123



Stránky připravuje:

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

Aktualizováno: 10/05/2007

03_1-2 Svařování nelegovaných a nízkolegovaných ocelí

Technicko-svařovací zpracování nových, tzv. modifikovaných základních materiálů a svařovacích drátů z materiálové třídy nelegovaných a nízko legovaných ocelí může být významně ulehčeno a kvalitativně vylepšeno inovačními směsnými plyny. K tomuto okruhu problémů byl zpracován přehled. Byla posouzena různá kritéria pro výběr optimálního chemického složení směsi ochranného plynu pro klasické MSG-svařování a pro MSG-vysoko výkonné svařování v závislosti na tloušťkách svařovaných materiálů. Byly formulovány vlivy jednotlivých složek plynů a různých směsí plynů na nastavování svařovacích parametrů a na očekávané vlastnosti svarových spojů.
Zvláštní nároky na svařovací ochranný plyn se ukazují při MSG-vysoko výkonném svařování ocelí s povrchovými povlaky. Byly popsány vhodné směsi na bázi argonu s aktivními přídavky kyslíku a CO2 společně s diverzními typy z praxe.

Při směsích argon-kyslík dochází při MSG-sprchovém svařování plnými dráty v nepravidelných časových odstupech k nárůstu a následujícímu rozpadu jednotlivých tavných kapek na svařovacím drátu. Oba dílčí procesy probíhají před vlastním oddělením kapky a souvisí s vývinem plynu uvnitř tavné kapky. Kyslík obsažený v plynu reaguje z počátku jen s uhlíkem difundujícím z vnitřku kapky na povrch na CO. V druhém oxidačním stupni se pak z povrchu kapky uvolňovaný CO mění na CO2. Jestliže je nabídku uhlíku na povrchu kapky malá, mění se průběhy. Na povrchu kapky se vytváří FeO a malé množství přitékajícího kyslíku je tavnou kapkou přijímáno a rozpouští se v ní. Následně reaguje část rozpuštěného kyslíku s dílem ještě v tekutém kovu existujícího uhlíku na CO. Působením CO-molekuly ve tvaru plynové bubliny se nadouvá tavná kapka a následně se rozpadne.

Větší počet výzkumných prací se věnuje zvláštním zátěžím, kterým jsou nelegované a nízko legované oceli vystavené v zařízeních pro energetiku a ve stavbě chemických zařízení. Jedna se zabývá ohrožením svarů vytvořených ručním svařováním a WIG-svařováním způsobeným vysokoteplotní korozí. Trubkové systémy v parních kotlích jsou ve značném měřítku vystaveny jak na straně vody, tak i na straně plamene diverznímu koroznímu napadení. Jelikož se do napájecí vody zpravidla přidává kyselé médium, aby se omezilo vytváření vodního kamene na stěnách trubek, je třeba v oblasti svarů počítat se zvýšeným místním úbytkem materiálu. Zodpovědné jsou za to lokálně zvýšené elektrochemické potenciály v důsledku strukturálních změn v tepelně ovlivněných zónách svarových spojů. S ohledem na to bylo na svařovacích vzorcích z nelegované ocele ASME SA210 Gr. Al zkoumáno, jak velké úbytky nastávají při napadení zředěnou kyselinou solnou ohřátou na 100 oC. Pro srovnání probíhal souběžně výzkum s přídavkem 100 ppm Hexaminu jako inhibitoru média. Ukázalo se, že WIG-svary vykazují generelně nižší úbytky než ručně svařované spoje.

V jakém měřítku se oblasti svarů stávají místními anodami, jestliže jsou v kontaktu s rychle proudícími médii blízkými mořské vodě, bylo zkoumáno na svarech trub, které byly vystaveny 3,5%nímu roztoku chloridu sodného jako simulované napájecí vodě jaderných zařízení. Při rychlosti proudění 3,14 m/s nastal silný úbytek materiálu v tepelně ovlivněném pásmu, přičemž míra úbytku způsobená tvorbou struktury byla výrazně vyšší než vlivem geometrických podmínek na svarovém spoji.

Již delší dobu je známo, že nádoby a trubkové systémy chemických zařízení z nelegovaných a nízkolegovaných ocelí, které jsou vystaveny silně alkalickým médiím, jsou v oblasti svaru vystaveny korozi trhlin z napětí. Mechanismus koroze je založen na anodickém rozpouštění kovu na mikrotrhlinách indukovaných napětím, při čemž trhliny vytvářející mechanické pnutí může rezultovat jak z vnějších sil, tak i ze svarových vnitřních pnutí. Dále bylo zkoumáno, jaký vliv při tom mají různé svařovací procesy, a to na ocelích S235JRG2, 19Mn6 a 10CrMo9-10. Byly při tom použity laserové a elektronové svařování, plazma-MIG-svařování a svařování pod tavidlem. Jako korozní médium sloužil 60%ní roztok vroucího kalciumnitrátu. Svarové spoje na S235JR2G se ukázaly jako neodolné, svary na 10CrMo9 jako odolné proti korozi trhlin z napětí ve zkušebním médiu. Pro žárupevnou ocel 19Mn6 byla zjištěna částečná odolnost se zřetelným vztahem k použitému svařovacímu procesu. Zatímco vzorky svařené laserovou a elektronovou metodou prokázaly zvýšenou napadnutelnost korozí trhlin z napětí, ukázaly se vzorky svařené plazmou a pod tavidlem jako odolné. Zodpovědnost za to se přisuzuje tvorbě struktury ve svarovém spoji v tepelně ovlivněném pásmu. Při obou prvně jmenovaných procesech se vytvářela martenziticko-bainitická strutura s nejvyššími tvrdostmi ve svarovém kovu kolem 450 HV1 bez tepelného zpracování a okolo 320 HV1 ve stavu žíhání na odstranění pnutí. Naproti tomu oba zbývající procesy vytvářely bainiticko-feritickou strukturu s relativně nízkými hodnotami tvrdosti. Nejvyšší tvrdosti ležely při tepelně neošetřeném stavu při 220 HV1 a v ošetřeném stavu kolem 180 HV1.

V současné výrobní praxi ve výrobě energetických zařízení jsou běžná smíšená spojení mezi druhově odlišnými základními materiály. I přes existující zkušenosti vyžadují nové nebo zřídka užívané materiálové kombinace zpravidla základní svářečsko-technická šetření. To se např. týká také smíšených spojení mezi kotlovou ocelí 14MoV6-3 a vysokolegovanými ocelemi s 9 až 12% chromu, o kterých bylo zatím jen málo informací. Byly uveřejněny nové poznatky k takovým typům spojů při výrobě tlakových systémů pro 200-MW-bloky. Při technologických ohybových zkouškách s odpovídajícími svarovými vzorky docházelo často již při malých úhlech ohybu k natržení v tepelně ovlivněném pásmu na straně vysokolegované ocele. Trhliny vznikaly i po nejpřísněji dodržených osvědčených teplotních podmínkách během svařování a tepelném ošetření po něm. Jako příčina bylo zjištěno, že v oblasti tepelně ovlivněného pásma určité oxidy na hranicích zrn, které pocházejí z výroby ocele, nepříznivě spolupůsobí s feritickými plenami, které vznily působením svařovacího tepla. Pomohla změna svařovací technologie. Za pomoci předehřátí na hodnoty těsně pod Ms-teplotou, změny režimu teploty při svařování a dvojitého žíhání při teplotách mírně pod Ms se podařilo smíšené spoje vyrobit kvalitně.

Byly analyzovány problémy kvality při svařování pod tavidlem smíšených spojů z nelegované konstrukční ocele a duplexní ocele SAF 2205 (X2CrNiMoN22-5-3). Nepřesné řízení polohy svařovacího drátu ve svarové spáře způsobuje vždy místně rozdílné chemické složení svarového kovu a vede tím podél spoje k částečně závažně proměnným hodnotám pevnosti a houževnatosti. Při Y-úpravě hran se stojinou 4 mm vznikly oblasti s hodnotami tvrdosti nad 600 HV10, jestliže poloha drátu byla blíže k duplexní oceli. Tvrdé oblasti obsahovaly martenzit. V-úprava hran se středovým vedením drátu měla v kořenové housence strukturu se skeletovými feritickými strukturami. Hodnoty tvrdosti ležely v přípustné oblasti.

Na Welding Show 2003 AWS byla firmou Specials Metals předveden přídavný materiál pro spoje duktilní litiny jak navzájem, tak i s konstrukčními ocelemi při vysokém namáhání. Přídavný materiál s označením Ni-ROD 44 odpovídá ASW A5.15 ERNiFeMn-CL a má chem. složení 44% Ni, 45% Fe a 11% Mn.

Byly uveřejněny výsledků výzkumu použití svařování třením s posuvem pro spoje z konstrukční oceli. Podařilo se zhotovit bezchybné svarové spoje na 6,35 mm tlustém plechu ze za tepla válcované oceli AISI-1018 (chem. složení 0,18% C, 0,82% Mn, 0,01% P, 0,006% S, méně než 0,001% Si) a základního materiálu odpovídajících pevnostních vlastností. Rychlosti svařování ležely v oblasti od 0,42 do 1,68 mm/s. Nástroj z nástrojového materiálu na bázi molybdenu, resp. wolframu rotoval během svařování 450 až 600 1/min. Axiální zatížení nástroje přitom činilo 18,7 kN, naměřené točné momenty v oblasti 55 Nm.
Během svařovacího procesu, zejména v jeho počáteční fázi, docházelo v důsledku třecího opotřebení ke změnám rozměrů nástroje. Na základě měření teploty a odhadů vytváření struktury v zóně svaru se došlo k závěru, že v průběhu procesu vznikaly teplotní špičky v největší míře v oblasti 1100 až 1200 oC.

Byly uveřejněny informace o použití "Surface Tension Transfer (STT)" procesu fy. Lincoln Electric pro opravu dvou vysokotlakých ohřívačů napájecí vody. STT-proces byl popsán jako modifikovaný krátkoobloukový MSG-proces, který používá vysokofrekvenční střídačovou technologii a umožňuje zlepšenou kontrolou tvaru vln zhotovování kvalitativně vysoko hodnotných svarových spojů při redukovaném vývinu zplodin a rozstřiku. Ve srovnání s obvyklým krátkoobloukovým MSG-procesem nabízí SST-technologie možnost řídit velikost proudu nezávisle na rychlosti posuvu drátu, a tím i redukovat tepelný příkon na minimum potřebný pro vytvoření bezvadného spoje.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz