10-11(x-xi)c

50

,— ' —

,— -OL.

c£

>

30

'

/-"•

20 10

0.1

0.2

0.3

0.4

. . Time: 5.000e+001

50 CO

/n

X

c£ 30 20 87W4

<-£..: ---'

x*

^x

10

8388

D

61)422

0 .1

0 .2

Sl2§£6

0 .3

0 .4

c .3

0.4

"o

pr_2 Total Equi99fent Plastic Strain

Total Eguiyalent Plastic Strajn

Time: 5.000e+001

60 50

x""3 ^^

30 20

^ ^

10

5

pr

Total EauiSSIent Plastic Strain • ^

Tolal Egulyąlent Plasttc Strain

X

C .1

C .2

"o

Rys. 3. Symulacyjne rozkłady odkształceń dla czwórników o następujących stosunkach d/D = l (a), d/D = 0,9 (b) i d/D = 0,8 (c) i względnej grubości sJD - 0,05, rozpęczanych hydromechanicznie zbliżonym maksymalnym ciśnieniem (n = 0,1) Fig. 3. The numerical distributions of the reduced strains for hydromechanically bulged cross-joints at d/D = l (a), d/D = 0.9 (b), d/D = 0.8 (c), and sJD = 0.05, and similar maximum internal pressure (for (i = 0.1)

537

Szczególną uwagę zwraca symulacyjny kształt czwórnika równoprzelotowego pokazany na rysunku 2a. Czwórnik ten został rozpęczony hydromechanicznie bardzo małym ciśnieniem zmieniającym się od 10 do 20 MPa, nie mieszczącym się w eksperymentalnie wyznaczonym obszarze dopuszczalnych ciśnień przy kształtowaniu [8]. W badaniach doświadczalnych nie odwzorował on przyjętego kształtu wykroju matrycy, a czasze jego króćców posiadały widoczne wklęśnięcia. Na rysunku 3 zestawiono symulacyjne mapy odkształceń zastępczych dla czwórników o różnych stosunkach d/D = 1; d/D = 0,9 i d/D = 0,8 (odpowiednio rys. 3 a+ć), o względnej grubości ścianki sJD = 0,05. Czwórniki rozpęczano hydromechanicznie zbliżonym ciśnieniem maksymalnym w końcowej fazie procesu, wynoszącym 50 MPa (d/D = lid/D = 0,9) oraz 55 MPa (d/D = 0,8). Na rysunku można zauważyć, że wraz ze zmniejszeniem stosunku d/D: — w środkowej strefie czwórników maksymalne odkształcenie maleje średnio z 2,394 (d/D = 1) do 1,833 (d/D = 0,9) i 1,472 (d/D = 0,8), — na rurowej części w pobliżu powierzchni czołowych wzrasta cp średnio z 0,281 (d/D = 1) do 0,505 (d/D = 0,9) i 0,581 (d/D = 0,8); ponadto można zauważyć, że dla czwórników równoprzelotowych odkształcenie jest w tym samym zakresie na całej walcowej części, natomiast dla różnoprzelotowych zmniejsza się od czoła w kierunku króćców, — na promieniu rm odkształcenie (p wzrasta. Na czaszy króćców przy stosunku d/D = l i d/D = 0,9 zakres odkształcenia jest zbliżony do tego, który występuje w części ruro-

wej, natomiast przy d/D = 0,8, (p zmniejsza się w odniesieniu do analogicznej strefy. Na czaszach najmniejszy zakres ę występuje dla d/D = 0,8, pośredni jest dla d/D = l, a największy dla d/D = 0,9. Na rysunku 4 przedstawiono symulacyjne mapy odkształceń zastępczych dla czwórników o względnej grubości ścianki sJD = 0,068 i o stosunkach d/D = l i d/D = 0,9. Czwórniki rozpęczano hydromechanicznie z podobnym ciśnieniem maksymalnym w końcowej fazie procesu przy 80 MPa. Obserwuje się, że wraz ze zmniejszeniem się stosunku d/D z l do 0,9: — w środkowej strefie czwórników odkształcenie maleje średnio z 2,075 do 1,786, — w rurowej części w pobliżu powierzchni czołowych (p wzrasta średnio z 0,405 do 0,474, w obu przypadkach odkształcenie maleje w kierunku króćców, — na czaszy króćców (p istotnie maleje średnio z 0,405 do 0,310, — na promieniu rm odkształcenie (p istotnie wzrasta średnio z 0,405 do 0,638. Zwraca się uwagę, że w czwórniku o stosunku d/D = \ ten sam zakres odkształcenia (0,301-3-0,510) występuje zarówno w części rurowej w pobliżu powierzchni czołowych, jak i w strefie promienia rm oraz na czaszy króćców. Na rysunku 5 przedstawiono zmianę odkształceń zastępczych w symulacji czwórnika o s0/D = 0,068, przeprowadzonej z maksymalnym ciśnieniem w końcowej fazie procesu wynoszącym 80 MPa. Symulacja została przerwana przez program przy stosunku spęczania rury A///0 = 0,08. Mimo że rysunek 5 pokazuje wstępny etap procesu, to zwraca się uwagę na znaczne wartości odkształceń w strefach

Time: 5.000e+001

80

_^ ^

70 60 50 40 30

/

_^—

" ^^

/

0.1

0.2

0.3

0.4

f Total EguBalent Plastic Strain

X

Y

Total Eguiualant Plastic Strain

teTime:?SB.», 5.000e+001

80

S.

70

^

60 50

'lO

/ /

^

^

30

0

0.1

0.2 .I/I0

0.3

0.4

Total Equifrale£ntuP|astic Strain

Rys. 4. Symulacyjne rozkłady odkształceń dla czwórników o stosunku d/D = l (o) oraz d/D = 0,9 (b) i względnej grubości sJD = 0,069, rozpeczanych hydromechanicznie ciśnieniem 80 MPa w końcowej fazie procesu (|i = 0,15) Fig. 4. The numerical distributions of the reduced strains for hydromechanically bulged cross-joints at d/D = l (a), d/D = 0.9 (b), and sJD = 0.069, and 80 MPa internal pressure in the finał part of process (for |i = 0.15)

538

KO

£'0

TO

ro

os ^^^

^-

\^ ^

Oi

08

Rys 5 Symulacyjny rozkład odkształceń dla czwórnika o stosunku d/D = l i względnej grubości sJD = O 05, rozpęczanego hydromechanicznie ciśnieniem 80 MPa w końcowej fazie procesu (|J. = 0,1) Fig. 5 The numencal distnbutions of the reduced strains for hydromechanically bulged cross-joints at d/D = l and sJD = O 05, and 80 MPa mternal pressure in the finał part of piocess (for (J. = O 1) promieni przejścia króćów w czasze oraz na samych czaszach czwórnika (zakres

Literatura 1. Bauer H.: FE Simulation of the Production Process of Builded Camshaft, Numerical Methods in Industrial Processes. Balkema, Rotterdam, 1992, p. 595-600. 2. AhmedM., Hashmi M. S. J.: Three dimensional fmite element simulation of bulge forming. Advanced Materials Process. Technology 1999, p. 153*161. 3. Ahmed M.. Hashmi M. S. J.: Finite element simulation of bulge forming of an elbow of box section from a circular tubę. Proceedings of the Advances in Materials and Processing Technology, AMPT'97, University of Mincho, Portugal, 1997, p. 785*792. 4. Donald B. J. M.. Hashmi M. S. J.: Three dimensional fmite element simulation of bulge forming using a solid bulgig medium. Finite Elem. Anal. Des. 37, 2000, p. 107*116. 5. Donald B. J. M., Hashmi M. S. J.: Finite element simulation of bulge forming of a cross-joint from a tubular blank. Journal of Materials Processing Technology 103, 2000, p. 333*342. 6. Kocańda A., Czyżewski P., Milek T., Sadlowska H.: Modelowanie procesów hydromechanicznego rozpęczania czwórników. Materiały X Jubileuszowej Konferencji „Informatyka w Technologii Metali". KornPlasTech 2003. Wisła-Jawornik 12*15 stycznia 2003, s. 103*110. 7. Milek T.: Zmiany grubości ścianki w przekrojach czwórników rozpeczonych hydromechanicznie z miedzi. Eksploatacja i Niezawodność. Maintence and Reliability. 2003. nr 2(18), s. 45*48. 8. Milek T.: Badania wybranych parametrów hydromechanicznego rozpęczania czwórników równo- i różnoprzelotowych z miedzi. Rudy Metale 2002. R47, nr 10/11, s. 536*539. Praca naukowafinansowana ze środków Komitetu Badań Naukowych w latach 2003^2004 jako projekt badawczy, nr grantu promotorskiego 4T08B 046 24.

539

PIOTR THOMAS JACEK CHAŁUPCZAK

Rudy Metale R 49 2004 nr 10-11 UKD 621.777:621.762.82.001:669.716:669-126

BADANIA DOŚWIADCZALNE WYCISKANIA ZŁOŻONEGO WYPRASEK Z ALUMINIUM Przedstawiono wyniki badań wyciskania zlożonego wyprasek. Omówiono wptyw stopni odkształcenia przekroju na kinematykę płynięcia materiału w kierunku współbieżnym i przeciwbieżnym i ich wpływ na wielkość siły nacisku. Porównano siły nacisku przy wyciskaniu złożonym w stosunku do siły nacisku przy wyciskaniu przeciwbieżnym. Wykazano, że wysokość pierścieniowej części wypraski wyciskanej w sposób złożony i wysokość jej walcowej części, zależy od stopni odkształcenia w obydwu kierunkach płynięcia materiału. Siły nacisku przy wyciskaniu złożonym rosną dla większych stopni odkształcenia materiału w kierunku przeciwbieżnym i współbieżnym oraz, Że są one mniejsze od sił nacisku przy wyciskaniu przeciwbieżnym.

EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON THE COMBINET OF THE EKTRUSION OF ALUMINIUM STAMPINGS Thepaperpresents the result ofexperimental research on combined extrusion ofstampings. The influence ofthe deformation ofthe section on kinematics of material flowforwards and backwards and their influence on value of stress force is discussed. The stress forces during combined extrusion and the stress force during backward extrusion have been compared. It has been shown that the height of ring part ofthe stamping madę through combined extrusion and height ofits cylindrical parts depend on the degree of deformation in both directions oftheflow ofthe material. Stress forces during combined extrusion growfor higher degree of backward andforward deformation of materials and their values are smaller than stress forces during backward extrusion. Wprowadzenie Jedną ze znanych technologii wykonania wyrobów w szczególności z metali nieżelaznych jest wyciskanie. Istnieją trzy podstawowe sposoby wyciskania: współbieżne, przeciwbieżne i złożone. Schemat wyciskania złożonego przedstawiono na rysunku l. Polega ono na połączeniu sposobu wyciskania współbieżnego i przeciwbieżnego. Spośród wielu opracowań literaturowych, do najbardziej obszernych i szczegółowych w zakresie wyciskania uznać można pozycje literaturowe [1^-3]. W dostępnej literaturze można znaleźć rozwiązania analityczne, wyniki badań eksperymentalnych, zalecenia do projektowania procesów technologicznych, ale tylko w odniesieniu do wyciskania współbieżnego i przeciwbieżnego. Pominięto jednak problemy związane z wyciskaniem złożonym i dlatego uważano za celowe podjęcia się badań w tym zakresie, które dotyczą analizy płynięcia materiału w kierunku współbieżnym i przeciwbieżnym oraz sił nacisku.

rowego POM16 [4] była dokonana za pomocą indukcyjnego czujnika przemieszczenia, sprężonego z ramieniem dźwigni siłomierza maszyny wytrzymałościowej. Podobny czujnik zamocowany na maszynie, rejestrował przemieszczenie stempli przy wyciskaniu. Jako materiał do badań użyto krążków z aluminium A l o średnicy zewnętrznej d0 = 24,95 mm i wysokości h0 = 16 mm. Własności materiału Al były następujące: Rm = 82 MPa,/45 = 46 %, A10 = 34 %, Z= 86 %. Przy wyciskaniu nie stosowano smaru.

Metodyka, wyniki i analiza badań Celem prowadzonych badań jest analiza kinematyki płynięcia materiału wyciskania złożonego dla różnych stopni odkształcenia przeciwbieżnego przy stałym stopniu odkształcenia przeciwbieżnego, porównanie sił nacisku dla wyciskania złożonego przy różnych stopniach odkształcenia w kierunku wyciskania współbieżnego i przeciwbieżnego oraz porównanie sił nacisku wyciskania złożonego w stosunku do wyciskania przeciwbieżnego. Badania zostały przeprowadzone na stanowisku badawczym, w skład którego wchodziły: maszyna wytrzymałościowaZDlOO, na której był zamontowany tłocznik z wymiennymi stemplami i wkładkami o różnych średnicach ds i d\ pozwalającymi uzyskiwać różne stopnie odkształcenia. Średnica wkładki, w której materiał przemieszczał się przeciwbieżnie była stała i wynosiła d^ = 25,2 mm. Rejestracja zmian wartości sił nacisku przy wyciskaniu w funkcji przemieszczenia stempla z wykorzystaniem oprogramowania kompute-

Rys. 1. Schemat wyciskania złożonego wyprasek z aluminium stemplem stożkowym l — wkładka matrycowa, 2 — stempel stożkowy, 3 — wypychacz, 4 — materiał wsadowy, 5 — wypraska

Fig. l. The scheme of combined extrusion of aluminium stampings using conical punch / — die, 2 — conical punch, 3 — ejector, 4 — billet, 5 — die stamping

Mgr inż. Piotr Thomas. dr hab. inż. Jacek Chałup czak p ruf. nzw. — Politechnika Świętokrzyska. Katedra Metaloznawstwa i Technologii Materiałowych. Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn. Kielce.

540

Przy tak przyjętej średnicy materiału wyjściowego i różnych średnicach d\ wkładki, gdzie materiał wyciskany był współbieżnie stopnie odkształcenia przekroju były następujące: dla d\ = 10 i 16

Siła, kN 160

-= 0,84

140

i 0,59. Przy wyciskaniu przeciwbieżnym, dla średnic stemplid s =\6,

120

dl 18 i 20 mm, stopnie odkształcenia £2 = —z wynosiły kolejno: £2 =

100

mm kolejno stopnie odkształcenia wynosiły: EJ =

4

^o 0,41; 0,52; 0,64. Na tym samym stanowisku przy podniesionym wypychaczu, gdzie materiał nie miał możliwości płynięcia w kierunku współbieżnym przeprowadzono badania sił nacisku wyciskania przeciwbieżnego. Przy określaniu kinematyki płynięcia materiału dla wyciskania złożonego, gdzie przyjęto £2 = 0,64 = const. przy wyciskaniu materiału w kierunku przeciwbieżnym i zmienne stopnie odkształcenia materiału w kierunku współbieżnym EJ = 0,84 i EJ = 0,59 wykonano kolejno wypraski, zwiększając przemieszczenie stempla dla każdej próby co 2 mm i w każdej wykonanej wyprasce w kolejnych etapach wyciskania mierzono wysokości h} i h2. Wysokość wypraski h2 uśredniono z czterech pomiarów, mierząc tę wysokość co 90°. Na podstawie przeprowadzonych badań i pomiarów wysokości h

\ wypraski sporządzono wykres zmian względnych wysokości — dj

l>2

i — w zależności od przemieszczania się stempla w trakcie wyciskad2 nią złożonego. Można zauważyć, że przy stopniach odkształcenia EJ = 0,84 i e2 = 0,64 (linie ciągłe) wraz z przemieszczeniem się stempla materiał stopniowo przemieszcza się zarówno w kierunku współbieżnym jak

82=0,64 S2=0,64 S2=0,52 S2=0,52 S2=0,41

80

S2=0,41

60 40 20

O

2

4

6

8

10

12

14

Przemieszczenie, mm Rys. 3. Przebieg nacisku stempla w funkcji przemieszczenia dla wyciskania złożonego (linia ciągła) i przeciwbieżnego (lina przerywana) dla różnych stopni odkształcenia przeciwbieżnego E2 i stałej wartości odkształcenia współbieżnego E] = 0,84 Fig. 3. The stress of the punch as a function of displacement during combined (solid linę) and backward (dashed linę) extrusion for different degrees of backward deformation £2 and constant value of forward extrusion EJ = 0.84 również przeciwbieżnym. Przy wyciskaniu o mniejszym stopniu EJ = 0,59 i £2 = 0,64 (linie przerywane) następuje zwiększanie się h

\

względnej wysokości — w kierunku współbieżnym wyciskania, "1 natomiast materiał prawie nie przemieszcza się w kierunku przeciwbieżnym w trakcie wyciskania. Przy stałym stopniu odkształcenia £2 = 0,64 objętość przemieszczanego materiału w kierunku współbieżnym jest większa przy stosowaniu EJ = 0,59, niż dla E, = 0,84. Jak h

Rys. 2. Przebieg zmian względnej wysokości płynięcia współbieżnego wypraski h^ld^ oraz przeciwbieżnego h2ld2 w funkcji przemieszczenia stempla dla dwóch stopni odkształcenia współbieżnego EJ = 0,84 (linia ciągła), oraz E, = 0,59 (linia przerywana), dla stałej wartości stopnia odkształcenia przeciwbieżnego e2 = 0,64 Fig. 2. True height of forward flow of the stamping h\ld\ and backward flow of the stamping h^/d2 as a function of displacement of the punch for two degrees of forward displacement EJ = 0.84 (solid linę) and EJ = 0.59 (dashed linę) for constant value of the degree of backward deformation 62 = 0.64

\ pokazano na rysunku 2 względny przyrost wysokości -r jest mniej"1 szy dla EJ = 0,59 niż dla £j = 0,84 dlatego, że średnica d\ wypraski przy £, = 0,84 (dl = 10 mm) jest dużo mniejsza niż przy EJ = 0,59 (d] = 16 mm). Na rysunku 3 zostały przedstawione przebiegi zmian siły nacisku w funkcji przemieszczenia stempla przy wyciskaniu złożonym (linia ciągła) przy czterech różnych stopniach odkształcenia wyciskania przeciwbieżnego £2 = 0,41; 0,52; 0,64 i stałym stopniu odkształcenia w kierunku współbieżnym EJ = 0,84, a na rysunku 4 zmiany siły nacisku przy tych samych stopniach odkształcenia £2 i EJ = 0,59. Linią przerywaną naniesiono przebiegi zmian siły nacisku przy wyciskaniu przeciwbieżnym dla tych samych wartości £2 jakie stosowano przy wyciskaniu złożonym, w celu porównania tych sił nacisku. Można przyjąć, że przy wyciskaniu zarówno złożonym, jak i przeciwbieżnym, w pierwszym etapie, w którym stożkowy kształt czołowy stempla jest wciskany w materiał, następuje powolny wzrost niewielkiej siły nacisku, po wciśnięciu stożkowej części stempla intensywny ich wzrost, a w dalszych fazach wyciskania można założyć nawet spadek siły przy mniejszych stopniach odkształcenia przeciwbieżnego £2. Istotna jest różnica w zakresie maksymalnych sił nacisku. Przy złożonym wyciskaniu zwiększenie stopnia odkształcenia w kierunku przeciwbieżnym £ 7 powoduje wzrost sił nacisku w szczególności ze względu na większe umocnienie materiału. Bardzo istotny wpływ na wartość siły nacisku przy wyciskaniu złożo-

541

Siła.kN 160 -. S2=0,64

nacisku należy dodać, że w trakcie wyciskania złożonego różnice pomiędzy stopniami odkształcenia £2 były prawie identyczne, ale różnice względne pomiędzy siłami nacisku różnią się pomiędzy sobą i są one większe pomiędzy większymi wartościami £2, a także dla mniejszego stopnia odkształcenia materiału w kierunku współbieżnym EJ. Oceniając wartości sił nacisku przy wyciskaniu złożonym i przeciwbieżnym można zauważyć, że dla tych samych wartości odkształcenia £2 są one większe przy wyciskaniu przeciwbieżnym niż złożonym, a różnice pomiędzy nimi są większe dla mniejszych wartości EJ. Zmniejszenie wartości sił nacisku przy wyciskaniu złożonym może przyczynić się do zwiększenia żywotności części roboczych narzędzi ze względu na mniejsze ich obciążenie. Podsumowanie

6

8

10

12

14

Przemieszczenie, mm Rys. 4. Przebieg nacisku stempla w funkcji przemieszczenia dla wyciskania złożonego (linia ciągła) i przeciwbieżnego (lina przerywana) dla różnych stopni odkształcenia przeciwbieżnego £2 i stałej wartości odkształcenia współbieżnego £, = 0,59 Fig. 4. The stress ofthe punch as a function of displacement during combined (solid linę) and backward (dashed linę) extrusion for different degrees of backward deformation £2 and constant value of forward extrusion 8] = 0.59 nym, przy tej samej wartości stopnia odkształcenia w kierunku przeciwbieżnym £2, ma wpływ stosowany stopień odkształcenia w kierunku współbieżnym EJ. Zwiększenie £, powoduje, że siły nacisku przy tym samym £2 są dużo większe. Analizując wartości siły

WACŁAW MUZYKIEWICZ ARTUR RĘKAS

Na podstawie przedstawionych badań dotyczących wyciskania złożonego można sformułować następujące wnioski: 1 — Intensywność płynięcia materiału przy wyciskaniu złożonym w kierunku współbieżnym i przeciwbieżnym zależy od stopni odkształcenia w obu kierunkach. Uzyskiwane wysokości części pierścieniowej i walcowej wypraski nie można przyjmować więc dowolnie i zależą one od wymiarów poprzecznych wypraski. 2 — Zwiększenie stopni odkształcenia w obu kierunkach płynięcia materiału powoduje wzrost sił nacisku przy wyciskaniu złożonym. 3 — Siły nacisku przy wyciskaniu złożonym, przy tym samym stopniu odkształcenia są mniejsze niż przy wyciskaniu przeciwbieżnym. Literatura 1. Lange K.: Handbook of Metal Forming. McGraw-Hill Book Company 1985. 2. Erbrel S., Kuczyński K.: Wybrane zagadnienia kształtowania brył. Część II. Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Polskich. Ośrodek doskonalenia Kadr. Warszawa 1989, s. 174. 3. Gołowin W.. Mitkin A., Rieznikow A.: Wyciskanie metali na zimno. WNT. Warszawa 1973 s. 184. 4. Cendrowicz J.: Pom 16 program obsługi eksperymentów badawczych. Politechnika Świętokrzyska. Kielce 2001.

Rudy Metale R 49 2004 nr 10-11 UKD 669-126:621.774.38:669-462.001.57:518.61

ANALIZA NUMERYCZNA ODKSZTAŁCEŃ MATERIAŁU l SIŁ W PROCESIE WYCISKANIA PRZECIWBIEŻNEGO CIENKOŚCIENNYCH ELEMENTÓW RUROWYCH Przeprowadzono analizę numeryczną stanu odkształcenia materiału w cienkościennych elementach rurowych, wyciskanych przeciwbieżnie z różnymi stopniami odkształcenia. Obliczenia MES wykonano dla aluminium w stanie miękkim przy użyciu programu Deform 2D. Dokonano również analizy wartości i przebiegów siły wyciskania.

NUMERICAL ANALYSIS OF MATERIAŁ STRAIN AND FORCES IN THE PROCESS OF INDIRECT EXTRUSION OF THIN-WALLED TUBĘ ITEMS This paper presents a numerical analysis ofthe state ofstrain ofmaterial in thin-walled tubę items, indirectly extruded with various levels ofstrain. FEM calculations were performedfor soft aluminium using Deform 2D program. Analysis ofvalues and courses ofthe extrusion force were madę as well. Dr inż. Wacław Mu^kiewicz. mgr inż. Artur Rękas — Akademia Górniczo-Hutnicza. Wydział Metali Nieżelaznych. Kraków.

542

Wstęp

— średnica stempla ds = dz - 2 gs

Jednym z podstawowych sposobów wyciskania metali jest wyciskanie przeciwbieżne. Tą metodą wykonuje się różnego rodzaju pojemniki, tuby, osłony, tuleje o zróżnicowanych przekrojach poprzecznych, głównie z aluminium i jego stopów [1-M-]. Części te mają różnorakie zastosowanie w wielu gałęziach produkcji. Wyciskanym przeciwbieżnie cienkościennym wyrobom cylindrycznym stawia się wysokie wymagania w odniesieniu do własności wytrzymałościowych ścianki, dążąc do zmniej szeniajej grubości. Wyróżnia się trzy charakterystyczne obszary umocnienia materiału w wyrobie gotowym [4]: obszar najmniejszego umocnienia, występujący na zewnątrz części dennej (w zewnętrznych narożach dna) i przy górnej krawędzi wypraski, obszar pośredni, obejmujący wewnętrzną część dna i obszar przyległy do zewnętrznej powierzchni ścianki wyrobu oraz obszar najbardziej umocniony, występujący przy wewnętrznej powierzchni ścianki wypraski niemal na całej jej wysokości, począwszy od dna. Cel i zakres badań Badania wyciskania przeciwbieżnego cienkościennych cylindrycznych półwyrobów rurowych przeprowadzono w zakresie modelowania numerycznego procesu metodą elementów skończonych. Celem tych badań była analiza stanu odkształcenia materiału w wyrobie i przebiegu siły w procesie. Analizowano rozkłady odkształcenia na grubości i na wysokości ścianki w charakterystycznych fazach procesu dla różnych wartości stopnia odkształcenia (X, e). Wyciskano wyroby o różnych grubościach ścianek przy użyciu narzędzi (pojemnik, przetłoczką) o płaskich czołowych powierzchniach roboczych. Celem praktycznym przeprowadzonych badań była ocena możliwości zmniejszenia grubości ścianki produkowanych tą metodą wyrobów, poddawanych określonemu obciążeniu eksploatacyjnemu i związanego z tym obniżenia kosztów wytwarzania (oszczędności materiału). Obliczenia numeryczne MES, ze względu na osiową symetrię wyciskania cylindrycznych elementów rurowych, przeprowadzono dla płaskiego stanu przy użyciu programu Deform 2D. Wykonano je dla aluminium Al 99,5 (EN AW-1050A) w stanie miękkim w postaci krążków o średnicy dk = 21,8 mm, grubości gk = 6 mm i promieniu zaokrąglenia krawędzi rk = 0,2 mm. Wyciskano cienkościenne elementy rurowe przy ustalonej średnicy zewnętrznej (średnicy pojemnika) d, = 22 mm, promieniu zaokrąglenia roboczej krawędzi przetłoczki rw = 2 mm i grubości dna półwyrobu (resztki nie wyciśniętego materiału) gd= l mm. Grubość ścianki wypraski gs zmieniano w zakresie od 1,0 do 0,4 mm (1,0; 0,8; 0,6 i 0,4). Wymiarami zależnymi od zmiany grubości ścianki były:

a)

b)

— wysokość (długość) wyrobu h = — Wyniki badań Wyciskanie elementów rurowych przez otwór pierścieniowy pomiędzy ścianką recypienta a przetłoczką o różnych średnicach pozwala uzyskać wyroby o różnej grubości ścianki, a tym samym 0 różnym stopniu odkształcenia Obliczenie odkształcenia rzeczywistego w tym procesie jest trudne ze względu na duży gradient odkształceń w ściance wyrobu, tak wzdłuż jej grubości, jak i na wysokości Dla celów praktycznych, technologiczne wskaźniki odkształcenia wyliczono w oparciu o znane zależności współczynnik wyciskania X = AQ/A£ (Ag — powierzchnia krążka wsadowego, Ak — przekrój poprzeczny wyrobu), rzeczywisty współczynnik wyciskania e = InA.. Ich wartości podano w tablicy l Na rysunku l zestawiono wyniki obliczeń rozkładu odkształcenia zastępczego dla badanych grubości ścianek w początkowej fazie wyciskania właściwego, po przemieszczeniu przetłoczki o l mm Analiza tego etapu procesu wyciskania przeciwbieżnego możliwa jest jedynie na drodze modelowania numerycznego lub fizycznego W przypadku analizy wyciskania elementów cienkościennych, jedynym narzędziem badawczym tej fazy procesu pozostaje modelowanie numeryczne Z przedstawionych rozkładów wynika, ze najmniej odkształcone są wewnętrzne warstwy ścianki wyrobu (rys la, Ib, 1 c), zaś warstwy zewnętrzne (w szczególności na kontakcie z pojemnikiem) są najintensywniej odkształcone Największą mejednorodnością rozkładu odkształcenia na grubości charakteryzuje się wypraska o najgrubszej z badanych ścianek (rys la) Wrazzewziostem cienkościenności wyrobu rozkład na grubości staje się bardziej jednorodny W elemencie rurowym o grubości ścianki 0,4 mm (rys Tablica l Zestawienie wskaźników odkształcenia Table l Strainindexes

8, mm

K

e

1,0 0,8 0,6 0,4

5,76 7,13 9,42 14,00

1,75 1,96 2,24 2,64

c)

d)

Rys. 1. Rozkład odkształceń na przekrojach osiowych wyprasek w początkowej fazie wyciskania dla grubości ścianki a — l mm, b — 0,8 mm, c — 0,6 mm, d — 0.4 mm

Fig. l. Strain distribution on axial sections of products in the early stage of extrusion for the wali thickness a — l mm, b — 0.8 mm, c 0.6 mm, d — 0.4 mm

543

Id) na całej grubości ścianki otrzymano jednakową, a zarazem największą wartość odkształcenia. Powstała na początku fazy wyciskania właściwego (rys. 1) niejednorodność rozkładu odkształcenia na grubości ścianki wypraski utrzymuje się przez cały czas trwania procesu. Dla końcowej fazy wyciskania (przy grubości dna gd = l mm) zilustrowano ją na rysunku 2. Największe wartości odkształcenia występują w dolnej części wypraski, a w miarę oddalania się od tego obszaru intensywność odkształcenia maleje. Dla wyrobów wyciskanych z coraz mniejszą grubością ścianki wartość odkształcenia na całej wysokości wzrasta. Najmniejszy procentowy udział względnie małych odkształceń na przekroju poprzecznym zaobserwowano dla przypadku wyciskania wyrobu o najcieńszej ściance (rys. 2d). Ze wzrostem cienkościenności elementów rurowych rośnie stopień umocnienia materiału. Dzięki temu można uzyskać podobny poziom własności wytrzymałościowych wyrobu jak dla wypraski o grubszej ściance, ale w mniejszym stopniu odkształconej. Gradientowe umocnienie na wysokości (długości) wyrobu można wykorzystać przy jego dalszym kształtowaniu plastycznym. Otrzymane rozkłady intensywności odkształcenia (rys. l i 2)

a)

b)

oraz wynikający z nich charakter umocnienia badanych wyrobów nie odpowiadają obszarom umocnienia, które obserwuje się w wyciskanych wyrobach o grubszych ściankach (powyżej l mm) [4]. Największe umocnienie w badanych przypadkach występuje w obszarze kontaktu wyrobu z pojemnikiem. Dla mniejszych odkształceń, w bardziej grubościennych elementach, obserwuje się dość dużą symetrię rozkładu umocnienia. Większe odkształcenie i umocnienie występuje przy obu powierzchniach ścianki, środek ścianki jest mniej odkształcony i odpowiednio mniej umocniony. Na wykresach zmienności siły dla analizowanych przypadków wyciskania przeciwbieżnego na zimno cienkościennych wyrobów widoczne są charakterystyczne cztery fazy procesu (rys. 3): faza speczania wsadu, faza wypełniania kotliny odkształcenia, faza wyciskania (zasadnicza faza procesu), kończąca się wzrostem siły, gdy grubość dna jest porównywalna z grubością ścianki wyciskanego wyrobu (ostatnia faza procesu). W klasycznym procesie wyciskania przeciwbieżnego siła początkowo szybko wzrasta, następnie (w fazie wyciskania materiału) ma w przybliżeniu wartość stałą. Zbliżony do stacjonarnego przebieg procesu otrzymano dla wyrobu o największej grubości ścianki. W pozostałych przypadkach, wraz ze wzro-

c)

L Rys. 2. Rozkład odkształceń na przekrojach osiowych wyprasek w końcowej fazie wyciskania dla grubości ścianki a — l mm, b — 0,8 mm, c — 0,6 mm, d — 0,4 mm

Fig. 2. Strain distribution on axial sections of products in the finał stage of extrusion for the wali thickness a — l mm, b — 0.8 mm, c — 0.6 mm, d — 0.4 mm

544

teriału z narzędziami).

8 OOE+05• 7 OOE+05 •

Podsumowanie

6 OOE+05•

W przypadku wyciskania przeciwbieżnego cienkościennych elementów rurowych rozkład odkształceń w ściance wyrobu silnie zależy od stopnia odkształcenia materiału. Dla mniejszych odkształceń, w bardziej grubościennych wyrobach, obserwuje się dość dużą symetrię rozkładu. Większe odkształcenia występują przy obu powierzchniach ścianki, środek ścianki jest mniej odkształcony. W przypadku większych stopni odkształcenia, w wyrobach bardziej cienkościennych, obszar największych odkształceń w ściance wyrobu występuje od strony powierzchni zewnętrznej. Gradient odkształcenia na grubości nie jest zbyt duży. Odkształcenia materiału występujące w górnej części wypraski są mniejsze i rozłożone równomiernie na grubości ścianki, niezależnie od stopnia odkształcenia. W analizowanych przypadkach wyciskaniana zimno aluminium w stanie miękkim, dominujący wpływ na wartość siły wyciskania w ustalonej fazie procesu i jej wzrost miał stopień odkształcenia materiału i opór płynięcia, związany z tarciem materiału o narzędzia.

S OOE+OS 4 OOE+05• 3 OOE+05• 2 OOE+05• 1 OOE+05 O OOE+00

Q

04

06

08

1

Czas [s] Rys. 3. Przebiegi siły w procesie wyciskania przeciwbieżnego cienkościennych elementów rurowych Fig. 3. Force courses in the process of indirect extrusion of thin-walled tubę items stem cienkościenności, siła osiąga wyższy poziom i wzrasta wraz z przemieszczeniem stempla (rys. 3). Na ten rosnący poziom siły i niestacjonarność procesu istotny wpływ ma wzrastający ze wzrostem cienkościenności wyrobu stopień odkształcenia materiału, a wraz z nim większy opór płynięcia (opory tarcia na kontakcie odkształcanego ma-

STANISŁAW NOWAK TADEUSZ KNYCH KRZYSZTOF ŻAB A ZDZISŁAW SIERPIŃSKI SŁAWOMIR STARZYKOWSKI

Literatura 1. Laue K., StengerH.: Extrusion: processes, machinery, tooling. American Society for Metals, USA 1981. 2. ASM Handbook: Forming andForging. Vol. 14.9* Edition. USA 1988. 3. ScheyJ. A.: Tribology in Metalworking: friction. lubrication and wear. American Society for Metals, USA 1984. 4. Erbel S., Kuczyński K.. Marciniak Z.: Obróbka plastyczna. PWN, Warszawa 1981.

Rudy Metale R 49 2004 nr 10-11 UKD 669-462.002.1:669.718:782:669.058:621.774.002.1:621.43.066

PROJEKTOWANIE l WDRAŻANIE PROCESÓW WYTWARZANIA RUR Z POWŁOKĄ Al-Si, PRZEZNACZONYCH NA ELEMENTY UKŁADÓW WYDECHOWYCH Przedstawiono wyniki niektórych badań, realizowanych w ramach przygotowania wdrożenia technologii wytwarzania stalowych rur zgrzewanych z powloką Al-Si. Zidentyfikowano wymagania stawiane wyrobom przez użytkowników pojazdów samochodowych oraz przez producentów układów wydechowych. Przedstawiono wyniki identyfikacji wad wyrobów; wyniki badań wsadu i jednostkowych procesów pod kątem wyznaczenia optymalnego punktu pracy linii produkcyjnej. Analizowano również metodykę nadzorowania i techniki pomiarowe.

DESIGNING AND IMPLEMENTATION OF PRODUCTION PROCESS OF Al-Si COATED TUBES TO BE USED AS ELEMENTS OF EKHAUST SYSTEMS The paper deals with technological problems in production ofwelded steel tubes with Al-Si coating. In order to satisfy reąuirements ofexhaust systems producers and users ofthe vehicles it is necessary to resolve those problems. The aim ofthe research was to collect data sujficient for designing the production process, that is to process the reąuirements into process parameters. The paper includes results of product defects Identification, results of input material and unitary processes to Dr inż. Stanisław Nowak. dr hab. inż. Tadeusz, Knych. dr inż. Krzysztof Żaba — Akademia Górniczo-Hutnicza. Wydział Metali Nieżelaznych. Kraków, dr inż. Zdzisław Sierpiński— Firma PPM. Kraków, mgr inż- Sławomir Starzykowski — Technologie Buczek S.A.. Sosnowiec.

545

determine an optimal workpoint oftheproduction linę. Supenision methods and measurement techniąues have been analysed as well. Basic unitary processes have been examined: 1. slitting process — checking stability ofstrip width and slitting edge ąuality with special attentionput to thosefactors which are connected wlth existence ofthe coating, 2. slit tubęformingprocess — verification of shapes and positioning of tools forming a slit tubę, which guarantee reshaping the slit into the tubę in such a way that edges in the welding żonę processing conditions verified as the sofar existing steel — rollermaterialfrictionalpair was replaced with Al-Si — roller material, 3. welding process — attempt tofind relationship between the connector ąuality and adjustable process parameters was madę. It was found out that non-contact measurement of temperaturę of a joint is reąuired; ąuality of the joint was determined on the basis ofmicroscope obsemations, and results of expanding, flattening and stretching tests of the ring. Further, tests of micro-hardness distribution and stretching tests on samples cut out of various places the tubę perimeter were performed, 4. calibration process — deformation rates and deformation distribution at the perimeter, as well as relations bet\veen rollers speedandparticular deformation rates were determine to achieve speed eąuality infeeding strips to the rollers and taking the strip by the rollers. Afacility for removing the coatfrom the strip face and slit edge was designed, constructed and assembled into the welding linę to solve the problem of coating remains. Conclusions present performance conditions — optimal parameters of unitary production processes. Wprowadzenie Wdrożenie technologii wytwarzania rur zgrzewanych, gładkich i perforowanych z powłoką Al-Si, przeznaczonych na elementy układów wydechowych zrealizowano w firmie Technologie Buczek S. A. Przykłady rur gładkich i perforowanych przedstawiono na rysunku l. Wsadem jest taśma stalowa, niskowęglowa z obustronną powłoką Al-Si, nakładaną ogniowo o grubości ok. 20 ^m i zawartości ok. 9 % krzemu (rys. 2). Przykładowe własności tas'my: Re - 300 MPa; Rm = 420 MPa; A80 = min. 26 %. 0 wyborze gatunku, z punktu widzenia jakości wyrobu, decydowały przede wszystkim wymagania dotyczące plastyczności, niezbędnej w procesach przetwarzania rur u producentów układów wydechowych. Pierwsze próby uruchomienia produkcji prowadzono w 8 jednostkowych procesach: rozcinanie szerokiej taśmy — perforowanie — formowanie rury szczelinowej — zgrzewanie indukcyjne — usuwanie wypływki — kalibrowanie — cięcie — kontrola jakości. Formowanie rury szczelinowej, zgrzewanie, kalibrowanie i ciecie zachodzi w układzie ciągłym (rys. 3). Kolejne fazy produkcji prezentują rysunki 4-s-S. W linii prowadzi się badania defektoskopowe. Wyrywkowo wykonuje się testy, oceniające przydatność wyrobu do dalszego przetwarzania, w tym test roztłaczania (rys. 9). W pierwszym etapie prac zidentyfikowano wymagania w odniesieniu do wyrobu i przełożono je na potrzeby technologii, następnie wyznaczono optymalne parametry poszczególnych procesów, określono metody badań i kontroli i zebrano dane niezbędne do budowy modeli, pozwalających na doskonalenie wyrobu i procesów. Wymagania stawiane rurom można podzielić na dwie grupy. 1 —Eksploatacyjne (odporność korozyjna, wytrzymałość, szczelność). 2 — Związane z przetwarzaniem rur u producentów układów wydechowych (plastyczność złącza, plastyczność rury poza strefą zgrzewu). Powłoka Al-Si gwarantuje, co prawda, wystarczającą odporność korozyjną wyrobu, ale należało się liczyć z problemami technologicznymi i związanymi z jakością wyrobów, wynikającymi z obecności aluminium i krzemu w strefie zgrzewania. Przyczepność powłoki jest zagwarantowana obecnością warstwy 19 18

pośredniej AlFeSi. Nieznane natomiast było zachowanie się tej warstwy (potencjalnie kruchej) w kolejnych etapach przetwarzania. Własności wytrzymałościowe i plastyczne rur są określone nie tylko gatunkiem stali, ale również odkształceniem w linii zgrzewania i warunkami zgrzewania — oddziaływaniem wysokiej temperatury w strefie wpływu ciepła (SWC). O jakości wyrobu mogą więc zadecydować zarówno własności taśmy wsadowej, jak i parametry procesów jej przetwarzania. Ze względu na efekty starzenia należy również uwzględnić czas, jaki upłynie od wyprodukowania taśmy do jej przetworzenia na rurę i czas od wyprodukowania rury do jej przetworzenia na elementy układu wydechowego i związać go z gatunkiem taśmy, w tym z procesem wygładzania. Ze względu na specyfikę procesów zgrzewania, ich wyniki w postaci np. ukrytej wady mogą się ujawnić dopiero w końcowej fazie przet w a r / a n i a rur\

Rys. 1. Fotografie stalowych rur zgrzewanych z powłoką Al-Si Fis. l. Photo of Al-Si coated welded tubes

Rys. 2. Przekrój taśmy z powłoką Al-Si z widoczną pośrednią warstwą stopową AlFeSi Fig. 2. Al-Si coated strip section with visible AlFeSi intermediate coating

17

Rys. 3. Schemat przykładowej linii zgrzewania l — rozwijarka, 2 — rolki prowadzące, 3 — nożyca gilotynowa i zgrzewarka końców taśmy, 4 — kompensator, 5 — rolki prowadzące, 6 — głowica drukująca, 7 — rolki prowadzące, 8 — układ usuwania powłoki z krawędzi taśmy. 9 i 10 — zespól walców formujących napędzanych i nienapędzanych, 11 i 12 — układ zgrzewania, 13 — układ usuwania wypływki, 13 — układ chłodzenia, 14 i 15 — walce kalibrujące nienapędzane i napędzane , 16 — defektoskop, 17 — głowica kalibrująca, 18 — czujnik drogi, 19 — piła Fig. 3. Exemplary welding linę chart

546

Na rysunku 10 przedstawiono przykłady awarii złącza w końcowej fazie produkcji tłumika. W pierwszej fazie prób występowały liczne przypadki wad złącza przedstawione na rysunkach 11^-12. Stwierdzono przy tym, że występują również awarie poza złączem ujawniające się zarówno podczas roztłaczania, jak i gięcia (rys. 13). Istotą działań w ramach prac nad wdrożeniem było poszukiwanie zestawu takich parametrów procesów (punktów pracy), które będą minimalizowały ryzyko przedstawionych powyżej awarii. Badania prezentowane w pracy obejmowały poszukiwanie przyczyn wad oraz analizę problemów technologicznych pod kątem optymalizacji zbioru parametrów jednostkowych procesów w linii produkcyjnej. Szczególną uwagę zwrócono na te czynniki, które są związane z obecnością powłoki. Badania procesów Badania procesu rozcinania Na jakość złącza mają wpływ stabilność szerokości pasma i ja-

kość krawędzi po rozcinaniu szerokiej taśmy. W czasie wstępnych badań określono wymagania w stosunku do wielkości gratu i tym samym ustawienia i jakości narzędzi nożycy krążkowej. Przykładowe wyniki przedstawiono na rysunku 14. Jednak szczególną uwagę należało zwrócić na te czynniki, które są związane z obecnością powłoki. Jej pozostałości mogą się pojawić na powierzchniach cięcia i wpływać na własności wytrzymałościowe i plastyczne zgrzewu. Występowanie pozostałości powłoki na powierzchniach cięcia potwierdzają wyniki obserwacji mikroskopowej (rys. 15). Badania procesu formowania ruty szczelinowej W ramach badań rozwiązano trzy problemy, l — Zweryfikowano kalibrowanie układu formującego rurę szczelinową. Opracowano kształty i ustawienia narzędzi, gwarantujące przeformowanie taśmy w rurę, w sposób zapewniający wymagane dopasowanie krawędzi w strefie zgrzewania. Płynięcie pasma podczas formowania modelowano za pomocą spe-

Rys. 4. Rozcinanie szerokiej taśmy i perforowanie Rys. 9. Test roztłaczania

Fig. 4. Slitting and perforating a wide strip

Fis 'l F,xpandingtest

Rys. 5. Formowanie rury szczelinowej Fig. 5. Slit tubę formins

Rys. 10. Przykłady awarii złącza w końcowej fazie formowania tłumika Fig. 10. Examples of failure in the finał stage of formins the silenccr

Rys. 6. Zgrzewanie

Rys. 11. Przykłady awarii rur w złączu (pęknięcia)

Fis. 6. Weldina

Fig. 11. Examplcs of failure at tubejoint (cracks)

Rys. 7. Usuwanie wypływki zewnętrznej i wewnętrznej — proces i narzędzia Fis., l. Rcmoval of external and internal flash

Rys. 8. Kalibrowanie Fig. 8. Calibratine

Rys. 12. Przykłady awarii rur w złączu („szycie i nieciągłość") Fig. 12. Examples of tubejoint failure („stitching and discontinuity")

547

cjalnego programu przygotowanego do projektowania narzędzi oraz wyznaczania zróżnicowanych na obwodzie odkształceń. Przykładowy schemat płynięcia pasma przedstawiono na rysunku 16. Na rysunku 17 przedstawiono przykładowe wyniki fizycznego modelowania procesu formowania rury szczelinowej. Etapy zmiany kształtu pasma w badanych liniach przedstawiono na rysunku 18. 2 — Określono wielkości odkształceń w procesie formowania i wpływ tych odkształceń na własności rury, a przede wszystkim własności plastyczne. Wyniki badań stały się podstawą do określania własności

Rys. 13. Przykłady awarii rur poza złączem Fig. 13. Examples of tubę failures away of joints

taśmy wsadowej, gwarantujących wymagane własności rury. Stwierdzono przy tym, że: — odkształcenie w strefie wejścia do linii zgrzewania, m.in. w kompensatorze, jest pomijalnie małe, — największy udział w całkowitym odkształceniu ma odkształcenie wynikające z przeformowania taśmy w rurę. Zależy ono od grubości taśmy i średnicy rury. Jest zróżnicowane na grubości ścianki, — przeformowaniu taśmy w rurę towarzyszy zróżnicowanie odkształceń na obwodzie.

Rys. 17. Etapy formowania taśmy w rurę szczelinową Fig. 17. Stages of forming a slit tubę from a strip Wariant 1.

O

100000 200000 300000 400000 500000

Waga

Rys. 14. Zależność wielkości gratu od masy pociętej taśm> i obraz krawędzi uznanej za nieprawidłową Fig. 14. Dependence of grate size on the weight of the slitted strip and a picture of an irregular edge

Rys. 15. Ślady aluminium na powierzchni cięcia oraz mapy zawartości aluminium i żelaza Fig. 15. Aluminium remains on the slit surface and maps of aluminium and iron content

Warianl 2.

Rys. 18. Fazy zmiany kształtu pasma w linii z usytuowaniem walców Fig. 18. Stages of strip reshaping and location of the rollers

15.770 < Wydluzenie ? 18.919 10.513 < WyeHuzertw ? 13.I4E 7,885 < Wydłużenie ? 10.513 5 V : < W y et ^zenie 1 86 < Wyciszenie '' 5257 0.000 < Wydluzenie ? 5.628

Rys. 16. Schemat płonięcia pasma w linii formowania rury szczelinowej Fig. 16. Chart of strip flow in the linę forming a slit tubę

Rys. 19. Proces zgrzewania l — rura szczelinowa, 2 — induktor. 3 — rolki dociskające, 4 — impeder Fig. 19. Essence of the welding process l — slit tubę, 2 — induction coil around the tubę, 3 — pinch rolls, 4 — impeder

Rys. 20. Czujnik temperatury, wyświetlacz oraz wykres zmiany temperatury w czasie Fig. 20. Temperaturę sensor, LCD, and temperaturę — time tracę chart

548

3 — Zweryfikowano warunki prowadzenia procesu ze względu na zmianę pary trącej z dotychczasowej: stal — materiał walca, na parę AlSi — materiał walca. Problem polegał przede wszystkim na doborze odpowiedniej emulsji chłodząco-smarującej. Badania procesu zgrzewaia Istotę procesu zgrzewania z nagrzewaniem krawędzi prądami wielkiej częstotliwości przedstawiono na rysunku 19. O jakości złącza decyduje temperatura, czas, a więc prędkość pasma oraz siła docisku zgrzewanych krawędzi. Z prędkości wynika również wydajność procesu. W ramach badań poszukiwano punktu pracy linii pod kątem uzyskania maksymalnej wydajności i wymaganej jakości złącza. W pierwszym etapie badań poszukiwano relacji pomiędzy jakością złącza a dostępnymi do regulacji parametrami procesu, a więc prędkością pasma, mocą układu nagrzewania, częstotliwością, kształtem strefy wejściado zgrzewania, wielkością docisku krawędzi, ustawieniem impedera. Po wstępnych próbach stwierdzono potrzebę pomiaru parametru bezpośrednio związanego z procesem, a więc temperatury złącza. Zrealizowano go metodą bezstykową. Zagwarantowano pomiar najwyższej temperatury w strefie zgrzewania. Na rysunku 20 przedstawiono usytuowanie pirometru oraz przykładowe wyniki dostępne na wyświetlaczu i w postaci komputerowo tworzonej zależności od czasu. Jakość złącza określano poprzez obserwacje mikroskopowe oraz wyniki testów roztłaczania, spłaszczania i rozciągania pierścienia. Ponadto wykonano badania rozkładu mikrotwardości oraz testy rozciągania próbek wycinanych z różnych miejsc na obwodzie rury. Przykładowe wyniki obserwacji strefy wpływu ciepła zamieszczono na rysunku 21. Parametrom procesu (głównie temperatura i czas) można było przyporządkować zasięg i struktury SWC oraz stan wypływki i wyniki testów roztłaczania. Równomiernej, niewielkiej wypływce i SWC.

odpowiadały najlepsze wyniki próby roztłaczania. W innych przypadkach obserwowano makro- i mikrodefekty złącza. Przykładowe mikro defekty przedstawiono na rysunku 22. W pobliżu złącza deformacji ulega również powłoka. Na rysunku 23 przedstawiono wyniki pomiarów mikrotwardości w obszarze zgrzewu oraz wyniki testów rozciągania próbek wycinanych w różnych miejscach na obwodzie rury. Na rysunkach przedstawiono przykłady rozciąganych próbek pobieranych ze strefy zgrzewu i poza zgrzewem (rys. 24), przykłady próbek po teście rozciągania pierścieni (rys.25) oraz wyniki testów spłaszczania pierścieni (rys. 26 i 27). Pojawia się pytanie, w jakim stopniu za wady złącza odpowiedzialna jest pozostałość powłoki w strefie zgrzewania. Przyjmuje się, że w czasie zgrzewania metal ze strefy złącza jest wyciskany na zewnątrz. Można by więc oczekiwać, że pozostałości powłoki zgromadzą się w wy pływkach zewnętrznej i wewnętrznej. Przypuszczenie to potwierdzają obserwacje przedstawione na rysunku 28. Obserwacje te, co prawda nie odpowiedziały na pytanie o obecność śladów powłoki w złączu, ale na ich podstawie podjęto decyzję 0 zastąpieniu operacji zawalcowania operacją usuwania ze względu na efekt karbu (rys. 29). Istnieje jednak realne niebezpieczeństwo pojawienia się tlenków w złączu nawet po usunięciu wypływek, tym bardziej, że obecność pozostałości powłoki udokumentowano we wcześniejszych badaniach procesu rozcinania. Przypuszczenie to zostało potwierdzone wynikami mikroanaliz obszarów w strefie pękania złącza podczas testu roztłaczania. Na rysunku 30 przedstawiono przykład wady zgrzewu obserwowany w skali makro. Na rysunku 31 i diagramie przedstawiono wyniki mikroanalizy obszaru z defektem złącza w teście roztłaczania. W celu skutecznego usunięcia pozostałości powłoki zaprojektowano 1 zbudowano, wmontowane w linię zgrzewania, stanowisko do usuwania powłoki z powierzchni taśmy i z krawędzi cięcia (rys. 32).

Rys. 21. Struktura strefy wpływu ciepła (SWC) Fig. 21. Welding żonę structure — heat affected żonę (HAZ) Rys. 24. Próbki wycięte ze strefy zgrzewu i poza zgrzewem Fig. 24. Samples taken in welding żonę and beyond the weld

Rys. 22. Przykładowe defekty złącza i stan powłoki po zgrzewaniu Fig. 22. Exemplary defects of a joint and coating after welding

Rys. 25. Przykładowe wyniki testów rozciągania pierścieni Fig. 25. Exemplary results of ring expanding tests

Rys. 23. Rozkład mikrotwardości w SWC i wyniki testów rozciągania próbek z różnych miejsc na obwodzie rury Fig. 23, Micro-hardness distribution within HAZ and results of expanding tests on samples from various places at the tubę perimeter

549

Systematyczna kontrola jakości procesu jest jednak niezbędna, ze względu na pozostałości powłoki nawet po operacji usuwania, co dokumentuje rysunek 33. Badanie procesu kalibrowania Wyróżniono dwa istotne problemy. Pierwszy dotyczył określenia wielkości odkształcenia podczas kalibrowania i jego rozkładu na obwodzie rury. Odkształcenia te sumują się z odkształceniami wpro-

wadzanymi podczas formowania rury szczelinowej. Własności wyrobu lub wsadu można więc przewidywać po uwzględnieniu sumy odkształceń. W wyniku pomiarów określono, że wydłużenie w klatkach kalibrujących nie przekracza l ,5 %. Zachodzi w nich kolejne przeformowanie owalu w owal, z niewielką tylko zmianą średnicy. Towarzyszą temu dodatkowe efekty w postaci naprężeń szczątkowych. Drugi problem odnosi się do mechaniki procesu ciągłego walcowania. Należało dobrać relacje między prędkościami walców i wartościami poszczególnych odkształceń, gwarantujące spełnienie oczywistego warunku równości prędkości podawania pasma do walców i odbierania przez te walce (równości prędkości po wyjściu z poprzedniej klatki i przed wejściem do następnej.

Rys. 26. Przykładowe wyniki testów spłaszczania pierścieni Fig. 26. Exemplary results of ring flattening tests

Rys. 31. Wyniki obserwacji mikroanalizy obszaru defektu złącza Rys. 27. Rura z wadą „szycia" po próbie spłaszczania

Fig. 31. Results of observation of microanalysis of the joint defect area

Fig. 27. A tubę with „stitch" defect after flattening test

Rys. 32. Fotografie elementów układu usuwania powłoki Fig .32. Photos of elements of coat removing system

Rys. 28. Wypływka z widocznymi wtrąceniami tlenków Al Fig. 28. Flash with visible Al oxide inclusions Rys. 33. Pozostałości powłoki na powierzchni cięcia Fig. 33. Coat remains on the slit face

Rys. 29. Przekrój poprzeczny rury w obszarze złącza z widocznymi efektami zawałcowania wypływki Fig. 29. Cross section of a tubę in the joint area with visible flash lapping effects • •

;

;,

":,,

'

l

:%

Rys. 30. Wada makroskopowa zgrzewu Fig. 30. Macroscopic weld defect

550

Rys. 34. Rura przed i po uzupełnieniu powłoki z wynikiem próby walcowania i przeginania Fig. 34. A tubę before and after coat madę up with test of rolling and multiple bending

Podsumowanie 1. Badania zrealizowane przez zespół pracowników AGH i Technologie Buczek S.A. były podstawą opracowania i wdrożenia technologii wytwarzania prawie 2000 typów rur o różnych średnicach, grubości ścianki, wielkości i rozkładzie perforacji. 2. Określono optymalny zestaw jednostkowych procesów oraz ich parametry (punkty pracy) i opracowano metody i narzędzia nadzorowania, uwzględniające fakt, że pełny wynik procesu jest znany dopiero w czasie przetwarzania rur u producentów układów wydechowych. 3. Kryterium optymalizacji jest wydajność linii, jakość wyrobów oczekiwana przez końcowych użytkowników i producentów układów wydechowych oraz zdolność do dostarczenia wyrobów w różnych konfiguracjach asortymentowych i ilościowych w systemie Just in Time. 4. Zebrane dane oraz opracowane modele stanowią bazę projektowania nowych technologii oraz działań korygujących i zapobiegawczych. Uwzględniają zmienność cech wsadu i parametrów procesów. 5. Wyjaśnienie przyczyn awarii w złączu, podczas formowania elementów układów wydechowych z uwzględnieniem wpływu po-

STANISŁAW NOWAK KRZYSZTOF ŻABA SŁAWOMIR KAC SŁAWOMIR STARZYKOWSKI RAFAŁ MAZUR

włoki na jakość zgrzewu stanowi podstawę doskonalenia procesów. 6. Problem plastyczności materiału poza złączem, niezbędnej podczas roztłaczania i gięcia rury, rozwiązano poprzez dobór odpowiedniego gatunku stali z uwzględnieniem wartości odkształceń w linii. W praktyce oznacza to m.in. potrzebę oceny wydłużenia równomiernego taśmy wsadowej, w sytuacji, gdy dane jest tylko wydłużenie całkowite oraz ocenę efektów starzenia materiału taśmy i rury po odkształceniu w linii. 7. Wymagania odbiorców, przełożone na konfigurację i parametry procesów, doprowadziły do wyposażenia klasycznej linii zgrzewania w dodatkowe agregaty oraz urządzenia kontrolno pomiarowe. Są to komputerowo sterowane prasy do wykrawania różnych rozkładów perforacji, układ usuwania powłoki z powierzchni rozcinania szerokiej taśmy, agregat do uzupełniania powłoki, w ścieżce powstającej po usunięciu wypływki oraz agregat do cięcia rur na odcinki o wymaganej długości. 8. Powłokę w strefie zgrzewania uzupełniano metodą cieplno-mechaniczną z wykorzystaniem dynamiki strumienia spalin w palniku acetylenowym. Efekty uzupełniania powłoki przedstawiono na rysunku 34.

Rudy Metale R 49 2004 nr 10-11 UKD 669-462:621.43.066:669.058.001.5:669.718.669.782

BADANIA POWŁOKI Al~Si NA RURACH, PRZEZNACZONYCH NA UKŁADY WYDECHOWE Przedstawiono wyniki badań, zrealizowanych w: ramach prac nad wdrożeniem i doskonaleniem technologii produkcji zgrzewanych rur stalowych z powloką Al-Si, przeznaczonych na elementy ukladów wydechowych. Badania powloki obejmowafy jej grubość, mikro geometrię powierzchni, odporność na cykle cieplne i odkształcenie. Prezentowane są wyniki badań ewolucji stanu powloki, poddanej działaniu wysokiej temperatury w różnym czasie.

TESTING OF Al-Si COAT ON TUBES DESIGNED FOR EXHAUST SYSTEMS The paper presents results oftests of Al-Si coats thickness, corrosion resistance, stability to heat and time, results oftests ofevolution ofcondition of the coat in production processes and during operation ofexhaust systems are also presented. The coat was evaluated on the basis of heat cycle tests results, measurement of thickness and micro-geometry of the surface, corrosion resistance, heat and time stability. A normalized heat cycle test consisting in multiple heating and sudden cooling of a sample was perfonned. Condition of the coat was evaluated. Measurements of thickness and micro-geometry ofcoats on sheetsfrom various suppliers. Action ofincreased temperaturę and time were tested in view tofind out what impact conditions of a welding processes have on coat conditions and what effect has the increased temperaturę during operation. To answer the first ąuestion we observed samples after welding and perfonned simulation tests. The samples were heated to defined temperaturę and structural effects and changes in chemical composition were observed. Heating temperaturę was defined on the basis of specially designed measurements of thermal field in the weld żonę. To this end we used a thermovision camera. The second ąuestion was answered on the basis oftests consisting in heating samples in various temperatures (150^-800 °C) in varied time (3^-168 h), and observation ofcoats and degree ofdiffusion of the components. Further, the heated samples with coats were tested by rolling, multiple bending and expanding. The coat in the weld żonę, in the path which appeared after the flush was removed, was madę up with thermal-mechanical method, making used of dynamics of exhaust gaś stream in a acetylene blowpipe (spray ing). Conclusions include proposal to introduce an operation ofremoving the coatfrom strip edges before forming a slit tubę and using Al-Si coat instead ofpure aluminium after the operation of flush removal. Dr inż, Stanisław Nowak, dr inż. Ki^sztofŹaba — Akademia Gómiczo-Hutnicza. Wydział Metali Nieżelaznych. Kraków, dr inż. Sławomir Kac — Akademia Górniczo-Hutnicza. Wydzia! Metalurgii i Inżynierii Materiałowej. Kraków, mgr inż. Sławomir Starzykowski, mgr inż. Rafał Mazur — Technologie Buczek S. A.. Sosnowiec.

551

Wprowadzenie

Badania przyczepności, stabilności grubości i mikrogeometrii

Badaniom poddano powłoki o grubości ok. 20 (J.m na stronę o zawartości 8-^11 % Si nakładane ogniowo na blachach ze stali niskowęglowych. Przykładowe fotografie powłoki z widoczną warstwą pośrednią oraz analizę składu chemicznego przedstawiono na rysunku 1. Efekt połączenia wytrzymałościowych cech stali oraz odporności na wysoką temperaturę i korozję powłoki siluminowej uzasadnia stosowanie zgrzewanych rur z powłoką Al-Si na elementy układów wydechowych. Na rysunkach 2+3 przedstawiono wyniki badań przebiegowych — przekroje poprzeczne i widok fragmentu rury wydechowej bez powłoki i z powłoką po 30 000 km. W artykule zamieszczono wyniki badań istotnych cech powłoki, w tym stabilności grubości i mikrogeometrii powierzchni oraz odporności na cykle cieplne i działanie wysokiej temperatury i czasu. Badania prowadzono pod kątem oceny możliwości spełnienia wymagań stawianych układom wydechowym. Pokazano efekty dyfuzji składników powłoki i podłoża. Oceniono również jakość powłoki aluminiowej, nanoszonej w linii zgrzewania, w ramach operacji uzupełniania ścieżki w obszarze zgrzewu.

Testy technologiczne wielokrotnego przeginania, roztłaczania, wywijania kołnierza potwierdziły wymaganą jakość powłoki, a przede wszystkim jej przyczepność. Powłoka nie wykazywała złuszczeń. Jedynie podczas spłaszczania pierścieni stwierdzono drobne pęknięcia w końcowej fazie próby, przede wszystkim w warstwie pośredniej. Blacha z powłoką mogła być walcowana w pełnym zakresie odkształceń z zachowaniem pełnej przyczepności i bez wad powierzchniowych. Wyniki pomiarów grubości powłoki, wykonanych na blachach od różnych dostawców, przedstawiono na rysunkach 4 i 5 i w tablicy l, a mikrogeometrii powierzchni w tablicy 2. Grubość powłok mierzono metodą „kulotest" [1]. Mikrogeometrię powierzchni — za pomocą przyrządu Form Talysurf firmy Taylor Hobson. Oddziaływanie podwyższonej temperatury i czasu Celem badań było znalezienie odpowiedzi na pytania, w jakim stopniu warunki procesu zgrzewania wpływają na stan powłoki, jaki jest efekt oddziaływania podwyższonej temperatury w czasie eksploatacji układu wydechowego oraz jaki jest efekt oddziaływania

Rys.l. Powierzchnia blachy z powłoką, powłoka z widoczną warstwą pośrednią, skład chemiczny Fig. 1. Sheet surface with a coat. Yisible intermediate layer of the coat, chemical composition Tablica l Wyniki analizy statystycznej w odniesieniu do grubości powłok Table l Results of statistic analysis related to coat thickness

Rys. 2. Fot. przekroju poprzecznego eksploatowanej rury wydechowej bez powłoki i z powłoką Al-Si Fig. 2. Photo of cross-section of an operated exhaust pipę without a coat and with Al-Si coat

Gatunek stali

Oczekiwana grubość powłoki (im

1 2

20,0 20,0

strona L

Str

S strona L

strona P

8.
5 strona P

j^m

[im

[im

[im

21,1 22,6

2,5 3,3

21,8 26,4

2,5 6,4 Tablica 2

Wyniki analizy statystycznej w odniesieniu do mikrogeometrii powłok Table 2 Results of statistic analysis related to micro-geometry of coats

Gatunek stali Rys. 3. Widok rury wydechowej po eksploatacji ze śladami korozji w strefie zgrzewu Fig. 3. View of exhaust pipę after operation, with traces of corrosion in the weld żonę

552

1 2

Oczekiwana wartość

strona L

S strona L

to. strona P

5 strona P

[im

[im

Hm

[im

[im

1,5 1,5

1,53 1,67

0,14 0,24

1,39 1,63

0.19 0,21

R.

to*

Rys. 4. Histogramy liczebności grubości powłoki (strona L), gatunek l i 2 Fig. 4. Bar cards of size (side L) class l and 2 — coat thickness

Rys. 5. Histogramy liczebności grubości powłoki (strona P), gatunek l i 2 16

Fig. 5. Bar cards of size (side P) class l and 2 — coat thickness

1! X<= Granica Ma»y

Rys. 6. Stan powłoki po teście cykli cieplnych i późniejszym gięciu i rozciąganiu Fig. 6. Coat after heat cycle test, bending and bumping

- '

p .:

V :i.. ..:-' • J; •. .. 11

-.

'••-'".•-.->.,-, ^., ... .*••>.-.--. -.--•-.• -•••--• ;

:,i::v:-: -T/-: •;•:••

H l!

;

1

:

;

-"

Ul

.•:--'' | ii

-.

- - ^S^M<^ •-•,«"•-

liS,8 1 •-i':- 1 "'SSC

:

:

1 rf-''" * "" *-*''<Sj»«'*i* *'

-,s^, f

s ^

\

" * *

f

•f^1,*4,«&

f

?

™ k "" "

Rys. 7. Struktura i skład chemiczny powłoki w strefie złącza, po zgrzewaniu Fig. 7. Structure and chemical composition of the coat in joint żonę, after welding

Rys. 8. Struktura i skład chemiczny powłoki w strefie złącza, po zgrzewaniu (inny obszar) Fig. 8. Structure and chemical composition of the coat in joint żonę, after wełding (other area)

podwyższonej temperatury i czasu podczas ewentualnej obróbki cieplnej taśmy wsadowej lub rur. Badania oddziaływania podwyższonej temperatury rozpoczęto od testu cykli cieplnych, polegającego na wielokrotnym nagrzewaniu i gwałtownym chłodzeniu próbki blachy. Ocenia się stan powłoki. Przykładowe wyniki badań, dodatkowo uzupełnione próbą rozciągania i gięcia, pokazano na rysunku 6. Stan powłoki w strefie złącza, po zgrzewaniu przedstawione są na rysunkach 7 i 8. Odpowiedzi na pytania o efekty oddziaływania wysokiej temperatury i czasu poszukiwano w specjalnych badaniach, polegających na nagrzewaniu próbek do określonej temperatury, obserwacji efe-

któw strukturalnych i zmian składu chemicznego. Odniesienie do warunków zgrzewania uzyskano poprzez oszacowanie temperatury w obszarze zgrzewu. Wykonano pomiary metodą pirometryczną i kamerą termowizyjną. Przykładowe rozkłady temperatury w strefie zgrzewania przedstawiono na rysunkach 9 i 10. Na rysunkach 11-^17 przedstawiono wyniki obserwacji powłoki i analizy jej składu chemicznego po nagrzewaniu w różnej temperaturze i czasie (150*800 °C przez 3-168 h). Na rysunku 18 przedstawiono obraz powłoki po nagrzewaniu pierścienia w temperaturze 800 °C przez 24 h i po próbie spłaszczania. Na rysunku 19 przedstawiono obraz powłoki po nagrzewaniu

553

pierścienia w temperaturze 510 °C w różnym czasie oraz walcowaniu. Na rysunku 20 przedstawiono wyniki testów wielokrotnego

Uzupełnianie powłoki w obszarze zgrzewu

przeginania próbek T pierścieni wyżarzanych w temperaturze 510 °C

Powłokę w obszarze zgrzewu, w ścieżce powstającej po usunięciu wypływki uzupełniano metodą cieplno-mechaniczną z wykorzystaniem dynamiki strumienia spalin w palniku acetylenowym (metoda natryskowa). Na rysunku 22 przedstawiono komorę roboczą. W pierwszym etapie napylano aluminium o czystości 99,5-^99,7.

w różnym czasie. Na rysunku 21 przedstawiono wyniki testu roztłaczania pierścienia wyżarzanego w temperaturze 510 °C/3 h.

Rys. 9. Pole temperatury (miejsce zgrzewu po usunięciu wypływki) Fig. 9. Thermal field (place of weld after flush removal)

Rys. 10. Pole temperatury. Miejsce zgrzewu, widok z boku Fig. 10. Thermal field. Place of weld. Side view

Rys. 11.Wyniki analizy liniowej, 150 °C/24 h

Rys. 13. Wyniki analizy liniowej, 150 °C/168 h

Fia. 11. Results of linear analysis. 150 °C/24 h

Fig. 13. Results of linear analysis, 150 °C/168 h

" :m

Rys. 12. Wyniki analizy liniowej, 150 °C/72 h Fig. 12. Results of linear analysis. 150 °C/72 h

554

Rys. 14. Wyniki analizy liniowej, 300 °C/24 h Fig. 14. Results of linear analysis, 300 °C/24 h

Rys. 20. Stan powłoki po nagrzewaniu w 510 °C/3 h i 510 °C/24 h i próbie wielokrotnego przeginania Fig. 20. Coat after heating in 510 °C/3 h and 510 °C/24 h and multiple bending test

Rys. 15. Wyniki analizy liniowej, 300 °C/72 h Fig. 15. Results of linear analysis, 300 °C/72 h

Rys. 21. Stan powłoki po nagrzewaniu w 510 °C/3 h i próbie roztłaczania Fig. 21. Coat after heating in 510 °C/3 h and expanding

Rys. 16. Wyniki analizy liniowej, 510 °C/3 h Fie. 16. Results of linear analysis, 510 °C/3 h

Rys. 22. Wnętrze komory do natryskiwania gazowego (SULZER METCO) Fig. 22. Interior of chamber for gaś spraying (SULZER METCO)

Rys. 17. Wyniki analizy liniowej, 800 °C/24 h Fig. 17. Results of linear analysis, 800 °C/24 h

Próby prowadzono bez stosowania topnika i z topnikiem o składzie 29%K-17,7%A1-51,6%F. Po napylaniu próbki poddawano standardowym obserwacjom i zabiegom wyżarzania w podwyższonej temperaturze. Wyniki obserwacji powłoki Al, nakładanej bez użycia topnika, w stanie początkowym i po wyżarzaniu w różnej temperaturze i czasie zmieszczono na rysunku 23. Na rysunku 24 zamieszczono wyniki obserwacji próbek przygotowanych z użyciem topnika. Podsumowanie

Rys. 18. Stan powłoki po nagrzewaniu w temp. 800 °C/24 h i spłaszczaniu pierścienia Fig. 18. Coat after heating in temp. 800 °C/24 h and flattening of rings

Rys. 19. Stan powłoki po nagrzewaniu w temp. 510 °C/3 h i 510 °C/24 h i walcowaniu Fig. 19. Coat after heating in temp. 510 °C/3 h i 510°C/24handrol]ins

1. Znaczna zmienność grubości powłoki i mikrogeometrii jej powierzchni wskazują na potrzebę kontroli tych parametrów w ramach badań wsadu. 2. Powłoka, w stanie początkowym jest powłoką dwuwarstwową. Warstwa zewnętrzna jest stopem Al-Si, średnio o zawartości 9 %Si. Warstwa pośrednia jest stopem Al-Fe-Si. W podwyższonej temperaturze dwuwarstwowa powłoka przekształca się skutkiem procesów dyfuzyjnych do postaci jednowarstwowej, stopu trójskładnikowego Al-Fe-Si. Przekształcona powłoka uzyskuje nowe cechy, w szczególności rośnie jej temperatura topnienia. W stanie początkowym powłoka zachowuje zdolność do odkształcania i przyczepność we wszystkich testowanych wariantach zmiany kształtu.

555

Rys. 23. Próbka w stanie początkowym i po wyżarzaniu w 510 °C/24 godziny Fig. 23. Sample in initial state and after annealing in 510 °C/24 hours 3. Stwierdzono, że powloką przetworzona do postaci jednowarstwowej, przez działanie temperatury i czasu staje się podatna do odkształcania. 4. Zmiany w stanie powłoki zachodzące w warunkach zgrzewania dotyczą jedynie małego obszaru wzdłuż zgrzewu. Jest to jeden z argumentów przemawiających za wprowadzeniem operacji jej usuwania i z brzegów taśmy. 5. Po analizie wyników badania procesu nanoszenia powłoki opracowano propozycję zmiany technologii polegającą na wprowadzeniu stopu Ał-Si zamiast czystego aluminium. Próby wykazały, że możliwe jest wykonanie drutu o zawartości ok. 1,5 % Si. Rys. 24. Próbka w stanie początkowym i po wyżarzaniu w 510 °C/24 godziny Fig. 24. Sample in initial state and after annealing in510°C/24hours

STANISŁAW NOWAK ANDRZEJ MAMALA ARTUR RĘKAS KRZYSZTOF ŻABA MAREK TUMIDAJEWICZ SŁAWOMIR STARZYKOWSKI

Literatura l. Żaba K., Nowak S., Kac S.: Badania grubości elektrolitycznie i ogniowo nakładanych powłok cynkowych metodami niszczącymi i nieniszczącymi. Materiały konferencyjne, XXXI Szkoła Inżynierii Materiałowej Kraków — Krynica 7*10.X.2003, Kraków 2003.

Rudy Metale R 49 2004 nr 10-11 UKD 669-462.002:621.774.002:620.18

EWOLUCJA WŁASNOŚCI W LINII TECHNOLOGICZNEJ FORMOWANIA, ZGRZEWANIA ORAZ KALIBROWANIA RUR W artykule prezentowana jest analiza problemu oraz wyniki badań odkształceń i ewolucji własności w kolejnych etapach przetwarzania \etwarzania taśmy na rury, w liniach zgrzewania. Wyniki wykorzystano do projektowania procesów technologicznych a w szczególności własności wsadu.

EYOLUTION OF PROPERTIES OF TECHNOLOGICAL LINĘ FOR FORMING, WELDING, AND CALIBRATING OF TUBES This paper presents results of analysis and tests of deformation and evolution of properties in subseąuent stages ofstrip welded tubes production to achieve the reąuired process stability level and properties of the product. The paper contains conclusions referring to reąuirements concerning the input material. Material passing along tubę continuous forming and welding linę is subjected to changes in structure and properties. Action of temperaturę is limited to the heat-affected żonę Dr inż. Stanisław Nowak, dr inż Andrzej Mamala, mgr inż. Artur Rękas, dr inż Krzysztof Żaba — Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Metali Nieżelaznych. Kraków, dr inż Marek Tumidajewicz — Kuźnia Glinik Sp. z o.o., mgr inż. Sławomir Starzykowiki — Technologie Buczek S. A., Sosnowiec.

556

(HAZ), where heat treatment effect is visible in mechanical properties and significantly decreased workability. Size of HAZ is determined with linear welding energy. Increase of temperaturę beyond HAZ resultedfrom the welding process does not cause any visible changes in mechanical properties of the material. It is possible to evaluate final mechanical properties of the material on the basis ofknown properties of the input material and equivalent deformation of material on the linę (being a function of its technological parameters). On the basis of measurements of temperaturę distribution and ratę of tubę deformation in the welding system, and tests ofsoaking ofmaterial, we may state that there is no risk ofoccurrence of a physical yield point beyond HAZ. Model tests proved that input material with a physical yield point, in case of the identified linę set-up, would not result in having a ready product with a yield point because deformation ofmaterial is large enough to eliminate it. The paper contains also results of research on implementation ofheat treatment of the input strip. Influence of increased temperaturę on mechanical properties was also investigated. Wprowadzenie Oczekiwany zespół własności mr, przeznaczonych na układy wydechowe, obejmuje kształt, wymiary, szczelność złącza, ciągłość powłoki, własności wytrzymałościowe oraz plastyczność technologiczną. Określa sieją w teście roztłaczania i gięcia. Oczekuje się np. min. 25 % wzrostu średnicy rury podczas formowania elementów układu wydechowego, bez pęknięcia w zgrzewie i poza zgrzewem. Opisane sytuacje zobrazowano na rysunku 1. Jeśli odkształcenie podczas roztłaczania jest większe od równomiernego wydłużenia taśmy wsadowej, to biorąc pod uwagę dodatkowe umocnienie odkształceniowe, zachodzące w linii zgrzewania, nie należy liczyć na pozytywny wynik testu roztłaczania lub gięcia. Plastyczność materiału rury jest bowiem zdeterminowana, nie tylko przez własności taśmy wsadowej, lecz również przez odkształcenie w linii zgrzewania w układzie formowania i kalibrowania. Oddziałują na nią ponad to podwyższona temperatura i czas jej oddziaływania w strefie zgrzewania oraz efekty starzenia. W linii zgrzewania taśma podlega ciągowi odkształceń (odkształcenia sprężyste i plastyczne) oraz działaniu podwyższonej temperatury. Odkształcenia plastyczne mogą występować w układach prowadzenia taśmy, w kompensatorze oraz występują w układzie formowania i kalibrowania rury. Charakterystyczne dla badanego przypadku jest zróżnicowanie odkształceń i własności na grubości ścianki i obwodzie. Ze względu na efekty związane z prędkością chłodzenia i procesy

starzenia można przyjąć, że granica plastyczności materiału w złączu przewyższa granice plastyczności materiału rury. Wobec tego, przynajmniej w pierwszej fazie roztłaczania materiał płynie poza złączem. Celem badań było zapewnienie możliwości przewidywania własności wyrobu, w szczególności w odniesieniu do potrzeb związanych z dalszym przetwarzaniem rur u producenta układów wydechowych. Istnieje również oczywista potrzeba rozwiązywania zadania odwrot15.776 < WyaRyzenfe t 18.919 Lst^r • • .. - •• • r: ". 18.513 < Mf»uz*rft J KM4E 7.885 < Vymuzenie ? 10.513 Ł257 < >f^:^ś ? 7.8BS

< wymuwt'1. i 5.537

0.000 < Wyauzente l S.(£B

Rys. 3. Schemat formowania rury szczelinowej Fig. 3. Tubę forming scheme .

< VfKxm» 7.385 <

• .'

ł ISMt

i 1111

Rys. 4. Przykłady płynięcia pasma w linii formowania rury Fig. 4. Examples of strip flow in the tubę forming linę

A

l Xi

/ S! Rys. 1. Oczekiwany i negatywny wynik testu roztłaczania i gięcia Fig. l. Expected and negative results of expanding and bending test

v££> Rys. 2. Przewijanie taśm} u akumulatorze Fig. 2. Recoiling the strip in the accumulator

Rys. 5. Zmiana kształtu i rozkład odkształceń w trakcie kalibrowania Fig. 5. Change of shape and distribution of deformations during calibrating

557

nego, polegającego na poszukiwaniu wymaganych własności wsadu z uwzględnieniem parametrów procesu. Odkształcenia w linii zgrzewania Należy rozważyć cztery procesy, w których mogą zachodzić odkształcenia plastyczne w linii zgrzewania, zróżnicowane na grubości ścianki i obwodzie rury. 1 — Przewijanie taśmy w akumulatorze. 2 — Formowanie rury szczelinowej. 3 — Zgrzewanie. 4 — Kalibrowanie. Zróżnicowanie odkształcenia na grubości ścianki jest charakterystyczne dla procesów gięcia występujących w akumulatorze, układzie formowania rury i kalibrowania. W fazie formowania rury szczelinowej występuje również dodatkowe odkształcenie, zmienne na obwodzie, wynikające z przeformowania taśmy w rurę. W fazie zgrzewania odkształcenie jest zlokalizowane w obszarze zgrzewu i przejawia się powstawaniem wypływki. Ponadto, proces kalibrowania \\pro\\ ad/a nierównomierne odks/tałccnie. wynikające 7 pr/efor-

mowania przekroju, związanego ze zmianą szerokości. W kompensatorze (akumulatorze) zachodzi gięcie z naciągami (rys. 2). W analizowanej linii, graniczny promień krzywizny gięcia, poniżej którego zachodzi odkształcenie plastyczne, wyznaczony dla średniej grubości i granicy plastyczności taśmy wynosi 550 mm. Oceniono, że odkształcenia całkowite zachodzące w kompensatorze nie przekraczają O, l %, w warstwach zewnętrznych taśmy. W układzie formowania rury odkształcenia zachodzą w kolejnych etapach przedstawionych w przykładowym wariancie kalibrowania (rys. 3). Wyniki analizy płynięcia pasma podczas formowania rury, wykonanej specjalnym komputerowym programem, przygotowanym do tego typu symulacji przedstawiono na rysunku 4. Oceniono, że odkształcenie wynikające z gięcia w trakcie formowania rury wynosi ok. 3^4 %, zależnie od jej wymiarów, a przeformowanie taśmy w rurę może prowadzić do nierównomiernych na obwodzie odkształceń, nie przekraczających 0,5 %. Dodatkowym, możliwym do wystąpienia, praktycznym efektem zróżnicowania odkształceń na obwodzie, jest utrata stateczności krawędzi, objawiająca się ich pofalowaniem i w efekcie niedopasowaniem w strefie zgrzewania. Doświadczalnie wykazano, że wydłużenie pasma w układzie formowania nie przekracza 0,5 % i zależy od naciągów międzyklatkowych. W procesie kalibrowania dochodzi do nieznacznego przeformowania przekroju rury w kolejnych wykrojach. Zmianę kształtu rury i rozkłady odkształceń przedstawiono na rysunku 5. Badania złącza

Rys. 6. Zasięg zmian struktury i struktura w SWC

Badania złącza prowadzono pod kątem odpowiedzi na pytanie, czy i z jakich przyczyn prawidłowo wykonany zgrzew, może utracić plasty-

Fig. 6. Extend of structure changes and structure in H AŻ

OdiegłoSef jMMttlf dzy odciskami

ottmwałiy i&ai wpływu dflpb ok

ii pomiarowa |mm]

Rys. 7. Rozkład mikrotwardości w SWC — różne warunki wykonania rury Fig. 7. Distribution of micro-hardness in H AŻ — different conditions of tubę making

558

czność, co w efekcie objawi się pękaniem podczas roztłaczania. Rysunek 6 pokazuje zasięg i przykłady zmian struktury w strefie złącza. Na rysunku 7 przedstawiono przykładowe wyniki pomiarów rozkładu mikrotwardości w obszarze złącza. Stwierdzono, że maksimum twardości występuje w złączu, zasięg SWC przekracza dwie grubości ścianki, oraz że pomimo małej zawartości węgla, duża prędkość chłodzenia powoduje lokalne hartowanie materiału. Efektom tym towarzyszy spadek plastyczności. Wniosek potwierdzają badania własności próbek wycinanych z różnych punktów na obwodzie rury. Badania zmian własności Pierwszym etapem badań była identyfikacja własności mecha-

(B

400

Odcinek rury ze zgrzewem

350

Odcinek rura bez zgrzewu

£300 = 250 £

f

200 150

£ 100 50 O

20

40

60

80

100

140

Rys. 10. Wykresy rozciągania próbek wyciętych w różnych punktach na obwodzie rury. Materiał 2 Fig. 10. Stretch diagrams of samples cut out in various points at the tubę perimeter. Materiał 2 Tablica 2

400

a.

. •'"'

5

3

Współczynniki mechaniczne rury na obwodzie

1,2 1

X^

* J"

120

Czas, s

Table 2

f

Mechanical properties at tubę perimeter

_

3-200

i

-

0*

-

Położenie próbki

1-0 względem kierunku walcowania 2- 45° względem kierunku walcowania 3- 90° względem kierunku walcowania 1 . 1 -

Złącze

1/8 2/8 4/8

Odkształcenie, %

Rys. 8. Zestawienie charakterystyk rozciągania materiału wsadowego — różne kierunki rozciągania

*»

•^loo

Mpa

%

490 426 415 415

4 21 25 25

Współczynnik krzywej umocnienia

Współczynnik krzywej umocnienia

583 594 604 607

0,04

k

n

0,1

0,12 0,13

Fig. 8. Characteristics of input materiał stretching — various directions of stretching Tablica l Wybrane charakterystyki taśmy wsadowej Table l Selected characteristics of input strip

Rm

Kierunek

0°

^100

Mpa

%

416

30 28 29

422 408

45° 90°

Współczynnik krzywej umocnienia

Współczynnik krzywej umocnienia

665 674 664

0,169 0,169 0,178

K

-wsad ~ płaszczyzna obojętna r

śr

- powierzchnia rury

n

1,3

O

0.02

0.04

0,0«

O.OB

0.1

0.12

O.U

0.16

0.18

0.2

Odkształcenie rzeczywiste

Naprężenie , Mpa

Rys. 11. Charakterystyki rozciągania materiału wsadowego i po przesunięciu o wartość wstępnego odkształcenia, jakiemu poddawany jest materiał w linii 1

Mr

'

'

j

_=^=Ł ,_*—

'

!

5

10

A"~~

1

.^JL^^t^ *

ri _ «!_f _| i 0

Fig. 11. Stretch characteristic of input materiał and after shifting by the value of the initial deformation of the materiał in the linę

_....

J

1- zgrzew 2- 1/8 obwodu od zgrzewu 4- 4/8 obwodu od zgrzewu 15

20

25

3C

Odkształcenie, % Rys. 9. Charakterystyki rozciągania próbek wyciętych w różnych punktach na obwodzie rury. Materiał l Fig. 9. Stretching characteristics of samples cut out in various points at the tubę perimeter. Materiał l

nicznych taśmy wsadowej. Na rysunku 8 zamieszczono przykładowe wykresy rozciągania próbek wycinanych pod różnym kątem w stosunku do kierunku walcowania. W tablicy l zamieszczono wybrane charakterystyki taśmy. Badania własności mechanicznych rur rozpoczęto od identyfikacji stopnia ich zróżnicowania na obwodzie i określenia własności w strefie złącza. Na rysunku 9 zamieszczono przykładowe wykresy rozciągania. Próbki wycinano wzdłuż osi rury. Zwraca uwagę wysoka wytrzymałość i niska plastyczność złącza oraz wyższy poziom własności wytrzymałościowych materiału próbki wyciętej w 1/8 obwodu rury (R0 2 = 390 MPa, Rm = 426 MPa) w stosunku do obszaru oddalonego o 90° od złącza. Potwierdza to

559

= ' 600.0

Rys. 12. Pole temperatury (rura w trakcie zgrzewania, widok z góry) Fig. 12. Thermal field (tubę being welded. view from the top)

Rys. 13. Pole temperatury (rura w trakcie zgrzewania, widok z góry, inne ujęcie) Fig. 13. Thermal field (tubę being welded. view from the top, another

Rys. 14. Pole temperatury (miejsce zgrzewu po usunięciu wypływki) Fig. 14. Thermal field (weld point after the flash has been removed) Tablica 3 Własności mechaniczne materiału po wygrzewaniu w 100 °C w różnych czasach a.

Tabłe 3 Mechanical properties of the materiał after soaking in 100 °C — different times

ST Q.

Czas wyżarzania w temperaturze 100 °C, min

Odkształcenie, %

Rys. 15. Krzywe rozciągania materiału po różnych czasach wygrzewania w 100 °C. Próbki w kierunku równoległym i prostopadłym do kierunku walcowania (KW) Fig. 15. Curves of materiał stretch after welding in 100 °C in various times of welding. Samples parallel and vertical to rolling direction przypuszczenie, że odkształcenie nie jest równomierne na obwodzie. Na rysunku 10 zamieszczono wyniki rozciągania próbki wyciętej z obszaru złącza i z obszaru oddalonego o 180°. Zarówno w przypadku przedstawionym na rysunku 10 jak i 11, w całym zakresie rozciągania opór plastyczny materiału złącza jest wyższy niż opór plastyczny rury. Potwierdza się przypuszczenie, że w czasie roztłaczania plastycznym odkształceniom ulega materiał poza obszarem złącza Wynika z tego, że prawidłowo wykonane złącze nie może być przyczyną pęknięć w tym teście. Jeśli w złączu wystąpi pęknięcie, należy poszukiwać przyczyn związanych z procesem zgrzewania a nie materiałowych. W tablicy 2 zamieszczono wybrane charakterystyki materiału rury

560

Rm, MPa

Aloo, %

0

20

40

80

1

416 408

416 415

407 412

391 365

1

29 29

29 29

29 29

29 29

wyznaczone w różnych punktach na obwodzie. Krzywe umocnienia Na podstawie badań określono prawdopodobne przebiegi umocnienia materiału w różnych punktach na grubości ścianki rury. Oczekiwane krzywe w stosunku do własności wsadu przedstawiono na rysunku 11. Zależności wytrzymałości na rozciąganie oraz wydłużenia równomiernego Ar od odkształcenia dla małych odkształceń, nie przekraczających wydłużenia równomiernego można wyznaczyć na podstawie pomiaru ich wartości początkowych /?m0 i Ar0. W każdej fazie rozciągania pole Af można interpretować jako pole początkowe próbki po wstępnym odkształceniu e. Jeśli odkształcenie opisze się wyrażeniem

Tablica 5 Własności mechaniczne materiału po wygrzewaniu w 300 °C w różnych czasach

e=

to pole powierzchni przekroju próbki podczas rozciągania zmienia się zgodnie z zależnością

Table 5 Mechanical properties of the materiał after soaking in 300 °C — different times

Czas wyżarzania w temperaturze 300 °C, min

*,„,MPa

^100-

%

0

2

4

6

8

12

20

_L

416 408

408 368

392 368

395 368

394 371

393 373

400 374

±

29 29

29 29

24 28

28 28

27 29

27 27

27 27

Odkształcenie, %

Rys. 16. Charakterystyki rozciągania materiału po różnych czasach wygrzewania w 200 °C. Próbki w kierunku równoległym i prostopadłym do kierunku walcowania (KW) Fig. 16. Materiał stretch characteristics after welding in 200 °C in various times of welding. Samples parallel and vertical to rolling direction

52

'c

.8

Tablica 4 Własności mechaniczne materiału po wygrzewaniu w 200 °C w różnych czasach Table 4 Mechanical properties of the materiał after soaking in 200 °C — different times Czas wyżarzania w temperaturze 200 °C, min

0

3

6

12

24

Rm, MPa

±

416 408

408 368

411 367

409 368

406 368

Am, %

±

29 29

27 27

27 27

27 27

28 28

3W i

i

Odkształcenie, % Rys. 18. Charakterystyki rozciągania materiału wsadowego po wygrzewaniu w 300 °C przez 20 min — wyraźna granica plastyczności i po wstępnym odkształceniu o różnej wartości (0,5*2 %) zrealizowanym przez jednoosiowe rozciąganie. Próbki równoległe do kierunku walcowania Fig. 18. Materiał stretch characteristics after welding in 300 °C for 20 min — yield point, and after initial deformation with different values (0.5-5-2 %) — one-axis stretching. Samples parallel to rolling direction

I

Odkształcenie, %

Odkształcenie, %

Rys. 17. Charakterystyki rozciągania materiału po różnych czasach wygrzewania w 300 °C. Próbki w kierunku równoległym i prostopadłym do kierunku walcowania (KW) Fig. 17. Materiał stretch characteristics after welding in 300 °C in various times of welding. Samples parallel and vertical to rolling direction

Rys. 19. Powiększenie — charakterystyki rozciągania materiału wsadowego po wygrzewaniu w 300 °C przez 20 min — wyraźna granica plastyczności i po wstępnym odkształceniu o różnej wartości (0,5-5-2 %) zrealizowanym przez jednoosiowe rozciąganie. Próbki równoległe do kierunku walcowania Fig. 19. Blow-up — Input materiał stretch characteristics after welding in 300 °C for 20 min — yield point, and after initial deformation with different yalues (0.5-5-2 %) — one-axis stretching. Samples parallel to rolling direction

561

e=

Wtedy

Ar(e) = Ar-e

Odkształcenie, %

Rys. 20. Charakterystyki rozciągania materiału wsadowego po wygrzewaniu w 300 °C przez 20 min. — wyraźna granica plastyczności i po wstępnym odkształceniu o różnej wartości (0,5-^2 %) zrealizowanym przez jednoosiowe rozciąganie. Próbki prostopadłe do kierunku walcowania Fig. 20. Input materiał stretch characteristics after welding in 300 °C for 20 min. — yield point, and after initial deformation with different values (0.5^-2 %) — one-axis stretching. Samples vertical to rolling direction

l i!

O

0.5

1

1,5

2

2.5

3,5

3

4

4-5

5

Odkształcenie, %

Rys. 21. Powiększenie — charakterystyki rozciągania materiału wsadowego po wygrzewaniu w 300 °C przez 20 min. — wyraźna granica plastyczności i po wstępnym odkształceniu o różnej wartości (0,5-^2 %) zrealizowanym przez jednoosiowe rozciąganie. Próbki prostopadłe do kierunku walcowania Fig. 21. Blow-up — Input materiał stretch characteristics after wełding in 300 °C for 20 min. — yield point, and after initial deformation with different values (0.5-^2 %) — one-axis stretching. Samples vertical to rolling direction

Można więc napisać

/?„ A0 (l - e)

1-e

W przypadku wydłużenia równomiernego otrzymuje się

A/£

n-T~ /

'O

= ~

r '-Ar O'n --l

e

-e

gdzie A/e — ta część wydłużenia próbki, która jest realizowana w odkształceniu wstępnym. Odkształcenie można również zdefiniować wyrażeniem

562

Wykorzystanie tych zależności do opisu efektów dowolnych procesów wymaga zdefiniowania odkształceń i wyznaczenia odkształcenia zastępczego. Poszukiwaną wartość początkowego wydłużenia równomiernego taśmy, przez dodanie wartość odkształcenia zastępczego, zachodzącego w linii, do wymaganego stopnia roztłoczenia rury. Należy również uwzględnić spadek plastyczności skutkiem procesów starzenia. W praktyce wyznacza się odkształcenie całkowite a przejście na wydłużenie równomierne wymaga dodatkowych informacji. Badania zmian własności skutkiem działania temperatury Badania skutków działania podwyższonej temperatury wykonano na materiale taśmy. Wyniki odniesiono do warunków zgrzewania, eksploatacji układu wydechowego i ewentualnej obróbki cieplnej taśm. Pomiary rozkładu temperatury w warunkach rzeczywistych zgrzewania wykonano techniką pirometryczną i termowizyjną. Na rysunkach 12-^14 przedstawiono przykładowy wynik pomiaru techniką termowizyjną. Na rysunkach 15-s-l? i w tablicy 5 przedstawiono odpowiednio wyniki rozciągania próbek wygrzewanych w 100, 200 i 300 °C w różnym czasie. Z badań wynika, że w wskutek wygrzewania wyraźna granica plastyczności ujawniła się po krótszym czasie na próbkach wyciętych w kierunku poprzecznym. Pojawia się również pytanie, jak kształtować się będzie sytuacja w przypadku, gdy materiał wsadowy posiada wyraźną granicę plastyczności. Symulacje takiego zachowania przedstawiają rysunki 18-5-21. Analiza wyników pozwala stwierdzić, że ok. l % wstępne odkształcenie wzdłużne (zadane w tym przypadku poprzez jednoosiowe rozciąganie) wystarczy, aby wyeliminować problem wyraźnej granicy plastyczności. Podsumowanie 1. Materiał podczas przejścia przez linię zgrzewania podlega zmianom struktury i własności skutkiem odkształcenia w kolejnych fazach przetwarzania oraz działaniu temperatury w SWC. Wzrost temperatury poza SWC, wynikający z procesu zgrzewania, nie powoduje widocznych zmian własności mechanicznych materiału. 2. Istnieje możliwość szacowania końcowych własności mechanicznych materiału rury w oparciu o znajomość własności wsadu oraz zastępczego odkształcenia materiału w linii. 3. Na podstawie wyników pomiarów rozkładu temperatury i wielkości odkształceń rury w układzie zgrzewania oraz badań efektów wygrzewania materiału można stwierdzić, że nie ma ryzyka pojawienia się wyraźnej granicy plastyczności. Badania modelowe wykazały, że nawet w przypadku, gdy materiał wsadowy posiadałby wyraźną granicę plastyczności, to dla zidentyfikowanego ustawienia linii, odkształcenia materiału są na tyle duże, że eliminują możliwość pojawienia się wyraźnej granicy plastyczności w wyrobie gotowym. 4. Badania dostarczyły danych, na podstawie których można określić wymagania w stosunku do taśmy wsadowej oraz przewidzieć własności rury po procesie zgrzewania.

STANISŁAW NOWAK WALDEMAR RĄCZKA MAREK SIBIELAK KRZYSZTOF ŻAB A AGATA LIS SŁAWOMIR STARZYKOWSKI

Rudy Metale R 49 2004 nr 10-11 UKD 621.774.2:621.791.001:669-462.002.1:621.375.826

WYTWARZANIE RUR ZE SZWEM METODĄ LASEROWEGO SPAWANIA OPIS PRZEDSIĘWZIĘCIA Przedmiotem artykułu jest analiza technicznych i technologicznych problemów laserowego spawania wzdłużnego w zastosowaniu do wytwarzania rur ze stali wysoko stop owych i stopów niklu i chromu.. Zidentyfikowano wymagania w stosunku do wsadu i procesów formowania rury szczelinowej oraz technik sterowania promieniem lasera. Prezentowane są wnioski w odniesieniu do przedsięwzięć inwestycyjnych.

PRODUCTION OF LASER WELDED SEAMED TUBES DESCRIPTION OF THE UNDERTAKING The paper deals with analysis of longitudinal laser welding applied to production of tubes; analysis of reąuirements concerning feedstock and unitary processes in the technological linę, techniąues, laser beam control. Large diameters and thin walls of tubes always cause difficulties when we want to get a guaranteed joint applying conventional welding technologies. The goods madę with conventional methods usually are defective because of a large area ofheat influence and external as well as internal flash, and internal flash and weld penetration visible on the surface in case of, for instance, plasma-arc welding. Introduction of laser welding will radically resohe the above described problems. Application of laser guarantees smali width of the weld and smali area ofheat influence, high ąuality of the weld, smali amount ofoxides and contamination, no porosiły, tightness of the tubę, smali flash, possibility of carrying out the process in protective atmospheres, welding of materials which are difficult to connect with other methods. Further, laser welding facilitates process automation. The undertaking refers to implementing production basedon laser welding ofthin-wall tubes madę ofaustenitic andferritic alloy steel, nickel and chromium alloys. The system will consist of strip preparation and slit tubę forming systems which will guarantee changes in rollers calibration, adjustments of slit tubę edge guiding, laser welding system, laser beam control system, cooling system andfeeding ofprotective atmosphere, as well as tubę cutting system. We anticipate production of tubes with 12+60 mm diameters and 1+2 mm thick wali madę ofaustenitic andferritic high alloy steel, nickel and chromium alloys, and laterofotheralloys. This undertaking will result in marketing ofnew, highlyprocessedproducts, which have not been produced in Polandyet. New groups ofconsumers and new needs will be initiated which will lead to development ofnew technologies connected with further processing and used of the highest standard products.

Wprowadzenie Uzyskanie gwarantowanego złącza w klasycznych technologiach zgrzewania lub spawania zawsze stwarza problemy, tym większe, im większa średnica i mniejsza ścianka rury. Nie wszystkie materiały wykazują wystarczającą podatność do zgrzewania, pojawia się problem zanieczyszczeń i utleniania, zasięg strefy wpływu ciepła podczas zgrzewania albo przetopienia (podczas spawania plazmowego) jest

stosunkowo duży, pojawiają się wypływki, jakość złącza jest niepewna. Prędkość, a więc wydajność spawania plazmowego jest mała. Radykalnym rozwiązaniem niektórych problemów jest wprowadzenie spawania laserowego. Duża gęstość mocy, rzędu 107-^10 W/mm2, gwarantuje: — spawanie materiałów trudnych do łączenia innymi technikami, — wytwarzanie złożonych, zamkniętych kształtowników, niemożliwych lub trudnych do uzyskania standardowymi technologia-

Dr inż. Stanistaw Nowak — Akademia Górniczo-Hutnicza. Wydział Metali Nieżelaznych, Kraków, dr inż. Waldemar Rączka, dr inż. Marek Sibielak — Akademia Górniczo-Hutnicza. Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki. Kraków, dr inż. Krzysztof Żaba, mgr ini Agata Lis — Akademia Górniczo-Hutnicza. Wydział Metali Nieżelaznych, Kraków, mgr inż. Sławomir Starzykowski— Technologie Buczek S.A.. Sosnowiec.

563

mi przeróbki plastycznej, — małą szerokość spoiny i niewielką strefę wpływu ciepła, a w efekcie niewielki, w porównaniu z innymi technologiami spawania lub zgrzewania, obszar materiału, gdzie mogą powstawać naprężenia termiczne i zmiany strukturalne, — wysoką jakość spoiny, w tym małą ilość tlenków i zanieczyszczeń, brak porowatości, szczelność rury, — małą wypływkę, — spawanie rur cienkościennych, precyzyjnych bez deformacji kształtu i wprowadzania wad powierzchni, — produkcję rur „na gotowo" bez obróbki związanej z wypływką i obróbki powierzchniowej, — stosunkowo dużą wydajność, — stosunkowo łatwą automatyzację procesów. W artykule podano wybrane informacje dotyczące techniki laserowego spawania oraz uwarunkowania związane z wdrożeniem technologii laserowego spawania cienkościennych rur ze stali wysokostopowych ferrytycznych i austenitycznych w firmie Technologie Buczek S.A. Przedsięwzięcie jest realizowane w oparciu o bazę techniczną i technologiczną firmy, uzupełnioną specjalnie zakupioną i przystosowaną linią z układem formowania rury szczelinowej, gniazdem spawania lub zgrzewania i układem wykańczającym. W ramach przygotowań do przedsięwzięcia dokonano rozpoznania technicznego i technologicznego problemu. Zidentyfikowano wymagania odbiorców dotyczące asortymentu, ilości i wymagań stawianych wyrobom. Określono oczekiwania i zakres możliwych rozwiązań. Określono problemy i zagrożenia. Zaprojektowano linię technologiczną, metody sterowania oraz kontroli jakości. Wyznaczono istotne punkty kontrolne.

Schemat prowadzenia wiązki w laserach NdYAG i CO2 przedstawiono na rysunku l. Moc lasera dobiera się do materiału, grubości ścianki i prędkości liniowej spawania (wydajności). Korzysta się z gotowych diagramów opracowanych przez producentów. Na rysunku 2 przedstawiono przykładowy diagram doboru mocy lasera w zależności od grubości ścianki i prędkości przesuwu rury szczelinowej. Linii spawania stawia się specjalne wymagania. Schemat procesu z układem formowania rury szczelinowej i elementy linii przedstawiono na rysunku 3. Przykładowe efekty procesu laserowego spawania z obrazem złącza pokazano na rysunku 4. Zasięg strefy zmiany makrostruktury złącza po spawaniu laserowym, TIG i zgrzewaniu prądami wielkich częstotliwości oraz przykład zasięgu zmian makrostruktury w rurach zgrzewanych, ziden-

Rys. 1. Schemat prowadzenia wiązki w laserach CO2 i NdYAG Fig. l. Beam transmission techniąues for CO2 i NdYAG

Laser jako narzędzie spawania. Wyposażenie Analizie poddano trzy typy laserów używanych do spawania: CO2, NdYAG i diodowe. Wyniki zweryfikowano u producentów aparatury laserowej i oprzyrządowania. Sformułowano wymagania techniczno-technologiczne dotyczące jednostki laserowej, układu śledzenia i prowadzenia wiązki laserowej. Przykłady rozwiązania laserów oraz linii formowania i spawania podano poniżej [1,2]. Ośrodkiem czynnym Lasera NdYAG —jest pręt z granatu itrowo-aluminiowego (Y3AL5O12). Lasery te pobudzane są za pomocą lamp ksenonowych, kryptonowych lub laserów diodowych. Do przesyłania wiązki laserowej w tym przypadku używane są światłowody, dzięki temu, lasery te, można stosować w przypadkach, gdy spoina jest pewną krzywą w przestrzeni trójwymiarowej. Dzięki giętkości światłowodu, głowicę spawającą można zamontować na manipulatorze robota i realizować skomplikowane spoiny lub cięcia 3D. Można je stosować do spawania metali kolorowych. Ośrodkiem czynnym Lasera CO2 —jest dwutlenek węgla. Lasery te są pobudzane za pomocą wyładowań wysokiego napięcia stałego lub zmiennego, wysokiej częstotliwości i napięcia rzędu kilkunastu kV. Do transportu wiązki laserowej stosuje się zestaw rur z przegubami, w których zamocowane są zwierciadła. Lasery te najlepiej nadają się do prostoliniowego cięcia i spawania. Nadają się do spawania stali. W przemyśle są bardzo popularne, dzięki niższym kosztom inwestycyjnym w stosunku do laserów NdYAG. Niższe są również koszty eksploatacyjne. Posiadają bardzo dobrą jakość wiązki. W przypadku Laserów diodowych wiązka jest realizowana poprzez skupienie światła kilkuset półprzewodnikowych diod laserowych. Lasery te mają niską jakość wiązki i stosunkowo małą moc. Nadają się jedynie do napawania, lutowania, spawania z jeziorkiem lub też obróbki cieplnej wybranych fragmentów wyrobu, w szczególności powierzchniowej.

564

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Weid Seam Depth (SheetThickness): mm

1 0

Rys. 2. Diagram doboru mocy lasera Fig. 2. Welding performance of laser series

Rys. 3. Elementy linii do formowania i laserowego spawania rur Fig. 3. Laser welding in tubę welding lines. Typical installation

Rys. 4. Zasięg zmian struktury złącza po spawaniu laserowym Fig. 4. Rangę of weld structure changes after laser welding Laser: * Narrow Weld Seam « Minimum Linę Energy - Minimum Heat Affected Żonę • Minimum Segregation of Alloys

Rys. 5. Struktury obszarów zgrzewów po spawaniu laserowym, TIG i zgrzewaniu prądami wielkich częstotliwości Fig. 5. Rangę of weld structure changes after laser welding, TIG and HF tyfikowanych przez autorów, przedstawiono na rysunku 5. Wymagania w odniesieniu do wybranych elementów systemu produkcyjnego Użycie precyzyjnego narzędzia spawania, jakim jest laser, daje możliwość spełnienia szczególnych wymagań dotyczących jakości wyrobu ale równocześnie narzuca szereg wymagań (ograniczeń) w stosunku do wsadu, elementów linii technologicznej i parametrów jednostkowych procesów. 1. Wymagania w odniesieniu do jakości taśmy wsadowej. Taśma powinna gwarantować nie tylko oczekiwaną jakość powierzchni, małe zróżnicowanie grubości ścianki i własności mechanicznych, ale z punktu widzenia procesu, przede wszystkim powinna zapewnić dopasowanie krawędzi rury szczelinowej w strefie spawania i stabilność położenia szczeliny względem wiązki. Wymagania dotyczą więc płaskości, sierpowatości, stabilności grubości na szerokości i długości, stabilności własności mechanicznych, jakości krawędzi cięcia. Wymagania w stosunku do krawędzi cięcia przenoszą się na wymagania w stosunku do procesu rozcinania. Problemy z zapewnieniem stabilności położenia szczeliny są tym większe, im cieńsza jest ścianka i większa średnica rury oraz wyższe własności wytrzymałościowe i większe zróżnicowanie jakościowych cech taśmy. 2. Wymagania w odniesieniu do układu formowania rury szczelinowej. Kalibrowanie układu formującego, a więc rozkład prędkości, średnic

walców, ich kształtu, w skutku odkształceń powinno zapewnić stabilne dopasowanie krawędzi, bez nadmiernych poślizgów taśmy między walcami formującymi. Poślizgi mogą wpłynąć na jakość powierzchni pasma i z tego m.in. powodu wymagania dotyczą również materiału narzędzi i systemu ich chłodzenia. Należy tu podkreślić, że w linii laserowego spawania niedopuszczalne jest stosowanie emulsji chłodząco-smarujących. Co prawda odkształcenia podczas formowania rury szczelinowej są niewielkie i w przypadku materiału w stanie miękkim tylko część włożonej energii mechanicznej zamieni się na ciepło, ale jest to proces ciągły. 3. Wymagania w odniesieniu do lasera. Wymagania dotyczą kilku podstawowych parametrów: — mocy, dopasowanej do wymiarów rury i oczekiwanej wydajności linii, — sprawności, — skuteczności układu chłodzenia, — jakości wiązki laserowej (np. mód, stabilność mocy), — obsługiwalności, — żywotności, — dostępności elementów i mediów, — kosztów eksploatacji, — sterowalności, — jakości i szybkości serwisu. 4. Wymagania w odniesieniu do układu sterowania wiązki lasera i śledzenia położenia szczeliny. Wymienione w punkcie 2 i 3 przyczyny niestabilności położenia szczeliny względem wiązki wymuszają konieczność stosowania układów pomiaru położenia szczeliny i regulacji położenia wiązki. Wymagania w tym zakresie należy skojarzyć z rzeczywistymi warunkami występującymi w linii i dopasować układu sterowania wiązki do wydajności linii. 5. Wymagania w odniesieniu do procesów wykańczających. Są to procesy cięcia, obróbki powierzchni, formowania wiązki. Wymagania wynikają z faktu, że będą to rury cienkościenne o wysokiej jakości powierzchni. 6. Wymagania w odniesieniu do kontroli i badań wyrobów. Dotyczą dostawców i procesów przygotowania wsadu. Kontrola wewnętrzna, wyrywkowa wsadu musi obejmować kształt, wymiary, mikrogeometrię, własności, skład chemiczny — w sensie wartości i stabilności. Kontrola wyrobu oprócz kształtu, wymiarów, jakości powierzchni musi dotyczyć spoiny. W odniesieniu do stali austenitycznych, ze względu na niebezpieczeństwo korozji wżerowej szczególnie w obecności jonów chloru, konieczne będą badania odporności korozyjnej. Zakres wdrożenia i ważniejsze prace w ramach przedsięwzięcia Przewiduje się produkcję rur o średnicach 12^60 mm i grubości ścianki l-s-2 mm ze stali wysokostopowych austenitycznych i ferrytycznych oraz stopów niklu, chromu a w przyszłości i innych. Rury spawane laserowo mogą znaleźć zastosowanie w różnych dziedzinach. Motoryzacja — elementy układów wydechowych, wyposażenie; Techniki pomiarowe — elementy termopar, osłony ochronne; Przemysł chemiczny—elementy armatury, reaktorów; Budownictwo — wymienniki ciepła, grzejniki, podgrzewacze wody; Formy architektoniczne — elementy dekoracyjne, meble, wyposażenie lokali; Wyposażenie medyczne — instalacje, aparatura; Przemysł stoczniowy — wyposażenie, armatura; Przemysł kablowy — rury osłonowe (możliwość rozszerzenia zakresu produkcji). Instalacja doświadczalna będzie się składała z układu przygotowania taśmy, formującego rury szczelinowe, gwarantującego wymianę kalibrowania walców i wprowadzania korekt, prowadzenia krawędzi rury szczelinowej, spawania laserowego, sterowania wiązką lasera, chłodzenia i zadawania atmosfery ochronnej oraz układu cięcia rur. We wszystkich istotnych punktach kontrolnych procesów zostaną umieszczone odpowiednie czujniki, w tym do pomiaru kształtu,

565

Tablica l Moduły i zadania warstwy nadrzędnej

Kontrola jakości

Moduł służy do oceny jakości procesu technologicznego poprzez porównanie zmiennych procesowych z zadanymi warunkami technologicznymi określonymi w szablonie. Moduł przygotowuje dane dla modułu raportowania przebiegu procesu technologicznego. W wyniku działania tego modułu technolog będzie mógł zweryfikować poprawność procesu oraz w przypadku niedotrzymania parametrów technologicznych podjąć decyzję o dodatkowych badaniach i/lub przeklasyfikować wyrób.

Testowanie systemu

Moduł umożliwia diagnostykę poprawności działania poszczególnych elementów systemu. Moduł ten zawiera zestaw testów uruchamianych automatycznie po włączeniu systemu oraz przed rozpoczęciem procesu technologicznego jak również testów uruchamianych na żądanie. Moduł umożliwia sprawne i szybkie wykrywanie uszkodzeń systemu przed rozpoczęciem procesu technologicznego.

Kalibracja systemu

Moduł zawiera zestaw procedur kalibracji podstawowej i międzypperacyjnej poszczególnych elementów systemu np. systemu śledzenia szczeliny.

Table l Modules and statements of master layer Moduł

Zadania

'lanowanie echnologii

iloduł pozwala na zdefiniowanie parametrów procesu echnologicznego, związanego z konkretnym wyrobem. Umożliwia podstawową weryfikacje poprawności ikres'lonych przez użytkownika parametrów. Zdefiniowane parametry procesu są zapisywane na dysku szablonów procesu. Szablon procesu zapisany v formie elektronicznej zapewnia powtarzalność nastaw echnologicznych procesu dla wybranego wyrobu. Ze względu na fakt. że szablon będzie przesyłany do systemu sterowania bezpośredniego unika się błędów operatora. Parametry te są wykorzystywane do weryfikacji poprawności rzeczywistego przebiegu wocesu technologicznego. Szablony te pozwalają jrzyspieszyć operację przezbrajania linii :echnologicznej.

Rozruch zatrzymanie procesu technologicznego

vloduł uruchamia i nadzoruje realizację procedur rozruchu i zatrzymania technologicznego oraz zatrzymania awaryjnego realizowanych w warstwie sterowania bezpośredniego. Moduł dokonuje skróconej autodiagnostyki systemu, sprawdza zgodność wymagań technologicznych zapisanych w szablonie ze stanem faktycznym, oraz warunki bezpiecznego uruchomienia linii. Inicjuje uruchomienie sekwencji rozruchowej, sekwencji zatrzymania technologicznego i awaryjnego. Kontroluje poprawność wykonania sekwencji rozruchowych, a następnie inicjuje rozpoczęcie procesu technologicznego.

Sterowanie procesem technologicznym

Moduł umożliwia wprowadzenie, przez uprawnionego operatora, korekt parametrów procesu technologicznego wraz z ich raportowaniem. Weryfikuje poprawność wprowadzanych korekt, zgodnie z zadanymi regułami. Umożliwia inicjację procesu zatrzymania i uruchamiania linii.

Monitorowanie i wizualizacja procesu technologicznego

W module monitorowania realizuje się zadania zbierania danych pomiarowych, ich skalowania, wstępnej analizy i wizualizacji.

Archiwizacja danych o procesie technologicznym

Moduł umożliwia archiwizację danych zebranych w trakcie monitorowania procesu technologicznego. Dodatkowo możliwe jest także zarządzanie już utworzonymi archiwami.

Raportowani' przebiegu procesu technologicznego

Moduł raportowania umożliwia wygenerowanie wszystkich raportów koniecznych do udokumentowania przebiegu procesu. Raportowanie przebiegów procesów jest wymogiem stawianym przed każdym systemem nadzoru komputerowego. Raporty te są niezbędne w systemach kontroli jakości, w procesach zarządzania. produkcją etc. Dokumentacja.

Detekcja i obsługa sytuacji alarmowych i awaryjnych

Moduł detekcji sytuacji alarmowych sprawdza zakresy zmiennych procesowych i. w przypadku ich przekroczenia, generuje alarmy. Alarmy zaklasyfikowane są do kilku grup, którym przypisano różne stopnie wagowe określające krytyczność alarmu. Każda grupa posiada odrębny zbiór reakcji alarmowych dostosowany do stopnia wagowego alarmu np. alarmy krytyczne wymagają potwierdzenia przez operatora. Alarmy będą archiwizowane w dzienniku alarmów historycznych.

566

Komunikacja Moduł komunikacyjny służy do transmisji danych z systemem zarówno z jak i do systemu sterowania bezpośredniego. bezpośrednie- Moduł zawiera także procedury kontroli Błędów go sterowania transmisji. Ochrona preed nieautoryzowanym dostępem

Moduł zabezpiecza system przed nieautoryzowanym dostępem przez osoby nieuprawnione. Ochrona ta została zrealizowana z użyciem systemu haseł oraz poziomów dostępu do poszczególnych funkcji systemu.

Procedury bezpieczeństwa

Moduł zawiera wyodrębniony system testów i alarmów, które są wymagane ze względów bezpieczeństwa obsługi.

wymiarów, temperatury, prędkości i innych parametrów technologicznych. Projektowanie procesów technologicznych, metod nadzorowania ich realizacji, przygotowanie podstaw do działań korygujących i zapobiegawczych wymaga opracowania i weryfikacji wielu modeli. Jednym z ważniejszych jest model procesu formowania rur szczelinowych. Praktycznie przydatna wiedza z tej dziedziny jest fragmentaryczna. Model będzie służył do wypracowywania optymalnych rozkładów prędkości (przełożenia i średnice walców), kształtu kolejnych profili a więc kształtu kolejnych walców. W oparciu o model będzie można przewidzieć wartości odkształceń na obwodzie rury i konsekwencje ich rozkładu. W modelu zostaną wykorzystane wyniki badań dotyczące ewolucji własności. Należy uwzględnić oddziaływanie tarcia w kolejnych narzędziach oraz opisać ewolucję własności, niejednorodne płynięcie na obwodzie, z uwzględnieniem odkształceń sprężystych, których udział w całkowitym odkształceniu jest znaczny. Udział odkształceń sprężystych wyraża się tzw. odsprężynowaniem, tym trudniejszym do matematycznego opisu, że pasmo jest odkształcane niejednorodnie. Odpowiednie stałe i charakterystyki są wyznaczane metodą odwracania modelu i następnie wykorzystania procedur optymalizacyjnych. Parametrami weryfikującymi model są stopień wzdłużnego i poprzecznego dopasowania krawędzi rury w strefie spawania, wartości poślizgów, obciążenia. Kolejnym problemem jest zmiana struktury i własności w wyniku oddziaływania wiązki laserowej w strefie wpływu ciepła (SWC). Spawanie, bez względu na metodę, jest związane z oddziaływaniem podwyższonej temperatury i przetopieniem pewnej objętości materiału. W klasycznych procesach spawania (np. plazmowego) i zgrzewania (np. z nagrzewaniem indukcyjnym) przetapiana objętość jest stosunkowo duża. Tym samym duży jest obszar wpływu strefy ciepła. W strefie tej dochodzi, co oczywiste, do istotnych zmian

Tablica 2 Struktura modułowa warstwy bezpośredniego sterowania Table 2 Module structure of direct control layer Moduł

Zadanie

Siedzenie położenia szczeliny

Zadaniem modułu jest wyznaczanie położenia szczeliny. Szczelina może się przemieszczać, ze względu na niedokładności jej prowadzenia przez rolki oraz inne zakłócenia występujące w trakcie procesu formowania rury. Ze względu na fakt, że promień lasera ma średnicę ok. O.lmm, niedokładne prowadzenie szczeliny powoduje niesymetryczność spoiny, a w ekstremalnym przypadku jej brak.

Pozycjonowanie położenia wiązki laserowej

Ustawienie wiązki lasera w miejscu przewidywanego położenia szczeliny. Położenie to jest prognozowane na podstawie informacji uzyskanych z modułu śledzenia położenia szczeliny. Prognoza jest konieczna, gdyż pomiar położenia szczeliny nie jest możliwy w miejscu spawania. Jakość spoiny istotnie zależy od precyzji prowadzenia wiązki. Graniczna prędkość pozycjonowania jest jednym z najważniejszych ograniczeń wydajności procesu spawania rury.

Sterowanie mocą lasera

Moduł działa w dwóch fazach. Faza pierwsza obejmuje rozruch lasera i kończy się po uzyskaniu przez promień laserowy zadanej, w szablonie procesu technologicznego, mocy. Faza druga obejmuje realizację właściwego procesu spawania.

Komunikacja z systemem nadrzędnego sterowania

Moduł służy do transmisji danych zarówno z jak i do systemu sterowania nadrzędnego. Moduł zawiera także procedury kontroli błędów transmisji.

Detekcja i obsługa stanów alarmowych krytycznych

Zadaniem modułu jest detekcja i obsługa alarmów krytycznych. Moduł ten sprawdza na bieżąco stan linii technologicznej w celu zabezpieczenia jej przed uszkodzeniem. Moduł ten podejmuje decyzję o zatrzymaniu linii oraz sposobie jej zatrzymania w celu uniknięcia lub minimalizacji uszkodzeń.

Rozruch i zatrzymanie procesu spawania

Moduł realizuje procedury rozruchu i zatrzymania mające na celu ograniczenie strat oraz łagodne przeprowadzenie linii technologicznej ze stanu zatrzymania do pełnej prędkości zadanej w szablonie procesu technologicznego. Procedura rozruchu jest uruchamiana po weryfikacji poprawności działania pozostałych modułów.

Bezpieczeństwo

Moduł zawiera procedury mające na celu zapewnienie bezpieczeństwa operatora linii technologicznej. W szczególności moduł ten ma za zadanie wyłączenie lasera w przypadku naruszenia strefy ochronnej przez człowieka.

własności w stosunku do pozostałej części rury. W przypadku stali niestopowych problem ten może się sprowadzać do odpowiedniej wytrzymałości złącza i ewentualnie plastyczności, jeśli rura jest przetwarzana, np. podlega gięciu lub roztłaczane albo wywijane są kołnierze. W przypadku stali stopowych, przede wszystkim austenitycznych pojawiają się jeszcze uwarunkowania związane z odpornością korozyjną. Materiał ruryjest odkształcony, występująnaprężenia wewnętrzne a w spoinie materiał jest przetopiony. W pewnych zastosowaniach stan taki może być powodem osłabienia odporności na korozję wżerową. Prowadzenie tak precyzyjnego procesu jest możliwe tylko pod warunkiem wdrożenia systemu sterowania. Na potrzeby tego systemu budowane są odpowiednie modele i algorytmy. System sterowania System składa się z warstwy sterowania bezpośredniego, realizującego zadania w czasie rzeczywistym (np. sterowanie wiązką lasera, detekcja położenia szczeliny itd.) oraz sterowania nadrzędnego, realizującego zadania nie wymagające synchronizacji z czasem rzeczywistym. Zadania typu raportowanie, planowanie procesu technologicznego, itd. realizowane są w warstwie sterowania nadrzędnego. Warstwa sterowania nadrzędnego zostanie zaimplementowana na komputerze klasy IBM PC, natomiast warstwa sterowania bezpośredniego zostanie zbudowana w oparciu o programowalne sterowniki logiczne (PLC). Takie rozwiązanie pozwala zwiększyć elastyczność, niezawodność i bezpieczeństwo działania systemu. Moduły i zadania warstwy nadrzędnej przedstawiono w tablicy l. Warstwa sterowania bezpośredniego realizuje sterowanie procesem technologicznym w czasie rzeczywistym. Podstawowymi funkcjami tej warstwy są śledzenie spawanej szczeliny, pozycjonowanie laserowej głowicy spawającej, sterowanie mocą lasera, detekcja sytuacji krytycznych. Strukturę modułową warstwy bezpośredniego sterowania przedstawiono w tablicy 2. Podsumowanie Wdrożenie technologii laserowego spawania rur będzie miało jeszcze inne konsekwencje niż tylko bezpośrednie korzyści, związane z uruchomieniem produkcji nowych wyrobów. Przede wszystkim należy oczekiwać ogólnego rozwoju firmy i jej otoczenia. Ponadto pojawią się nowe potrzeby techniczne i technologiczne oraz potrzeby związane z przygotowaniem odpowiednich specjalistów. Literatura 1. Laser Welding Applications in Profile and Tubę Production. RofinSinar. 2. TRUMPF TLF turbo High Power CO2 Lasers — Basic Aspects.

567

STANISŁAW NOWAK KRZYSZTOF ŻABA MARIAN BRONICKI SŁAWOMIR KAC

Rudy Metale R 49 2004 nr 10-11 UKD669-462:621.793.5:669.718'782:669.718.85:621.774.001.5

ANALIZA PRZYCZYN PERFORACJI RUR ZE STOPU AI Z LUTOWNICZĄ POWŁOKĄ Al-Si W artykule zamieszczono analizę problemu i wyniki badań, zmierzających do wyjaśnienia przyczyn awarii (perforacji) rur formowanych z taśmy ze stopu Al z powloką lutowniczą Al-Si. Do awarii dochodzi podczas lutowania elementów wymiennika ciepła w temperaturze okolo 600 °C.

ANALYSIS OF REASONS OF PERFORATION OF TUBES MADĘ OF Al ALLOY WITH Al-Si COATING The paper includes methods and results oftests aiming at explanation ofthe cause offailure (perforation) of tubes formed from Al alloy strip with smali content of M n, Fe, Cu with Al-Si coating soldered in temperaturę about 600 °C. A problem occurred in production ofvehicle coolers madę ofAl alloy, where tubes for the exchanger were madę ofan Al-Si coated strip soldered with elements ofthe radiator in temperaturę of about 600 °C. Initial analysis and microscopic observation excluded mechanical damages, so we concentrated on material the tubę has been madę of and high temperaturę ofthe soldering process. One cause of damage may be locally disturbed chemical content, which may always happen, that is increased content of needle-shaped silicon may weaken the strip at certain points on next production stages. The observed perforation may take place in the increased temperaturę, higher than eutectic temperaturę, especially in a local change of coat thickness. Local disturbance ofchemical contentnot in the cat but in the base may be another reasonfordamage. We observed with an electronic scanning microscope and madę micro-analysis of chemical content of characteristic points at the strip section near the perforation. The observations confirmed influence of high temperaturę (melted edges ofthe hole). So it may be assumed that perforation takes place during soldering. Analysis ofthe chemical content indicates what a probable cause of perforation is. It is locally excessive copper content. Perforation mechanism may be morę complex. Existence ofAl^Cu phase may result in earlier disturbance of material cohesion, as early as in, for instance, rolling phase. Flux agent operation is also possible. Wprowadzenie Problem wystąpił w linii produkcji chłodnic samochodowych, w której rurki wymiennika wykonane z taśmy z powłoką lutowniczą (Al-Si) są lutowane z elementami tworzącymi radiator (lamelami) w temperaturze około 600 °C. Okresowo pojawia się wada w postaci perforacji rurki poza złączem, co objawia się nieszczelnością chłodnicy. Na rysunku l przedstawiono przekrój poprzeczny lutowanych elementów. Po wstępnej analizie, oraz wykonaniu obserwacji mikroskopowych (rys. 2) wykluczono możliwość uszkodzeń mechanicznych (nie zaobserwowano ostrych krawędzi). W tej sytuacji należało się skupić na poszukiwaniu przyczyn, związanych z materiałem rury lub powłoki oraz wysoką temperaturą procesu lutowania. Pierwszą z nich, można związać z powłoką w sensie lokalnego, zawsze możliwego, zaburzenia składu chemicznego. Lokalne zwiększenie zawartości krzemu może w kolejnych etapach produkcji taśmy (walcowanie) doprowadzić do jej mechanicznego, punktowego osłabienia i następnie do perforacji w podwyższonej temperaturze lutowania, powyżej temperatury eutektycznej. Niestety, fakt wystąpienia perforacji eliminuje z pola obserwacji tego typu stany. Poszukiwania podobnych zaburzeń poprzez badania mikroskopowe lub analizy składu chemicznego taśmy byłyby bardzo pracochłonne, choćby ze względu na małe prawdopodobieństwo ich wystąpienia. Drugą przyczyną, odnoszącą się do materiału rury, jest lokalne zaburzenie składu chemicznego podłoża. Jest to stop z niewielkimi zawartościami manganu, żelaza i miedzi.

Mangan w temperaturze otoczenia jest praktycznie nierozpuszczalny, wydziela się w postaci fazy A16Mn. Żelazo rozpuszcza się w tej fazie, tworząc roztwór stały wtórny. Żelazo, będące znaczącym dodatkiem wydziela się w postaci faz Al-Fe.

Rys. 1. Przekrój poprzeczny taśmy i rury z widocznym złączem lutowniczym Fig. l. Cross section of a strip with visible solder coating a joint

Rys. 2. Fotografie krawędzi wady Fig. 2. Photos of defect edges

Dr inż. Stanisław Nowak, dr inż. Krzysztof Żaba, dr inż. Marian Bronicki — Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Metali Nieżelaznych, Kraków, dr inż. Stawomir Kac — Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej. Kraków.

568

Zarówno mangan, jak i żelazo, mogą być rozpatrywane, jako przyczyna mechanicznego oddziaływania skupisk faz żelazowo-manganowo-aluminiowych. Zwraca uwagę miedź, tworząca z aluminium eutektykę Ał-CuAl 2 o zawartości ok. 33 % Cu i temperaturze przemiany 821 K (548 °C), czyli zdecydowanie poniżej temperatury lutowania. Wyniki obserwacji i analizy składu chemicznego

Rys. 3. Pole obserwacji przy brzegu otworu Fig. 3. A part of the tubę at the edge of the hole

Ostatecznie zdecydowano się na obserwacje mikroskopowe i mikroanalizy obszarów w pobliżu perforacji. Obserwacje wykonano za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego Hitachi 3500 N; mikroanalizy składu chemicznego wykonano za pomocą analizatora firmy NORAN. Średnica wiązki elektronowej — ok. 0,01 |im.

P1

P2 Al

;

y."

:

v

l

..•.:!::"

• li

•I • • m 'i

f"

^ P3

C ifi

:

BB

: ii

' '

"

'

'

K! ' " " . '

Rys. 4. Wyniki analizy składu chemicznego przy brzegu otworu Fig. 4. Results of analysis chemical content at the edge of the hole

Rys. 5. Pole obserwacji w dużej odległości od otworu Fig. 5. A part of the tubę at the large distance from the hole

Wyniki obserwacji i analiz przedstawiono na fotografiach i odpowiednich diagramach. Obserwacja i wyniki analizy składu chemicznego w okolicy otworu (brzeg) pokazuje rysunek 3 i diagramy na rysunku 4. Oznaczenia Pl, P2, P3 informują o miejscu analizy składu chemicznego. Zwraca uwagę podwyższona zawartość krzemu w stosunku do deklarowanej. Jeśli wyniki analizy są poprawne, to jest to problem dyfuzji krzemu z powłoki do rdzenia. Na powierzchni brak jest powłoki. Praktycznie cała powłoka lokalizuje się w punktach połączeń taśmy z rurką (w mostkach). Obserwację i wyniki analizy składu chemicznego w dużej odległości od otworu przedstawiono na rysunkach 5 i 6. W punkcie Pl stwierdzono podwyższoną zawartość krzemu. Obserwację i wyniki analizy składu chemicznego w okolicy otworu — przy samym brzegu pokazano na rysunkach 7 i 8. W obszarze z punktami Pl i P2 widoczna jest porowata struktu-

569

P1

'

;•'-- C-.5r.r/•''M-,.:*!!.

l . : R .~»s."i P2 17000.

1 C

,

ft

f ;

Rys. 6. Wyniki analizy składu chemicznego w dużej odległości od otworu ni. 3 J i nt.! 0.000

keV

Fig. 6. Results of analysis of the chemical content at the large distance from the hole

10.240

ra. Zawiera aluminium i składniki charakterystyczne dla topnika. Zwraca uwagę stosunkowo duża zawartość Cu, szczególnie w punkcie Pl. Ponadto widoczna jest zasadnicza różnica w zawartości Mg w pkt. Pl i P2 i znikoma w pkt. P3. Tak zróżnicowana zawartość Mg jest wynikiem dyfuzji w kierunku powierzchni Mg w trakcie wygrzewania komponentów do temperatury lutowania, jak i w trakcie samego lutowania. Przedyfundowany Mg wchodzi w reakcje z tlenkiem Al. Powstają MgO i Al2MgO4. Powyższe reakcje obniżają zdolność topnika do rozpuszczania tlenku aluminium. Wyniki obserwacji innego miejsca w pobliżu otworu oraz wyniki analizy pokazano na rysunku 9. Widoczna porowata struktura z alu-

Rys. 7. Pole obserwacji w okolicy otworu — przy samym brzegu Fig. 7. A part of the tubę near the hole — at tbe very edge of the hole

t,Kiis

a.Łfia:-.i;'':''!z:.s2 .

: i

: : l l f . i

P2

N

P3

li . "

J: ! :: i f. 11

" : .;... IK:*,:r: :*«<:: iii & :.. • •'"•'

.,.'-•' Isli .

•'i.,.,.

;

1 1

1

' ••""":':•...'i : .*!':.:. ,,.:... .

mt

''•^^^''-'^^"^•^i^m^ :,..«:, '""SlK:...: '•»:.»>

4*1** '::>:,::?J;SS;5 ^' . • 0.3? • ; ;.;-•;'':>S;

l l ?•'-/;,•

:;Aj"'Ss:i KTJf* "

570

3 . %j$jl

' *Q •';"; . : ii :"/ 0":".:'::i::iii::::' •:< •. ••- yvi"; ',•:::

A:i" 't:i?E£":,t5K': .•:•,m^mM

Rys. 8. Wyniki analizy składu chemicznego w okolicy otworu — przy samym brzegu Fig. 8. Results of analysis of the chemica! content near the hole — at the very edge of the hole

minium i składnikami topnika ale bez miedzi. Obserwację powierzchni oraz wyniki analizy składu chemicznego w okolicach mostka z przylutowaną taśmą przedstawiono na rysunku 10. Na powierzchni próbki widoczna jest porowata struktura jak wyżej ale bez miedzi. Obszar blisko otworu, w środkowej części przekroju próbki (rdzeń — okolice środka grubości) oraz wyniki analizy składu chemicznego pokazano na rysunkach 11 i 12. Widoczna na rysunku 11 faza zawiera ok. 34 % miedzi. W punkcie 2 oddalonym od fazy bogatej w miedź zawartość miedzi jest o rząd mniejsza, ale mimo wszystko i tak większa niż to wynika to ze specyfikacji.

Podsumowanie 1. Zrozumiałe, że w sytuacji gdy fragment materiału, wypełniający otwór jest niedostępny, wszystkie wnioski na temat przyczyn perforacji są hipotezami. Obserwacje wykonane za pomocą mikroskopu optycznego wskazują na oddziaływanie wysokiej temperatury (nadtopione granice otworu). Można więc przyjąć, że do perforacji dochodzi podczas lutowania. 2. Fotografia na rysunku 11 i analiza składu chemicznego wskazuje na prawdopodobną przyczynę powstania perforacji. Jest nią lokalne zaburzenie składu chemicznego — nadmierna zawartość miedzi. Temperatura topnienia eutektyki Al-Al 2 Cu o zawartości ok.

Rys. 9. Wyniki obserwacji i analiza składu chemicznego w pobliżu otworu Fig. 9. Results of observation :ind analysis of the chemical . nntent at another place near hę hole

'

_

Rys. 11. Pole obserwacji blisko otworu w środkowej części przekroju próbki Fig. H. Area near the hole in the middle part of a sample section

Rys. 10. Wyniki obserwacji i analiza składu chemicznego \v okolicach mostka z przylutowaną taśmą Fig. 10. Results of observation and analysis • >t the chemical content near a bridge with a soldered strip

33 % Cu wynosi 821 K (548 °C), czyli poniżej temperatury lutowania a zawartość Cu w punkcie Pl ostatniej fotografii wynosi właśnie około 33 %. We wcześniejszych tabelach z wynikami analiz pojawiają się również informacje o lokalnie zwiększonej zawartości miedzi. Miedź w takiej postaci i ilości jak na rysunku 11 może pochodzić z zaprawy Al-Cu, która lokalnie nie uległa rozpuszczeniu podczas przygotowania stopu. 3. Jest prawdopodobne, że do perforacji dochodzi już w etapie nagrzewania do lutowania. W procesach lutowania wg aktualnie stosowanych technologii, koniecznym jest rozpuszczenie warstewki tlenku aluminium za pomocą topników, będących najczęściej mie-

571

P1 9000-

di

C D U

n t s

Cu

1

oiJ U>

0.000

r

keV

;,u Ca 10.240

aSSSSSWW..

11 • l

,

P2

K •

l

'

Sj:

• . . . ' • • * * ( • • •

":'.,,:,::£:-• S,i»U$ '

Rys. 12. Wyniki analiza składu chemicznego obszaru blisko otworu w środkowej części przekroju próbki Fig. 12. Analysis of chemical content in the area near the middle part of a sample section szaniną fluoroglininów potasu KA1F4 i K2A1F5 K2A1F5(20*30 %). Zakres temperatury topnienia topników wynosi 565 do 572 °C, a więc jest wyższy od temperatury topnienia zaprawy Al-Cu. Zatem nie można wykluczyć, iż zmiana stanu skupienia zaprawy Al-Cu

STANISŁAW NOWAK TADEUSZ KNYCH ADAM SURY BOGUSŁAW ŚWIATEK ANDRZEJ MACIOŁ MAREK SIBIELAK KRZYSZTOF ŻABA AGATA LIS

rozsadza materiał od środka prowadząc do perforacji. 4. Mechanizm perforacji może być bardziej złożony. Obecność fazy Al 2 Cu mogła skutkować wcześniejszym naruszeniem spójności materiału, jeszcze w fazie, np. walcowania.

Rudy Metale R 49 2004 nr 10-11 UKD 65.01:007:669.008:62.008

BAZA DANYCH TECHNOLOGICZNYCH I PLANISTYCZNYCH JAKO PODSTAWA ZARZĄDZANIA SYSTEMEM PRODUKCYJNYM Autorzy podkreślają potrzebę systemowego podejścia do zarządzania produkcją. Prezentują rozwiązanie w postaci komputerowego systemu, obejmującego projektowanie technologii, planowanie produkcji, monitorowanie, pomiar procesu i wyrobu, weryfikację planów, analizę danych dla potrzeb podejmowania decyzji. Komentowana jest metodyka planowania oraz struktura i tabele baz danych.

DATABASE FOR TECHNOLOGY AND PLANNING AS A CRUCIAL TOOL FOR PRODUCTION SYSTEM MANAGEMENT The paper presents computer aided production process management system in metal processing business developed by a team oftechnologies, computer scientists, automatics, and specialists in management working in Mechanical Working and Dr inż. Stanisław Nowak. dr hab. inż. Tadeusz Knych — Akademia Górniczo-Hutnicza. Wydział Metali Nieżelaznych, Kraków, mgr inż. Adam Sury — Akademia Górniczo-Hutnicza, Międzynarodowa Szkoła Inżynierska, Kraków, dr inż. Bogusław Świątek — Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki i Elektroniki, Kraków, dr inż. Andrzej Macioł— Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Zarządzania, Kraków, dr inż. Marek Sibielak — Akademia Górniczo-Hutnicza. Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki. Kraków, dr inż, Krzysztof Żaba — Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Metali Nieżelaznych, Kraków, dr inż. Agata Lis — Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Metali Nieżelaznych. Kraków.

572

Theory of Metals Department. The most important conditions of construction, implementation and maintenance ofthe System have been described. Itishighlightedthatthe System:—provides coherent, transparent, complex, standard basedmanagement of production, which reduces probability of erroneous operational and strategie decisions, — allows reliable appraisal of processes and their results, — based on relevant models and available operational data implements a process control loop: production preparation —planning ofmaterialflow and resources — supervision ofperformance (monitoring andmeasuring of processes andproducts) — evaluation of results and verification ofplans, — integrates the existing local solutions, ifneeded, — is especially useful in compound production systems in metal processing business, — ensures optimization of internal solutions, upgrades effectiveness and rationalises the use of resources and increases production abilities. Planning related problems in compound production systems have been identified. The need of description of quasi-continuous system has been mentioned. Production campaigns in particular elements ofthe linę are organized in this system, and seąuence of production units is imposed. A design of System database has been described. Constant and variable data have been mentioned. Principles of collection and verification of constant technological, planning related data including limitations and parameters of the models have been given. Yariable data ofthe System are included in tables oforders (e.g. requirements) and in monitoring results. Ań example of implementation in a car body sheet rolling mili with extremely complex production system. Conditions for implementation of tubę production and processing have been described. Wprowadzenie Systemowe i procesowe podejście do projektowania, planowania i analiz, w powiązaniu z zadowalającą infrastrukturą informatyczną może być jednym z ważniejszych czynników rozwoju firmy, poprawy jej efektywności i wykorzystania zasobów, szczególnie w złożonych systemach produkcyjnych, charakterystycznych w przetwórstwie metali. Warunkiem jest zagwarantowanie operacyjnego dostępu do aktualnych, wiarygodnych danych, wdrożenie skutecznych narzędzi, umożliwiających syntezę informacji, optymalizację działań, procesów i decyzji, oraz zapewnienie monitorowania i pomiaru procesów i wyrobów. Zespół technologów, informatyków, automatyków oraz specjalistów z dziedziny zarządzania, działający w Katedrze Przeróbki Plastycznej i Metaloznawstwa AGH opracował i wdraża komputerowy System zarządzania procesami produkcyjnymi w firmach technologicznych, przede wszystkim przetwórstwa metali. System zapewnia spójne, przejrzyste i kompleksowe zarządzanie produkcją. Poprzez oparcie na standardach, zmniejsza prawdopodobieństwo błędnych decyzji. Umożliwia wiarygodną ocenę procesów oraz ich optymalizację. Zapewnia skrócenie czasu podejmowania decyzji, zmniejsza ryzyko podejmowania decyzji nieoptymalnych. Uwzględnia zmienność procesów produkcyjnych. Z operacyjnego punktu widzenia największą zaletą jest możliwości bieżącego prowadzenia procesów i podejmowania decyzji. Zmniejsza się koszty nieoptymalnego planowania produkcji, postojów i remontów, źle zaplanowanych dostaw, magazynowania. System jest tak pomyślany, budowany i wdrażany, że poprzez odpowiednią strukturę, bazy danych i programy zapewnia: optymalizowanie działań i decyzji technologicznych, planistycznych i logistycznych w skali zakładów i firmy; nadzorowanie procesów realizacji produkcji, zakupów i sprzedaży; operacyjny dostęp do danych; wdrożenie programów rozwiązujących zadania (problemy) technologiczne, planistyczne i logistyczne odpowiadające potrzebom firmy; minimalizowanie kosztów w skali procesów, zakładów i firmy; optymalizowanie planu remontów; utrzymanie i zwiększanie zdolności produkcyjnych; nadzorowanie warunków eksploatacji urządzeń, narzędzi i wyposażenia. Sterowanie procesami produkcyjnymi odbywa się wg schematu: techniczne, logistyczne i technologiczne przygotowanie produkcji — planowanie przepływu strumienia materiału oraz planowanie zasobów — monitorowanie i pomiar procesów i wyrobów — ocena realizacji i weryfikacja planów. System jest otwarty i może być włączony w dowolną strukturę oraz rozbudowany. Posiada budowę modułową. Użytkownik może uruchomić moduł w zależności od przydzielonych uprawnień. Moduły wdrażane są etapami, w miarę rozwiązywania kolejnych problemów. Budowa modułowa zapewnia otwartość, niezawodność, łatwość modyfikacji i serwisowania. Po stronie serwera systemu znajduje się Baza Danych oraz aplikacje i procedury do jej obsługi. Po strome klienta systemu znajdują się aplikacje wizualizacji, definicji i mody-

fikacji danych, generacji raportów oraz interfejs użytkownika. System w razie potrzeby integruje już istniejące rozwiązania lokalne. W tablicy l przedstawiono strukturę systemu i podano najważniejsze działania w ramach procesów realizowanych przez System. Podstawowymi elementami Systemu są bazy danych stałych i zmiennych systemu. Tabele danych stałych zawierają dane technologiczne, planistyczne, ograniczenia, kryteria, standardy, dotyczące kosztów, dane o klientach itp. Dane zmienne są dostarczane z modułu przyjmowania zamówień, podsystemu monitorowania produkcji oraz z innych elementów systemu. Dla potrzeb Bazy danych stałych wykorzystuje się istniejące zasoby Tablica l Najważniejsze działania w ramach procesów realizowanych przez System Table l The most important activities within the processes carried out by the System Podsystem

Działania

Przygotowanie produkcji

- analiza wymagań i innych danych zawartych w zamówieniach, - projektowanie lub wybór technologii, - opracowanie zapotrzebowania na wsad, - ocena możliwości wykonania w oparciu o kryterium przepustowości agregatów i Hnii, - ocena możliwości wykonania w oparciu o kryterium zasobów, - zagospodarowanie materiałów nadmiarowych i niezgodnych, - analiza składów, - nadawanie priorytetów, - wybór zamówień i wewnętrznych zleceń do produkcji.

Planowanie zasobów i realizacji produkcji

- planowanie wstępne - asortymentowe, - planowanie długoterminowe, symulacje, - harmonogramowanie, - planowanie zapotrzebowania na narzędzia i materiały, - planowanie i optymalizacja postojów i remontów.

Nadzorowanie wykonania

- monitorowanie przepływającego strumienia materiałów, pod kątem ilości, jakości, stopnia wykorzystania produkcji, - monitorowanie stanu urządzeń i innych zasobów.

Ocena i weryfikacja

- ocena jakości, ilości i terminu wykonania, - ocena kosztów, - weryfikacja planów długoterminowych i harmonogramów.

573

Histogram dwu zmiennych (Tabelal Kwerenda Iisto2002 20v*634c)

.

Rys. 1. Rozkład asortymentu zamówień wykres 3D i Pareto gatunki wsadowe

Fig. l. Schedule of orders for assortment — 3D and Pareto diagram

Tablica 2 Zawartość bazy danych stałych i zmiennych System Table 2 Content of constant and variable databases of the System Baza danych Systemu Tablica zamówień

Rys. 2. Przykładowa struktura bazy danych Fig. 2. Exemplary structure of database danych i wiedzy zgromadzone w firmach pod różnymi postaciami. Dostęp do zintegrowanych danych umożliwia ich wszechstronną analizę i przygotowanie informacji do podejmowania decyzji na różnym szczeblu zarządzania. W pierwszym etapie prac rozwiązywane są podstawowe problemy dotyczące struktury informatycznej i funkcjonalnej oraz merytorycznej poprawności rozwiązywanych zadań. Planowanie i weryfikacja — sterowanie procesem produkcyjnym Warunkiem rozpoczęcia działania Systemu w zakresie sterowaniaprocesami produkcyjnymi jest dostęp do danych. Pierwszorzędne znaczenie ma tu baza zamówień (wymagania jakościowe, ilość, czas realizacji, dane o kliencie itd.), następnie wyniki monitorowania i pomiarów procesów i wyrobów z podsystemu śledzenie, zasoby, priorytety, kryteria oraz wszystkie ograniczenia i dane technologiczne i planistyczne, w tym parametry modeli, kryteria optymalizacji, stan urządzeń, plany remontów i postojów, wskaźniki awaryjności, wyniki analizy zmienności procesów. Następuje analiza zamówień i wewnętrznych zleceń produkcyjnych (w tym nadawanie priorytetów, usuwanie, ocena stopnia realizacji, analiza stanu magazynów), dobór ścieżki technologicznej, dobór wsadu, ocena możliwości wykonania w oparciu o różne kryteria (np. stopień wykorzystania czasu dysponowanego, dostępne

574

Zawartość 1. Identyfikatory cech półwyrobów i wyrobów. 2. Dane o zamówieniu. 3. Dane o odbiorcy.

1. Charakterystyki agregatów i ograniczeń. Tablice danych tech- 2. Parametry modeli opisujących zmianę kształtu. nologicznych 3. Parametry modeli opisujących zmianę wymiarów. 4. Parametry modeli opisujących zmianę własności. 5. Parametry modeli opisujących zmianę ilości (uzyski cząstkowe w poszczególnych operacjach w funkcji asortymentu). Tablice danych planistycznych

1. Wskaźniki opisujące przepustowość poszczególnych agragatów. Wskaźniki awaryjności. 2. Ograniczenia technologiczne (np. wytyczne dotyczące organizowania kampanii). 3. Wskaźniki zużycia narzędzi i osprzętu. Wskaźniki awaryjności. 4. Wskaźniki zużycia materiałów technologicznych. Wskaźniki awaryjności. 5. kalendarz.

1. Tablice porównawcze poszczególnych cech Tablice jakościowych opisywanych w normach (własności, danych parametrów wymiary, tolerancje itp.). jakościowych 2. Tablice porównawcze opisujące zasady tworzenia zamienników. wsadu, 3. Parametry modeli. półwyrobu i wyrobu Tablice danych dotyczących kosztów

1. Wskaźniki kosztów 2. Ceny 3. Wskaźniki zużycia mediów i materiałów pomocniczych.

Tablice protokołów niezgodności

l. Wprowadzenie i weryfikacja danych o materiałach niezgodnych w postaci protokołów niezgodności.

Tablice wyników śledzenia

1. Historia i parametry zdarzeń — procesy technologiczne 2. Historia i parametry zdarzeń — procesy zarządzania

Rys. 3. Przykładowe dane technologiczne i wydajności agregatów wg grup materiałowych

-•':•'"• -:•

Fig. 3. Exemplary technological data and productiyityofunits according to materiał groups

B

M ';-••;.••

Rys. 4.Grupy materiałowe dla potrzeb definiowania uzysków. Dane do zagospodarowania materiału nadmiarowego Fig. 4. Materiał groups for purposes of defming the yield. Data for management of excessive materiał

Rys. 5. Weryfikacja oraz analiza uzysków Fig. 5. Yerification and analysis of the yield

Rys. 6. Ekran główny przeglądarki zamówień. Podgląd pojedynczego zamówienia Fig. 6. Main menu of order browser. View of a single order

zasoby), plan długofalowy i harmonogramowanie, ocena i weryfikacja wykonania, bieżące planowanie zasobów. Planowanie produkcji może być realizowane w kilku etapach.

Etap I obejmuje planowanie wstępne, np. asortymentowe, określające możliwość realizacji pewnej porcji rzeczywistych albo wirtualnych zamówień.

575

Rys.7. Ekran do wprowadzania wartości priorytetu. Filtrowanie danych wg klientów Fig. 7. Menu for introduction of value priority. Filtering data accordine to customers

Rys. 8. Ekrany do wprowadzania /iimówień wewnętrznych Fig. 8. Menus lor introduction of internal orders

Rys. 9. Wyniki śledzenia — skład kręgów gorąco walcowanych oraz wyniki śledzenia materiału w obiegu Fig. 9. Results of tracing — storę of hot rolled coils and results of tracing materiał cycle

Rys. 10. Planowanie i rozliczanie postojów. \nalizaczasu vl\sponowanego :

l ig. 10. Planning and accounting standstills. \nalysis of disposed

576

........ l".-"' . ..

a—s

.3

-

rfS» 1

gAff^H^^^OH-J

as-

Rys. 11. Ekran do określenia ścieżki technologicznej. Zapotrzebowanie na wsad Fig. 11. Menu for determining a technological path. Inputdemand

3 wira if W11K ywiw

JSsft.«^BOgaJ

Rys. 12. Ekrany do identyfikacji i zagospodarowania materiału nadmiarowego i niezgodnego Fig. 32. Menus foridentification and management of excessive and non compliant materiał

.

:fi

:• i ?:-.-;..;,;,- ;•_:.;-. K- -,

;3C,^ •:;;;."= ;LT-X; ". < = M t , • r r - v , ..:----

dH H^y Fwa.

;^;7S":~-'^

Rys. 13. Bilansowanie możliwości wykonania produkcji. Plany asortymentowe Fig. 13. Balancing production completion capabilities. Assortment plans

c^Ja J blachy fl-''w trawiona ;S-cczn

W

••,->

-

Blacha z/w ocimK^ej-ć aci "•;' ;;«;-;=; w

.: ..". '.

' l » ,.,.— -

Etap II planowania długofalowego polega na symulacji pracy linii technologicznych i całego systemu produkcyjnego z uwzględnieniem rzeczywistego stanu realizacji produkcji i stanu składów. Etap III, to planowanie operacyjne — harmonogramowanie pra-

ffl^S

..••••-,

NCI

"'~

Rys. 14. Plan symulacyjny walcarki oraz przejście do planu bieżącego Fig. 14. Simulation plan for a roller and passing to a current plan

cy poszczególnych agregatów. W planowaniu wykorzystywane są metody optymalizacyjne, w tym programowania liniowego. Planowanie asortymentowe i długofalowe umożliwiają potwierdze-

577

Kys. 14(180

^.-.-^I^:^.-''vU-łt:^;rv

;;';: £n: -

E.. 8.3 . ;i;,Cirv:K, , -S5^2
-trio; :±łUMK-COS 015

:?.

ł^iUI-CS

p S. .j^t

B

-s i

ano

S

151'

ii

557.10

«} •

i

~-€2 ^5

nsi'r4

mr-ir

ii

II

11"5;C 183C'.">»: 1(3aj( 1SS Cii"

•:"pr

r.:.?nc:o" •—.T^n;^-'-

„._„„.._ ,HJ^FU.

1

S Si:'S

HJ-AfU

1

! S- '?;-;;

HWFtEI"

:

DŚLF: PJEWF.K;

iii

; i 51

^'-^r7!=;

:

! -^••^ i!i-s

EŁ^

Rys. 15. Plan wytrawialni i wygladzarki Fig. 15. Plan for pickling and smoothing machines

Rys. 16. Plan linii elektrolitycznego cynkowania oraz Raport z planu Fig. 16. Plan of electrolytic galvanisation and plan report

Rys. 17. Ekrany modułu Wysyłka Fig. 17. Menus of Shipment module

nie terminu realizacji. W każdym etapie planowania produkcji ocenia się zapotrzebowanie na narzędzia, oprzyrządowanie i materiały. Planowanie może być realizowane wg dwóch modeli: 1 — Planowanie centralne — model tłoczący, w którym źródłem informacji dla tworzenia planów produkcji jest opracowany w oparciu o informację statystyczną i tzw. zamówienia blankietowe plan sprzedaży. 2 — Planowanie zdecentralizowane — model ssący. Prowadzą go jednostki (wydziały) finalne, w oparciu o przyjęte do realizacji zamówienia, a plany produkcji wydziałów wytwarzających półprodukty są wynikową zamówień wewnętrznych. Opracowane są również warianty pośrednie. Szczególnego podejścia do planowania wymagają systemy produkcyjne, w których zachodzi konieczność organizowania tzw. kampanii i ustalania specyficznej kolejności jednostek produkcyjnych w ramach kampanii, wg zasad określonych przez poszczególne agregaty (procesy). Nie można przewidzieć terminu wykonania przez

578

zwykłe sumowanie czasów w poszczególnych agregatach. Jest on zależny od założonej kolejności jednostek produkcyjnych w ramach kampanii. Na przykład walcowanie musi się odbywać według zasady od najszerszego do najwęższego pasma w ramach jednej kampanii, określonej żywotnością walców. Sytuację komplikuje oczywisty fakt, że jeden odbiorca może zamówić na jeden termin wiele asortymentów, które zostaną wykonane w czasie wynikającym z kampanii i kolejki. W efekcie nie ma możliwości określenia przepustowości linii produkcyjnych w oparciu tylko o przepustowość poszczególnych agregatów. Czas przepływu materiału przez linię, a więc i wydajność i koszty mogą być oszacowane dopiero po zaplanowaniu produkcji i co oczywiste po uwzględnieniu wszystkich informacji z monitorowania produkcji w toku. Z analizy wynika wniosek, że utrzymywanie składów międzyoperacyjnych jest praktykowane nie tylko w celu synchronizowania prędkości przepływu, ale również ze względu na konieczność formowa-

nią kampanii. Zadaniem Systemu jest ich wypełnienie zarówno w sensie ilości, jak i rozkładu asortymentów. W procesie wielooperacyjnym musi zachodzić zgodność przesuniętego w czasie rozkładu asortymentu w strumieniu materiału, przepływającym przez agregaty z rozkładem wyrobów gotowych w wybranym odcinku czasu. Tak więc planowanie musi zagwarantować wymagane przesunięcie faz kampanii w kolejnych wydziałach (zakładach) i agregatach. Zadanie jest tym trudniejsze, że ze względu na oczekiwane efekty w skali makro nie chodzi tu o optymalną wielkość kampanii i kolejność w skali agregatu, ale o kompleksowe rozwiązanie problemu całej linii, wydziałów i firmy. Organizowanie przepływu musi być prowadzone ze świadomością, że nie jest możliwe dostarczenie dowolnego półwyrobu do następnej operacji w dowolnym terminie i tym samym nie można rozpatrywać konkretnego zamówienia w oderwaniu od innych. Zmiana kolejności realizacji zamówień na jednym agregacie z reguły wywoła zmianę dysponowanych terminów na następnym agregacie i stworzy niebezpieczeństwo niedotrzymania terminu. Dodatkowe komplikacje tworzy fakt, że w obiegu z różnych względów pojawia się materiał nadmiarowy i niezgodny, który musi być właściwie zagospodarowany. Materiał nadmiarowy, może się pojawić skutkiem zmienności procesu, przejawiającej się w tym przypadku zmiennością uzysków. Szczególne wymagania jakościowe mogą potęgować ten efekt. Warto zaznaczyć, że dotychczas nie udało się zbudować uniwersalnego, zintegrowanego modelu planowania produkcji wielofazowej z różnymi ograniczeniami występującymi w każdej z nich. Prezentowany System nie jest także rozwiązaniem, które można byłoby uznać za optymalne. Nie mniej jednak udało się stworzyć zestaw narzędzi wspomaganych metodami programowania matematycznego i symulacji komputerowej, które stwarzają możliwości poszukiwania rozwiązań najkorzystniejszych z punktu widzenia interesów firmy. Jedną z metod planowania, wdrożoną w Systemie, jest planowanie w oparciu o analizę statystyczną. Analizowane są historyczne i bieżące dane z bazy zamówień i wyników monitorowania, w tym rozkłady asortymentów, klientów i zamawianej ilości, uzysków i wydajności, częstości pojawiania się wad i niezgodności w odniesieniu do asortymentów i ilości, częstości reklamacji w rozbiciu na asortymenty i klientów, rozkłady czasu dysponowanego w poszczególnych agregatach z uwzględnieniem awaryjności, dostępności zasobów. Przykładowe wyniki analizy przedstawiono na rysunku l. Bazy danych Przykładową strukturę bazy danych przedstawiono na schemacie — rysunek 2, a opis w tablicy 2. Budowa tablic danych stałych (TDS) jest możliwa po zidentyfikowaniu modeli technologicznych i planistycznych i metod wyznaczania ich parametrów. Wykorzystuje się wszystkie przydatne dane gromadzone w firmie. Tablice danych stałych (TDS) spełniają funkcje elementu integrującego System. Dane w nich zawarte (słowniki, normatywy, struktury) obsługiwane są (odpowiednio utrzymywane i weryfikowane) zgodnie z prawami dostępu. Dzięki TDS utrzymuje się elektroniczną wersję dokumentacji organizacyjnej, technicznej i kosztowej. Oparcie konstrukcji Systemu na tablicach danych stałych powoduje, że jest on bardzo elastyczny i łatwy do modyfikacji bez konieczności przebudowy procedur przetwarzania danych. Dzięki temu użytkownicy mogą dokonywać daleko idących zmian związanych na przykład z wprowadzaniem nowych produktów czy technologii bez udziału twórców Systemu. TDS są budowane zgodnie z wymaganiami użytkowników i będą gwarantowały zróżnicowane prawa dostępu, możliwość zmian struktury danych, pełną kontrolę integralności danych, rozwój sposobu prezentacji, otwartość modułu, komunikację z innymi programami. Tablice są utrzymywane według specjalnie wprowadzonych za-

sad. Weryfikowanie danych odbywa się zgodnie ze specjalnie opracowanymi procedurami. Niektóre dane są weryfikowane w oparciu o wyniki analizy danych zbieranych w podsystemie monitorowania. Tak jest np. w przypadku wydajności i uzysków. Przykład realizacji Opisano przykładowe wdrożenie, zrealizowane w walcowni blach karoseryjnych. Linia technologiczna obejmuje wytrawialnię, walcarkę, piece kołpakowe, walcarkę wygładzającą, linię elektrolitycznego cynkowania, agregaty cięcia wzdłużnego i poprzecznego. Wsadem jest blacha po gorącym walcowaniu. Wyrobem są blachy i taśmy bez powłok i z powłokami cynkowymi w kręgach i arkuszach. Jednostką produkcyjną jest krąg, który może podlegać łączeniu lub dzieleniu. System produkcyjny jest wyjątkowo złożony. Charakteryzuje go: — różnorodny rynek i duża liczba klientów, zróżnicowana ilość asortymentów i masa w ramach zamówienia, — duża liczba asortymentów z przewagą nietypowych, dedykowanych konkretnemu odbiorcy, — różnorodne technologie, — zróżnicowane zdolności produkcyjne poszczególnych procesów, wydziałów i agregatów, — długi, nawet miesięczny cykl produkcyjny, chociaż czas przejścia pojedynczego kręgu wynosiłby 3^4 doby, — duża ilość materiału w obiegu, — różni dostawcy wsadu, — potrzeba uwzględniania zmienności własnej procesów i awaryjności, — zróżnicowane koszty wykonania, — złożone powiązania między poszczególnymi elementami Systemu. Po zaprojektowaniu zakresu i struktury informatycznej i funkcjonalnej zidentyfikowano niezbędne modele i ich parametry. Wyznaczono funkcje wydajności i uzysków dla poszczególnych agregatów i procesów. Zmienną niezależną był asortyment wyrobu a więc jego gatunek i wymiary. System zbudowano z ponad dwudziestu programów. Przykładowe funkcje przedstawiono na kolejnych ekranach. Podsumowanie 1. Dostępne na rynku rozwiązania, wchodzące w skład systemów klasy ERP oparte są na założeniu, iż każdy proces wytwórczy można opisać modelem sterowania, polegającym na zaopatrywaniu w materiały zgodnie z koncepcją MRP. W warunkach procesów technologicznych, których organizacja uzależniona jest od sekwencji wykonywania operacji, model ten nie zdaje egzaminu. Ograniczeniem jego stosowania jest również konieczność wytwarzania półproduktów w ilościach odbiegających od aktualnych potrzeb i ich późniejszego zagospodarowania w ramach planów produkcji na dalsze okresy. Ponadto, standardy dostępne na rynku nie pozwalają na pełną integrację z programami rozwiązującymi problemy organizacyjne i technologiczne. Dostosowywanie takich systemów do lokalnych potrzeb konkretnych przedsiębiorstw jest często trudniejsze, niż opracowanie rozwiązań dedykowanych. 2. Efekty wdrożenia Systemu dowodzą, że koncepcja dedykowanego rozwiązania ma znaczną przewagę nad standardowymi rozwiązaniami klasy ERP. Szczególnie widoczne jest to w odniesieniu do modułów planistycznych, w których zastosowanie kalkulatora MRP w jego standardowej postaci nie jest możliwe. Bardzo istotne jest też powiązanie Systemu z wyspecjalizowanymi programami śledzenia przebiegu procesów wytwórczych i nadzorowania technologii, co nie zawsze jest możliwe w standardach ERP. Literatura i. Raport z realizacji Projektu Celowego nr 10 TOS 017 2000 C/5228 realizowanego przez KPPiMMN AGH.

579

Rudy Metale R 49 2004 nr 10-11 UKD669.054.8:669.21/.23

JERZY KOZŁOWSKI HENRYK CZYŻYK

ODZYSK MATERIAŁÓW Z ODPADÓW SPRZĘTU

ELEKTRYCZNEGO

l ELEKTRONICZNEGO Z UWZGLĘDNIENIEM METALI SZLACHETNYCH Omówiono odzysk metali na przykładzie wybranych grup odpadów elektrycznych i elektronicznych. Przedstawiono wyniki prób przerobu omawianej grupy zlomu ze szczególnym uwzględnieniem odzysku metali szlachetnych. Przedstawiono skład materiałowy otrzymanych produktów z przerobu wybranej grupy odpadów komputerów z wyszczególnieniem odzysku metali użytecznych takich jak: Fe, Cu i jego stopy, Al i jego stopy. Badania prowadzono poprzez uzyskanie granulatu polimetalicznego na urządzeniach strzępiących, granulujących i separujących. Otrzymany granulat poddano procesowi hydrometalurgicznemu w celu odzysku metali szlachetnych. Przedstawiono ogólny schemat technologiczny przerobu odpadów oraz fotografie przykladowych elementów wchodzących w skład odpadów sprzętu komputerowego, zawierających metale szlachetne oraz fotografie odpadów sprzętu elektrycznego i elektronicznego przed ich przerobem. Omówiono również problem „zrównoważonego rozwoju" w przemyśle elektrycznym i elektronicznym w kraju.

RECOYERY OF MATERIALS FROM ELECTRIC AND ELECTRONIC WASTE WITH REGARD TO PRECIOUS METALS The paper presents types and characteristics ofelectric and electronic waste generated in Poland. Estimated volumes of collection ofelectric and electronic waste in the years 2004-^-2005 are presented, taking under consideration estimatedperiods of eąuipment life. Problems of sustainable development in electric and electronic industry in Poland are also addressed. The paper describes recovery ofmetalsfrom electronic and electric scrap. Results of trials for processing of the discussed group of scrap are presented with special attention paid to recovery ofprecious metals. The balance of processing is shown with individualpresentationfor usable metals, especially Fe, Cu and its alloys, Al and its alloys. The investigations were conducted by obtaining polymetallic granulate with a use ofshredding, granulating and separating equipment. The obtained granulated material was subjected to hydrometallurgical process for recovery ofprecious metals. The paper presents the flowsheet of investigations andphotographs of the examples ofcomponents of the computer scrap which contained precious metals. The paper presents the basie problems with utilisation ofelectric and electronic eąuipment wastes in country, also in the light of EU legislation. In father part of article there was presented methods of preparation of the waste material and its recycling process. The treatment ofelectric and electronic eąuipment wastes its sorting, mechanical treatment separation by magnetic, air, screening, heavy medium and eddy current separator, and re-melting andfire and electrolytic refining ofmetallicfractions. Wprowadzenie Niniejszy artykuł przybliża problem recyklingu odpadów elektrycznych i elektronicznych w Polsce zwracając szczególną uwagę na odzysk z nich materiałów użytecznych (metali — w tym metali szlachetnych) nowoczesnymi metodami stosowanymi również w krajach Unii Europejskiej. Na świecie powstaje średnio rocznie ok. 20 mld t odpadów przemysłowych oraz ok. l ,5 mld t odpadów komunalnych pochodzących z gospodarstw domowych. Dla każdego kraju prawidłowe zagospodarowanie lub unieszkodliwianie odpadów ma zasadnicze znaczenie. Prawidłowe postępowanie z odpadami opiera się na następujących zasadach [1]: — wprowadzenie w maksymalnym stopniu gospodarki bezodpadowej,

— wprowadzenie nowych technologii utylizacji odpadów już istniejących i nowo produkowanych, — wdrażanie technologii recyklingu odpadów ponownie do produkcji wyrobów, — eliminowanie z produkcji materiałów mających negatywny wpływ na środowisko naturalne. Biorąc powyższe zasady pod uwagę, Kraje Unii Europejskiej wprowadziły dwie dyrektywy związane z odpadami elektrycznymi i elektronicznymi.: Dr inż. Jerzy Kodowski. inż, Henryk Czyżyk — Instytut Metali Nieżelaznych. Gliwice.

580

— dyrektywę ekologicznego zarządzania odpadami po urządzeniach elektrycznych i elektronicznych (Waste from Elektrical and Elektronie Eąuipment WEEE), — dyrektywę o wykorzystaniu niebezpiecznych substancji w produkcji sprzętu elektrycznego i elektronicznego (Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment ROHS). Wprowadzone zasady regulują sposób postępowania z odpadami, które w znacznym stopniu zanieczyszczają środowisko naturalne. Produkcja urządzeń elektronicznych i elektrycznych jest najszybciej rozwijającą się dziedziną na świecie. Zaliczyć do tego należy również przemysł informatyczny. Rozwojowi temu towarzyszy unowocześnienie technologii, czyli postęp technologiczny i techniczny. Każdy sprzęt po okresie używalności stanowi surowiec wtórny składający się z metali i niemetali, posiadający często zanieczyszczenia niebezpieczne dla środowiska naturalnego. Odpady sprzętu elektrycznego i elektronicznego obejmują wszelkiego rodzaju zużyte lub wycofane z eksploatacji urządzenia elektryczne lub elektroniczne i ich podzespoły i zgodnie z dyrektywą WEEE (Waste from Elektrical and Elektronie Eąuipment) dzielą się na następujące grupy: — duży i drobny sprzęt gospodarstwa domowego, — sprzęt komputerowy i telekomunikacyjny, — urządzenia służące do odbioru dźwięku i obrazu,

— sprzęt oświetleniowy, — narzędzia elektryczne i elektroniczne z wyjątkiem stacjonarnych narzędzi o dużej skali, używanych w przemyśle, — zabawki, sprzęt sportowy i służący do rozrywki, — sprzęt medyczny, z wyjątkiem wszelkich produktów wszczepionych i zakażonych, — sprzęt do monitoringu i kontroli, — dystrybutory automatyczne. Recykling odpadów urządzeń elektrycznych i elektronicznych zależy od okresu ich używalności. Najliczniejszą grupą odpadów elektrycznych i elektronicznych stanowi sprzęt użytkowany przez społeczeństwo, taki jak: sprzęt gospodarstwa domowego, sprzęt RTV oraz sprzęt komputerowy. Ze względu na postęp techniczny w dziedzinie elektroniki okres używalności sprzętu elektrycznego i elektronicznego uległ wydłużeniu i jest różny w zależności od sposobu użytkowania. Przyjmuje się następujące okresy użytkowania: — sprzęt gospodarstwa domowego — duży (lodówki, zamrażalki, kuchenki) 18*20 lat, — drobny (miksery, żelazka., roboty itp.) 10*12 lat, — sprzęt radiowo-telewizyjny 12*15 lat, — sprzęt komputerowy 5*8 lat, — sprzęt telekomunikacyjny (telefony, centrale telefoniczne itp.) 10-15 lat, — sprzęt elektryczny (przekaźniki, łącznice, transformatory, wyłączniki itp.) 10*15 lat, — sprzęt narzędziowy (wiertarki, szlifierki, piły elektryczne itp.) 8*10 lat. Jak widać z powyższych danych, w latach 2004*2005 do złomowania trafią urządzenia wyprodukowane w latach osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych. W przypadku odpadów sprzętu komputerowego okres zwrotu jest szybszy i sprzęt ten wyprodukowany w latach 1995*2000 trafia już obecnie do utylizacji. Na wyposażeniu gospodarstw domowych w 1996 r. było ok. 83 801 000 szt. sprzętu elektrycznego i elektronicznego [4], co w przeliczeniu na masę, daje średnio wartość l 014 581 Mg. W przeliczeniu na l mieszkańca Polski stanowi to wielkość ok. 26 kg. Zgodnie z dyrektywą Unii Europejskiej, Polska zobowiązana będzie w najbliższym czasie do ściągnięcia z rynku, 4 kg/1 mieszkańca odpadów sprzętu elektrycznego i elektronicznego, co stanowi ponad 15% sprzętu, znajdującego się w posiadaniu gospodarstw domowych. Ogromna dynamika wzrostu produkcji sprzętu i oprzyrządowania elektronicznego i elektrycznego jest równocześnie przyczyną powstawania ogromnej ilości odpadów. Średnio szacuje się, że odpady sprzętu elektronicznego i elektrycznego stanowią w krajach Unii Europejskiej ok. 4 % całości odpadów komunalnych. Dyrektywy WEE i ROHS Celem dyrektywy WEEE (Waste from Elektrical and Elektronie Eąuipment) [2] jest ochrona środowiska przed zanieczyszczeniami pochodzącymi z odpadów sprzętu elektrycznego elektronicznego. Dyrektywa ma ograniczyć wytwarzanie tego rodzajów odpadów w krajach Unii Europejskiej, oraz zwiększyć stopień ponownego ich recyklingu. W ustawie określony został sposób postępowania z odpadami oraz ich utylizacji. W momencie dostarczenia produktu przez producentów, dystrybutorzy są zobowiązani do zapewnienia odbioru od nabywcy zużytego urządzenia tego samego typu, które pełniło te same funkcje jak nowy produkt. Celem dyrektywy ROHS (Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Elektrical and Electronic Eąuipment) [2] jest ograniczenie zastosowania ołowiu, rtęci, sześciowartościowego chromu i kadmu, szkodliwych środków zmniejszających palność w produkcji sprzętu elektrycznego i elektronicznego. Problem zagospodarowania odpadów elektrycznych i elektronicznych w krajach UE znalazł odzwierciedlenie w tzw. koncepcji zrównoważonego rozwoju, tj. „zrównoważonej produkcji i konsumpcji zapewniającej każdemu człowiekowi prawo i możliwość użytkowania takiej samej ilości odnawialnych surowców w sposób nie

naruszający praw i możliwości przyszłych pokoleń" fl] — koncepcja zrównoważonego rozwoju polega na minimalizacji strumieni surowców pochodzących ze środowiska oraz strumieni odpadów ze zużytego sprzętu i wyrobów, nie nadających się do powtórnego wykorzystania, trafiającego na wysypiska. Ilość sprzętu komputerowego w Polsce w latach 1995*2002 W Polsce przypada ok. 13 komputerów na 100 mieszkańców, natomiast w krajach UE 36 komputerów na 100 mieszkańców. Z roku na rok ilość zakupionych komputerów Polsce rośnie i tak w 2003 r. zakupiono l min 600 tyś. szt. komputerów tj. o 14,1 % więcej niż w 2000 r. [3]. Pomimo że wskaźnik ten w Polsce jest ponad 2,7-krotnie mniejszy niż w UE, to jednak widać tendencję zwyżkową. Ilość sprzętu komputerowego w kraju na przełomie lat 1995*2002 zwiększyła się ponad 3-krotnie. Przedstawiają to rysunki l i 2. Analiza przeciętnego użytkowania komputerów przez przeciętnego angielskiego użytkownika wykonana przez Londyńską firmę Livingstone Renal wykazała, że średni okres użytkowania komputerów z roku na rok skraca się przeciętnie o 2*3 miesiące [4]. W latach 1995*1996 w użytkowaniu były komputery z procesorami Intel 486, których okres użytkowania wynosił średnio 17 miesięcy. Następne komputery z procesorami o wyższym parametrze jak Pentium 133 MHz powszechnie użytkowane od 1996 r. miały już krótszy średni okres użytkowania 14 miesięcy. Szybsza wymiana komputerów z coraz lepszymi procesorami PC był skutkiem postępu w światowej mikroelektronice. Okres użytkowania sprzętu komputerowego w Polsce jest trudny do określenia, gdyż zależy to od wielu czynników, takich jak: zasobność portfeli obywateli, kondycja

3500 i

1995

1998

1999 2000

2001

2002

Lata Rys. 1. Ilość sprzętu komputerowego w kraju w latach 1996*2003 Fig. 1. Quantity of electronic eąuipment in Poland intheyears 1996*2003

1995

1998

1999 2000 2001 2002 Lata

Rys. 2. Procentowy udział sprzętu komputerowego w gospodarstwach domowych w latach 1995*2002 Fig. 2. The percentage of computer-eąuipped households intheyears 1995*2002

581

finansowa firm i przedsiębiorstw, stan gospodarki narodowej (tworzenie nowych firm) itp. Obecnie z dużym przybliżeniem można przyjąć, że okres użytkowania komputerów w Polsce wynosi 4-^5 lat. Charakterystyka najczęściej występujących grup odpadów sprzętu elektrycznego i elektronicznego w Polsce W odpadach sprzętu elektrycznego i elektronicznego największy problem stanowią niemetale, które praktycznie po przerobie nie znajdują zastosowania. Przybliżone zawartości niemetali w wybranych najczęściej występujących grupach odpadów sprzętu elektrycznego i elektronicznego są następujące: — odpad sprzętu komputerowego i RTV: 36,5-^-76,0 %, — odpad telekomunikacyjny (centrale telefoniczne) 19,0-^25,0 %, — odpad drobnego sprzętu gospodarstwa domowego: 22,5^54,0 %. W skład niemetali wchodzą głównie tworzywa sztuczne, ceramika, guma, drewno. Przykładowy skład materiałowy wybranych grup odpadów przedstawia tablica 1. Odpady sprzętu elektrycznego i elektronicznego stanowią mieszaninę różnych metali i stopów, głównie stali, aluminium i miedzi Tablica l Średni skład materiałowy wybranych grup sprzętu elektrycznego i elektronicznego Table l Average materiał composition of the selected groups of electrical and electronic eąuipment

Wyszczególnienie

Fe

Metale nieżelazne

stopy

metale w tym nieżelazne metale i stopy szlachetne % g/Mg

%

Niemetale %

Drobny sprzęt gospodarstwa domowego Odkurzacz Zelmer Suszarki do włosów Czajniki elektryczny Młynek do kawy Ekspres do kawy

54,6 45,7 5,9 51,4 6,9

17,7 17,5 18,1 9,9 1,5

13,0 125,0 38,5

27,7 36,8 76,0 38,7 91,6

Narzędzia elektryczne i elektroniczne Wiertarka Celma-Bosch Szlifierka kątowa „Diwalt"

60,0 61,7

17,5 15,6

—

22,5 22,7

Sprzęt RTV Telewizor Neptun Telewizor Beryl Radio-magnetofon-adapter „Orion" Radio „Diora"

14,2 18,2 17,2

7,6 9,2 13,5

4,8

10,6

3465,0 2000,0

78,2 72,6 69,3 84,6

Sprzęt komputerowy Komputer przemysłowy Płytki PCB z elektroniką Komputer PC

56,1 3,5 30,2

32,0 64,2 23 2

2600,0 3500,0 3503,0

11,9 32,2 46,6

8000,0

16,0

—

12,0

Sprzęt telekomunikacyjny Centrala telefoniczna Penta-Conta

50,0

34,0

Sprzęt energetyczny Liczniki energii elektrycznej — różne

582

60.4

27,6

i jej stopów oraz składników niemetalicznych tj. masy plastycznej, ceramiki, szkła, gumy, papieru, ebonitu, drewna. Składniki w tej grupie odpadów urządzeń tzn. metale i niemetale połączone są sposobami mechanicznymi (śruby, nity) lub termicznymi (lutowanie, spawanie, klejenie). Wśród metali dominującą pozycję zajmuje stal — ok. 50 %, aluminium 10-^30 %, miedź i mosiądz 5+15 % [2]. Pewna grupa odpadów zawiera również metale szlachetne. Przerób złomu elektrycznego i elektronicznego w wybranych firmach na świecie We Francji wiodącą rolę w przerobie złomu elektronicznego odgrywa grupa Yalmet S.A. (60 % udziału w przerobie krajowym) [5, 6]. W jej skład wchodzą trzy firmy: — Yalmet, posiadająca dwa przedsiębiorstwa przerabiające złom, zlokalizowane w Falaise (Normandia), — Laysa Engineering — firma inżynierska, posiadająca własne technologie i licencje, głównie w zakresie hydrometalurgii metali szlachetnych, — Faredec, zajmująca się odzyskiem stali i metali podstawowych z produktów demontażu urządzeń elektronicznych. Podstawowym surowcem są zużyte komputery. Przerób złomu obejmuje następujące etapy: — demontaż i rozdrobnienie, — otrzymanie koncentratów metali szlachetnych drogą hydrometalurgiczną, — rafinacja metali szlachetnych. Do schematu technologicznego są włączone dodatkowe procesy: spopielania fragmentów płytek ze ścieżkami po usunięciu złota, tzw. piroliza rozdrobnionych płytek w celu oddzielenia cyny i przetop półproduktów zawierających srebro i złoto w anody kierowane do rafinacji. W Stanach Zjednoczonych istnieje kilkanaście dużych zakładów przerabiających złom elektroniczny, najczęściej w połączeniu z wybrakami produkcyjnymi oraz innymi odpadami zawierającymi metale szlachetne (odpady fotograficzne, katalizatory i in.). Jednym z nich jest Zakład Przerobu Złomu firmy SIPI METALS CORPORATION w Chicago [5, 6]. Surowcami są wybraki produkcyjne od szeregu dostawców (m.in. Motorola, IBM Corp., Konica, Texas Instruments), stanowiące 70-f-SO % wsadu; pozostałość stanowią elementy wydzielone (zdemontowane) ręcznie przez dostawców złomu. Dostawy są realizowane w beczkach lub kartonach, przy czym w każdym pojemniku znajdują się elementy o podobnej strukturze (płytki obwodów drukowanych, złącza, styczniki). Poza złomem elektrycznym zakład przerabia: — odpady fotograficzne, — zużyte katalizatory, pochodzące z rafinerii ropy naftowej, produkcji nawozów sztucznych (główne źródło Pt i Pd), — zdemontowany osprzęt wojskowy (systemy naprowadzania rakiet, elektronika podwodna, lotnictwo); najcenniejszym metalem odzyskiwanym z tego złomu jest srebro z baterii napędzających torpedy (składowisko złomu wojskowego było niedostępne dla zwiedzających). Firma przerabia miesięcznie 300^-4001 surowców z udziałem metali szlachetnych, z czego odzyskuje się w skali rocznej 4 t złota, 60 t srebra, 2 t palladu i 150 kg platyny. Firma ECS Rafining zlokalizowana w Santa Clara [8] zajmuje się przygotowaniem ze złomu elektronicznego i elektrotechnicznego koncentratów w postaci granulatów polimetalicznych i frakcji metalonośnych dla procesów ogniowych, gdzie prowadzi się odzysk metali szlachetnych. Złom zespolony przed przerobem mechanicznym jest poddawany rozbiórce ręcznej; w trakcie demontażu usuwa się również podzespoły zawierające substancje niebezpieczne (rtęć, kadm, organiczne związki chlorowcowe). W skład podstawowych agregatów produkcyjnych wchodzą: 1 — linia strzępiarki młotkowej z rusztem o oczku 24 mm, wyposażona w system przesiewaj ąco-separujący, 2 — 4 piece tyglowe do przetopu próbek frakcji użytecznych z procesu strzępienia i ewentualnego przetopu z miedzią bogatych w me-

tale szlachetne półproduktów (przetapia się zaledwie l % surowca), 3 — 3 kotły do topienia złomu i zgarów metali łatwotopliwych 4 — węzeł elektrorafinacji stopu PbSn. Firma Sabin w Nowym Jorku przerabia wyłącznie surowce zawierające złoto w ilości min. 400 g/t. Głównym surowcem, który ich interesuje są płytki obwodów scalonych i elementy komputerów. Firma importowała bogate odpady elektroniczne z krajów postradzieckich. Materiały zawierające złoto wtapia się do kąpieli miedziowej przy zapewnieniu — ponoć — bardzo dobrej ochrony środowiska. Zawartość aluminium w materiałach do przetopu nie może przekraczać 2 %. Już z przedstawionego opisu wynika, że powszechnie stosowaną w Stanach Zjednoczonych metodą odzysku metali szlachetnych ze złomu elektronicznego jest jego wstępne przygotowanie, rozdrabnianie, wtapianie wzbogaconych w te metale koncentratów do miedzi, rafinacja elektrolityczna miedzi i przerób szlamów anodowych, z których selektywnie odzyskuje się srebro, złoto, pallad i platynę. Odmienną technologię pirometalurgiczną koncentracji metali szlachetnych ze złomu elektronicznego i odpadów zastosowano w uruchomionym pod koniec lat siedemdziesiątych zakładzie w Brimsdown firmy Johnson Matthey, Wielka Brytania [9]. Surowiec w celu usunięcia części organicznych jest opalany, a następnie po rozdrobnieniu i klasyfikacji granulowany na granulatorze talerzowym. Granulki po wysuszeniu są przetapiane w piecu szybowym. Produktami procesu szybowego są: żużel odpadowy, kamień miedziowy ze znaczną zawartością metali szlachetnych oraz stop ołowiu zawierający ich podstawową część. Stop ołowiu poddawany jest kupelacji; srebro surowe zawierające pozostałe metale

RTV

KOMPUTERY frakcja inne 2% inne 4% miedzionośna i do procesu frakcja do hydrometaprocesu lurgicznego) hydrometalur frakcje 17% gicznego) 22% niemetaliczne 56% frakcje niemetaliczne 51% frakcja miedzionośna do procesu hydrometalurgicznego) 0% frakcje niemetaliczne 54%

frakcje metali-

metaliczne 46%

Rys. 4. Zawartość materiałów otrzymanych po przerobie wybranych grup odpadów elektrycznych i elektronicznych Fig. 4. Composition of materials obtained from processing of selected groups of electrical and electronic scrap szlachetne odlewane jest w anody, kierowane do procesu rafinacji elektrolitycznej do innego zakładu tej firmy w Rojstanie. Kamień miedziowy po rozdrobnieniu i wyprażeniu w piecu wielopokładowym jest kierowany do pieca płomiennego. Wsadem do tego pieca są również szlamy anodowe z elektrorafinacji miedzi po uprzednim usunięciu z nich, poprzez ługowanie, miedzi i selenu. Półproduktami przetopu w piecu płomiennym jest żużel kierowany do pieca szybowego oraz stop ołowiu, poddawany procesowi kupelacji. Odzysk metali ze złomu elektrycznego i elektronicznego

DEMONTAŻ

j Odpady sprzętu elektrycznego l i elektronicznego

obudowa + l kineskopy, t monitory, recykling elementy tworzyw lub niebezpieczne składowanie i

kable

metale jednorodne (Fe, Al, Cu)

elementy do • ewentualnego wykorzystania płyty montażowe z elementami elektronicznymi, elementy elektroniczne

do oddzielnego przerobu lub dezpiecznsgo składowania PRZERÓB MECHANICZNY NA URZĄDZENIACH STRZĘPIĄCYCH

materiały handlowe lub do przetopu

T

PRZERÓB MECHANICZNY NA granulat Fe ~ , odpad granulat LINn KABLOWEJ polimetaliczny

PRZETOP [lub sprzedaż w postać granulatu)

* stopy Al

r

SEPARACJA METODAMI SUCHYMI - separacja elektrodynamiczna - separacja sitowa - separacja powietrzna - separacja opto-selekcja

granulat polimetaliczny zawierający metale * sranulat Ci granulat Cu +stopy szlachetne odpad stopy Cu 41 + St0py <

PRZETOP

stopy Cu, Al

PRZERÓB HYDROMETALURGICZNY - ługowanie - wytrącenia Au, Ag, Pd - inne ~ ~ metale szlachetne lub związki (Ag, Au, Pd)

inne metale szlam lub związki (odpad)

Rys. 3. Ogólny schemat przerobu odpadów sprzętu elektrycznego i elektronicznego Fig. 3. General flow-sheet of processing electrical and electronic scrap

Dla prawidłowego postępowania z odpadami sprzętu elektrycznego i elektronicznego niezbędna jest znajomość składu materiałowego sprzętu oraz jego postać. Wiedza ta jest konieczna dla opracowania odpowiedniego sposobu postępowania przy ich przerobie, zapewniającego maksymalne wykorzystanie materiałów, w szczególności metali oraz zminimalizowanie szkodliwego oddziaływania na środowisko naturalne. Recykling odpadów polega na ich pomniejszaniu metodami mechanicznymi poprzez kruszenie i granulację oraz odseparowanie niemetali. Separacja niemetali odbywa się na specjalnych urządzeniach uwzględniających różnice własności gęstości, granulacji lub własności elektromagnetycznych poszczególnych rodzajów materiałów wchodzących w skład elementów. Na świecie, stosowany jest ogólny schemat technologiczny przerobu tego typu odpadów należących do tzw. odpadów zespolonych, polegający na jego pomniejszaniu metodami mechanicznymi oraz odseparowaniu niemetali. W zależności od rodzaju odpadu schemat jest uzupełniany dodatkowymi operacjami technologicznymi, koniecznymi do wydzielenia metali z danego rodzaju odpadów. Ogólny schemat technologiczny przerobu odpadów sprzętu elektrycznego i elektronicznego przedstawia rysunek 3. Po procesie rozdrabniania odpadów sprzętu elektrycznego i elektronicznego otrzymuje się granulat polimetaliczny zawierający mieszaninę metali i niemetali. Otrzymany granulat poddaje się separacji magnetycznej na separatorze magnetycznym, następnie wydzieleniu frakcji aluminiowej i jego stopów, frakcji miedziowej i jej stopów na separatorach powietrznych, elektrodynamicznych, sitowych i in. Frakcja polimetaliczna zawiera metale nieżelazne w postaci drobnego granulatu, w których również są metale szlachetne i niemetale. Frakcję tę poddaje się procesowi hydrometalurgicznemu celem otrzymania koncentratów metali szlachetnych lub ich związków. Instytut Metali Nieżelaznych w Gliwicach od lat zajmujący się badaniami nad przerobem różnych rodzajów odpadów, przeprowadził próby przerobu wybranych grup złomów zespolonych na urządzeniach zarówno przemysłowych jak i laboratoryjnych. Otrzymano jednorodne metale lub ich stopy oraz niemetale stanowiące odpad. Wyniki badań w postaci wykresów kołowych otrzymanych materiałów po przerobie wybranej grupy odpadów przedstawia rysunek 4.

583

Tablica 2 Zawartość Au w wybranych elementach elektronicznych Table 2 The content of Au in selected electronic components Oznaczenie Zawrtość Au% próbki PR-2/Ni Zł/MAK K/Wcz K/TM K/2B

K/2cz

0,0063 0,67 0,18 0,66 0,71 0,011

0,0039

Wyszczególnienie Elementy z Ni i styki z klawiatury komputerowej Wtyki, złącza Eltra Camon Metal z tzw. z worów Tranzystory z nóżkami i bez nóżek — uśrednione Metal z wtyków i gniazd pamięci Metal z gniazd kart graficznych i in.

styków ze sprzętu RTV oraz central telefonicznych musi odbywać się w sposób ręczny. Mechaniczny przerób tych odpadów na urządzeniach strzępiących i granulujących razem ze stykami powoduje ich zatracenie, gdyż przechodzą do pyłów oraz drobnych frakcji niemetalicznych. Metale szlachetne w odpadach sprzętu komputerowego i RTV występują w postaci elementów powlekanych. Elementy lub podzespoły z metalami szlachetnymi należy przed przerobem wymontować i poddać oddzielnej przeróbce. Przedstawia to również ogólny schemat technologiczny na rysunku 3. Odpady komputerowe są odpadami zawierającymi największą ilość metali szlachetnych w porównaniu z pozostałymi grupami odpadów elektrycznych i elektronicznych. Odzysk metali szlachetnych (Ag, u, Pd i inne) z odpadów sprzętu komputerowego odbywa na drodze hydrometalurgicznej bezpośrednio wydzielonych elementów powlekanych lub granulatu polimetaTablica 3

Analiza spektralna wybranych elementów elektronicznych zawierających metale szlachetne Table 3 Spectral analysis of selected electronic components containing precious metals Rodzaj elementu elektronicznego

Ca

Co

Ag

Zn

Układy scalone z AG (bez AU) [(+)] [(+)] +(+) (+)> Wtyki, gniazda kart i kostek pamięci śl [(+)] [(+)] [(+)] Elementy mocowania gniazd chipów zśl — — — Kondensatory (w kształcie dysków — brązowe) +(+) — >+ —

Mg

Cu

Al

Si

++ +++ P +++

zśl zśl śl [(+)]

(+) śl [(+)] (+)

Sn

[(+)] [(+)] z ś l ++(+) śl +(+) ++ (+)

P

Ti

—

—

+(+) [(+)] [(+)]

[(+)) [(+)] —

— — — (+)>

Pb

Fe

Cd

Ni

śl +<

+(+) zśl śl [(+)]

śl — — (+)

(+)< ++

Legenda: kolejność znaków wg wzrostu ilościowego pierwiastków z. śl; śl; [(+)]; (+); +; +(+); ++; ++(+); +++; P — podstawa —> kierunek wzrostu zawartości pierwiastka

Rys. 5. Wybrane elementy odpadów sprzętu komputerowego elektroniczne zawierające metale szlachetne (Au) Figs 5. Selected elements of the computer and ełectronic scrap containing precious metals (Au)

Metale szlachetne w złomie elektrycznym i elektronicznym Firmy zajmujące się przerobem odpadów zespolonych traktują odpady sprzętu elektrycznego i elektronicznego również jako źródło metali szlachetnych. Dlatego też główny wysiłek przy przerobie takiego złomu ukierunkowany jest na maksymalny odzysk tych metali. Głównym surowcem metali szlachetnych są zużyte komputery, sprzęt RTV (telewizory, radiomagnetofony, radioodbiorniki), centrale telefoniczne (styki Ag) oraz w niewielkim stopniu drobny sprzęt gospodarstwa domowego (styki Ag). Wydzielenie srebra w postaci

584

Rys. 6. Shredder firmy Satrind Fig. 6. Satrind-manufactured shredder

licznego otrzymanego ze strzępienia i granulacji zdemontowanych podzespołów. Przykładowe zawartości metali szlachetnych (Au) w wybranych elementach elektronicznych pochodzących z odpadów komputerowych przedstawia tablica 2, natomiast analizę jakościową tablica 3. Wyniki analizy chemicznej umieszczone w tablicy 2 wykazują bardzo duże zróżnicowanie zawartości Au w poszczególnych rodzajach badanych elementów, dlatego bardzo trudne jest wstępne określenie zawartości metali szlachetnych w tego rodzajach odpadów przed ich przerobem. Z przedstawionych danych w tablicy 2 wynika, że dla zwiększenia koncentracji metali szlachetnych, głównie złota

Rys. 7. Wymontowane elementy z odpadów sprzętu TV Fig. 7. Comportents dismounted from TV scrap

Rys. 11. Odpady sprzętu TV Fig. 11. TV set scrap

Rys. 8. Separator elektrodynamiczny Fig. 8. Electrodynamic separator

Rys.12. Wymontowane kineskopy z monitorów Fig. 12. TV picture tubes dismounted from TV monitors

Rys. 9. Wymontowane kineskopy telewizyjne Fig. 9. Dismounted TV picture tubes

Rys.13. Zdemontowane obudowy monitorów i obudów komputerów z tworzywa Fig. 13. Disassembled monitor and computer casings from plastic materials

Rys. 10. Płyta główna telewizora po demontażu Fig. 10. Mother board of a TV set after disassembly

i uniknięcia ich strat w dalszym przerobie celowym jest wydzielenie elementów o wysokiej zawartości Au. Uzyskuje się przez to znaczne wzbogacenie (nawet kilkakrotne) przerabianego materiału w metale szlachetne. Przykładowe elementy elektroniczne zawierające metale szlachetne przedstawiają rysunki 5, oraz 10-5-17 przedstawiają odpady sprzętu elektrycznego i elektronicznego przed przerobem. Natomiast rysunki 6-^9 przedstawiają urządzenia mechaniczne stosowane do przerobu odpadów elektronicznych i elektrotechnicznych.

585

Rys. 14. Wymontowane płytki PCB z komputerów Fig. 14. Printed circuit boards disassembled from computers

Rys. 16. Styki Ag z odpadów sprzętu gospodarstwa domowego Fig. 16. Ag contacts from scrapped household eąuipment

Rys. 15. Stalowe obudowy z komputerów Fig. 15. Steel casings from computers

Rys. 17. Przekaźnik z odpadu centrali telefonicznej Fig. 17. Rełays from scrapped telephone exchanges

Podsumowanie

Literatura

Przewiduje się, że w najbliższych latach do utylizacji w kraju trafią odpady urządzeń elektrycznych i elektronicznych wyprodukowane w latach 1990*1995. Zgodnie z rocznikiem statystycznym [10], przykładowo w 1996 r. na wyposażeniu gospodarstw domowych było ok. 41 min szt. różnego rodzaju sprzętu gospodarstwa domowego, ok.41,5 min szt. sprzętu radiowo-telewizyjnego oraz ok. l ,0 min szt. sprzętu komputerowego. Biorąc pod uwagę statystyczną ilość wycofywanego z eksploatacji tych trzech grup sprzętu oraz ich masy, będącego na wyposażeniu gospodarstw domowych w 1996 r., średnio można przyjąć, że ich ilość wyniesie w ciągu roku ok. 1015 tyś. t. Taka ilość zużytego sprzętu jest źródłem ok. 510 tyś. t żelaza, ok. 46 tyś. t metali nieżelaznych, ok. 80 t metali szlachetnych i ok. 457 tyś. t niemetali. Odpady sprzętu elektrycznego i elektronicznego zawierają 5*76 % niemetali w zależności od rodzaju złomu. Odpad zawierający dużą ilość niemetali jest odpadem, którym nie interesują się zakłady przetwórcze i dlatego trafiają najczęściej na wysypiska. Jednym z przedsięwzięć mających wyeliminować tego rodzaju odpady z wysypisk, jest wprowadzenie tzw. „opłaty produktowej". Opłaty te od producentów i importerów sprzętu elektronicznego i elektrycznego, kierowane mają być do centralnego funduszu ekologicznego, skąd przekazane zostaną do zakładów zajmujących się utylizacją odpadów. Powodzenie tego przedsięwzięcia, zależy również od powstania odpowiedniej ilości profesjonalnych zakładów przetwórczych w kraju, zajmujących się recyklingiem odpadów, dysponujących odpowiednimi urządzeniami i technologiami, spełniającymi wymagania ochrony środowiska naturalnego [l 1].

1. Materiały konferencyjne „Ekologia w elektronice" II Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna, Warszawa 5*6 XII 2002, Wyd. PIE Warsza-

586

wa.

2. Koilowski J., Czyżyk H.: Odzysk metali ze złomu elektronicznego i elektrotechnicznego na urządzeniach strzępiących i separujących. Międzynarodowa Konferencja Naukowa „Teoretyczne i Praktyczne Problemy Zagospodarowania Odpadów Hutniczych" AGH, Zakopane 20-i-22.06.2002. 3. Rocznik statystyczny 1995, 1999, 2000, 2001, 2002. 4. Rzeczpospolita nr 227 01.10.98. 5. Kozłowski J., Czyżyk H.: Odzysk materiałów użytecznych ze złomowanych urządzeń elektronicznych na przykładzie komputerów. Konf. Ekologia w elektronice. Warszawa 2002. 6. Dirk Boghe. Electronic Scrap: a growing resource. MBM, June 2001, 21*24. 7. Oferta współpracy z polskim przedsiębiorstwem firmy Laysa, 1985, [niepublik.]. 8. GluszczykE., Pers A.: Sprawozdanie z wyjazdu do zakładów przerobu złomu metali nieżelaznych i partnerów handlowych na terenie Stanów Zjednoczonych Am. Pin. Bytom, grudzień 1991. 9. New UK precious metals rafmery „Mining Mag.", 1979, 141, No 6, pp. 570*572, 574*575. 10. Rocznik statystyczny 1997. 11. Kozlowski J., Czyżyk H.: Zagospodarowanie złomu zespolonego metali pochodzących z odpadów urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Ochrona powietrza i problemy odpadów. 2004, nr 3.

R e d a k t o r o d p o w i e d z i a l n y : prof. z w . d r inż. S T A N I S Ł A W S T O L A R Z ZBIGNIEW SIWKIEWICZ TADEUSZ KULESZA

Rudy Metale R 49 2004 nr 10-11 UKD 621.762.5.001:620.183:534-

ZASTOSOWANIE ENERGII FALI ULTRADŹWIĘKOWEJ DO NIENISZCZĄCYCH BADAŃ STRUKTURALNYCH SPIEKÓW Przedstawiono opracowaną metodę nieniszczących badań spieków, opartą na zjawisku rozchodzenia się ultradźwiękowej fali podłużnej i jej tłumienia w ośrodku. Na przykładzie badań strukturalnych węglika spiekanego B2D (91,5 % węglika wolframu, 8,5 % kobaltu) stosowanego do produkcji matryc, niezbędnych przy wytwarzaniu diamentu syntetycznego, zaprezentowano sposób określania jakości strukturalnej tych materiałów.

APPLICATION OF ULTRASONIC WARE ENERGY FOR NON-DESTRUCTIVE STRUCTURAL SINTERS The methodfor non-destructive sintered metal studies, based on propagation of longitudinal wave of ultrasound and its attenuation was presented. On the example of the structural studies of sintered carbides B2D, are applied to rnatrix manufacturing needed during synthetic diamond production was described the method ofąuality material determination. Wstęp Ultradźwięki znajdują szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach życia gospodarczego. Przyjmuje się, że ultradźwięki są to drgania mechaniczne cząstek ośrodka wokół położenia równowagi, 0 częstotliwościach powyżej 16 kHz [1]. W ośrodku sprężystym drgające cząstki przekazują część energii sąsiednim cząstkom, powodując ich przemieszczanie w ośrodku, tworząc fale ultradźwiękową. Rozróżnia się ultradźwięki czynne, w których fale o znanym natężeniu powodują określone zmiany fizyczne lub chemiczne ośrodka oraz ultradźwięki bierne, o bardzo małym natężeniu fal. Ultradźwięki czynne znalazły zastosowanie w medycynie, obróbce 1 czyszczeniu materiałów oraz części maszyn, procesach zgrzewania, zagęszczania proszków, produkcji emulsji, itp. Ultradźwięki bierne wykorzystywane są natomiast w nauce i technice pomiarowej, w badaniach nieniszczących materiałów i wyrobów w budownictwie, przemyśle maszynowym, w hutnictwie, itp. [2, 3]. Przedmiotem zainteresowania autorów są badania struktur spieków porowatych i ocena ich jakości. Warunki tych badań są jakościowo inne w porównaniu z analogicznymi badaniami dotyczącymi materiałów litych (prędkość fali ultradźwiękowej i jej tłumienie). Dlatego na przykładzie badań węglika spiekanego B2D (zastosowa-

nego do produkcji matryc jako niezbędnego oprzyrządowania przy wytwarzaniu diamentu syntetycznego) wykazano, że istnieje możliwość oceny jakości struktury tych materiałów. Założenia do badań strukturalnych spieków Badania strukturalne spieków z wykorzystaniem energii fali ultradźwiękowej oparto na zjawiskach rozchodzenia się fali podłużnej oraz jej tłumienia. W metalowych materiałach litych fale podłużne rozchodzą się z określoną prędkością, zależną od rodzaju materiału. Spieki wykonane z proszków tych metali metodą prasowania swobodnego, zawierają określone porowatości i wielkości ziarna, uzależnione od parametrów spiekania. Wielkość ziarna oraz porowatość mają decydujący wpływ na proces rozpraszania fali ultradźwiękowej w materiałach polikrystalicznych, jakimi są metale. Prędkość rozchodzenia się fali w spiekach zależna jest od ich struktur (wielkości ziarna, porowatości i ewentualnych wtrąceń) i może być wykorzystana do kontroli prawidłowości przebiegu procesu produkcji spieków, a nawet automatycznej eliminacji wyrobów wadliwych. Podobnie, zjawisko tłumienia fali ultradźwiękowej na granicach ziaren, wtrąceniach i porowatościach, może być jednym z czynników określających właściwości i jakość wytwarzanych spieków. Wynika to

Dr inż. Zbigniew Siwkiewicz, mgr inż. Tadeusz Kulesza — Politechnika Warszawska, Wydziai Mechatroniki, Warszawa.

587

z faktu, że ciśnienie fali ultradźwiękowej, rozchodzącej się w ośrodku, maleje ze wzrostem przebytej drogi. Przyczyny tego spadku wynikają z: — rozbieżności wiązki fal, — procesu pochłanianiaenergii (tarcie wewnętrzne—energiadrgań zamienia się na ciepło), — procesu rozpraszania, tzn. odbicia, załamania i dyfrakcji fal na granicach ziaren, wtrąceniach, porach, itp. Tłumienie fali to spadek jej ciśnienia na skutek procesów pochłaniania i rozpraszania. Osłabienie fali to spadek ciśnienia fali uwzględniający tłumienie i rozbieżność wiązki. A więc współczynnik tłumienia można wyrazić jako stosunek względnego spadku ciśnienia fali wyrażonego dB do przebytej drogi. Spadek ten odpowiada różnicy poziomów ech na ekranie defektoskopu wyrażony dB (po uwzględnieniu strat rozbieżności). Można więc założyć, że pomiar tłumienia fali ultradźwiękowej w badanym spieku, dostarczy określonych informacji odnośnie jego struktury. Poprzez takie badania możliwy jest więc pomiar i kontrola wybranych właściwości fizycznych spieków, do których należą: — wielkość ziarna, — porowatość wewnętrzna (otwarta, zamknięta), — wtrącenia niemetaliczne w strukturze, — anizotropia, — moduł sprężystości, — jakość obróbki cieplnej. Znajomość tych parametrów stwarza również możliwość wpływania na przebieg procesu technologicznego wytwarzania spieków, a więc również na optymalizację otrzymywanych właściwości.

Rys. l. Stanowisko do badań a — widok stanowiska, b — zobrazowanie na ekranie impulsów powrotnych Fig. l. Test facility a — view of the facility, b — return pulses obseryed on a screen

588

Stanowisko badawcze do pomiaru prędkości rozchodzenia się fali oraz tłumienia jej w spiekach Dostępne na rynku defektoskopy są analogowymi defektoskopami ultradźwiękowymi o przestarzałej konstrukcji, nie posiadającymi możliwości rejestrowania wyników i ich analizy. Opracowano założenia i zaprojektowano stanowisko badawcze spełniające wymogi nowoczesności w nieniszczących badaniach materiałów, opierając się również o doświadczenia firm zajmujących się tego typu zagadnieniami [4, 5]. Wytypowano niezbędne wyposażenie i wykonano stanowisko, przedstawione na rysunku l. Dokonano jego kalibracji oraz kontroli prawidłowości działania, pod kątem pomiarów prędkości rozchodzenia się fali i jej tłumienia w ośrodkach sprężystych. Do tego celu wykonano i wykorzystano odpowiednie wzorce. Stanowisko składa się z następujących podstawowych zespołów: — monitora do zobrazowania impulsów powrotnych, — głowic na fale podłużne o częstotliwościach od 2 do 10 MHz, — próbek i wzorców (wzorzec schodkowy, próbki materiałowe do pomiarów prędkości rozchodzenia i tłumienia fali, klin specjalny, wzorzec do pomiaru współczynnika odbicia fal KOSTKA), — obudowy komputera ATX wraz z kartą defektoskopu ultradźwiękowego UMT-12, oprogramowaniem i zestawem kabli do głowic. Badania strukturalne spieków stosowanych do produkcji matryc, niezbędnych przy wytwarzaniu diamentów syntetycznych Stanowisko przedstawione na rysunku l wykorzystano do przemysłowych badań nieniszczących węglików spiekanych w Zakładach CEMAT-70 (Centrum Naukowo Produkcyjne Materiałów Elektronicznych) w Warszawie. Badaniom poddawano materiał matryc wykonanych ze specjalnego gatunku węglika spiekanego B2D (91,5 % węglika wolframu i 8,5 % kobaltu). Matryce to część niezbędnego oprzyrządowania do wytwarzania diamentu syntetycznego. Elementy te mają znaczący ciężar (od kilku do kilkunastu kilogramów) i skomplikowaną technologię wykonania. Ich obróbka mechaniczna wymaga zastosowania specjalistycznych szlifierek i diamentowych ściernic. Jest to więc proces pracochłonny i kosztowny. Duże koszty wykonania matryc wynikają również z faktu, że nieciągłości struktury w postaci porów wewnętrznych, ujawniają się z reguły dopiero pod koniec operacji szlifowania. Eliminuje to wykonany prawie całkowicie detal z możliwości użytkowania, ze względu na duże ciśnienia (rzędu kilku tysięcy MPa) panujące wewnątrz matrycy, podczas syntezy diamentu. Dlatego wszystkie matryce poddawane obróbce mechanicznej kontrolowano prezentowaną metodą, zarówno na występowanie porowatości wewnętrznej, jak również na zjawisko tłumienia fali ultradźwiękowej przez materiał matryc (rys. 2). Badanie porowatości wewnętrznej doprowadzało do powstawania tzw. „mapy" porów w materiale każdej z nich, na podstawie której decydowano o sensowności przeprowadzani a obróbki mechanicznej. Niekiedy jednak, celem dokładniejszej identyfikacji porów, wykonywano tzw. wstępną operację szlifowania, co zwiększało dokładność badań. Niestety, w ten sposób niewykrywalna była drobna porowatość. Należy zwrócić tu uwagę, że wykrywalność wad w kierunku przepuszczania fal jest, obok innych warunków, przede wszystkim zależna od stosowanej długości fali ultradźwiękowej. Aby uzyskać dużą zdolność rozdzielczą, która jest mniej więcej równa długości fali, należy dobrać wysoką częstotliwość. Przy stosowaniu głowic o częstotliwości 10 MHz, zdolność rozdzielcza, wynosi ok. 0,5 mm. Na potrzeby przemysłowych prób, sprawdzających jakość strukturalną węglika B2D, posiłkowano się uzupełniającymi badaniami tłumienia fali ultradźwiękowej w wymienionym materiale. Realizowano to wykorzystując fakt, że większa ilość bardzo drobnych porów (nie obserwowanych na ekranie monitora) powodowała rozproszenie fali ultradźwiękowej, a więc zwiększała jej tłumienie. Na zjawisko tłumienia fali wpływ ma również wielkość ziarna badanego

węglika spiekanego. W ramach założonego programu technologicznego wytwarzania i kontroli matryc przyjęto, że dostarczone do obróbki matryce podlegały surowym ocenom produkcji wielkoseryjnej, gdzie wykonywano i analizowano zgłady metalograficzne (rys. 3) oraz przełomy celem ich obserwacji na mikroskopie scaningowym (rys. 4). Na tej

: Rys. 4. Powierzchnia przełomu węglika spiekanego gatunku B2D obserwowana na mikroskopie skaningowym, pow. 6000x

0

o

Fig. 4. Surface of a fracture of the B2D-grade sintered carbide observed under the scanning microscope, 6000x

x.

t

T

5.000

podstawie oceniano jakościowy i ilościowy wpływ porowatości oraz wielkości ziarna węglika spiekanego na efekt tłumienia fali ultradźwiękowej. W wyniku tak kompleksowo przeprowadzonych prac badawczych, opracowano warunki techniczne odbioru matryc, przyczyniając się do obniżenia kosztów ich wytwarzania, a tym samym także kosztów wyrobu finalnego, jakim jest diament syntetyczny. W przypadku stwierdzenia istnienia porów wewnętrznych w materiale matrycy, kierowano ją na dodatkową operację dogęszczania, realizowaną poprzez proces prasowania izostatycznego na gorąco. W ten sposób podejmowano z powodzeniem próby eliminacji porowatości struktury materiału matrycy, potwierdzone (w ok. 90 %) wynikami powtórnych badań. Podsumowanie

Rys. 2. Widok i wymiary matryc do syntezy diamentu wykonanych z węglika spiekanego gatunku B2D Fig. 2. View and dimensions of the matrixes for diamond synthesis madę from the B2D sintered carbide

Przedstawiony oryginalny sposób wykorzystania energii fali ultradźwiękowej w badaniach strukturalnych spieków do celów przemysłowych, jest wynikiem długotrwałych prac prowadzonych w tej dziedzinie. Zaprojektowane i wykonane stanowisko do nieniszczących badań materiałów, umożliwia zebranie informacji o ich strukturze oraz prawidłowości założonego procesu technologicznego wykonania z nich określonego detalu. Jest to więc element kontroli jakości. Potwierdzeniem tego faktu jest zaprezentowane wykorzystanie tej metody kontroli do badań materiałowych przy produkcji diamentu syntetycznego. Kontrola spieków B2D pozwalała eliminować matryce wybrakowane, z określonymi wadami strukturalnymi. W niektórych przypadkach przez zastosowanie dodatkowego procesu dogęszczania, eliminowano takie wady, a tym samym przywracano możliwość ich wykorzystania w procesie produkcji diamentu. Przyjęta metodologia postępowania przyczyniła się do optymalizacji kosztów wytwarzania diamentu na możliwie najniższym poziomie. Literatura

Rys. 3. Mikrostruktura węglika spiekanego gatunku B2D, pow. 800x Fig. 3. Microstructure of the B2D-grade sintered carbide, 800x

1. Matauschek J.: Technika Ultradźwięków. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa. 2. Filipczyński L. Pawlowski Z, Wehr J.: Ultradźwiękowe metody badań materiałów. Państwowe Wydawnictwa Techniczne, Warszawa. 3. Deputat J.: Badania ultradźwiękowe. Ośrodek Doskonalenia Kadr Kierowniczych i Specjalistycznych. 4. Siwkiewicz Z., Kulesza T.: Sprawozdanie z pracy naukowo-badawczej, nt. „Opracowanie metody nieniszczących badań spieków techniką ultradźwiękową". Opracowanie wewnętrzne Instytutu Inżynierii Precyzyjnej i Biomedycznej. Wydział Mechatroniki, Politechnika Warszawska. 5. Materiały informacyjne firmy ULTRAMETR.

589

BULLETIN OF THE INSTITUTE OF NON-FERROUS METALS Redaktor odpowiedzialny: dr MIECZYSŁAW WOCH Rudy Metale R 49 2004 nr 10-11 UKD 061.6(082):669.2/.8(100)

NOWOŚCI TECHNOLOGICZNE INNOWACYJNA TECHNOLOGIA PIECA Z ŁUKIEM ZAKRYTYM DLA PRZEMYSŁU METALI NIEŻELAZNYCH KUNZE J., DEGEL R., INNOYATIYE SUBMERGED ARC FURNACE TECHNOLOGY FOR NON-FERROUS METAL INDUSTRIES. ERZMETALL 2004, t. 57, nr 3, s. 129-137, póz. 75889 — AG Artykuł stanowi krótki przegląd historii pieca i ostatnich osiągnięć szczególnie w metalurgii metali nieżelaznych, zastosowań specjalnych i technologii recyklingu. Firma SMS Demag (Niemcy) projektuje i dostarcza piece dla przemysłu miedziowego, cynkowego i ołowiowego. Najbardziej interesujące projekty i opracowania obejmują m.in.: — Oczyszczanie żużla. Firma SMS Demag w ciągu czterech ostatnich dekad dostarczyła ponad 20 jednostek do oczyszczania żużla, zaprojektowanych do indywidualnych potrzeb klienta. Piece znajdują zastosowanie dla miedzi, niklu, kobaltu, ołowiu i ołowiu wtórnego, cyny i cyny wtórnej, platyny, palladu. — Przemysł miedziowy. Piece do oczyszczania żużla są zwykle przyłączane do jednostek do wytapiania miedzi takich jak konwertor El Teniente, piec zawiesinowy Outokumpu, konwertor Norandaitd. Główną funkcją piecajestredukcjapoziomu miedzi w żużlu. Piece firmy SMS Demag są zaprojektowane tak, aby obniżyć poziom miedzi w żużlu z l-nt % do 0,7*0,9 %. Przemysł miedziowy stale pracuje nad projektami zastosowania konwertorów pracujących w sposób ciągły, co wymusza konieczność półciągłego oczyszczania żużla. Pierwsze tego rodzaju rozwiązanie zastosowano w Codelco, w Chile. W najbliższym czasie będą znane pierwsze wyniki pracy pieca (14 MV A). Ciekawe rozwiązania zastosowano dla pieca do oczyszczania żużla, pracującego w Enami Yentanas, w Chile. Szczególną uwagę zwrócono na poprawę odporności na zużycie materiałów ogniotrwałych poprzez instalację chłodzącą ścian miedzianych. — Przemysł niklowy. Piec do oczyszczania żużla niklowego ma porównywalne rozwiązania konstrukcyjne z urządzeniem do oczyszczania żużla miedziowego. — Przemysł ołowiowo-cynkowy. Piec z łukiem zakrytym w przemyśle ołowiowym wykorzystywany jest do oczyszczania żużla w jednostkach do wytapiania takich jak np. Outokumpu, Kivcet, QSL, TBRC, BBU lub proces Mezica lub też jako jednostka niezależna do przetopu materiałów wtórnych lub złomu. Podczas oczyszczania żużla pozwalają one zwykle na redukcję poziomu ołowiu z 2*4 % do 0,5*0,7 %. Poziom cynku może być zredukowany z 8*12 % do 3*4 %.

590

— Zastosowania specjalne. Piece z łukiem zakrytym mogą być zastosowane przy różnorodnych zastosowaniach specjalnych, w tym m.in. do produkcji stopów specjalnych, TiC>2, CaC2/CaSi i w wielu innych dziedzinach. — Recykling. Piec z łukiem zakrytym może służyć teżjako jednostka do recyklingu odpadów żelazostopów, żelaza, stali i metali nieżelaznych. NOWE RURY ALUMINIOWE PRZEZNACZONE SPECJALNIE NA PODZESPOŁY SILNIKÓW POJAZDÓW NEUES ALUMINIUMROHR SPEZIELL FUR KFZ-KONSTRUKTIONEN. ALUMINIUM 2004, t. 80, nr 6, s. 528*529, póz. 75885 — AG Niezależne badania rynku wykazują, że rozwój technologiczny, który nastąpił w ciągu ostatniej dekady pozwala na zastosowanie w samochodach podzespołów z aluminium i jego stopów, m.in. w nadwoziu nawet do 25 % oraz do 20 % w podwoziu. Aluminium i jego stopy mogą być wykorzystane np. na pomocnicze ramy, podzespoły do montażu silnika, w układzie zawieszenia kół i innych. Firma Corus opracowała zgrzewane oporowo rury z aluminium odpowiednie do hydrokształtowania, szczególnie korzystne dla producentów pojazdów, ze względu na ich lekkość i wysokie osiągi. Firma wykorzystując swoje know-how w sektorze aluminiowym oferuje producentom samochodów pełny zakres wzajemnie uzupełniających się produktów wykonanych z aluminium i ze stali. W połączeniu z najnowszymi osiągnięciami w technologiach przetwórstwa pomoże to producentom pojazdów w opracowaniu najbardziej dogodnych rozwiązań pozwalających na redukcję ciężaru nadwozia i podwozia. Firma Corus opracowała nowy gatunek aluminium zwany „Templite", stosowany na elementy nośne i części podwozia, który jest stopem o wysokiej zawartości magnezu (> 4 %) i posiada dobrą odporność na korozję w wysokich temperaturach. Stop „Templite" z powodzeniem może być stosowany na podzespoły wykonane przez hydroksztaltowanie, które są wystawione na działanie podwyższonych temperatur. Stop może być dostarczany zarówno w postaci blach jak i rur zgrzewanych. PRZEWIDYWANIE MAKRO I MIKROSTRUKTUR KRZEPNIĘCIA W PROCESIE CIĄGŁEGO KIERUNKOWEGO ODLEWANIA ALUMINIUM COMBEAU H., APPOLAIRE B., DUSSOUBS B., HOUTI N., CEDEX N.: PREDICTION OF THE MACRO AND MICROSTRUCTURES OF SOLIDIFICATION IN DC CASTING OF ALUMINIUM. ALUMINIUM 2004. t. 80, nr 6, s. 614*619, póz. 75886 — AG

Przewidywanie makro- i mikrostruktur powstających przy końcu procesu krzepnięcia cieszy się dużym zainteresowaniem wśród producentów aluminium, ze względu na silne zależności między własnościami mechanicznymi, a strukturą otrzymywanych stopów aluminium. W przypadku procesu ciągłego kierunkowego odlewania aluminium, zjawiska zachodzące w różnych skalach mające wpływ na tworzenie makro- i mikrostruktur to m.in.: zarodkowanie, fragmentacja ramion dendrytów i wzrost ziarn w skali mikroskopowej; ruch ziarn i ich historia termiczna w skali makroskopowej. W procesie kierunkowego odlewania ciągłego zjawiska wymiany ciepła i masy mogą być opisane za pomocą modelu 3D. Złożoność zjawisk ogranicza możliwość rozwoju modelu. Pozwala jednak na skojarzenie modeli mikroskopowego wzrostu ziarn z modelem makroskopowym. Uproszczony model wzrostu i ruchu grup ziarn opracowano w ramach projektu YIRCAST, w którym uczestniczyli partnerzy z Europy Zachodniej. Z pomocą opracowanego modelu można przewidywać rozkład wielkości ziarn, odległość ramion dendrytów wtórnych i odpływ substancji odlewanej. Model uwzględnia również zjawiska zaszczepiania jak i fragmentacji. Wyniki badań trajektorii ziarn umożliwiają przeprowadzenie analizy przepływu cieczy w procesie i uzyskanie informacji nt. historii ziarn podczas ich tworzenia. Wyniki teoretyczne i możliwości modelu zostały odniesione do rzeczywistych warunków odlewania ciągłego bezpośredniego 3D na przykładzie dwóch wlewków na blachy ze stopu aluminium gatunku 5182, które zostały odlane w tych samych warunkach z zastosowaniem dodatku rozdrabniacza ziarn typu AlTi3%Bl% w ilości l kg/t oraz bez niego. POMIAR TEMPERATURY W STOPIONYCH METALACH LEKKICH TEMPERATURMESSUNG IN LEICHTMETALLSCHMELZEN. ALUMINIUM 2004. t. 80, nr 6. s. 529. póz. 75887 — AG

W centrum Laser Zentrum Hannower (RFN) opracowano pirometryczną metodę pomiaru procesów gwałtownego krzepnięcia różnych stopów aluminium. Jej dokładność zabezpiecza odpowiedni wybór parametrów procesu laserowego, czasów chłodzenia rzędu kilku milisekund i przemian fazowych wyraźnie wykrywanych jako temperatura przemiany na krzywych chłodzenia. W badaniach wykorzystano odlewany ciśnieniowo stop aluminium typu GD-A1-SilOMg i techniki mikroskopowe (mikroskop optyczny, elektronowy mikroskop skaningowy i elektronowy mikroskop transmisyjny, dyfrakcję rentgenowską) do oznaczenia wpływu prędkości chłodzenia na wytwarzaną strukturę stopu. System pomiarowy charakteryzowała rozdzielczość czasowa rzędu 250 ns, średnica miej sca pomiaru 300 p;m i granica detekcji termicznej wynosząca 150 °C z pełną rozdzielczością czasową. System jest bardzo dogodny w zastosowaniu do badań procesów metalurgicznych o dużej prędkości. Możliwe zastosowania to m.in. kontrola i regulacja termiczna podczas zgrzewania materiałów metalicznych o niskiej temperaturze topnienia, np. w procesach zgrzewania magnezu. W układzie istnieje możliwość wykorzystania konwencjonalnych pirometrów podczerwieni. KONTROLOWANE AZOTOWANIE: ROZWIĄZANIE TECHNOLOGICZNE I EKONOMICZNE DLA PROCESU WYCISKANIA CONTROLLED NITRIDING: A TECHNOLOGICAL AND ECONOMICAL SOLUTION FOR EXTRUSION. LIGHT MET. AGĘ 2004, t. 62, nr 5-6. s. 78+79, póz. 75888 — AG

Azotowanie to obróbka cieplno-chemiczna stosowana do matryc do wyciskania w celu poprawy ich własności powierzchniowych. Jest to metoda bardzo praktyczna i ekonomiczna i może być z łatwością zintegrowana z instalacją do wyciskania. Zapewnia ona polepszenie osiągów matrycy. Przedstawiono kilka metod azotowania, w tym m.in. proces azotowania matryc do wyciskania aluminium, gdzie głównym zadaniem jest poprawa własności powierzchniowych poprzez zwiększenie ich odporności na zużycie, możliwe do osiągnięcia przez nakładanie twardych powłok. Azotowanie to obróbka powierzchniowa, ściślej obróbka cieplno-chemiczna, która jest doskonałą alternatywą dla powłok twardych. Oferuje ona kompromis pomiędzy uzyskaniem lepszych własności powierzchniowych a kosztami i praktycznością procesu. Azotowanie jest obróbką

cieplno-chemiczna prowadzoną we względnie niskich temperaturach, typowo 500^-580 °C. Inną metodą azotowania jest proces w kąpieli solnej, w którym części zanurzane są w kąpieli soli stopionych, zawierających azot oraz cyjanki lub cyjaniany. Głównym problemem jest tu agresywność soli. Z kolei azotowanie plazmowe to metoda wykorzystująca wyładowanie jarzenie we w próżni przy wysokim napięciu pomiędzy anodą i katodą. Kontrolowane azotowanie gazowe (technologia Nitreg), wprowadzona przez firmę Nitrex Metal Inc. (Kanada), to zaawansowana metoda azotowania oparta na kontroli potencjału azotowania. Potencjał azotowaniajest parametrem termodynamicznym zarządzającym chemicznym i fizycznym składem obrabianej powierzchni. Kontrola atmosfery azotowaniajest kluczowym czynnikiem zapewniającym uzyskanie spójnych i optymalnych własności azotowania. Proces Nitreg jest nowoczesną, dobrze sprawdzoną technologią azotowania gazowego, w której wykorzystywany jest nowoczesny hardware i software do kontroli potencjału azotowania, wyrażającego się na/ pH 3/2 dzie P P S stępującym wzorem: KN = PNH3 ( 2) > § NH3 ' H2 3 ciśnieniami cząstkowymi amoniaku i wodoru w atmosferze piecowej. Potencjał azotowania odgrywa ważną rolę w oznaczaniu składu chemicznego i fazowego azotowanej powierzchni. Fazy azotkowe tworzone w zdefiniowanych zakresach temperatur i stężenia azotu charakteryzują się różnymi własnościami, np. takimi jak: twardość, kruchość czy odporność na korozję. Prowadzenie udanego procesu azotowania wymaga optymalnego wyboru dużej liczby wzajemnie zależnych parametrów, takich jak: czas, temperatura, skład atmosfery, potencjał azotowania itd., wymagających szczegółowych ekspertyz technicznych i metalurgicznych. Ciągła, samosprawdzająca się i w pełni automatyczna kontrola potencjału azotowania wymaga bardzo skomplikowanych pakietów oprogramowania, jak również urządzeń kontrolnych i sygnalizacyjnych. Opracowany proces kontroli jest sprawdzony w wielu zastosowaniach przemysłowych. Eliminuje błędy ludzkie oraz błędy wypadkowe związane z niedostateczną kontrolą. Wykorzystanie kontrolowanego potencjału azotowania w metodzie Nitreg przyczynia się do wytwarzania optymalnych mikrostruktur o bardzo ujednoliconej grubości nawet na rogach i krawędziach obrabianych powierzchni. PRZYSZŁOŚĆ METALURGII PROSZKÓW ŻELAZAW EUROPIE LINDSKOG P.: THE FUTURE OF FERROUS PM IN EUROPĘ. POWDER METALL. 2004, t. 47, nr l, s. 6^9, póz. 75884 — AG

Omówiono sytuację przemysłu metalurgii proszków żelaza w Europie i na świecie. Przedstawiono cztery stadia rozwoju metalurgii proszków żelaza w przedziałach czasowych: 1937-5-1960, 1960-^1980, od roku 1980 do stanu obecnego oraz prognozy na przyszłość. Istnieją wyraźne różnice pomiędzy rynkami spiekanych części maszyn w różnych częściach świata. Dla przykładu Ameryka Północna z jej tanią ropą i dużymi samochodami o niskich prędkościach będzie przywiązywać mniejszą wagę do wysokich osiągów, a większą do komfortu i ekonomii. Produkowane w Ameryce części spiekane sprzedawane są za połowę ceny, jaką trzeba płacić w Europie. Z kolei samochody europejskie poruszają się z prędkością dwa razy większą niż w USA. Wymusza to projektowanie części o wysokich osiągach, niskim ciężarze i wysokiej dokładności. W związku z powyższym najważniejszymi zagadnieniami, które przemysł europejski będzie musiał rozwiązać są m.in.: zapewnienie dokładności składu, precyzja wykonania i uzyskanie coraz lepszych własności fizycznych i mechanicznych, a także zabezpieczenie dogodnych warunków rozwoju dla przemysłu. Globalne przewidywania rozwoju obejmują m.in.: — zwiększenie dokładności procesów metalurgii proszków, co otworzy drogę dla wielu nowych zastosowań, ze względu na możliwość wyeliminowania defektów, osiągnięcie gęstości teoretycznej, zniesienie segregacji i uzyskanie lepszych własności mechanicznych; — obniżenie kosztów żelaza i proszku stali do poziomu, przy którym metalurgia proszków będzie zdolna konkurować w większym stopniu z alternatywnymi procesami kształtowania; — wzrost konkurencji pomiędzy wiodącymi producentami proszku

591

żelaza., który przyniesie korzyści całej branży i wpłynie na rozwój przemysłu. Z kolei dla Europy przewiduje się, że będzie ona kontynuować swą wiodącą rolę w rozwoju procesów metalurgii proszków i materiałów uzyskiwanych na jej drodze. Prognozuje się, że w Europie Zachodniej przemysł metalurgii proszków będzie się koncentrować na produktach „high-tech" (o wysokiej jakości i cenie); a z kolei Europa Wschodnia dostarczy dużej ilości tanich produktów oraz udostępni swoje rezerwy i potencjał kwalifikowanych pracowników. Uważa się, że Europa Wschodnia będzie najlepszym miejscem dla inwestycji, w którym może nastąpić największy wzrost i rozwój. Europejskie Stowarzyszenie Metalurgii Proszków zadeklarowało chęć promocji nowych technologii, jednak przy zdecydowanej potrzebie i konieczności wsparcia ze strony producentów proszków w Europie. OD ATOMÓW DO DENDRYTÓW HOYT J. J., KARMA A.. SUN D.Y.: FROM ATOMS TO DENDRITES. J. MINER. MET. MATER. SOC. 2004. t. 56. nr 4, s. 49-54, póz. 75883 — AG

W wielu stopach komercyjnych właściwości mikrostrukturalne, które określają mechaniczną integralność odlanego wlewka, takie jak: segregacja substancji rozpuszczonej, wielkość ziarn, porowatość, zależą od morfologii i szybkości wzrostu indywidualnych dendrytów lub ich zespołów. Proces tworzenia dendrytów kontrolowany jest przez dwa czynniki: transport dyfuzyjno-konwekcyjny ciepła lub składników stopu w skali makroskopowej i sił kapilarnych, które działają w skali mikroskopowej. Dokładne numeryczne modelowanie wzrostu dendrytów pozostaje dużym wyzwaniem nawet dla mocnych, dzisiejszych komputerów. Pomyślne modelowanie tego procesu wymaga zarówno rozwiązania skomplikowanych problemów wolnych obszarów granicznych i dokładnego obliczenia napięcia powierzchniowego i/lub kinetyki anizotropii. Powyższe zadania przedstawia się jako bardzo trudne. Wiele lat temu opracowano metodę pola fazowego, którą najpierw stosowano do modelowania procesu krystalizacji czystych faz stopionych — kolejno rozszerzaj ąc na układy stopów. Równolegle opracowywane metody symulacji atomowej, zarówno dynamiki molekularnej i metoda Monte Carlo, udowodniły, że również są efektywne przy oznaczaniu niezbędnych parametrów i powiązanych z nimi anizotropii. W artykule opisano możliwości zastosowania modelowania atomistycznego i pola fazowego do opisu zagadnienia wzrostu dendrytów. Teoretyczne rozważania poparto doświadczeniami przeprowadzonymi dla dwu układów stopów: Al-Cu i Al-Si. ZASTOSOWANIE PROGNOZY MATERIAŁOWEJ DO UZYSKANIA MAKSYMALNEGO POTENCJAŁU UŻYTKOWEGO ZŁOŻONYCH UKŁADÓW MECHANICZNYCH CHRISTODOUDOU L., LARSEN J. M.: USING MATERIALS PROGNOSIS TO MAXIMIZE THE UTILIZATION POTENTIAL OF COMPLEX MECHANICAL SYSTEMS. J. MINER. MET. MATER. SOC. 2004, t. 56, nr 3, s. 15-19, póz. 75881 —AG

Nową inicjatywą Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Departamentu Obrony USA (DARPA) jest rozwinięcie i przedstawienie podstaw naukowych i technologii dla prognozowania zniszczenia materiałów. Jej celem jest umożliwienie sterowania właściwościami materiałów w oparciu o wiedzę o ewoluowaniu zniszczenia w czasie rzeczywistym. Prognozowanie zniszczenia materiałów integruje wprowadzane udoskonalenia w różnorodnych naukach i technologiach uzupełniających, obejmujących następujące obszary: — modele fizyczne mechanizmów zniszczenia i defektów w materiałach i strukturach poddanych kompleksowym i różnorodnym warunkom użycia; — ilościowe i przewidywalne pojmowanie efektów stochastycznych i probabilistycznych w materiałach, z uwypukleniem zachowań ograniczających żywotność lub zdolności; — innowacyjne technologie wykorzystujące czujniki pomiarowe do wykrywania i charakteryzowania zniszczenia w stanie początkowym i zniszczenia zaawansowanego; — techniki wyjaśniające stan dużych urządzeń i skomplikowanych struktur oraz do wykrywania, śledzenia i przewidywania ewolucji zniszczenia z zastosowaniem wszystkich dostępnych technik;

592

— wysoko zintegrowane bazy danych, systemy sterowania danymi i syntezy danych w celu otrzymania wszelkich informacji; — ocena i ilościowe przedstawianie niewiadomych oraz oszacowywanie błędów danych prognozowanych i wskazanych przez czujniki; — metodologie rozumowania dla przyszłego przewidywania zdolności; — architektura systemu „silnego" prognozowania, ograniczająca przewidywanie pozytywnych i negatywnych błędów i przedstawiająca właściwe dane odpowiedzialnym osobom (np. operatorom systemu, zarządzającym na różnych poziomach, inżynierom utrzymania ruchu). Opracowana metoda prognozowania zniszczenia materiałów została praktycznie zastosowana do przewidywania zniszczenia w turbinach silników lotniczych. ROZWÓJ METOD BADAŃ UDARNOŚCI I ZNISZCZENIA ZMĘCZENIOWEGO DLA KOMPOZYTÓW FARRAR CH., HEMEZ F., PARK G., ROBERTSON A.. SOHN H., WILLIAMS T.: DEYELOPPING IMPACT AND FATIGUE DAMAGE PROGNOSIS SOLUTIONS FOR COMPOSITES. J. MINER. MET. MATER. SOC. 2004. t. 56. nr 3, s. 40-42. póz. 75882 — AG

Prognozowanie zniszczenia (DP), czyli oszacowanie pozostającego jeszcze systemowi czasu użytkowania, próbuje przewidzieć osiągi systemu poprzez pomiar obecnego stanu systemu, oszacować przyszłe obciążenia systemu i przewidzieć poprzez symulację oraz doświadczenie z przeszłości pozostający użyteczny czas jego użytkowania. Istnieje zauważalna ilość danych literaturowych na temat identyfikacji zniszczenia w systemach technicznych. Najbardziej zaawansowane są systemy wykrywania zniszczenia w przekładniach helikopterów, a także stosowane przez marynarkę USA. Jednakże potrzeby przemysłu wskazują na potrzebę rozwoju procesu prognozowania zniszczenia. Proces DP odpowiada na trzy pytania. Po pierwsze, co jest przyczyną zniszczenia. Po drugie, jaka powinna być ocena i obliczanie ilościowe zniszczenia. I po trzecie, jeżeli zniszczenie zostanie ocenione, co jest celem prognozy. Źródła zniszczenia dzielą się na trzy generalne kategorie: stopniowe zużycie (np. pod wpływem korozji), przewidywalne nieciągłe przypadki (np. lądowanie samolotu) i nieprzewidywalne nieciągłe przypadki (np. trzęsienia ziemi). Następnie ważne jest określenie jaka technika powinna być zastosowana do oceny zniszczenia. Czy ocena powinna być prowadzona on-line w czasie bliskim rzeczywistemu, czy off-line w nieciągłych przedziałach. Należy również odpowiedzieć na pytanie, jak silnie te okoliczności będą oddziaływać na gromadzenie i przetwarzanie danych oraz na wymagania obliczeniowe dla potencjalnych technik prognozowania. Techniki oceny w praktyce działają w oparciu o różnorodne bazy danych. Już w momencie oceny bieżącego stanu zniszczenia, rozpoczyna się problem określenia celu prognozy. Wydaje się, że najbardziej oczywistą i pożądaną prognozą jest określenie ile czasu pozostaje jeszcze do wymaganej konserwacji, możliwości wystąpienia błędów systemu lub odpowiedzi na pytanie czy system może być dłużej użytkowany. Proces DP rozpoczyna się od zebrania wyjściowej informacji o systemie, która jest wykorzystana do budowy numerycznych, fizycznych modeli systemu oraz do zdefiniowania systemu rejestrowania parametrów przez czujniki, monitorujące warunki operacyjne i środowiskowe. Modele fizyczne będą również wykorzystane do zdefiniowania niezbędnych właściwości systemu, takich jak np. położenie, czułość itd. Otrzymane dane zostaną wykorzystane do uprawomocnienia i aktualizacji modeli fizycznych, a także do oceny bieżącego stanu zniszczenia struktury. Dane z czujników operacyjnych i środowiskowych zostaną wykorzystane do rozwoju modeli danych, pozwalających na prognozowanie przyszłego obciążenia systemu. Model obciążenia, model stanu świadomości i model fizyczny będą danymi wejściowymi do opartego na niezawodności narzędzia prognozującego, które oceni pozostający czas użytkowania systemu. W artykule przedstawiono wyniki prowadzonych doświadczeń nad opracowaniem technologii oceny w p ł y w u z n i s z c z e n i a i p r z e w i d y w a n i a z n i s z c z e n i a

zmęczeniowego na przykładzie płytki kompozytowej. LUTOWIA BEZOŁOWIOWE I ZAGADNIENIA UTYLIZACJI ODPADÓW W MIKROELEKTRONICE FOURNELLE R. A.: LEAD-FREE SOLDERS AND PROCESSING ISSUES RELEYANT TO MICROELECTRONICS PACKAGING. J. MINER. MET. MATER. SOC. 2004, t. 56, nr 6, s. 33, póz. 75880 — AG

Dyrektywy Unii Europejskiej dotyczące utylizacji zużytych urządzeń elektrycznych i elektronicznych (ang.: Waste Electrical and Electronic Eąuipment — WEEE) oraz ustawa w sprawie zakazu stosowania w urządzeniach elektrycznych i elektronicznych pewnych substancji niebezpiecznych (ang.: Restriction of the use of certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Eąuipment — RoHS) stały się obowiązującym prawem europejskim z dniem 13 lutego 2003 r., a kraje członkowskie muszą je wprowadzić w życie do 13 sierpnia 2004 r. Dyrektywa WEEE wymaga wzrostu odzysku i recyklingu odpadów z urządzeń, zaś RoHS zakazuje używania m.in. ołowiu, rtęci, kadmu, chromu(VI) do l lipca 2006 r. Poza pewnymi wyjątkami, większość urządzeń elektronicznych zawiera ołów, obecnie zakazany przez RoHS. Wychodząc naprzeciw wzrastającym wymaganiom organizuje się szereg sympozjów na temat np. lutowi bezołowiowych. W marcu 2004 r. w Charlotte (USA) odbyło się sympozjum na temat

lutowi bezołowiowych i zagadnień utylizacji w mikroelektronice. Zgromadziło ono dużą liczbę uczestników z USA, Kanady, Europy i Dalekiego Wschodu. Wygłoszono ponad 50 referatów na temat teorii i praktyki lutowania, reakcji lutowie-podłoże, mikrostruktury połączeń lutowanych, wytrzymałości i niezawodności połączeń lutowanych dla lutowi bezołowiowych. Wiele z referatów dotyczyło lutowi bezołowiowych Sn-Ag-Cu (SAC), które ze względu na swój skład chemiczny i właściwości w pełni realizują zadanie jego zastosowania w układach elektronicznych. Artykuł jest wprowadzeniem do czterech następnych w tym samym numerze czasopisma. W pierwszym artykule opisano wyniki badań wpływu małych dodatków cynku do lutowia SAC na płytki Ag3Sn w procesie chłodzenia od temperatury lutowania. W drugim referacie przedstawiono badania eksperymentalne insitu procesu krzepnięcia kuleczek lutowia SAC w obwodzie drukowanym FR-4. Badanie uzupełniono o komputerową symulację procesu krzepnięcia. W trzecim referacie przedstawiono reakcje międzyfazowe lutowi SAC i Sn-Cu z platyną podczas lutowania, a w ostatnim omówiono zjawisko pełzania połączenia lutowia Sn-Ag z miedzią i wskazano na niezbędne badania, które są konieczne do wyjaśnienia zagadnień mechanicznych występujących w procesie projektowania połączeń lutowanych.

WIADOMOŚCI GOSPODARCZE ZWIĘKSZONY POPYT WPŁYNĄŁ NA WZROST CEN ALUMINIUM WTÓRNEGO W WIELKIEJ BRYTANII UK SECONDARY Al PRICES UP AS DEMAND SURGES. MET. BULL. 2004, nr 8849, s. 16, póz. 75827 — BŁ

W czerwcu 2004 r. odnotowano wzrost cen wlewków wtórnego aluminium w Wielkiej Brytanii. Przyczyną wzrostu cen jest gwałtowny wzrost zapotrzebowania ze strony przemysłu samochodowego, który nie planuje zmniejszenia lub ograniczenia produkcji w okresie letnim. Wzrost zapotrzebowania na rynku spowodował ustalenie ceny dla wlewków odlewanych ciśnieniowe ze stopu LM24 na poziomie od 1005 do 1040 funtów/t, a dla wlewków odlewanych grawitacyjnie ze stopu LM6 od 1135 do 1160 funtów/t. W tym roku odnotowano nietypowo dużą liczbę zamówień w okresie letnim, który zwykle jest czasem zastoju w branży. Ceny stopów spełniających normy DIN226, po spadku obserwowanym przez dłuższy okres, wróciły do poziomu od 1500 do 1550 euro/t. Przedstawiciel jednej z hut aluminium w Wielkiej Brytanii tłumaczy: „Wyprzedaliśmy się ze wszystkiego i po prostu nie jesteśmy w stanie podjąć żadnych nowych zobowiązań. Pomimo tego, że dla produktów klasy LM6 ustaliliśmy cenę na poziomie 1180 funtów/t wciąż napływają nowe zamówienia. Główną przyczyną tego stanu rzeczy jest to, że przemysł samochodowy w tym roku nie zamierza ograniczać produkcji w okresie letnim. Powoduje to duży deficyt surowca na rynku, a w związku z tym także wzrost cen."

stanowi niebywały wyjątek". W czerwcu cena za tonę niklu ustaliła się na poziomie 15 750 $/t, co spowodowało, że w związku z tym w lipcu oficjalna cena za ostatnie trzy miesiące była na poziomie 15 275*15 300 $/t. „Wszyscy są bardzo zaskoczeni tymi ruchami cenowymi" stwierdził inny dostawca niklu, który przewidywał, że zapotrzebowanie na nikiel w okresie letnim utrzyma się na niskim poziomie, a jego cena nie przekroczy 8 tyś. $/t, ponieważ od czterech lat w okresie letnim cena niklu nie przekraczała tego pułapu. Uczestnicy giełdy LME zinterpretowali to jako zapowiedź deficytu dostaw na rynku niklu i nadchodzących ograniczeń w dostawach ze względu na rosnące ceny. Uważa się jednak, że na rynku wciąż jest surowiec. Sytuacjajest napięta, bo nikt nie zrezygnował ze swojego zapotrzebowania, więc w konsekwencji wszyscy muszą płacić wyższą cenę. Część uczestników, która wycofała się z rynku, może powrócić do gry w sierpniu. Rynek jednak nie dysponuje dużymi zapasami niklu. Na giełdzie LME obserwowane są bardzo agresywne zachowania i występują oferty sprzedaży niklu w brykietach bez premii, która zwykle wynosi 300 $. Sprzedający mogą sobie na to pozwolić, gdyż zrobili zapasy wówczas gdy cena niklu była poniżej 15 tyś. $/t. Jednak takie działania oceniane są jako tymczasowe i nie potrwają długo. Generalnie premie za nieforemne katody niklowe pozostają na stałym poziomie 100 $/t, 250 $/t — dla katod o wymiarach 4x4 cale i 300 $ za nikiel w brykietach.

CENA NIKLU NA POZIOMIE 15 000 $ TO EFEKT POPYTU W OKRESIE LETNIM

PONOWNE PROGNOZY WZROSTU CEN ZŁOMU ALUMINIUM

MAGNOWSKI D.: SUMMER DEMAND KEEPING NICKEL AT MORĘ THAN $ 15 000. MET. BULL. 2004, nr 8850, s. 14. póz. 75832 — BŁ

BARRY S.: ALUMINIUM SCRAP PRICES READY TO BOUNCE BACK. MET. BULL. 2004, nr 8851, s. 18. póz. 75836 — BŁ

Według oficjalnych notowań giełdy londyńskiej cena niklu osiągnęła poziom 15 tyś. $/t, co w okresie letnim jest zjawiskiem zaskakującym. Analitycy uważają, że zaistniałą sytuację można interpretować jako nadchodzący okres ograniczeń w dostawach ze względu na rosnące ceny i jako wynik zdecydowanie większego niż zwykle popytu ze strony walcowni stali nierdzewnej. Jak twierdzi jeden z dostawców niklu: „Popyt ze strony walcowni stali nierdzewnych zdecydowanie zwiększył się w lecie. Zwykle w tym okresie zakłady te mają przestój i produkcja jest ograniczona, ale w tym roku popyt wywindował cenę do poziomu 16 tyś. $/t, co

W Europie nastąpił wzrost cen złomu aluminium zaobserwowany po okresie letniej bessy spowodowanej nieobecnością chińskich zakupów. Analitycy z Metal Bulletin wskazują na pierwsze oznaki wschodnio-azjatyckiej aktywności na tym rynku, która oddziałuje pozytywnie na wzrost cen i może znów ustalić je na wysokim poziomie pod koniec sierpnia. Gwałtowny spadek eksportu złomu aluminium z USA, zaobserwowany w ostatnim czasie, spowoduje zwiększenie zapotrzebowania na rynkach europejskich. Występujące w Chinach załamanie jest chwilowe. Ponownie obser-

593

wowany jest wzrost zainteresowania złomem aluminium i oczekiwany wzrost popytu. Wpłynie to korzystnie na ceny i wyciągnie je z letniej bessy. Po 12-miesięcznym okresie gwałtownego spadku zakupów na rynku złomu aluminium, analitycy oczekują gwałtownego ich wzrostu pod koniec drugiego kwartału. W związku z tym pojawiają się obawy dotyczące możliwości zaspokojenia tak gwałtownie zwiększonego popytu i niebezpieczeństwo niedoborów dostaw. Niektórzy brytyjscy przedsiębiorcy uważają, że: „Zapasy są tak niskie jak niska jest produkcja, a taka sytuacja jest rzeczą zupełnie normalną w okresie letnim. Jeżeli popyt zagraniczny zdecydowanie zwiększy się, to może to skomplikować sytuację na rynku złomu". Z kolei jeden z francuskich przedsiębiorców z branży stwierdza: „Nie występuje zjawisko nadmiernej ilości złomu. W ciągu ostatnich 12 miesięcy na rynek została wypuszczona zdecydowanie mniejsza ilość złomu i niestety w tym czasie nie uzupełniono jego zapasów." W maju tego roku odnotowano chwilowe załamanie cen złomu aluminium, spowodowane wycofaniem się chińskich odbiorców z wcześniej zawartych kontraktów. Zmusiło to dostawców do znacznej obniżki cen i zachowania produkcji. Jednak jak twierdzą producenci nie wpłynęło to na rynek w tak znaczący sposób jak spodziewano się w pierwszym momencie. „Ceny lekko spadły w maju, ale zmieniły się od tego czasu i jeśli nic gwałtownego się nie wydarzy to widać już pierwsze oznaki ich wzrostu." Gracze giełdowi wierzą, że chińscy nabywcy złomu aluminium po powrocie na rynek będą mniej agresywni. Powszechnie uważa się jednak, że ich powrót na rynek będzie miał znaczący wpływ na sytuację w branży. JAPOŃSKIE HUTY MIEDZI WCIĄŻ WYWIERAJĄ PRESJĘ NA PODWYŻSZENIE STAWEK ZA PRZERÓBKĘ I RAFINACJĘ JAPANESE COPPER SMELTERS STILL PUSHING FOR HIGHER TC/RCs. MET. BULL. 2004, nr 8852. s. 12, póz. 75839 — BŁ

Japońskie huty miedzi wywierają silną presję na podwyższenie stawek za przeróbkę i rafinację miedzi w stosunku do poziomu uzgodnionego na drugą połowę 2004 r. przez PASAR z producentem Papua New Guinea i z Ok Tedi Mining. Na drugie półrocze ustalono stawkę za przeróbkę na poziomie 53 $/t, a stawkę za rafinację na poziomie 5,3 centa/funt. Dla porównania na pierwsze półrocze stawki te wynosiły odpowiednio — 47 $/t i 4,7 centa/funt. Japończycy kontynuują działania mające na celu utrzymanie jak najwyższych stawek za przeróbkę i rafinację licząc na to, że pozwoli im to zachować przewagę w negocjacjach przy dodatkowych dostawach na rynek koncentratu z indonezyjskiej kopalni miedzi Freeport. Tokio potwierdza, że Japończycy nie spieszą się do zakończenia rozmów na temat ostatecznych warunków i twardo upierają się przy stawce za przeróbkę na poziomie 60 $/t oraz za raf inacj ę na poziomie 6 centów/funt. NAGŁA PANIKA NA RYNKU WINDUJE CENY MIEDZI STRIKE THREATS GIVE BOOST TO COPPER PRICES. MIN. J. 2004, nr 2 July, s. 4, póz. 75843 — BŁ

W ciągu ostatnich trzech miesięcy cena miedzi na giełdzie w Londynie (LME) wzrosła do poziomu 2677 $/t. Wzrost ten był napędzany obawą, że dostawy z Chile i Stanów Zjednoczonych mogą się załamać. W Chilijskiej kopalni w Collahuasi przegłosowano nową ofertę płacową, jeżeli jednak nie dojdzie do porozumienia, w ciągu umownego czasu pięciu dni negocjacji, robotnicy mogą opuścić zakład. Pomimo tego, że zarząd kopalni postanowił przedstawić nową propozycję porozumienia, to informacja o zagrożeniu wstrzymania wydobycia przedostała się na zewnątrz. Współwłaścicielami kopalni w Collahuasi są m.in.: firmy Falconbridge Ltd oraz Angło American Plc. Każda z nich posiada po 44 % udziałów, a pozostałe udziały znajdują się w rękach japońskiego konsorcjum. Właściciele planowali rozbudowę kopalni, tak aby osiągnęła wydobycie na poziomie 465 tyś. t/r. W 2003 r. kopalnia w Collahuasi wyprodukowała 330 tyś. t miedzi w koncentracie i 65

594

tyś. t katod miedziowych. W międzyczasie członkowie związku Grupo Mexico SA de CV s US zdecydowali się na strajk. Związkowcy zagrozili rozpoczęciem strajku l lipca br., ponieważ uważają, że nowe kontrakty oferują niższe wynagrodzenia. Terry Bonds, przedstawiciel United Steelworkers of America oświadczył, że w chwili obecnej robotnicy powstrzymają się od strajku. Zaznaczył jednak, że nie oznacza to wcale, że tak będzie w przyszłości, a zwłaszcza gdy nie zostaną spełnione przedstawione przez związek postulaty. W 2003 r. Grupo Mexico wyprodukowała prawie 169 tyś. t miedzi. Panikę na rynku rozpoczęli Chińczycy zwiększając zakupy co skupiło uwagę funduszy inwestycyjnych i wywindowało ceny miedzi na poziom 2677 $/t. Eksperci handlowi twierdzą, że taka cena będzie dryfować jeszcze przez pewien czas, ponieważ wciąż nie jest wyjaśniona sytuacja w związku z zagrożeniem strajkami w Chile i Stanach Zjednoczonych. Ingrid Sternby, analityk z Barclays Capital, uważa że strajk w Chile jest mniej prawdopodobny niż w Stanach Zjednoczonych, ponieważ gdyby potrwał dwa tygodnie spowodowałby załamanie możliwości spełnienia już podjętych zobowiązań. Należy również zwrócić uwagę na to, że bardzo mało prawdopodobnym jest to, że jakikolwiek strajk mógłby potrwać dłużej niż miesiąc, ponieważ po tym czasie zarząd miałby prawo zwolnić wszystkich strajkujących i zastąpić ich nowymi pracownikami. Analitycy twierdzą jednak, że jakikolwiek strajk, który miałby miejsce w kopalni w Collahuasi, będzie miał wpływ na rynek koncentratów. W ciągu ostatnich miesięcy zwiększenie wydobycia miało duży wpływ na umocnienie się stawek za przeróbkę i rafinację miedzi. Cały czas kopalnie szukają hut na kontrakty średnioterminowe, a huty poszukają możliwości podpisania kontraktów ze stawkami za przeróbkę na poziomie 60 $/t oraz za rafinację na poziomie 6 centów/funt przy podstawowej cenie 90 centów/funt z pozytywnym lub negatywny udziałem w kosztach po obu stronach. W ostatnich dniach chińscy hutnicy podejrzewani są o zabezpieczanie stawek za przeróbkę na poziomie 67 $ USA/t oraz 6,7 centów/funt za rafinację. CHALCO OBNIŻA CENY TLENKU GLINU CHALCO CUTS ALUMINA PRICES. MIN. J. 2004, nr 6 August, s. 7, póz. 75858 —BŁ

Aluminium Corp. of China (Chalco), chińskie przedsiębiorstwo o statusie prawie że monopolisty, obniżyło ceny tlenku glinu o 12,8 %. Konsekwencją tej decyzji będzie sprzedaż tlenku glinu od sierpnia 2004 r. po 3750 yuanów/t czyli za 453 $/t. Dla porównania cena importowanego tlenku glinu wynosi 320 $/t (bez podatku cif). Cena tlenku glinu w Chinach gwałtownie wzrosła w kwietniu. Osiągnęła ona wtedy poziom 540 $/t, chociaż wzrost kontroli kredytów i ciecia w energetyce zdecydowanie obniżyły popyt, a trudności transportowe spowodowały wzrost zapasów w portach. Sytuacja ta nasiliła się w czerwcu i lipcu br. W związku z tym wielu chińskich producentów opóźnia zakupy od Chalco, a to zmusiło firmę do obniżenia cen, tak by z poziomem konkurencyjności zbliżyć się do cen tlenku glinu sprowadzanego bezpośrednio z zagranicy. China Minmetals, główny chiński importer tlenku glinu, pokrywający ok. 16 % zapotrzebowania rynku, obniżył swoje ceny do poziomu 3700-3800 yuanów/t. Tak znaczące zmniejszanie się rynku tlenku glinu w Chinach spowodowało bessę na światowym rynku tego surowca. Szef Rio Tinto, Leight Clifford, oceniaj ąc sytuację stwierdził, że kroki podjęte przez chiński rząd celem schłodzenia gospodarki to główna przyczyna spadku cen tlenku glinu z 500 $/t tylko do 350 $. Uważa on jednak, że spadek cen będzie miał niewielkie znaczenie dla kondycji finansowej grupy, ponieważ zdecydowana większość tlenku glinu produkowanego przez Rio Tinto jest sprzedawana na zasadzie kontraktów długoterminowych. Uważa się jednak, że obecne wychładzanie gospodarki, będzie miało znaczenie dla jej przyszłego poziomu rozwoju i pozwoli w przyszłości zachować zyski. CHINY BĘDĄ NAJWIĘKSZYM IMPORTEREM ALUMINIUM DO KOŃCA 2005 ROKU

CHINA TO BE NET PRIMARY ALUMINIUM IMPORTER BY END OF 2005. MET. BULL. 2004, nr 8849, s. 12, póz. 75826 — BŁ

Chiny pod koniec 2005 roku zostaną największym importerem aluminium. Sytuacja ta będzie wynikiem złożonego wpływu cięć energetycznych, wysokiej ceny tlenku glinu, wzrostu kosztów kredytów i zaowocuje spadkiem nowych inwestycji w tej gałęzi przemysłu. Australijską agencja Urandałine szacuje, że w krajach wschodniej Azji zapotrzebowanie na import pierwotnego aluminium do 2009 r. wyniesie 3,12 min t. Chiny zamierzają zamknąć wszystkie mniejsze huty aluminium o wydajności poniżej 30 tyś. t/r. W planie jest również zamknięcie, w najbliższych dwóch latach, zakładów pracujących w oparciu o przestarzałą technologię Soderberga. Po zakończeniu tych procesów restrukturyzacyjnych całkowita wielkość produkcji aluminium w Chinach osiągnie poziom 8,83 min t/r. Oznacza to niewielki wzrost w porównaniu z rokiem 2003, kiedy to wielkość produkcji wynosiła 8,3 min t/r oraz dramatyczny spadek, bo aż o 20 % w porównaniu do lat dziewięćdziesiątych. Specjaliści twierdzą, że przerwy w dostawach energii, które obecnie dotykają Chiny, będą istotnym czynnikiem hamującym rozwój przemysłowy prawdopodobnie do 2007 r. Ostatnio ceny tlenku glinu wciąż utrzymują się na poziomie dużo wyższym niż średni. Prognozuje się, że taka sytuacja potrwa najprawdopodobniej aż do końca 2006 r. RIO TINTOINORSK HYDRO SPRZEDAJĄ UDZIAŁY BOKE RIO TINTO AND NORSK HYDRO SELL BOKE STAKES. MIN. J. 2004, nr 2 July, s. 3, póz. 75842 — BŁ

Grupa Rio Tinto oraz Norsk Hydro ASA sprzedały swoje udziały w Halco Mining Inc., przedsięwzięciu joint-venture, które ma 51 % udziałów w Compagnie des Bauxites de Guinee (CBG). Rio Tinto sprzedało swoje 4 % udziałów za 11,75 min $ USA firmom Alcoa Inc. i Alcan Inc., co w konsekwencji pozwoliło im zwiększyć udziały w tym przedsięwzięciu do 45 %. Compagnie des Boxites de Guinee (CBG) będzie miała szczególnie prawa do zarządzania złożami boksytów na terenie ok. 25 900 km , aż do końca 2038 r. Ostatnio firmy Alcoa i Alcan poinformowały o możliwości zawarcia porozumienia nt. zbadania możliwości rozwoju rafinerii tlenku glinu w Gwinei w celu uzyskania wydajności, aż do 1,5 M t/r. Firma Norsk Hydro sprzedała swoje 10 % udziałów Dadco Group. Sprzedała również swoje 50 % udziałów, za równowartość 750 min koron norweskich, w rafinerii Aluminium Oxid Stade (Hamburg, RFN). Koszty operacji wzięła na siebie grupa Dadco. Norsk poinformowała, że transakcja ta nie będzie odznaczała się dla nich żadnym szczególnym zyskiem. Rafineria Alumina Oxid Stade, zgodnie z treścią porozumienia, będzie dalej realizować zobowiązania Norsk Hydro w hucie pierwotnego aluminium w Stade. DEFICYT MIEDZI POWIĘKSZA SIĘ COPPER DEFICIT CONTINUES TO WIDEN. MIN. J. 2004, nr 16 July, s. 5, póz. 75856 — BŁ

Według najnowszego raportu International Copper Study Group od kwietnia 2004 r. różnica pomiędzy światowym wydobyciem miedzi, a popytem na rynku powiększa się systematycznie. Proces ten trwa pomimo zwiększonego wydobycia w kopalniach miedzi na całym świecie. W kwietniu br. produkcja była niższa o 132 tyś. t od poziomu konsumpcji. Całkowity deficyt w pierwszych czterech miesiącach 2004 r. wyniósł 513 tyś. t. Jest to olbrzymia różnica, szczególnie po porównaniu ww. wskaźnika w dwóch poprzednich latach, gdy wynosił on odpowiednio 85 i 207 tyś. t. Według International Copper Study Group deficyt w ciągu pierwszych czterech miesięcy br., dobrze skorelowany z rosnącym deficytem zapasów rafinowanej miedzi w tym samym okresie, wynosił 538 tyś. t. Oznacza to, że całkowity deficyt wynosił l ,4 M t. International Copper Study Group prognozuje wzrost światowej konsumpcji miedzi rafinowanej na okres czterech miesięcy o 8,7 % do poziomu 5,61 M t. Wydobycie spadło nieznacznie w porównaniu z analogicznym okre-

sem 2003 r., tj. o 0,4 % do poziomu 4,46 M t. Zaobserwowano wzrost produkcji miedzi rafinowanej o 0,8 % czyli do poziomu 4,46 M t i 20 % skok produkcji miedzi z surowców wtórnych. Całkowita produkcja miedzi osiągnęła poziom 5,10 M t czyli wzrosła 0 2,9 %. Sytuacja ta ściśle związana była z wyższym poziomem cen miedzi. PRZEGLĄD RYNKU OŁOWIU MAC MILLIAN A.: FUNDAMENTAL OUTLOOK FOR LEAD. MIN. J. 2004, nr 23 July, s. 4, póz. 75857 — BŁ

„Zastąpienie akumulatorów kwasowo-ołowiowych nastąpi najdalej za pięć lat... i jest to pewne"—było to stwierdzenie, które kilka lat temu w Paryżu na konferencji na temat ołowiu poruszyło słuchaczy. W każdym razie stwierdzenie to jest tak samo prawdziwe jak było parę lat temu, pomimo że programy badań nad alternatywnymi rozwiązaniami bardzo się rozwinęły. Sytuacja na rynku ołowiu jak do tej pory jest dobra. Wyniki badań International Lead and Zinc Study Group (ILZSG) wskazują, że w 1980 r. baterie stanowiły 48 % zapotrzebowania na ołów, a obecnie ten współczynnik wynosi prawie 80 %. Tego rodzaju akumulatory w większości są używane w przemyśle motoryzacyjnym m.in. do uruchamiania, oświetlania 1 obsługi zapłonu. W ostatnich latach wielkość produkcji samochodów kształtowała się różnie w zależności od warunków ekonomicznych, ale cały czas obserwowano trend zdecydowanie rosnący, mający od kilku lat duży pozytywny wpływ na rozwój przemysłu ołowiowego. Bardzo duży wpływ na rozwój sytuacji miał zdecydowany wzrost produkcji samochodów w Chinach. W dalszym ciągu uważa się, że rozwój przemysłu motoryzacyjnego będzie głównym czynnikiem wzrostu w branży ołowiowej. Jednak j ak zauważaj ą analitycy — produkcj a ołowiu spada. Według danych opublikowanych przez ILZSG poziom produkcji na Zachodzie w 2003 r., w porównaniu do 2000 r., zmniejszył się o 6 %, a to oznacza spadek z 5,6 do 5,3 M t. Słabsze wyniki gospodarcze w poszczególnych państwach wpłynęły na nieznaczny spadek konsumpcji ołowiu w Europie w 2003 r. Nie wzrósł import z Chin i dość gwałtownie wzrosły zapasy w Stanach Zjednoczonych, gdzie na rynku panował raczej permanentny deficyt niż stabilność. Jednak w pierwszej połowie 2004 r. powstała zupełnie inna sytuacja. Zapasy LME spadły o 63 8501 i analizy ILZSG pokazują, że tendencje w produkcji w świecie zachodnim w dalszym ciągu utrzymują się na poziomie spadkowym. Przez pierwsze 5 miesięcy zaobserwowano spadek o 2,6 % do 1,9 M t, podczas gdy w tym samym okresie konsumpcja pozostała na stałym poziomie. Chiny wyeksportowały 224,4 tyś. t rafinowanego ołowiu w pierwszej połowie roku, czyli o 2,7 % więcej niż w analogicznym okresie 2003 r. Import wzrósł o 114,7 % do 22,8 tyś. t. Chiński import koncentratu ołowiu, wynoszący 339,7 t w pierwszym półroczu 2004 r. był o 43,5 % wyższy niż w analogicznym okresie 2003 r. Chiny w dalszym ciągu absorbują zwiększoną światową produkcję koncentratów, konsumując wyższą produkcję, co ogranicza zdolność do wzrostu eksportu, który uzupełniłby występujący deficyt na Zachodzie. W wyniku tej sytuacji, w 2004 r., na Zachodzie wystąpi znaczący deficyt na rynku ołowiu. XSTRATA ZATWIERDZA PLAN ROZWOJU KOPALNI MOUNT ISA W AUSTRALII XSTRATA APPROYES MOUNT ISA COPPER MINĘ EXPANSION IN AUSTRALIA. MET. BULL. 2004, nr 8848, s. 11, póz. 75824 — BŁ

Szwajcarska grupa górnicza Xstrata wyda około 43 min $ australijskich (ok. 29.8 min $ USA) na rozbudowę kopalni miedzi, cynku i ołowiu Mount Isa w północno-zachodniej Australii, w prowincji Queensland. Grupa, notowana na giełdach w Londynie i Szwajcarii, przeznaczy 36 min $ australijskich z całkowitej kwoty inwestycji, na projekt rozwoju kopalni Enterprise. Jest to najgłębsza kopalnia w Australii, a jej wydobycie powinno osiągnąć poziom 240 tyś. t/r. miedzi przez następne 11 lat. Zakończenie prac nad projektem planowane jest na drugą połowę

595

2004 r., a rozpoczęcie produkcji w 2006 r. Projektowana zdolność kopalni miedzi Enterprise wyniesie 3,5 min t/r. Xstrata ogłosiła również, że zamierza wydać 7,2 min $ australijskich na odzysk 2500 t/r. miedzi z odpadów pochodzących z hut należących do firmy. Rozpoczęto również wstępne rozpoznanie nad możliwością zastoso-

wania technologii elektrycznego wytapiania, co miałoby zabezpieczyć wzrost produkcji o kolejne 2 %. Projekt, jeżeli uzyska akceptację, będzie wart 29 min $ australijskich. Decyzja o rozpoczęciu projektu Mount Isa była konsekwencją wysokich cen miedzi, które w ciągu roku wzrosły o 50 %.

WYBRANE KONFERENCJE szkolenia, seminaria, wystawy, targi światowe i krajowe związane z metalami nieżelaznymi w latach 2004-2006

17-5-21 października 2004, Wiedeń, Austria PM 2004 Powder Metallurgy Źródło: Metal Powder Report 2003, t. 58, nr 11, s. 43 www.epma.com 26-30 października 2004, Hannover, RFN Euro Blech 2004 Źródło: Light Metal Agę 2003, t. 62, nr 1-2, s. 80 www.euroblech.com 27-30 października 2004, Las Vegas, USA MINExpo International 2004 Źródło: Min. Eng. 2002, t. 15, nr 9, s. 704 8-9 listopada, 2004, Cape Town, RPA Solid-Liąuid Separation 04 Źródło: Minerals Engineering. 2004, t. 17, nr 3, s. 487 e-mail: [email protected] www.min-eng.com 10-12 listopada, 2004, Cape Town, RPA Precious Metals 04 Źródło: Minerals Engineering. 2004, t. 17, nr 3, s. 487 e-mail: [email protected] www.min-eng.com 17-19 grudnia 2004, Yaranasi, Indie International Conference on Recent Advances in Composites Materials Źródło: Z. Metallkd. 2002, t. 93, nr 9, s. 942 13-17 luty, 2005, San Francisco, USA TMS Meeting@Exhibition Źródło: Minerals Engineering. 2003, t. 16, nr 9, s. 887

e-mail: [email protected] 14-15 marca, 2005, Cape Town, RPA Pyrometallurgy 05 Źródło: Minerals Engineering. 2004, t. 17, nr 3, s. 487 e-mail: [email protected] www.min-eng.com 16-18 marca, 2005, Cape Town, RPA Bio-& Hydrometallurgy 05 Źródło: Minerals Engineering. 2004, t. 17, nr 3, s. 487 e-mail: [email protected] www.min-eng.com 7-9 czerwca 2005, Nicea, Francja ECCC 2005, 5th European Continuous Casting Conference Źródło: Materials Science and Technology 2004, t. 20, nr 4, s. 552 fax: +33 l 41255858 4-8 września 2005, Lizbona, Portugalia Eurocor 2005 Źródło: Materials Science and Technology 2004, t. 20, nr 4, s. 552 e-mail: [email protected] 17+19 października 2005, Kyoto, Japonia International Lead-Zinc Processing Symposium Źródło: Minerals Engineering. 2003, t. 16, nr 9, s. 888 e-mail: [email protected] 12-16 marca, 2006, San Antonio, USA TMSMeeting & Exhibition Źródło: Minerals Engineering. 2003, t. 16, nr 9, s. 888 e-mail: [email protected]

Materiały informacyjne opracowuje zespół pracowników Działu Informacji i Marketingu Instytutu Metali Nieżelaznych w składzie: mgr inż. Jadwiga Kapryan — JK mgr inż. Beata Łaszewska — BŁ mgr inż. Anna Gorol — AG Alicja Wójcik — AW

596

Światowy%? rynek flpf nieżelaznych

R e d a k t o r o d p o w i e d z i a l n y : dr hab. inż. JAN B U T R A Rudy Metale R 49 2004 nr 10-11 UKD 669.2/.8( 100):338.5( 100).339.4( 100)

WYDARZENIA GOSPODARCZE POROZUMIENIE JOINT-YENTURE W SPRAWIE KOPALNI GIBRALTAR GIBRALTAR JV. Mining Journal, 4 June 2004, p. 7 Taseko Mines Ltd i Ledcor CMI Ltd podpisali umowę dotyczącą kopalni miedzi Gibraltar w Kolumbii Brytyjskiej. Zgodnie z warunkami umowy Ledcor (przedsiębiorstwo inżynieryjne i budowlane) zajmie się eksploatacją rudy, zapewni własny sprzęt górniczy oraz zakupi lub wydzierżawi wyposażenie. Z kolei Taseko zapewnia koncesję na eksploatację oraz pozwolenie na korzystanie z istniejącego zakładu przemysłowego i wyposażenia. W ramach modernizacji kopalni podpisano długoterminowy, tj. 40 miesięczny kontrakt na sprzedaż koncentratów miedzi firmie Glencore International AG. Zgodnie z warunkami kontraktu Glencore przejmie 100 % produkcji górniczej. Uruchomienie kopalni zaplanowano na l października 2004 r.

Według Światowej Rady Złota (WGC) ogólnoświatowy popyt na złoto w pierwszym kwartale 2004 r. wzrósł o 12% do poziomu 681 t/r. Zapotrzebowanie sektora jubilerskiego w Indiach wzrosło o 21 %, w Wietnamie o 36 %, a w Turcji o 38 %. Według WGC wpłynęły na to korzystne ceny metalu w rupiach oraz silna gospodarka w Indiach. Także w Chinach zanotowano 6 % wzrost popytu. Pomimo ożywienia chińskiej gospodarki popyt na wyroby jubilerskie jest niewielki ze względu na wcześniejsze restrykcje i nadzór państwowy. Największym zainteresowaniem cieszyło się złoto 18 et, w szczególności złoto białe stanowiące 60-^70 % ogólnego zapotrzebowania. Z kolei w Japonii popyt wzrósł o 48 %. WGC szacuje, że w pierwszym kwartale 2004 r. zapasy złota spadły o 7 %, gdyż bank centralny sprzedał o 961 metalu mniej w stosunku do odpowiadającego okresu w 2003 r.

RUCH FIRST QUANTUM W KIERUNKU MAURETANII MAURITANIAN MOVE FOR FIRST QUANTUM. Mining Journal, 4 June 2004, p. 11 First Quantum Minerals Ltd podpisał umowę z Guelb Moghrein Mines D'Akjouit S.A. (Gemak) i Wadi Al Rawda Industrial Investment LLC dotyczącą nabycia 80 % udziałów w złożu miedzi i złota Guelb Moghrein w Mauretanii. Złoże znajduje się 250 km na północny-wschód od Nouakchott w pobliżu Akjouit i zawiera zasoby o wielkości 23,7 min t i średniej zawartości 1,88 % Cu, 1,41 g/t Au. Przedsiębiorstwo przewiduje, że produkcja rozpocznie się pod koniec 2005 r. i osiągnie rocznie poziom 30 tyś. t miedzi oraz 50 tyś. oz złota

TANZANIA — SZEŚĆ NOWYCH KOPALŃ W SZEŚĆ LAT TANZANIA: SIX NEW MINES IN SIX YEARS. Mining Journal 4 June 2004, p. 18 Tanzania kontynuuje ubiegłoroczny wzrost aktywności górniczej, głównie dzięki inwestowaniu w poszukiwania oraz eksploatację złota i kamieni szlachetnych. Olbrzymie tempo rozwoju przemysłu górniczego złota to efekt realizacji większej liczby programów poszukiwawczych i podpisania przez rząd Tanzanii kontraktu z Pangea Minerals Ltd odnośnie eksploatacji złota w Tulawaka (okolice Biharamulo w regionie Kagera) i na obszarach Lakę Yictoria. W Tanzanii każdego roku (od 1998 r.) uruchamiana jest nowa kopalnia złota. Poniższa tabela przedstawia dane o kopalniach otwartych w ciągu ostatnich sześciu lat:

POPYT NA ZŁOTO WRACA DO NORMALNEGO POZIOMU GOLD DEMAND RECOYERS. Mining Journal, 4 June 2004, p. 7 Kopalnia/operator (lokalizacja)

Właściciel

Metal/ Minerał

Typ

kopalni

Rozpoczęcie pro-

dukcji

Bogactwa

Zapasy

(min oz) (min oz)

Inwestycje

Okres Roczna eskploaprodukcja tacji (oz) (min $) (w latach)

1,07

77

180 tyś.

9

14,0

7,0

450

600 tyś.

14

14,5

10,0

280+kosay

400 tyś.

20

odkrywkowa sierpień 2002

4,1

1,9

74+nowa

176 tyś.

10

złoto

odkrywkowa

0,75

0,20

65

80 tyś.

8

złoto

odkrywkowa planowo 2005

—

—

50

500 tyś

25

Golden Prode (Nzega)

Resolute Ltd

złoto

odkrywkowa listopad 1998

Geita (Geita)

AngloGold Ashanti Ltd

złoto

odkrywkowa sierpień 2000

Kahama Mining Corp. (Kahama) Barrick Gold Corp.

złoto

podziemna

Afrika Mashariki (Tarime)

Placer Dome Inc.

złoto

Buhemba (Musoma)

Meremeta Ltd (50 %) Tanzanian Govt (50 %)

Tulawaka — Pangea Minerals

Barrick Gold Corp.

lipiec 2001

luty 2003

2,71

nabycia

inwestycja

597

Eksport kamieni szlachetnych w 2003 r. osiągnął wartość 29,1 min $ w porównaniu do 22 min $ w 2002 r. Wzrost przypisuje się ekspansji górnictwa oraz dużej aktywności handlowej. ZAKOŃCZONO TRANSAKCJĘ KUPNA KOPALNI ZINKGRUYAN ZINKGRUYAN COMPLETED. Mining Journal, 4 June 2004. p. 3 South Atlantic Yentures Ltd zakończyła transakcję kupna od Rio Tinto Group kopalni cynku i ołowiu Zinkgruvan w Szwecji. Spółka zapłaci za kopalnię 105,3 min $, a przez kolejne dwa lata wpłaci Rio Tinto dodatkowe 5 min $ zgodnie z zawartym porozumieniem. Kopalnia wyprodukowała w 2003 r. 65,83 tyś. t cynku, 31,78 tyś. t ołowiu i 1,8 min oz srebra. ANGLO WYSTAWIA NA SPRZEDAŻ KOPALNIĘ MIEDZI I CYNKU HUDSON BAY ANGLO PUTS HUDSON BAY COPPER AND ZINC UNIT UP FOR SALE. Metal Bulletin, 7 June 2004, No. 8845. p. 12 Anglo wystawił na sprzedaż amerykańską kopalnię miedzi i cynku Hudson Bay (Manitoba). Zarząd zapewnił związki zawodowe kopalni, że jeżeli nowy nabywca nie będzie w pełni wypłacalny produkcja kopalni nie zostanie wstrzymana. Kopalnia zatrudnia 1378 pracowników, a roczna produkcja wynosi 85 tyś. t miedzi i 115 tyś. t cynku. Przewidywany okres funkcjonowania kopalni to 12 lat do 2016 r. NISKI POZIOM TAJSKICH CEŁ IMPORTOWYCH THAI IMPORT DUTY STAYS LOW FOR NOW, METAL BULLETIN. 7 June 2004. No. 8845, p. 12 Poziom tajskich ceł za importowaną miedź katodową plasuje się obecnie na poziomie l %. Całkowite zniesienie ceł importowych jest uzależnione od działań tajskiego Przemysłu Miedziowego (Thai Copper Industries), który zamierza „wymusić" na rządzie podwyżkę cła importowego za miedź katodową do poziomu 5 %. Rząd znalazł się w bardzo trudnej sytuacji chcąc zadowolić TCI i krajowych konsumentów. OUTOKUMPU WSTRZYMUJE PRODUKCJĘ RUR MIEDZIOWYCH W HOLANDII OUTOKUMPU TO CLOSE COPPER TUBĘ PRODUCTION IN THE NETHERLANDS. Metal Bulletin, 14 June 2004, No. 8846, p. 12 Producent miedzi Outokumpu rozpoczął rozmowy z władzami lokalnymi i związkami zawodowymi na temat zakończenia produkcji rur miedziowych. Outokumpu Copper HMB BV produkuje rocznie 13 tyś. t sanitarnych rur miedziowych i zatrudnia 90 osób. Całkowita produkcja przedsiębiorstwa pochodząca z Finlandii, Szwecji, Belgii, Holandii i Hiszpanii wynosi około 120 tyś. t sanitarnych rur miedziowych. AVON ZWIĘKSZA ROCZNĄ PRODUKCJĘ MIEDZI DO POZIOMU 15 TYŚ. T

AVON GEARS UP FOR 15,000 TPY CU MARK. Metal Bulletin, 21 June 2004, No. 8847, p. 12 Australijska firma Avon Resources ogłosiła 17 czerwca 2004 r., że do 2006 r. zamierza zwiększyć roczną produkcję miedzi katodowej do poziomu 15 tyś. t. Ostatnio firma kupiła od Robert Champion de Crespigny's Buka Minerals kopalnie miedzi Lady Anni (region Mount Isa) za ponad 17 min $ w gotówce i udziałach. DOFINANSOWANIE PROJEKTU CEBU PRZEZ ATLAS ATLAS $28M FUND REVIVES CEBU PROJECT. Metal Bulletin, 21 June 2004, No. 8847, p. 12 Filipińska firma Atlas Consołidation Mining & Development Corp zamierza wznowić działalność kopalni miedzi Cebu, dzięki umowie zawartej z Toledo Copper Corp. (TCC) odnośnie dofinansowania w wysokości 28 min S. Pieniądze na sfinansowanie przedsięwzięcia będą spływały stopniowo do TCC z Toledo Copper Minę (Cebu) i pokryją udziały TCC w całym projekcie, końcowe studium wykonalności oraz pozostałe koszty operacyjne. TCC otrzyma 40% udziałów w projekcie firmy Atlas oraz pełną kontrolę nad pozostałymi 60 % udziałów. TCC, która w ubiegłym roku weszła na Londyńska Giełdę Metali, jest międzynarodową firmą zajmującą się rozwojem i inwestowaniem w operacje związane z eksploatacją złóż rud miedzi na całym świecie.

598

ROŚNIE ZAINTERESOWANIE SREBREM SILYER UNDER THE SPOTLIGHT. Metal Bulletin Monthly, June 2004, p. 30 Według World Silver Survey 2004, wydawanego przez GFMS (Gold Field Minerał Services), popyt na wyroby ze srebra osiągnął w 2003 r. poziom 859,2 min oz, a ceny wzrosły średnio o 6 %. Wykorzystanie srebra w przemyśle wzrosło o prawie 3 % do 351,2 min oz, głównie dzięki sektorowi elektronicznemu. Chiny zanotowały 8 % wzrost popytu na wyroby ze srebra, a krajowa konsumpcja srebra w sektorze przemysłowym osiągnęła poziom 27,6 min oz. Popyt na srebrną biżuterię wzrósł na świecie o 4,1 % do 276,7 min oz, przede wszystkim dzięki Chinom (22 %) i Tajlandii (13 %). Największym konsumentem w sektorze jubilerskim są Indie — 77,7 min oz. Według GFMS światowe wykorzystanie srebra w produkcji monet i medali wzrosło w ubiegłym roku z 32,6 do 35,3 min oz. Natomiast w sektorze fotograficznym zanotowano spadek popytu z uwagi na wojnę w Iraku i epidemię SARS, które negatywnie odbiły się na turystyce. Ponadto coraz częściej tradycyjną fotografię zastępuje fotografia cyfrowa. Zdaniem GMFS wpłynie to znacząco na poziom zapasów złomu srebra odzyskiwanego głównie z odpadów fotograficznych. Jednak pomimo spadku sprzedaży filmów w krajach rozwiniętych, sprzedaż w krajach rozwijających się osiągnęła znakomity wzrost. Dla przykładu sprzedaż filmów Kodak w 2003 r. wzrosła o 12 % w Chinach, 17 % w Indiach i 26 % w Rosji. Poniższa tabela pokazuje wielkość światowych zapasów metalu oraz popyt na srebro w poszczególnych sektorach: Światowe zapasy srebra i popyt, w min oz 2001 r.

2002 r.

2003 r.

598,8

596,4

595,6

—

—

—

26,2

Zapasy Produkcja górnicza Rządowa sprzedaż netto Złom srebra Transakcje hedgingowe IND (Implied Net Disinvestment) Suma zapasów

86,1 182,4 18,9

61,2 186,8

886,1

82,6 191,6

10,4

870,7

880,2

Popyt Wyrób: — Przemysł — Fotografia — Biżuteria i wyroby ze srebra — Monety i medale Suma — wyroby Rządowy zakup netto Transakcje dehedgingowe INI (Implied Net Investment) Suma popytu Cena srebra (Londyn Soz)

— 337,4 213,5 288,8

—

—

341,4

205,7 265,9

351,2

196,1 276,7

870,7

845,8

859,2

24,8

21,0

31,1

32,8

— —

35,3

—

—

—

15,4 886,1

4,370

—

870,7 4,599

880.2 4,879

Zródlo:GFMS Kolejna tablica przedstawia ranking dwudziestu producentów srebra w latach 2002-2003: Przedsiębiorstwa produkujące srebro Ranking Ranking w 2002 r. w 2003 r.

1

2

3

4 5 6 7 8 9

1

3 2 4 5 7

6

8 —

Na/wa przedsiębiorstwa

Państwo

Industrias Penoles KGHM Polska Miedź S A. BHP Minerals Kazakhmys Grupo Mexico Rio Tinto Barrick Gold Coeur d'Alene Mines Polymetal

Meksyk Polska Australia Kazachstan Meksyk Wlk. Brytania Kanada USA

Rosja

Produkcja Produkcja w 2002 r. w 2003 r. min oz

min oz

52.7 38,3

48,4 43,7 42.7 19,5 19,0 18.3 17,0 14,2 13,3

46,8 21,7 19,6 17.2 17.8 14.8

1,8

10

9 10

12 13 14 15

11 14 13 15 12 16 18 17 19

11

16 17 18 19

20

Xstrata* Cia. De Minas Buenaventura Noranda Inc, Newmont Mining Pasminco Hecla Mining Company Yolcan Cia. Minera SA Boliden AB Pan American Silver Codelco Comsur

Australia Peru

13,2 11,7

12,0 11,8

Kanada USA Australia USA Peru Szwecja USA Chile Boliwia

11,3

10,7

9,2 9,9 8,7

10,9

8,5 7.8 8,2 7,6

9,9 9,9 9,8 9,5 8,7 8,6 8,4 7,5

Źródto: GFMS: *przedsiębiorstwo zostało nabyte przez MIM Holdings w czerwcu 2003 r.

DUŻY POPYT NA ROSYJSKIE ZŁOTO RUSSIA'S GOLD RUSH. Metal Bulletin Monthly, June 2004, p. 33 Rosyjski przemysł złota prosperuje bardzo dobrze głównie dzięki zagranicznym inwestycjom. Od 1998 r., kiedy Kinross Gold z Kanady przejął udziały w Omolon Gold w Magadan, krajowa produkcja wzrosła o 11 %, podczas gdy w Afryce Pd., USA i Australii — produkcja pozostawała na niezmienionym poziomie lub spadała. Sektor jest gotowy na konsolidację, a koncesja dla najbogatszej kopalni Sukhoi Log, położonej w środkowej Syberii, zostanie sprzedana. Kopalnia posiada zasoby oszacowane na ponad l tyś. t złota. Jedynym przedsiębiorstwem górniczym mogącym zdobyć koncesję na Sukhoi Log jest producent niklu, palladu i miedzi Norylsk Nickel. W Rosji funkcjonuje ok. 600 lub więcej przedsiębiorstw górniczych, które rocznie produkuj ą 5-^61 złota. W 2003 r. Rosj a wyprodukowała ok. 1801 złota, w tym 401 wyprodukował Norylsk Nickel. Według analityka Yasila Nikolayeva z banku inwestycyjnego Troika Dialog, rzeczywisty wzrost zainteresowania nastąpił po kampanii internetowej i podniesieniu przez rząd rosyjski cła eksportowego (5 %) na złoto, wprowadzonego w 1999 r., a wycofanego w 2001 r. Dodatkowo zmiany legislacyjne pozwoliły przedsiębiorstwom na eksport i uzyskanie środków finansowych poprzez londyński Alternative Investment Market (AIM) i rosnące w siłę rosyjskie banki komercyjne. Nastąpił także nagły wzrost cen złota i spadek wartości $. Według raportu opublikowanego przez Gold Field Minerał Sendces (GFMS) i NBL Gold, połączenie słabego rubla i wyższej ceny złota w $ sprawiło, że średnia rosyjska cena złota (w rublach) była o 23 % wyższa w 2002 r. (cena złota w $ wzrosła o 14 %). To zachęciło rosyjskie banki do uruchomienia większych środków na sfinansowanie projektów złota. Większość rosyjskich złóż złota to złoża aluwialne, w których zawartość metalu jest wyższa w stosunku do innych złóż na świecie. Koszt wydobycia kruszcu jest mniejszy w stosunku do średniego kosztu na świecie (np. całkowity średni koszt w Rosji dla Peter Hambro Mining (PHM) wynosi 166 $/oz, podczas gdy średni koszt na świecie to 224 $/oz). ZGODA DLA ZŁOŻA NICKEL RIM SOUTH GO-AHEAD FOR NICKEL RM SOUTH. CIM Bulletin, June/July 2004, p. 11 Falconbridge Ltd zamierza w ciągu kolejnych sześciu lat zwiększyć produkcję o 65 % z 99 tyś. t prognozowanych na 2004 r. do 164 tyś. t w 2010 r. W marcu 2004 r. zarząd zatwierdził 5-letni pro-

gram eksploatacji złoża Nickel Rim South w Sudbury o wartości 368 min $. Przedsiębiorstwo przewiduje natychmiastowe rozpoczęcie prac. Produkcję zaplanowano na 2008 r. Obecnie złoże zawiera zasoby o wielkości 13,2 min t i średniej zawartości 1,7 % Ni, 3,5 % Cu, 0,04 % Co i 0,8 g/t Au. Produkcja będzie prowadzona przy wykorzystaniu pełnych zdolności huty i rafinerii znajdujących się w danym regionie i należących do Falconbridge. Przedsiębiorstwo posiada ponadto złoże Onaping Depth o wysokiej zawartości metalu, gdzie roczna eksploatacja może osiągnąć poziom około 500 tyś. t, tj. znacznie poniżej wcześniejszego oszacowania. W celu zwiększenia posiadanych zasobów Fałconbridge prowadzi badania w Republice Dominikany, Nowej Kaledonii i Tanzanii. MOCNA POZYCJA NIKLU W TRZECIM KWARTALE BIEŻĄCEGO ROKU NICKEL LOOKING FORWARD TO STRONGER THIRD QUARTER. Metal Bulletin, 21 June 2004, No. 8847, p. 16 Producenci i handlowcy przewidują, że pozycja niklu w trzecim kwartale 2004 r. będzie mocniejsza dzięki popytowi, jakim cieszy się nikiel na rynku stali. Do tej pory w trzecim kwartale poprzednich lat można było zauważyć spadek popytu na nikiel w związku z sezonowym wstrzymaniem prac w zakładach metalowych. W bieżącym roku wysoki popyt na nikiel spowodował, że niemieckie ThyssenKrupp Nirosta i TK Stainless nie planują wstrzymania produkcji w okresie wakacyjnym, podobnie jak w innych krajach europejskich (Francja, Belgia i Hiszpania). Przy tak wysokim popycie na nikiel — premie pozostają na tym samym poziomie. ANTAM POSZUKUJE PARTNERA DO SPÓŁKI JOINT YENTURE ZAJMUJĄCEJ SIĘ EKSPLOATACJĄ NIKLU ANTAM SEEKS JOINT YENTURE PARTNER FOR NICKEL PROJECT. Metal Bulletin, 14 June 2004, No. 8846, p. 18 Indonezyjska firma PT Aneka Tambang (Antam) prowadzi negocjacje z japońskimi i kanadyjskimi producentami niklu, w celu znalezienia międzynarodowych partnerów przy eksploatacji limonitowych złóż niklu w Północnym Maluku i południowo-zachodniej Sulawesi. Antam poprzez eksploatację nowych złóż niklu, chce podnieść wartość otwartej w 2001 r. kopalni. Firma posiada ponadto rezerwy niklu o wielkości 103 min t w południowo-zachodniej Sulwaesi w nie eksploatowanych jeszcze złożach Bahubulu, Tapunopaka i Mandiodo. W chwili obecnej Antam posiada udziały w dwóch spółkach joint venture, zajmujących się eksploatacją złóż niklu — 25 % udziałów w Geo Island (BHP Billiton) i 10 % w Weda Bay (Weda Bay Minerals Inc.) PPC UTRZYMUJE NISKI POZIOM PRODUKCJI PPC TO MAINTAIN LOWER OUTPUT. Metal Bulletin, 28 June 2004, No. 8848, p. 11 Japoński producent miedzi Pan Pacific Copper (PPC) w nadchodzącym kwartale utrzyma niski poziom produkcji miedzi pomimo wznowienia dostaw koncentratów z kopalni Grasberg. PPC może produkować rocznie ok. 610 tyś. t miedzi przy pełnej wydajności dwóch hut, których jest udziałowcem. Przedsiębiorstwo zamierza w bieżącym roku finansowym, kończącym się w marcu 2005 r., osiągnąć całkowitą produkcję na poziomie 550 tyś. t.

INFORMACJE GIEŁDOWE PLANY KAZAKHMYS DOTYCZĄCE GIEŁDY W LONDYNIE KAZAKHMYS PLANS LONDON LISTING. Mining Journal, 4 June 2004, p. 13 Producent miedzi Kazakhmys Corp. (Kazachstan) planuje wypuszczenie w 2004 r. wstępnej oferty publicznej swoich akcji (IPO), którą kieruje do inwestorów z Wielkiej Brytanii. Przedsiębiorstwo udostępni w ofercie 25 % swoich akcji obracanych obecnie na giełdzie w Kazachstanie. Dużym udziałowcem w Kazakhmys jest Samsung Corp., który posiada 42,55 % akcji. Kazakhmys ma ponad 90 % udział w rocznej krajowej produkcji miedzi. Przedsiębiorstwo znajduje się w gronie dziesięciu największych światowych producentów

miedzi i jest czwartym największym producentem srebra na świecie. Przedsiębiorstwo zamierza do końca 2004 r. zwiększyć produkcję miedzi rafinowanej do 425 tyś. t (417 tyś. t w 2003 r.). Ponadto Kazakhmys planuje wyprodukowanie 70 tyś. t rafinowanego cynku do końca 2004 r. i 90 tyś. t w 2005 r. INDONEZJA SPRZEDAJE UDZIAŁY INDONESIAN SALE. Mining Journal, 4 June 2004, p. 16 Rząd Indonezji zamierza w 2004 r. zebrać około 800 mld Rp (l $ = 9,350 Rp) w wyniku sprzedaży udziałów w państwowych

599

przedsiębiorstwach górniczych. Według rzecznika prasowego, rząd zbierze 400 min Rp za sprzedaż 14 % akcji w przedsiębiorstwie eksploatującym rudy niklu i złota PT Antam Tbk oraz 400 Rp ze sprzedaży udziałów w przedsiębiorstwie węglowym PT Tambang Batubara Bukit Asam i firmie PT Timah. Tymczasem PT Antam planuje wypłacenie udziałowcom dywidend za ten rok w wysokości 38,60 Rp/akcję, co stanowi 32,5 % zysku netto za 2003 r. Przedsiębiorstwo podało, że dochód netto za 2003 r. wynosi 226,6 mld Rp, co stanowi 28 % wzrost w stosunku do zysku netto w 2002 r. KAZACHSKIE ZŁOTO NA AIM KAZAKH GOLD PLAY LISTS ON AIM. Mining Journal, 11 June 2004, p. 12 Hambledon Mining plc rozpoczął obrót akcjami na londyńskim Alternative Investment Market (AIM) i w wyniku emisji 50 min nowych akcji zwykłych po 0,05 £/akcję zebrał 2,5 min £. Uzyskany dochód netto zostanie przeznaczony na zakończenie studium wyko-

nalności projektu złota Sekisovskoye położonego w okręgu Glubokovsky na wschodzie Kazachstanu i dalsze poszukiwania na tym obszarze. Projekt zawiera zasoby złota o wielkości l min oz oraz 1,1 min oz w kategorii Pl według rosyjskiego systemu klasyfikacji. FUZJA PRZEDSIĘBIORSTW ZŁOTA TYPU JUNIOR JUNIOR GOLD MERGER. Mining Journal, 11 June 2004, p. 15 Akcjonariusze Radius Explorations Ltd i PilaGold Inc. zatwierdzili plany połączenia i stworzenia większego przedsiębiorstwa o nazwie Radius Gold Inc. Udziałowcy Radius Explorations otrzymają po jednej akcji w Radius Gold za każdą posiadaną akcję Radius Explorations. Natomiast akcjonariusze PilaGold otrzymają po jednej akcji w Radius Gold za każde 2,25 posiadanych akcji PilaGold. Nowe przedsiębiorstwo będzie posiadało 50,6 min akcji oraz kapitał obrotowy w wysokości 20 min $C. Radius Gold spodziewa się, że obrót akcjami na TSX Yenture Exchange rozpocznie się 2 lipca 2004 r.

WYNIKI FINANSOWE NORYLSK KUPUJE UDZIAŁY W UES NORILSK BUYS UES STAKE. Mining Journal, 4 June 2004, p. 4 MMC Norilsk Nickel oświadczył, iż nabywając udziały w RAO Unified Energy Systems (UES), przedsiębiorstwie produkującym ponad 70 % energii w Rosji, dołączył do grona przodujących rosyjskich producentów metali. Przedsiębiorstwo w 2003 r. wydało 142 min $ na akcje i inne aktywa finansowe, z czego 140 min $ wydano na zakup 1,01 % udziałów w UES. Norylsk posiada także 25 % udziałów w Krasnoyarskenergo i 10 % w Kolenergo (filie UES), które zaopatrują w energię jego kopalnie na Syberii i półwyspie

Kola. Według raportu finansowego za 2003 r. dochody Norylska ze sprzedaży metali wzrosły o 68 % do poziomu 5,2 mld $. Natomiast zysk netto wzrósł o 47 % do 584 min $. Sprzedaż niklu była w stosunku do 2002 r. większa o 37 % i wyniosła 308 tyś. t. Z kolei dochód z niklu wzrósł o 67 %. Średnia zrealizowana cena metalu wynosiła średnio 8,991 $/t w porównaniu do 6,728 $/t w 2002 r. Sprzedaż miedzi wzrosła o 6 % w 2003 r., a dochód o 15 % do 828 min $. Średnia zrealizowana cena miedzi osiągnęła poziom 1,764 $/t. Przedsiębiorstwo zanotowało, że w 2003 r. sprzedało 70 tyś. t niklu i 17 tyś. t miedzi.

CENY METALI STABILNY POZIOM CEN ZA MIEDZ DO ROKU 2005 PRICES LOOKING STRONG FOR 2005. Metal Bulletin, 21 June 2004, No. 8847, p. 12 Według konsultantów giełdowych w pierwszym kwartale 2005 r. ceny miedzi osiągną poziom 3100 $/t. Na ostatnim posiedzeniu Copper Council, tj. w czerwcu 2004 r., rozmawiano o przyszłości miedzi i oczekiwanych poziomach cen. Założono, że średnia cena miedzi w 2004 r. osiągnie poziom 2656 $/t, natomiast prognoza na 2005 r. wynosi 2875 $/t, przy czym w drugim kwartale ceny plasować się będą na poziomie 3 tyś. $/t. POWRÓT OŁOWIU NA GIEŁDĘ W SINGAPURZE; STAŁA POZYCJA CYNKU LEAD RETURNS TO SINGAPORE, ZINC STABLE. Metal Bulletin, 21 June 2004, No. 8847. p. 14 Premie za ołów na giełdzie w Singapurze spadły z 80-^90 $ do poziomu 30-5-35 $. W okresie od grudnia 2003 r. do lutego 2004 r., premie za ołów nie były notowane na giełdzie ze względu na słabą Średnie miesięczne ceny metali

Metal

696,00 698,50

974,50 933,00

869,66 816,18

Cynk ($/Mg) transakcje natychmiastowe transakcje trzymiesięczne-sprzedaż

966,50 985,00

1155,00 1168,50

1021.08 1039,52

Nikiel (S/Mg) transakcje natychmiastowe 10 527,50 17 760,00 transakcje trzymiesięczne-sprzedaż 10 495,00 17 660,00 Kobalt (S/Mg) min. 99,8 % min. 99,3%

13 533,52 13 362,05

cena cena miesięczna miesięczna najniższa najwyższa czerwiec 2004 czerwiec 2004

25 133

23872

26 111 24656

Złoto ($/oz) poranna popołudniowa

391,77955 392,37273

Srebro (C/OT.) Spot

586,18182

Styczeń-czerwiec 2004

Czerwiec 2004

cena cena najniższa najwyższa

cena średnia

June Averages, Metal Bulletin, July 2004, No. 8494. p. 27

2685.93 2644,98

pozycję ołowiu na rodzimych rynkach. Skutkiem tego był spadek zainteresowania chińskich producentów importem ołowiu do Singapuru. Pozycja cynku na giełdzie w Singapurze jest stała od przeszło trzech miesięcy, a premie plasują się na poziomie 35-M-O $/t.

Miedź Grade A (S/Mg) transakcje natychmiastowe 2336,75 transakcje trzymiesięczne-sprzedaż 2326,00

600

Oiów ($/Mg) transakcje natychmiastowe transakcje trzymiesięczne-sprzedaż

3165,00 3029.00

ZAPASY MIEDZI

ZAPASY OŁOWIU 71625

O

r

04*06/07

04/D7/D5

0*08/03

3532: 0*05/07

0*06/07

Data sesji

0*07/05

0*08/03

Data sesji

ZAPASY NIKLU

ZAPASY CYNKU 757396} _ 743392} g 729388)

!

•e

716383 701370

0*06/07

0*07/05

0*08/03

Data sesji

0*08*7

0*07/05

04/08/03

Data sesji

Materiały informacyjne opracowuje Zespół Studiów i Analiz Strategicznych CBPM CUPRUM Sp. z o.o. Ośrodek Badawczo-Rozwojowy we Wrocławiu w składzie: dr inż. Jan Kudełko, mgr Aneta Barańska-Buslik, mgr Aleksandra Mońka, mgr Wojciech Korzekwa.

STANDARDIZATION Informacje dotyczące normalizacji z zakresu metali nieżelaznych. Nowe Polskie Normy: PN-ISO 10049:2004 Odlewy ze stopów aluminium — Ocena porowatości metodą wizualną Polskie Normy wprowadzające normy europejskie metodą uznania: — PN-EN 573-4 (U) Aluminium i stopy aluminium — Skład chemiczny i rodzaje wyrobów przerobionych plastycznie — Część 4: Rodzaje wyrobów zastępuje: PN-EN 573-4:1997 — PN-EN 12258-3:2004 (U) Aluminium i stopy aluminium — Terminy i definicje — Złom — PN-EN 13957:2004 (U) Aluminium i stopy aluminium — Rury okrągłe wyciskane ogólnego stosowania w kręgach — Specyfikacja — PN-EN 13958:2004 (U) Aluminium i stopy aluminium — Rury okrągłe ciągnione ogólnego stosowania w kręgach — Specyfikacja — PN-EN 13981:2004 (U) Aluminium i stopy aluminium — Wyroby stosowane w konstrukcjach kolejowych — Warunki techniczne kontroli i dostawy — Część l: Wyroby wyciskane Ankieta powszechna projektów Polskich Norm: — prPN-EN 485-3 Aluminium i stopy aluminium — Blachy, taśmy

i płyty — Część 3: Dopuszczalne odchyłki wymiarów i kształtu wyrobów walcowanych na gorąco zastępuje: PN-EN 485-3:2003 (U) — prPN-EN 1981 Miedź i stopy miedzi — Stopy wstępne zastępuje: PN-EN 1981:2003 (U) — prPN-EN 12258-3 Aluminium i stopy aluminium — Terminy i definicje — Złom zastępuje: PN-EN 12258-3:2004 (U) — prPN-EN 13349 Miedź i stopy miedzi — Rury miedziane preizolowane trwałym pokryciem zastępuje: PN-EN 13349:2003 (U) — prPN-EN 14121 Aluminium i stopy aluminium — Blachy, taśmy i płyty z aluminium do zastosowań elektrotechnicznych zastępuje: PN-EN 14121:2003 (U) Normy europejskie przewidziane do uznania za Polskie Normy: — EN 485-2:2004 Aluminium and aluminium alloys — Sheet, strip and piąte — Part 2: Mechanical properties Aluminium i stopy aluminium — Blachy, taśmy i płyty — Część 2: Własności mechaniczne PN sprzeczna: PN-EN 485-2:1998 — EN 13981-2:2004 Aluminium and aluminium alloys—Products for structural railway appłications — Technical conditions for inspection and delivery — Part 2: Plates and sheets

601

Aluminium i stopy aluminium — Wyroby stosowane w konstrukcjach kolejowych — Warunki techniczne kontroli i dostawy — Część 2: Płyty i blachy — EN 14286:2004 Aluminium and aluminium alloys — Weldable rolled products for tanks for the storage and transportation of dangerous goods Aluminium i stopy aluminium — Spawalne wyroby walcowane stosowane w zbiornikach do magazynowania i transportowania ladunków niebezpiecznych — EN 14287:2004 Aluminium and aluminium alloys — Specific reąuirements on the chemicał composition of products intended to be used for the manufacture of packaging and packaging components Aluminium i stopy aluminium — Szczególne wymagania skladu chemicznego wyrobów stosowanych do wytwarzania opakowań i elementów opakowań — EN 14290:2004 Zinc and zinc alloys — Secondary raw materiał Cynk i stopy cynku — Wtórne materiały cynkonośne Informacja o projektach norm europejskich — prPN-prEN 1057 Cooper and cooper alloys — Seamless round cooper tubes for water and gaś in sanitary and heating applications — Miedź i stopy miedzi — Rury miedziane okrągłe bez szwu do wody i gazu stosowane w instalacjach sanitarnych i ogrzewania PN sprzeczna: PN-EN 1057:1999 — prPN-prEN 13981-3 Aluminium and aluminium alloys — Products for structural railway applications — Technical conditions for inspection and delivery — Part 3: Castings — Aluminium i stopy aluminium — Wyroby stosowane w konstrukcjach kolejowych — Warunki techniczne kontroli i dostawy — Część 3: Odlewy — prPN-prEN 13981-4 Aluminium and aluminium alloys — Products for structural railway applications — Technical conditions for inspection and delivery — Part 4: Forgings — Aluminium i stopy aluminium — Wyroby stosowane w konstrukcjach kolejowych — Warunki techniczne kontroli i dostawy — CZĘŚĆ 4: Odkuwki

Z uwagi na obowiązek implementacji do PN wszystkich norm europejskich, ankietę projektu EN należy traktować jednocześnie jako ankietę projektu przyszłej PN-EN. PKN informuje, że po zatwierdzeniu norm europejskich będą one wprowadzane do zbioru PN metodą uznania. Uznanie normy europejskiej będzie skutkowało wycofaniem krajowych norm sprzecznych. Uwagi dotyczące treści merytorycznej projektu EN należy zgłaszać w języku angielskim na formularzu CEN commenting form. Pozostałe uwagi, dotyczące tłumaczenia tytułu projektu normy europejskiej, wykazu PN sprzecznych, zgodności z przepisami prawnymi, a także deklarację finansowania i uczestnictwa we wprowadzaniu norm europejskich metodą tłumaczenia, należy zgłaszać w języku polskim na formularzu Uwagi do części polskiej. Formularze oraz Karty Krajowe zawierające: tytuł angielski, tytuł polski, abstrakt w języku polskim oraz wykaz norm sprzecznych są dostępne na stronie internetowej PKN www.pkn.pl, podstrona Działalność, zakładka Ankieta powszechna prPNprEN. Na stronie tej, w zakładce Przegląd ankiety powszechnej prPN-prEN znajdują się aktualne informacje dotyczące ankietowania projektów norm europejskich. Projektami z zakresu metali nieżelaznych zajmują się: KT nr 219 ds. Ciężkich Metali Nieżelaznych i KT nr 225 ds. Lekkich Metali Nieżelaznych. Tekst projektu normy europejskiej można uzyskać zgłaszając zapotrzebowanie pod adresem: [email protected] lub [email protected]. Projekt zostanie przesłany na wskazany adres elektroniczny. Opinie prosimy przesłać na adres naszego Zespołu. Polski Komitet Normalizacyjny Zespół Hutnictwa i Górnictwa ul. Dąbrowskiego 22 40-032 Katowice tel/fax: (032) 256 33 73 e-mail: [email protected]

CHRONICLE Informacja o odbytych sympozjach „POLACY RAZEM" Sympozja „POLACY RAZEM" FSNT-NOT wspólnie z innymi instytucjami organizuje od 1996 r. Są one miejscem spotkań, wymiany doświadczeń i poglądów inżynierów polskiego pochodzenia rozsianych po całym świecie. Do tej pory odbyły się trzy sympozja: 1. 7 października 1996 r. w Warszawie; współorganizotorem obok NOT byli: Fundacja Polonia, Stowarzyszenie Techników Polskich w Wielkiej Brytanii, Polskie Towarzystwo Naukowe na Obczyźnie i Akademia Inżynierska w Polsce. 2. 18 października 1999 r. w Warszawie; jego organizatorem obok NOT było Stowarzyszenie „Wspólna Polska", Stowarzyszenie Techników Polskich w Wielkiej Brytanii, Polskie Towarzystwo Naukowe na Obczyźnie.

602

3.22-J-25 września 2000 r. w Londynie; organizatorzy to: Stowarzyszenie Techników Polskich w Wielkiej Brytanii, FSNT-NOT, Stowarzyszenie „Wspólna Polska" oraz Polskie Towarzystwo Naukowe na Obczyźnie. Dotychczasowe rezultaty Sympozjum „POLACY RAZEM" utwierdzają nas w słuszności idei ich organizowania. Spełniają one ogromną rolę w integracji inżynierów polskiego pochodzenia oraz sprzyjają ich integracji z korzyścią dla Polski. W tym roku FSNT-NOT przygotowało IV Sympozjum „POLACY RAZEM" wspólnie ze Stowarzyszeniem Techników i Inżynierów Polskich na Litwie, Zrzeszeniem Inżynierów Budowalnych i Sanitarnych w Wilnie oraz Domem Kultury Polskiej w Wilnie. Sympozjum odbyło się na Litwie w dniach 21^-24 października 2004 r.

WĘGLIKI

SPIEKANE

Spółka z o.o.

Indywidualne rozwiązania

... jis^s^::Vfe3^^ ,' -.: "śFśi-r

:

: :

:

i^;::^',:^:: s >-' 3 ; : r -''- ' '; •:•.••:••-•''r-'

:;;1J uu

i są Z.PUZ.. -.;,;. ...•,.„•<£..' .....

^i^L \ K. wećcc rvś;.ńXćv. .t :3:ita 77:_..'. i " ", . . :.5pppiiii : •_-._.<. :;:: r.E"zsc.z::S:"uc:£.rsk;c-~ _:

! !

-

'

^_„

..

•

„

...

m

iAsJksS"'"^'"

'• ~ :

:

'

'

'• • " '

" ' l

.

fis:.:

ff

;

:

'::ł),

iGSDtfe /X;,R/---- - :^--Z:.~.2:~2 '•''• '•••'•''/f •<*§ 5SCi.=\;- ::z f.:s zz"~~'~ J:r ^JiH . . • M;!i»1iC

ISSN 0035-9696 Czasopismo Rudy i Metale Nieżelazne w 2004 r. jest dofinansowane przez Ministerstwo Nauki i Informatyzacji Redakcja czasopisma: red. naczelny: prof. zw. dr hab. inż. Zbigniew Misiołek, z-ca red. naczelnego: doc. dr inż. Józef Czernecki, red. działowi: dr hab. inż. Jan Butra, dr hab. inż. Wojciech Libura, prof. nzw. Sekretarz Redakcji: mgr Bożena Szklarska-Nowak. Adres Redakcji: 40-019 Katowice, ul. Krasińskiego 13. Skr. poczt. 221. Tel./fax (0-prefix-32) 256-17-77. Korekta: Marzena Rudnicka. Rada Programowa czasopisma Rudy i Metale Nieżelazne. Przewodniczący: prof. zw. dr hab. inż. Józef Zasadziński. Zastępca Przewodniczącego prof. dr hab. inż. Jan Botor. Sekretarz dr inż. Józef Z. Szymański. Członkowie: prof. dr hab. inż. Andrzej Jasiński, prof. dr hab. inż. Andrzej Korbel. Wszystkie artykuły o charakterze naukowym są opiniowane. Redakcja nie odpowiada za treść reklam i ogłoszeń. Wydawca: Wydawnictwo Czasopism i Książek Technicznych SIGMA-NOT Sp. z o.o., ul. Ratuszowa 11, 00-950 Warszawa, skr. poczt. 1004, tel.: (0-prefix-22) 818-09-18, 818-98-32, fax: 619-21-87. Internet: http://www.sigma-not.pl. Prenumerata e-mail: [email protected]. Informacje e-mail: [email protected]. Dział Rekalmy i Marketingu e-mail: [email protected]. Sekretariat e-mail: [email protected]. Format A4. Objętość 15,75 ark. druk. Papier ilustracyjny Id. 11161x88/80. Druk ukończono w październiku 2004 r. Rudy Metale: R 49. nr 10-11. s. 481+602. październik 2004 r. Diuk: Przedsiębiorstwo Miernictwa Górniczego Spółka z o.o.. Katowice ul Mikołowska lOOa

w

Zakład Kolportaż' ul. Bartycka 2 00-950 Warszaw skr. poczt. 100 tel. (0-22) 840 30 8 tel./fax (0-22) 840 59 4 tel./fax (0-22) 840 35 8

*:15t

elektronika, elektrotechnika, telekomunikacja

ś'

hutnictwo, górnictwo

przemysł spożywczy

budownictwo

czasopisma tematy wielobranżowe , ogólnotechnicz

rocznie

przemysł lekki

Prenumeratą

of prenumeracie ciągły

roc brutt