123



Stránky připravuje:

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

Aktualizováno: 10/05/2007

01_1-2 Svařování nelegovaných a nízkolegovaných ocelí

Z mezinárodních svářečských akcí je zřejmé, že u ochranných plynů pokračuje trend směrem ke speciálním plynům, resp. k přesněji definovaným plynům pro jednotlivé základní materiály a pro jednotlivé svářečské úlohy. Důležitými hledisky při vývoji jsou zlepšený přenos kovu, vyšší svařovací rychlost a optimální vytváření svarového spoje.

Z pohledu přídavných materiálů se u trubičkových elektrod jeví tendence k výkonovým typům pro MAG-vysokovýkonné svařování. Pro svařování ocelí vyšší pevnosti byly pod vlivem problematiky vodíku vyvinuty rutilové trubičkové elektrody s kontrolovaným obsahem vodíku, které ve srovnání s bazickými mají i lepší vlastnosti při svařování v nucených polohách.

Plné dráty pro svařování nelegovaných a nízkolegovaných ocelí v ochranných plynech i pro svařování pod tavidlem se nadále vyrábějí převážně jako poměděné ocelové dráty. Přes některé pozitivní aspekty při speciálních použitích se nepoměděné dráty generelně neprosadily. Pro mechanizované MAG-svařování kovově povrchově upravených jemných plechů (galvanicky zinkovaných, hliníkovaných, apod.) byly nabízeny plné dráty se sníženým obsahem manganu a křemíku a s malým přídavkem titanu pro zlepšení operativních vlastností.

Pro spojování feritických a austenitických tenkých plechů pomocí koutových, přeplátovaných a lemových svarů pájením kovovými pájkami v ochranných plynech byly nabízeny nově vyvinuté přídavné dráty z hliníkového bronzu typu AlBz5Ni1, příp. AlBz5Mn1Ni1. Stále více vytlačují doposud převážně užívané dráty na bázi mědi CuSi3.

Na základě příznivějších svařovacích vlastností a lepších možností pro cílené metalurgické ovlivňování svařovacího procesu se při svařování pod tavidlem stále více prosazují tavidla aglomerovaná před tavidly tavenými. Pro svařování jemnozrnných konstrukčních ocelí vyšší pevnosti byla tak nabídnuta vysoko bazická tavidla s kontrolovaným obsahem vodíku, která pro zabránění příjmu dusíku a pro zjemnění zrna obsahují malé množství titanu a bóru. Tím se dosáhnou lepší hodnoty houževnatosti svarového kovu.

Na poradě jedné pracovní skupiny bylo diskutováno správné použití trubičkových a plných drátů pro MAG-svařování. Jako mimořádně důležité při svařování trubičkovými dráty ve srovnání s plnými dráty byly vyjmenovány - správný výběr svařovacích parametrů, vedení hořáku a ochranný plyn, což vede k nižšímu sklonu ke vzniku vad ve spoji. Je to přičítáno především vyšší hustotě proudu a širšímu tvaru závaru na úkor jeho hloubky. Kromě toho se trubičkové dráty vyznačují menším rozstřikem a zejména struskové typy mají nižší sklon ke vzniku pórů. Srovnání odtavovacích výkonů trubičkových a plných drátů je třeba především orientovat na řešenou úlohu, aby se předešlo nesprávným rozhodnutím. Při svařování v nucených polohách mají přednost trubičkové dráty. Mají v oblasti svařovacího proudu a napětí širší rozsah parametrů pro optimalizaci řešení svařovací úlohy. Pulzní svařovací zdroje nejsou obvykle požadovány. Pro svařování obvyklých obchodních nelegovaných a nízkolegovaných základních materiálů a pro jemnozrnné ocele s mezí kluzu do 960 MPa je k dispozici dostatečný sortiment trubičkových drátů.

Nově definovaný pojem MSG-vysokovýkonové svařování označuje MIG/MAG-procesy, při kterých se jeden nebo více plných drátů o průměru 1,0 nebo 1,2 mm podávají do oblouku rychlostí vyšší než 15 m/min (jednotlivě nebo při dvojdrátovém procesu v součtu). MSG-procesy s plnými nebo trubičkovými dráty větších průměrů, při kterých se dosahují výkony vyšší než 8 kg/h, se rovněž považují za procesy vysokovýkonové. Možnosti použití jednotlivých variant (jednodrátové, dvojdrátové a tandemové, páskem) se posuzují z hlediska předností a nevýhod, přičemž zejména pro svařování svazkem drátů a páskem nejsou všechny problémy vyřešeny.

Při použití MSG-vysokovýkonového svařování jedním drátem činí v současné době problémy výskyt pórů ve svarovém kovu. Vychází se z poznání, že chemickým složením a fyzikálními vlastnostmi drátu je možno ovlivňovat jak tvorbu kapek a jejich přechod, tak i poměry v proudění tavné lázně, a že tedy možno výsledek cíleně ovlivnit použitím drátů s dotovaným povrchem. Dotovací prvky se nanášení s vnějšku na plný drát typu G3Si1 před poměděním. Dotování se uskutečňuje v průběhu tažení prostřednictvím prostředků pro tažení. V jednotlivých průřezech drátu se však vyskytly nepravidelnosti v povrchu a důsledku toho i nehomogennosti v dotování, což vedlo k neklidnému procesu.

Přes tyto občas se vyskytující nepravidelnosti procesu bylo pozorován pokles tvorby pórů, a to jak z hlediska počtu, tak i velikosti. Hloubka průvaru byla díky nastavení rotačního oblouku (posuv drátu 35 m/min) pravidelnější a vrubová houževnatost rázem se zvýšila.

Pro uspokojení poptávky po svařovacích procesech, které zaručují další zvýšení produktivity při zajištění kvality, byla představeno jako perspektivní spojovací technika svařování páskovou elektrodou. Charakteristikou procesu je použití plochých páskových elektrod, které se vyrábějí z plných nebo trubičkových drátů dodatečným válcováním na šířku 3,5 až 4,5 mm při tloušťce 0,5 mm (trubičkový drát podle stupně plnění v tloušťkách od 0,5 do 1,0 mm). S ohledem na výrobní technologii vykazují pásky zakulacené hrany. Pro použití této technologie jsou pro MSG-svařování nutné speciální podávací mechanismy a svařovací hořáky. Svařuje se stejnosměrným proudem s elektrodou +. Jako zdroje proudu se doporučují usměrňovače s konstantním proudem, příp. plně elektronické zdroje pro pulzní techniku. Jako ochranné plyny přicházejí v úvahu směsi 82% Ar + 18% CO2 (M 21), příp. pro tenké plechy a vyšší rychlosti Ar + 4 až 8% O2.

Cíleným využitím delšího volného konce na hořáku se vylepší energetická bilance odporovým ohřevem ve prospěch odtavovacího procesu. Kromě toho při plném tažení ve srovnání s konvenčními dráty přináší pravoúhlý průřez s velkým poměrem šířka/tloušťka výhody při tvorbě kapek a jejich přenosu i mimo oblast oblouku. Oscilující oblouk, který je znám při svařování páskovými elektrodami, však zde nenastává. Za těchto předpokladů vzniká širší plošší, ale "chladnější" tavná lázeň s dobrými výchozími podmínkami, a tím i se zvýšenou odolností proti pórům a proti krystalickým trhlinám.

Při uspořádání elektrody kolmo ke směru svaru se zlepšuje přemostění svarové spáry, což má přednosti zejména při svařování tenkých plechů. Jako rozhodující +body jsou na základě odtavovacího výkonu dosažitelné vysoké svařovací rychlosti jako výsledek snížení rozevření svarové spáry a s tím spojená možnost snížení počtu vrstev a snížení množství tepla.

Snadno obrobitelné automatové ocele s vysokým obsahem síry platí pro vznik nízkotavitelných sulfidů jako nevhodné ke svařování. Na příkladě nelegované automatové ocele 10S20 (č. materiálu 1.0721) bylo ukázáno, že takové generální odsouzení není zcela odůvodněné. Pokud základní materiál splňuje předpoklad, že při zkoušce na trhliny za tepla vzniknou v nataveném pásmu jen trhliny při tuhnutí, ale ne trhliny při opakovaném natavení nebo trhliny z poklesu tvárnosti v tepelně ovlivněném pásmu, pak je možno dosáhnout výběrem vhodných přídavných materiálů svarový spoj bez trhlin. Uprostřed I-svaru na 10 mm tlustém plechu oceli 10S20 vytvořeném elektronovou nebo laserovou technikou byly trhliny prokázány. Uprostřed V-svaru (60o rozevření) se při použití obloukového svařování (ručně, MAG, WIG) podařilo při použití chromem přelegovaných přídavných materiálů dosáhnout svarový kov se zřetelně nižším sklonem ke vzniku trhlin než má základní materiál.

Aby se při svařování vysokopevných jemnozrnných ocelí zabránilo ztvrdnutí svarového kovu vlivem vysoké ochlazovací rychlosti a aby se ve svarovém kovu docílily podobně dobré mechanicko technologické vlastnosti podobné základnímu materiálu, vyžaduje se struktura svarového kovu s dostatečně vysokým podílem jehlicového feritu. Vycházelo se přitom z poznání, že titan ve spojení s kyslíkem jako titanoxid podporuje tvorbu jehlicového feritu. V prvé fázi byl proto zajištěn ve svarovém kovu dostatečný obsah titanu a kyslíku. Přitom se ukázalo, že pro každý ze třech sledovaných svařovacích procesů (laserové svařování, elektronové svařování v atmosféře a elektronové svařování ve vakuu) je nutný individuální obsah titanu a kyslíku, aby se docílil optimální obsah jehlicového feritu. Kritériem pro hodnocení bylo přitom dosažení vrubové houževnatosti při nízkých teplotách - 45 J při -40 oC.

Z výsledků předcházející práce byla vyvinuta trubičková elektroda s obsahem titanových a oxidických složek, která odpovídá zjištěným požadavkům. Pro laserové svařování a pro elektronové svařování v atmosféře nejlépe splnila požadavky rutilbazická trubičková elektroda TG50Ni. Trubičková elektroda vhodná pro elektronové svařování ve vakuu neskončila úspěšně.

Tato elektroda byla přezkoušena při laserovém svařování a při elektronovém svařování v atmosféře pro svarové spoje na jemnozrnných ocelích L450MB (1.8975), S380MC (1.0978) a DD11 (1.0332) při tloušťce plechu 6 a 12 mm s různým obsahem uhlíku od 0,03 a 0,07% C. Byla docílena struktura svarového kovu s nejvyšším obsahem jehlicového feritu a mechanické hodnoty při nízkých teplotách byly příznivé.

Všechny obloukové varianty vysokovýkonového svařování, které pracují s tavnou elektrodou, se vyznačují tím, že při nich existuje souvislost mezi elektrickými hlavními parametry - svařovacím proudem a napětím a výkonem navaření. To omezuje zřetelně možnost flexibilního řízení tepelného příkonu, a tím i možnost ovlivňovat vnější i vnitřní tvary spoje. V jedné práci bylo ukázáno, že při bezprostřední prostorové a časové provázanosti těchto obloukových procesů a ve spojitosti s předem probíhajícím bezdotykovém ohřevu (středofrekvenční indukční ohřev) je možno řídit příkon tepla, a tím i výkon, a ovlivňovat tak geometrii spoje, rychlost ochlazování a v konečné fázi i metalurgické procesy.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz