123



Stránky připravuje:

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

Aktualizováno: 10/05/2007

01_1-1 Metalugie svařování

Vlastnosti svarových spojů jsou závislé na mnoha faktorech. Velkou roli přitom hraje složení základního materiálu, přídavného materiálu a pomocných látek při současném působení dalších faktorů od sebe těžko oddělitelných. Tak přispívá vodík, který v průběhu svařování proniká do svarového spoje, u konverzních kalitelných ocelí k obávaným trhlinám za studena. Trhliny za studena jsou vyvolány třemi faktory, které musí působit současně: dostatečně vysoký obsah vodíku ve svarovém spoji, struktura citlivá na trhliny za studena a dostatečně vysoké napětí v tahu v této oblasti. Pro kvantitativní důkaz difusního vodíku ve svarovém kovu a v tepelně ovlivněném pásmu se používají různé metody, např. volumetrická metoda (rtuťová metoda) a plynochromatická metoda, přičemž jako referenční se používá hlavně rtuťová. Všechny metody jsou časově náročné a drahé. Jako nová metoda pro zjišťování vodíku ve svarovém kovu je popsán senzor, který přináší výsledky cenově přístupně a rychle a umožňuje rozlišit celkový obsah vodíku a vodíku difusního. Senzor je založen na chemochromatické reakci přechodových kovových oxidů (zde WO3) s plynným vodíkem. Senzorem zjištěné koncentrace vodíku se porovnávají s plynochromatickými referenčními měřeními.

Byly zjišťovány možnosti zlepšování odolnosti proti trhlinám za studena u HSLA-ocelí (vysokopevnostní nízkoslitinové) pomocí redukce obsahu vodíku ve svarovém spoji. Byly pozorovány z metalurgického hlediska reakce mezi tekutým kovem a struskou a vztaženy na složení tavidla. S ohledem na možné zdroje vodíku byly pro redukci vstupu vodíku navrženy technologické metody pro tepelné ošetření elektrod a tavidel a pro přesoušení ochranného plynu. Při MAG-tandemovém svařování nízkolegovaných ocelí je obsah difusního vodíku ve svarovém kovu ve srovnání s MAG-svařováním zřetelně nižší. Byly specifikovány další faktory a pravidla pro MAG-svařování vysoko a nejvýše pevných ocelí.

Obsah uhlíku ve svarovém kovu je velmi důležitý, protože jsou na něm závislé všechny vlastnosti spoje. V trubičkových drátech se může uhlík vyskytovat jako stříbrný grafit (99 % C), SiC nebo jako Fe-CrC. Přitom se uhlík z trubičkového drátu přenáší do svarového kovu různě. Za pomocí uhlíku je možná i dezoxidace svarového kovu. Uhlík se přitom může nalézat i jako ocelolitinový prášek v obale elektrod. Za pomoci výpočtových metod je možno určit optimální složení obalu elektrod, při kterém se dosáhne svarový kov v předpokládaném složení. Při nelegovaných a nízkolegovaných ocelích zvyšuje obsah uhlíku pevnost a tvrdost.

Při snižování obsahu síry se u austeniticky tuhnoucích ocelí zlepšuje odolnost proti trhlinám za tepla. To platí i pro jiné ocele a slitiny na bázi niklu. Jako příklad je zde možno uvést spoje svařené elektronovým paprskem na slitině Inconel 718 a spoje na potrubí pro zemní plyn z nízkouhlíkové ocele 5L-X65. Při těchto výzkumech se pohybovaly obsahy síry mezi 0,001 až 0,004%, fosforu mezi 0,008 až 0,024% a křemíku mezi 0,18 až 0,3%. Obsah síry přispíval významně ke zvýšení citlivosti na vznik trhlin, vliv obsahu fosforu byl jen nepatrný. Křemík vznik trhlin potlačuje. Pokud se má při svařování elektronovým paprskem spolehlivě zamezit vzniku trhlin, musí ležet obsah síry pod 0,002%. Síra přitom působením na podmínky proudění v tavné lázni ovlivňuje při svařovacích procesech i hloubku průvaru. Byl vyšetřován vliv Marangoniho efektu na způsob proudění u maloobjemových tavných lázní. Byly pozorovány povrchové jevy při místním natavení plechu o tloušťce 1 mm z materiálu SUS304L (X2CrNi19-11, 1.4306) se zvláštním ohledem na obsah hliníku a kyslíku v oceli. Zvyšující se obsah hliníku vede k širšímu spoji, ke snížení závaru a ke slabší kořenové housence.

Mikrolegování nelegovaných ocelí ovlivňuje mikrostrukturu a mechanické vlastnosti tepelně ovlivněného pásma. Při zvyšování obsahu vanadu nastává výrazný růst zrn a snižuje se houževnatost tepelně ovlivněného pásma. Mikrolegování niobem vedlo ke zvýšení podílu martenzitu a austenitu ve struktuře a ke zřetelnému zlepšení houževnatosti tepelně ovlivněného pásma. Výsledky pokusů potvrdily vzájemnou souvislost mezi martenzitem a austenitem ve struktuře a houževnatostí tepelně ovlivněného pásma. Přidáním vzácných zemin a zemních alkalických kovů do mikrooblasti u nízkolegované oceli tvářitelné za studena 17G1S, která slouží jako materiál pro výrobu olejových a plynových potrubí, bylo možno optimalizovat plastické vlastnosti - odolnost proti vzniku trhlin a citlivost ke vzniku křehkých lomů.

Řada prací se zabývá metalurgickými aspekty při svařování nerezavějících ocelí. V jedné z nich byly komplexně zhodnoceny, počínaje přípravou materiálu, výběrem přídavných materiálů a ochranných plynů, geometrií spoje, interpass teplotou a měrným přívodem enegie, až po nutnému tepelnému zpracování a následnému kartáčování, moření a pasivování.

Další práce se zabývá ochranou proti oxidaci pomocí legovacích prvků a s tím spojeným ošetřením. Byla zkoušena odolnost proti korozi WIG-svařovaných nerezavějících ocelí při použití různých složení ochranného plynu. Byly přitom používány podíly kyslíku až do 4% a dusíku až do 2% v argonu. Místní koroze nerezavějících ocelí nastává po poškození pasivační vrstvy chemickými nebo mechanickými vlivy. Při svařování vznikají pasivační vrstvy (hlavně kysličník chromu) oxidací při vysokých teplotách. Pozorovaná barva závisí na maximální dosažené teplotě a době jejího trvání. Odolnost proti korozi se určuje měřením potenciálu nebo pH-hodnoty při depasivaci. Byly vyšetřovány stavy svařeno-mořeno-pasivováno. Dusík se jako ochranný plyn jeví jako trochu méně tolerantní ve srovnání s kontaminací kyslíkem. Dále bylo vyšetřováno znečistění ochranného plynu vzduchem při MIG-svařování ve výrobě lodí, a to ocelových desek ve svislé poloze, přičemž míra znečistění byla definována. Dusík a kyslík v ochranném plynu mohou být i velmi pozitivní. Při MIG-navařování austenitické chrom-niklové oceli na nelegovanou ocel v ochraně argonu vzniká na tavné linii martezitická vrstva. Použití dusíku nebo oxidu uhličitého jako ochranného plynu zvyšuje promíchání na tavné linii a zabraňuje vzniku této vrstvy a zkřehnutí. Dále byla vyšetřována role zón se sníženým obsahem manganu na nízko legovaných ocelích, které se tvoří při simulaci termického svařovacího procesu okolo MnS segregací v austenitu v tepelně ovlivněném pásmu při tváření.

Zřetelné přednosti hliníku, jako je malá hmotnost při vysoké pevnosti a houževnatosti, vynikající odolnost proti korozi, mnohostranné možnosti tváření a opětného použití vedou ke stoupajícímu použití při výrobě motorových vozidel. Zplyňování prchavých prvků během laserového svařování hliníkových slitin pro stavbu automobilů ovlivňuje složení a vlastnosti svarového kovu. Byla vykonána experimentální a teoretická studie, aby se zjistily kvantitativní vlivy proměnných na změnu složení při laserovém svařování. Byl vytvořen komplexní model pro výpočet změn chemického složení. Pro objasnění vlivu doprovodných prvků tvořících hybridy na hodnoty materiálu, jeho tepelnou zpracovatelnost a svařitelnost byla vyšetřovány různé hliníkové slitiny. Stanovené vztahy koncentrace-tlak-isoterma na dílech tlakově odlitých ukázaly, že hmotnostní podíl rozpuštěného vodíku může být až do 1%. Tato vysoká hodnota potvrzuje chemické vazby vodíku v hliníkových slitinách pro tlakové odlévání. Hodnoty materiálu při tahových zkouškách na tlakových odlitcích bez tepelného zpracování neukázaly žádnou závislost na obsahu vodíku. Výsledky zkoušek ukazují na zlepšení tepelné zpracovatelnosti a na zhoršení svařitelnosti se zvyšujícím se podílem doprovodných prvků tvořících hybridy.

Byl zjišťován vliv chemického složení svarového kovu a rychlosti jeho ochlazování na mechanické vlastnosti titanových svarových spojů při jednovrstvých WIG-svarech. Použitím více šarží základního materiálu a malých přimíšenin oxidu uhličitého nebo vzduchu v argonu jako ochranném plynu bylo vytvořeno velké množství vzorků s různým chemickým složením. U těchto vzorků byly stanoveny mechanické vlastnosti.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz