123



Stránky připravuje:

Ing. Jaromír Lukášek, CSc.
lukasek@welding.cz

Aktualizováno: 10/05/2007

00_1-3  Svařování jemnozrnných konstrukčních ocelí a vysokopevnostních ocelí

Jedním z nejdůležitějších odbytových trhů ocelářského průmyslu je stejně jako dříve výroba dopravních prostředků. I bez konkurence alternativních materiálů jako jsou hliník a umělé hmoty se zostřuje konkurenční situace každoročně stoupajícími nároky na výrobu automobilů. Tento tlak nutí oceláře k úzké spolupráci s automobilkami, která je známa pod názvem "Concurrent Engineering". I úspěšná práce konsorcia "Ultralight-steel-body" (ULSAB) vedoucích světových výrobců plechů přispěla k projektu "Aluframe-Karoserie".
Tato 4 kritéria přijatá v rámci ULSAB-projektu způsobila 25%ní pokles hmotnosti ve srovnání se stavem techniky v r. 95:

  • Používání plechů válcovaných za studena s vyšší pevností a tedy tenčích (crash energy)
  • Používání na míru střižených plechových platin (tailored blanks) při snížení počtu dílců (zesílení)
  • Použití 18 m laserového svarového spoje (tuhost)
  • Použití páru IHU-profilů (tuhost, střecha).

    Řada dalších článků referuje o inovačních ocelích pro stavbu karoserií zítřka. Právě v posledních letech se podařilo výrazně zvýšit paletu nabídek vícefázových ocelí. Výzkumy vedoucí k výrobní spolehlivosti vysokopevnostních a velmi vysokopevnostních ocelí pro stavbu karoserií potvrdily, že jak dvojfázové ocele tak i mikrolegované velmi vysokopevnostní ocele mají dobrou svařitelnost, což umožňuje vyrábět z nich laserovým svařováním platiny. Spojením ocelových jemných plechů a hliníku (hybrid tailored blanks) za pomoci laseru a naválcovaným plátováním se i ochraně proti korozi věnuje odpovídající pozornost.

    Další články referují o aktuálních trendech ve vývoji vysokokvalitních ocelí s ultrajemnou zrnitostí. Samotné snížení velikosti zrn ve struktuře z 10 až 20ti na 1 mikrometr vyvolá u oceli s konstantním chemickým složením přírůstek pevnosti z 400 na 800 MPa i výše. Jsou popsána opatření pro zlepšení v chování ke zpožděným lomům, které představují u ocelí s ultrajemným zrněním hlavní problém. Jsou diskutovány i zvláštnosti ve vývoji jejich struktury a lomovém chování v oblasti svaru.

    Je popsáno složení a vlastnosti vysoko pevných nízkolegovaných ocelí s mezí kluzu od 590 do 980 MPa, které používají pro výrobu svařovaných dílů pro důlní stavby a dopravu v zemích bývalého SSSR. Zejména pro tato použití byly vyvinuty speciální svařovací elektrody a dráty jako 08ChN2GM (08CrNiMn2Mo) a 08ChNG2M (08CrNiMn2Mo) a zpracovány technologické procesy pro výrobu vysokopevných dílců. Technologie jsou především zaměřeny na oslabení vlivů, které mohou vést ke křehkému lomu svarového spoje (difusní vodík, nepříznivé ochlazování, úroveň zbytkových pnutí). Pokud nenastanou žádné koncentrace pnutí a je jen nízká hladina zbytkových pnutí, pak mají tyto ocele dobrou odolnost proti únavovým a křehkým lomům. Při použití známých metod pro snížení uvedených vlivů a při stanovení optimálních svařovacích podmínek se může životnost svarových spojů dále zvýšit o faktor 1,2 až 1,4.
    Jsou popsány technologické možnosti pro výrobu dílců o tloušťce 12 mm z legované vysokopevnostní ocele 30ChGSN2A (30CrMnSiNi2N) při použití mezikusu z 12Ch2NVFA (EI712, 12Cr2MnWoVN) při použití odpovídajících svařovacích podmínek.

    Jsou popisovány různé postupy pro ovlivňování mikrostruktury svarových kovů z vysokopevných ocelí za účelem zvýšení odolnosti proti vzniku trhlin způsobených vodíkem. K tomu byly v prvním stupni zhotoveny svarové spoje na ocelích s mezí kluzu mezi 450 a 1000 MPa při použití zatím obvyklých trubičkových elektrod s jádrem z rutilových nebo bazických materiálů, resp. práškových kovů. Ve druhém stupni následovalo testování nových přídavných materiálů pro zvýšení odolnosti proti trhlinám způsobených vodíkem. Zkoušky obsahovaly elektrolytické sycení tahových vzorků svarového kovu difusním vodíkem, ochlazení vzorků v tekutém dusíku, provedení tahové zkoušky a kvantitativní určení uvolněného difusního vodíku při 150 oC (6 h) za pomocí plynového chromatografu. Vyhodnocení výsledků pomocí regresní analýzy ukázalo, že stoupající koncentrace na hranicích feritu zvyšuje citlivost k trhlinám. Křehké lomy se tak mohou snadněji šířit. Naproti tomu má zvýšená koncentrace na martenzitu/austenitu/karbidu a na nekovových vměstkách pozitivní vliv odolnost proti trhlinám. Cílené použití přídavných materiálů se sníženým podílem feritu na hranicích zrn a zvýšeným obsahem martenzitu/austenitu a karbidu vede následně ke zřetelnému zlepšení odolnosti vysokopevnostních ocelí proti trhlinám způsobených vodíkem.

    Je popsána svařitelnost vysokopevných jemnozrnných konstrukčních ocelí při svařování v oblastech tvářených za studena. Realizované výzkumy ukazují, že při použití moderních vysopevnostních ocelí s vysokou čistotou ve srovnání s pravidly je možno v tvářených oblastech svařovat, aniž by bylo nutné drahé tepelné ošetření.

    Vysokopevnostní ocele umožňují použitelnými vylehčenými konstrukčními způsoby snížení investičních a provozních nákladů na mobilní jeřáby. Lomovo-mechanické ohodnocení konstrukčních dílců z moderních vysokopevnostních ocelí na bázi nových bezpečnostních koncepcí ukazuje, že ocele i při přijetí kritických podmínek nároků na úroveň houževnatosti mohou prokázat, že zaručují bezpečný provoz v plném rozsahu. To rozhodlo i o zavedení nových moderních jeřábů.

    Byly zveřejněny výsledky výzkumu materiálu z hlediska lomového a tvárného chování dvou vysokopevných ocelí S690 a S890 podle DIN EN 10137, které se používají pro konstrukce a jeřáby. Další práce dává přehled vývoje svařitelných jemnozrnných konstrukčních ocelí pro lehké stavby a jejich důležité normy a rovněž nástin metalurgických souvislostí.

    Svařovací zpracování vysokopevnostních ocelí S1100Q a jejich varianty S1100QL tažené za studena vyžaduje přesné svářečsko-metalurgické znalosti a mimořádnou pečlivost. Svařování ocele S1100Q vyžaduje dodržení příslušných svařovacích podmínek, např. předehřátí. V tabulkách jsou zpracována doporučení vhodných přídavných materiálů pro MSG-svařování plnými i trubičkovými dráty. Z toho je pak odvozen optimální způsob ochlazování. Na základě vyhodnocení různých MSG-svarů byl zpracován svařovací postup, který sloužil jako podklad pro následující přezkoušení procesu při neodstraněném převýšení svaru.

    Výzkumy svařitelnosti pokrokové vysokopevnostní bainitické ocele s extrémně nízkým obsahem uhlíku, která je k dispozici v tlustostěnných deskách 38 až 75 mm, ukázaly, že při svařování v širokém rozsahu parametrů nedochází k žádným významným změnám mechanických vlastností.

    Další práce uvádí výsledky zjišťování tvrdosti, plasticity a houževnatosti tepelně ovlivněného pásma při svařování pod tavidlem vzorků z vysokopevnostní mikrolegované oceli 2450EMZBS7191 na vzorkách, které se liší v rozložení velikosti zrn. Zkoušky byly vykonány plným drátem S0 (EN 756, OK Autrod 13.24) a fluoridovým bazickým tavidlem SAFB155ACH5 (EN 776, OK Flux 10.62). Tepelný příkon byl na úrovni 2,3 kJ/mm.

    Otázky svařitelnosti a pevnosti zesilovacích žeber z nového materiálu HT 980, které byly použity ve formě 200 mm tlustých plechů na odbočce potrubí na jednom japonském vodním díle, jsou popsány v dalším článku. Tyto plechy mají mez kluzu ca 864 MPa, pevnost 930 až 1110 MPa a vrubovou houževnatost ca 47 J při -65 oC. Bylo zjištěno, že nová ocel vykazuje dobrou odolnost proti chvění a pevnost a že i svarový spoj má dobré vlastnosti. Úspěšné použití ocele HT 980 a její dobrá svařitelnost vedly ke snížení tloušťky žeber a ke zjednodušení konstrukce.

    Středem pozornosti je nová generace vysokopevných jemnozrnných konstrukčních ocelí pro oblast válcovaných ocelových nosníků v kvalitě TM-QST podle EN 10113-3. Diskutují se zkušenosti z prvního použití nové oceli s mezí kluzu ca 460 MPa (HISTAR 460) a srovnávají s ocelemi S355 a S235.

    Další článek informuje o aktuálních trendech ve vývoji vysokopevnostních ocelí pro japonské velké stavby. Je v něm krátký přehled aktuální japonské normy pro konstrukční ocele určené pro tyto stavby.

    Další práce se zabývá analytickým (s empirickými vzorci) a experimentálním určováním teploty předehřátí pro vysokopevnostní ocel Niomol 490K o tloušťce 19 mm. Použití obalené elektrody EVB NiMo ovlivňuje vznik trhlin za studena ve svarech. Pomocí empirických vzorců je možno určit požadovanou teplotu předehřátí, ale doporučuje se experimentální potvrzení.

    MSG-svařování ve vícevrstvé technice je v Evropě nejčastěji užívanou metodou pro produktovody z vysokopevné oceli. Přitom často vznikají problémy s houževnatostí v tepelně ovlivněném pásmu, které mohou vést až do oblasti křehkosti. Analyzuje se vznik těchto efektů a jejich možné důsledky. Článek referuje o prvním použití mechanizovaného MSG-svařování při stavbě potrubí pro zemní plyn v Kanadě/USA. V návaznosti na zvolenou vysokopevnostní rourovou ocel L485MB (X70, StE 480.7 TM, 1.8977) se jeví na vodík chudý MSG-svarový kov ve srovnání se svarovým kovem celulózových elektrod jako příznivější. Mechanizované svařování je trojnásobně rychlejší než konvenční metody a dává velmi vysokou a rovnoměrnou kvalitu svarových spojů. Je popsána skladba použitého zařízení - stroj pro úpravu rour, kombinované zařízení pro fixaci konců a pro vnitřní svařování a vnější orbitální zařízení. Předehřívá se indukčně. Na rozdíl od dosavadní americké praxe rentgenové kontroly byla zde provedena po vizuální prohlídce 100%ní kontrola ultrazvukem.

    Uvádějí se výsledky výzkumu vlivu tepelného zpracování po svaření na houževnatost tepelně ovlivněného pásma u oceli HSLA-100 s obsahem Cu. Pro simulaci tepelně ovlivněného pásma zde bylo použito zařízení Gleeble. Pro zjištění souvislostí mezi houževnatostí a tepelným zpracováním tepelně ovlivněného pásma je možno použít různé metody (vrubová zkouška rázem, optická mikroskopie, rastrová a transelektronová mikroskopie a "diferential scanning calometrie"). Získané výsledky jsou vyhodnoceny.

  • Zpět na Vývojové tendence


    logo welding.cz