykonywanie i wdrażanie systemów do stabilizacji wibracyjnej. Oferowane rozwiązanie umożliwia wyeliminowanie procesów wyżarzania cieplnego i znaczną poprawę stabilności wymiarowej konstrukcji spawanych.
Grupa Badawcza Spawalność i Konstrukcje Spawane zajmuje się taką tematyką jak:
- badania strukturalne:
- metalograficzne
- na symulatorze cykli cieplnych
- badania przemian strukturalnych w stalach.
- badania mechaniczne:
- badania wytrzymałości statycznej i zmęczeniowej
- próby statycznego rozciągania
- udarności
- CTOD
- badanie na zginanie i ścinanie
- pomiary twardości.
- numeryczne i fizyczne symulacje procesów spawalniczych
- technologia spawania elektronowego
- technologia stabilizacji wibracyjnej konstrukcji spawanych zastępująca wyżarzanie odprężające (urządzenia – technologia – usługi)
Laboratorium Badań Niszczących
Laboratorium Badań Niszczących, wchodzące w skład akredytowanego Laboratorium Badawczego Spawalnictwa (LBS), jest wyposażone w nowoczesny sprzęt badawczo-pomiarowy a personel posiada duże doświadczenie w zakresie wykonywanych badań.
Badania niszczące wykonywane w laboratorium obejmują szereg badań materiałów podstawowych, złączy spawanych, zgrzewanych, lutowanych, klejonych, skręcanych oraz materiałów dodatkowych do spawania, które są niezbędne w procesach kwalifikowania technologii spawalniczych jak również na różnych etapach w procesów kontroli jakości.
Laboratorium prowadzi między innymi:
- podstawowe badania niszczące materiałów podstawowych i złączy spawanych metali
- badania niszczące złączy spawanych/zgrzewanych z tworzyw sztucznych
- badania zmęczeniowe
- badania metodami mechaniki pękania
- badania spawalności.
Laboratorium Technologii Elektronowych
Laboratorium technologii elektronowych jest wyposażone w urządzenie do spawania i modyfikowania wiązką elektronów wyprodukowane przez Cambridge Vacuum Engineering Ltd.
Technologia spawania wiązką elektronów, pomimo dynamicznie rozwijających się konkurencyjnych spawalniczych technologii laserowych, pozostaje wciąż niezastąpiona w wielu przypadkach z uwagi na możliwą do osiągnięcia większą głębokość wtopienia i czystość metalurgiczną spoiny, a także dużą prędkość spawania. Technologia ta umożliwia również łączenie materiałów o znacznie różniących się własnościach. Umożliwia wykonywanie złączy spawanych w takim miejscu i tak ukształtowanych, że inne technologie są niemożliwe do zastosowania.
Urządzenie umożliwia rozwijanie i badania następujących technologii spawania:
- spawanie bez materiału dodatkowego oraz z materiałem dodatkowym
- lutowanie
- napawanie
- stopowanie
- lokalną obróbkę cieplną
- teksturyzację powierzchni
- grawerowanie
- regenerację części maszyn
Wybrane nagrodzone rozwiązania:
- Brązowy Medal na wystawie Geneva Inventions 2022 (Genewa, 16 – 20.03.2022 r.)
- Złoty medal z wyróżnieniem oraz nagroda Master of Innovation na targach Innovation Week IWA 2021 (Maroko, wrzesień 2021)
- Złoty Medal na targach 2021 Taiwan Innotech Expo (Taipei, 14.10-16.10.2021)
- Złoty Medal Międzynarodowych Targów i Konkursu Wynalazków i Innowacji INTARG® 2020
- Złoty Medal na 118 Międzynarodowych Targach Wynalazczości Concours Lepine 2019, 27.04. – 08.05.2019, Paryż
Proces stabilizacji wibracyjnej wyrobów metalowych realizowany jest w celu uzyskania ich stabilności wymiarowej.
Stabilizacja wibracyjna może skutecznie zastąpić proces energochłonnego wyżarzania odprężającego. Proces stabilizacji wibracyjnej polega na odpowiednim wprowadzeniu wyrobu w drgania mechaniczne przy pomocy urządzeń wyposażonych w wibratory współpracujące z układem sterowania.
We wszystkich znanych rozwiązaniach, systemy do stabilizacji wibracyjnej wyposażone są w wibratory napędzane przy pomocy silników elektrycznych, umożliwiających osiągnięcie roboczych częstotliwości zwykle do 100 Hz i sporadycznie do 200 Hz. W przypadku wyrobów o większej sztywności i tym samym wyższej częstotliwości rezonansowej, skuteczność zabiegu jest tym większa im wyższa jest częstotliwość wymuszenia.
Opracowany wg wynalazku system hybrydowy składa się z dwóch niezależnych układów wymuszających: elektrycznego i pneumatycznego, co umożliwia prowadzenie procesu stabilizacji wibracyjnej przy wysokiej częstotliwości, nawet do 700 Hz. System składa się ze wspólnego układu sterująco–pomiarowego oraz zestawu motowibratorów elektrycznych i pneumatycznych. Wspólny układ sterownia służy do zadawania częstotliwości drgań konstrukcji i rejestrowanie odpowiedzi układu na zadane wymuszenie.
Oprogramowanie układu sterowania umożliwia pełną kontrolę procesu polegającą na zadawaniu, rejestrowaniu i analizowaniu parametrów zabiegu wraz z możliwością edycji, zapisu, raportowania i archiwizacji.
Przykładowe projekty badawcze:
Akronim:
SMARTWELD
Okres realizacji: 01.07.2023 – 31.12.2026
Cel projektu:
Funded by the European Union. Views and opinions expressed are however those of the author(s) only and do not necessarily reflect those of the European Union or the European Health and Digital Executive Agency. Neither the European Union nor the granting authority can be held responsible for them.
The SMARTWELD Project aims to develop new, smart, efficient, and eco-friendly welding processes. Steel industry emissions must be reduced by at least 55% within 2030 to contribute to the European Green Deal’s final goal of making EU carbon-neutral by 2050. The most promising mitigation approach to tackle the problem is the combination of material efficiency and hydrogen transition, capable to reduce direct emissions by 48%. In the present scenario, a crucial role in this mitigation approach can be played by new, more efficient welding processes. No commercial product is available, although literature points to hybrid PAW+MAG, LBW+MAG as state-of-the-art efficient process for pipeline welding.
SMARTWELD’s ambition is to fill this gap by developing, validating, and diffusing an integrated welding system expected to reduce machining time by 15%, reduce filler metal/flux by 25%, reduce the use of energy and shielding gas by 15%, improve productivity by 33%, decrease repairing activity by 15%, and decrease residual stresses by 15%.
The system will consist of (1) new robotised/automated hybrid welding technologies, (2) digital-twin-assisted online quality monitoring systems, and (3) a predictive tool – providing efficient, eco-friendly welding processes. It will be accomplished by validating those integrated technologies at TRL5 within the Project timeframe and planning to reach the market within 5 years after the end of the Project. First, a specific business case (i.e., [U]HSS pipes) will be considered, then transferability of results to other relevant areas where welding is crucial, such as hydrogen steels and structural steels, will be assessed.
Program: Erasmus +
ERASMUS + KA2: 2020-1-PL01-KA202-081820
Okres realizacji: od 2020-12-28 do 2022-12-27
Cel projektu:
Opracowanie programu szkolenia i certyfikacji dla Europejskiego Technika Badań Niszczących.
Akronim: NanoHybryd
Program:TECHMATSTRATEG
Okres realizacji: 01.07.2021 – 30.06.2024
Cel projektu:
Zasadniczym celem projektu jest opracowanie powłok antyzużyciowych na podłożu o zwiększonej odporności na pękanie, dostosowanych do specyfiki pracy uzębień przekładni zębatych do zespołów napędowych przenośników, o unikatowych cechach predestynujących je do pracy w trudnych warunkach eksploatacyjnych charakteryzujących się obecnością zanieczyszczeń stałych w oleju smarnym.
Reprezentatywnym rezultatem projektu będzie prototyp przekładni zębatej charakteryzującej się podwyższoną odpornością na zużycie i zmniejszonymi oporami dzięki dedykowanej subamorficznej powłoce antyzużyciowej. Cechami świadczącymi o innowacyjności na skalę międzynarodową będzie znacząco wyższa, od stosowanych obecnie rozwiązań, odporność na zużycie ścierne i adhezyjne (zatarcie) kół zębatych oraz obniżone opory tarcia. Dla osiągnięcia powyższego celu zostanie opracowana nowa metoda wytwarzania uzębień kół zębatych łącząca nowoczesne sposoby utwardzania powierzchni i wytwarzania powłok węglowych o unikalnych cechach antyzużyciowych.
Wyróżnikiem nowego sposobu produkcji kół zębatych będzie wytworzenie w całym ich przekroju struktury wielofazowej ze stabilnym austenitem, charakteryzującej się obecnością przede wszystkim ultra rozdrobnionego bainitu, a także wyższą wytrzymałością na pękanie w porównaniu ze stalami do ulepszania cieplnego poddanymi hartowaniu powierzchniowemu.
Koniecznymi zadaniami związanymi z realizacją głównych założeń projektu będą:
- opracowanie podstaw nowej objętościowej obróbki cieplnej kół zębatych,
- opracowanie sposobu nanoszenia subamorficznych powłok antyzużyciowych dostosowanego do uzyskanej struktury
- oraz wytworzenie i przetestowanie innowacyjnych przekładni w warunkach operacyjnych, zbliżonych do rzeczywistej eksploatacji.
Według wiedzy realizatorów opracowany rezultat projektu, tj. innowacyjne przekładnie zębate z powłokami antyzużyciowymi na podłożu ze stali ultradrobnoziarnistej, będą absolutnie nowatorskie w skali świata i będą stanowiły innowację przełomową.
Akronim: EXALCO
Program: TECHMATSTRATEG
Okres realizacji: 01.04.2021 – 31.03.2024
Cel projektu:
Projekt dotyczy opracowania i przygotowania do wdrożenia nowej technologii wyciskania kształtowników z ultra-wytrzymałych stopów AlMgSi(Cu), przeznaczonych na lekkie elementy konstrukcyjne w segmencie motoryzacyjnym i branży transportowej.
Celem projektu jest zaprojektowanie składów chemicznych stopów AlMgSi(Cu) w powiązaniu z innowacyjnymi rozwiązaniami konstrukcyjno-technologicznymi procesu wyciskania opartymi na niskotemperaturowej obróbce cieplno-plastycznej na wybiegu prasy i starzeniu ciągłym w kontrolowanym polu temperatury.
Wyroby ze stopów AlMgSi(Cu) dla segmentu motoryzacyjnego są wytwarzane głównie z zastosowaniem technologii walcowania, natomiast proces przemysłowego wyciskania z obróbką cieplno-plastyczną jest nowością w skali kraju i świata. Zakłada się uzyskanie wytrzymałości na rozciąganie dla kształtowników na poziomie min. 460 MPa (obudowy i elementy wsporcze baterii, zabudowy – o prostych kształtach), min. 430 MPa (obudowy i elementy wsporcze baterii, zabudowy – o skomplikowanych kształtach) oraz min. 370 MPa przy wydłużeniu procentowym min. 12% (strefy kontrolowanego zgniotu) – przy równoczesnym zapewnieniu akceptowalnej ekonomicznie wydajności procesu wyciskania na poziomie min. 12-13 m/min. Jednocześnie zakłada się wysoki stopień równomierności własności mechanicznych kształtowników AlMgSi(Cu) starzonych w sposób ciągły w kontrolowanym polu temperatury (gradient temperatury maks. 2-3ºC) – gradient własności mechanicznych 2-3%. Profile będą poddane testom spawalności oraz przydatności dla przemysłu motoryzacyjnego.
Proponowane rozwiązania będą miały zasadniczy wpływ na rozwój rynku elektromobilności w Polsce, a lekkie i wysokowytrzymałe kształtowniki ze stopów AlMgSi z dodatkiem Cu będą silnie konkurencyjne dla produktów wytwarzanych ze stali.
Akronim:
CellWeld
Nazwa programu: dotacje celowe
Czas realizacji projektu: 07.07.2021 – 31.10.2023
Cel projektu:
Przedmiotem projektu jest dobór i opracowanie technologii łączenia ogniw baterii i akumulatorów przeznaczonych dla nowoczesnych samochodów elektrycznych. Zaproponowane do opracowania technologie takie jak: zgrzewanie ultradźwiękowe oraz rezystancyjne, spawanie wiązką laserową, wiązką elektronów oraz mikroplazmowo i metodą TIG pozwolą zoptymalizować proces wytwarzania polskich baterii.
Proces zgrzewania ultradźwiękowego będzie prowadzony na zgrzewarce ultradźwiękowej produkcji Łukasiewicz-ITR serii Sonic Welder z wykorzystaniem układów ultradźwiękowych (generatorów serii Sonic Blaster, przetworników ultradźwiękowych Sonic Converter, boosterów Sonic Booster oraz dedykowanych sonotrod ultradźwiękowych). W ramach projektu powstanie pięć dedykowanych narzędzi do zgrzewania pakietów o różnym kształcie zarysu zgrzeiny. Wykonane zostaną symulacje MES rozkładu fali mechanicznej w zgrzewanych detalach.
Proces spawania wiązką laserową będzie realizowany na stanowisku wyposażonym w laser impulsowy TruPulse 103, umożliwiający prowadzenie klasycznego spawania laserowego wiązką impulsową, oraz planowanym do zakupu stanowisku do spawania laserowego wiązką laserową jednomodową z systemem pomiaru głębokości wtopienia.
Proces spawania elektronowego będzie prowadzony na urządzeniu elektronowym model XW150:30/756 przeznaczonym do spawania i modyfikowania powierzchni. Proces spawania plazmowego będzie prowadzony na stanowisku wyposażonym w urządzenie MSP 51 i Eu Tronic Gap 3001, a spawania metodą TIG – ARISTOTIG IG 160 DC (Kemppi).
W trakcie prób technologicznych zgrzewania i spawania będą rejestrowane parametry technologiczne procesów. Optymalizacja technik łączenia materiałów przeznaczonych na elementy złączne pakietów baterii będzie wymagała również opracowania modeli numerycznych procesów zgrzewania i spawania dla wybranych konfiguracji elementów łączonych oraz ich weryfikację.
Do budowy modeli numerycznych (cieplnych) umożliwiających modelowanie pól temperatury zostanie wykorzystane środowisko SysWeld i Sorpas. Efektem końcowym zadania będą kompletne modele numeryczne (cieplne), pozwalające na wyznaczenie temperatury łączonych elementów w zależności od warunków technologicznych procesów zgrzewania i spawania charakterystycznych dla danego procesu. Otrzymane modele umożliwią opracowanie finalnych technologii łączenia dla wytypowanych elementów złącznych pod względem wymiarów geometrycznych oraz zastosowanych materiałów konstrukcyjnych.
Nazwa programu: CuBR
Czas realizacji projektu: 01.04.2015 – 31.03.2018
Cel projektu:
Celem projektu jest opracowanie nowych warstw i powłok z udziałem renu, jego związków lub stopów oraz metod ich wytwarzania. Przeprowadzone zostaną kompleksowe badania właściwości nowych warstw/powłok głównie pod kątem ich planowanych zastosowań. Prace prowadzone będą w kierunku przygotowania warunków wdrożeniowych do efektywnego wykorzystania opracowanych powłok/warstw w aplikacjach, w których dochodzi do kumulacji czynników niszczących, jak: duże tarcie, duża dynamika działania sił zewnętrznych, korozyjne działanie środowiska, jak również podwyższona temperatura.
Obecnie obszary gospodarki, w których stosowany jest ren są dość ograniczone i skupiają się głównie wokół rynku nadstopów niklowych. Stosunkowo nieliczne są również publikacje i opracowania naukowe dotyczące innych, poza nadstopami, zastosowań renu. Specyficzne właściwości renu powodują, że materiały projektowane na jego bazie również przeznaczone są do specyficznych zastosowań. Najczęściej ren badany jest w aspekcie stopów żarowytrzymałych, twardych i odpornych na korozję. Autorzy projektu wpisując się w zakres merytoryczny II konkursu programu CuBR oraz w aktualne trendy badawcze proponują w projekcie opracowanie wysokiej twardości powłok opartych o super twarde związki renu lub kompozyty z udziałem renu oraz nowych żarowytrzymałych warstw modyfikowanych renem. Proponowane jest opracowanie powłok/warstw o zwiększonej względem obecnie istniejących na rynku żaroodporności, twardości i odporności na erozję.
