123



Stránky připravuje:

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

Aktualizováno: 10/05/2007

02_1-4 Svařování vysokolegovaných ocelí a slitin na bázi niklu

Vysokolegované austenitické ocele mají, jak známo, jen 30% tepelné vodivosti nelegovaných ocelí. Jejich bod tavení leží níže než bod tavení nelegovaných ocelí, takže se musí svařovat s malým příkonem tepla. Aby se zabránilo protavení nebo přehřátí u tenkých plechů, je třeba nastavit svařovací rychlosti výše. Pro přídavný odvod tepla se dají použít měděné podložky.

Při WIG-svařování nerezavějících ocelí mohou nastat neočekávané změny v geometrii svařovacích housenek vytvářených bez přídavného materiálu, jestliže se změní výrobce oceli nebo jestliže u výrobce oceli dojde promíchání různých šarží. Lze očekávat, že se tento efekt projeví negativně při plně mechanizovaném nebo automatizovaném WIG-svařování. Z tohoto důvodu byly na 50 různých šaržích austenitických a martenzitických ocelí naneseny slepé housenky při použití dvou velikostí proudu a dvou obloukových zařízeních a metalograficky zhodnoceny s ohledem na jejich povrch a na poměr šířky k hloubce. Studie jednak ukázala, že nerezavějící ocel musí pro dosažení dobré svařitelnosti bezpodmínečně vykazovat stopy síry, přičemž efekt je ovlivňován délkou oblouku. Dále bylo prokázáno, že vápník není nutno u tohoto svařovacího procesu a u těchto ocelí bezpodmínečně používat jako desoxidační prvek.

Při jednom WIG-svařovacím procesu označeném jako "Svařování dvojitým obloukem-dvojitým tavidlem" se dají u nerezavějících trubek s tloušťkou 0,6 a 0,7 mm docílit svařovací rychlosti ca 10 m/min. Tato varianta procesu se vyznačuje velmi nízkým tepelným příkonem pod 50 J/min, který působí zpětně velmi příznivě na mikrostrukturu a chování odměšování nerezavějící oceli. Další varianta WIG-svařování, která byla v r. 1996 speciálně vyvinuta a optimalizována pro stavbu velkých nádob z korozivzdorné ocele pro potravinářský průmysl, je poloautomatické tzv. "Rotig-svařování". Je popsána konstrukce a způsob práce "Rotig-svařovacího zařízení".

Další práce diskutuje ve všeobecném zpětném pohledu na vývoj duplexních ocelí v posledních třech desetiletích a jejich chování při svařování. Švově svařovaná potrubí pro zásobovací sítě v oblasti spodních vod se mimo jiné vyrábějí z nerezavějící duplexní oceli Alloy 19D (UNS S2001), která byla vyvinuta a patentována pod obchodním názvem Nitronic 19D. Tato ocel obsahuje zejména 0,03% C, 20% Cr, 5% Mn, 1,1% Ni a 0,14% N. Příspěvek popisuje vlastnosti této ocele, výrobu potrubí, způsob svařovacího zpracování a příslušná opatření pro zabezpečení kvality.

Byly dány praktické pokyny pro výrobu den nádrží z duplexní ocele 2203 (X2CrNiMoN22-5-3, číslo materiálu 1.4462) a ze superduplexní ocele 2507 (X2CrNiMoN25-7-4, číslo materiálu 1.4410). Jsou v tom zahrnuty údaje k speciálním požadavkům na materiál - hrubé plechy (dodací podmínky, chemické analýzy, stav struktury, mechanické vlastnosti), předběžná opatření při svařování (možné jsou obloukové svařování, plazmové svařování a svařování pod tavidlem), pro tváření za tepla a za studena, pro tepelné zpracování (žíhání pro odstranění pnutí), pro destrukční i nedestrukční zkoušení a pro ošetření povrchu.

Možnost pozorovat na původním místě fázové přeměny ferit-austenit vznikající v tepelně ovlivněném pásmu vlivem WIG-svařování nabízí SRXRD (Statially Resolved X-Ray Diffraction). Tato metoda podává významné informace o kynetice fázových přeměn nastávajících v průběhu cyklů čas-teplota typických pro svařování.

Speciálně pro svařování austenitických molybdenových (6%), duplexních a superduplexních byl vyvinut přídavný materiál SG-NiCr20Fe14Mo11WN (číslo materiálu 2.4849, slitina na bázi niklu). Svarový kov z tohoto přídavného materiálu vyniká jak vysokou odolností proti všeobecné, bodové a spárové korozi v nejrozličnějších organických kyselinách, minerálních kyselinách, louzích a solích, tak i dobrými mechanickými vlastnostmi při teplotách okolí sž do 550 oC. Byly uveřejněny detailní údaje o pevnostních vlastnostech a o korozním chování svarových spojů, které byly zhotoveny s tímto přídavným materiálem pomocí ručního obloukového svařování a způsobem MIG/MAG. Jako základní materiál byly použity 12 a 16 mm tlusté plechy z dusíkatých austenitických nerezavějících ocelí molybdenových a duplexních, příp. superduplexních.

Pro svařování supermartenzitických ocelí se dnes používají též přídavné materiály stejného typu. Různé výrobní příklady (výroba obvodových svarů na rourách pomocí orbitálního MIG-svařování do úzké spáry, výroba podélně svařovaných rour s kombinací svařování plazmového a pod tavidlem), při kterých byly použity dvě supermartenzitické kovovým práškem plněné trubičkové elektrody s 13% Cr a 1,5 resp. 2,5% Mo ukazují, že zhotovené svarové spoje mají velmi dobré mechanicko-technologické vlastnosti a vysokou odolnost proti korozi. Další výzkumy se uskutečnily na vybraných smíšených spojích rour ze supermartenzitické a superduplexní oceli, které se spojovaly při použití přídavného materiálu vyrobeného ze slitiny na bázi niklu a ze superduplexní oceli. Výsledky ukázaly, že oba přídavné materiály jsou vhodné pro svařování smíšených spojů, vyžaduje se však speciální výběr v závislosti na specifickém použití.

Je třeba upozornit, že při použití přelegovaných přídavných materiálů na bázi niklu pro spojování superaustenitických a superduplexních ocelí jsou svarové spoje charakterizovány nízkou mezí kluzu, ne tak vysokou korozní odolností v okysličujících médiích a možným výskytem trhlin za tepla. Pro odstranění těchto problémů byl pro tyto ocele vyvinut přídavný materiál na bázi železa s vysokým obsahem dusíku a byl pokusně testován WIG- a MIG-svařováním. Zatímco spoje zhotovené WIG-svařováním byly bez pórů a měly dobrou kvalitu s ohledem na mechanické vlastnosti a na korozní odolnost, ve spojích zhotovených způsobem MIG se vyskytovaly menší póry.

V jedné práci bylo doporučeno učinit výběr optimálních přídavných materiálů pro svařování supermartenzitických rour v závislosti na skutečně požadovaných napěťových a provozních podmínkách. Srovnávací experimentální výzkumy při použití jednoho supermartenzitického, jednoho duplexního a jednoho superduplexního přídavného materiálu ukázaly, že použití supermartenzitického místo duplexního přídavného materiálu vyvolá - bez ohledu na zabránění smrštění - mnohem menší pnutí a deformace ve svarových spojích. Tepelně ovlivněné pásmo vytvořilo trhlinově nejjistější oblast svarového spoje.

Byl poskytnut všeobecný přehled o svařování niklu a jeho slitin. Pro MAG-svařování slitin na bázi niklu a vysokolegovaných ocelí byly v posledních letech vyvinuty různé "na míru šité" směsi plynů. Tak existuje speciální směs plynů ("Cronigon HT") pro na trhliny za tepla citlivou slitinu na bázi niklu NiCr25FeAlY (číslo materiálu 2.4633) skládající se z argonu s objemovým podílem 5% N2, 5% He, 0,05 CO2, s kterou se zřetelně zvýší odolnost proti vzniku trhlin za tepla spojů svařených metodou MSG. V souvislosti s testem na trhliny za tepla bylo zjištěno, že se tento trhliny minimalizující efekt dusíku, který nastává i při WIG- a MSG-svařování slitiny NiCr25FeNY, nedá přenést na jiné na trhliny citlivé slitiny na bázi niklu či železa jako je např. NiCr29Fe (číslo materiálu 2.4642), NiCr22Fe18Mo (číslo materiálu 2.4663) nebo X10NiCrAlTi32-20 (číslo materiálu1.4876).

Při laserovém svařování slitiny na bázi niklu Inconel 718 vznikají trhliny v tepelně ovlivněném pásmu především v závaru ve tvaru tulipánu. Pro určení příčin byla provedena analýza rozložení teploty a pnutí ve svarových spojích. Na základě získaných výsledků byl objasněn mechanismus tohoto vzniku. Zatímco jeden článek prezentuje výsledky laserového svařování pro slitiny nikl-molybden, ve druhém je provedeno srovnání svarů elektronovým a laserovým paprskem na vytvrzených 4,3 mm tlustých plechách slitin na bázi niklu Waspalloy a Udimet.

Uskutečnily se výzkumy absorpce a desorpce dusíku při laserovém svařování austenitické nerezavějící oceli Fe-20Cr-10Ni. Se stoupajícím parciálním tlakem dusíku roste obsah dusíku ve svarovém kovu při WIG-svařování rychleji než při CO2-laserovém svařování. Ve svarovém kovu při Nd:YAG laserovém svařování leží obsah dusíku ještě níže než při CO2-laserovém svařování.
Další práce informuje o metalurgických a mechanických výzkumech u spojů svařených třením na austenické nerezavějící oceli s vysokým obsahem dusíku.

MSG-svařování v oblasti vysokých výkonů (MSG-Tandem-vysokovýkonné svařování) se nabízí nejen pro spojovací svařování, ale i pro navařování vysokolegovanými přídavnými materiály. Předností je velká různorodost přídavných materiálů a nízké promíchání se základním materiálem. Byla proto provedena řada návarů na nelegovaných ocelových plechách pomocí přídavných materiálů slitinami na bázi chrom-niklu a niklu uvedenou technologií a materiálově vyhodnocena.

Významným základním předpokladem pro vysokou stabilitu procesu při MSG-svařování vysokolegovaných materiálů je pravidelný posuv drátu hadicovým systémem a hořákem. Různými pokusy bylo prokázáno, že drsnost, předdeformování, stejně jako druh, tvar a množství povrchových nečistot na drátu silně ovlivňují chování procesu.

Další práce informují o problematice výroby svarových spojů materiálových kombinací nerezavějících ocelí (feriticko-austenitické, feriticko-feritické) z hlediska výběru přídavných materiálů, svařovacích podmínek a tepelného zpracování po svaření. Vysvětlují se rovněž aspekty spojování nerezavějících výše pevných plechů z ušlechtilých ocelí, které musí být zohledněny při výrobě smíšených spojů. Tak neukazují austenity na rozdíl od feritů při MSG- a laserovém svařování žádné vytvrzení v oblasti spoje. To má význam pro vlastnosti konstrukčních dílů.

Spojování sendvičových desek s umělohmotnou vložkou není na základě rozdílných materiálových vlastností a nízké teplotě tavení a rozkladu bez problémů. Uspokojivé výsledky se podle dosavadního stavu poznání dají docílit jen pomocí lepení a slepeho nýtování.

Čím speciálnější a "exotičtější" jsou materiály určené pro spojení, tím obtížnější je přizpůsobení spojovacího procesu ke zpracovávaným materiálům. Pro smíšené spoje z tantalových a chrom-nikl-(molybden)ových ocelí ocelí se dobře hodí difusní svařování. Pro jednotlivé případy použití je třeba pomocí přípravných pokusů nalézt optimální parametry pro bezpečný výsledek.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz