123



Stránky připravuje:

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

Aktualizováno: 10/05/2007

03_1-4 Svařování vysokolegovaných materiálů

Stavba chemických zařízení je typická oblast použití vysokolegovaných ocelí a materiálů na bázi niklu. Svarové spoje na těchto materiálech představují velmi často korozně chemicky slabé body. Pro jejich specifické vlastnosti vzbuzují nerezavějící ocele stále větší zájem ve stavbě automobilů. Byla uveřejněna pracovní studie o použití nerezavějících ocelí ve stavbě autobusů, která informuje o aspektech výběru materiálu, svařování, tváření, mechanickém zkoušení, korozním zkoušení a o koncepcích a doporučeních pro design.

Významné pro korozní odolnost vysokolegovaných svarových spojů jsou výběr přídavných materiálů, stanovení vhodných svařovacích parametrů a výběr vhodného ochranného plynu.

Byla formulována doporučení pro výběr přídavných materiálů při obloukovém svařování nerezavějících ocelí. Dále byly diskutovány zvláštnosti svářečsko-technického zpracování těchto ocelí. V dalším článku byl představen nově vyvinutý stabilizovaný feritický přídavný materiál s výrobním označením Exhaust F1 pro MIG- a WIG-svařování feritických nerezavějících ocelí jakostí AISI 409, AISI 436 a AISI 441. Tyto ocele nacházejí stále větší použití při konstrukci výfukových zařízení. Pomocí Exhaust F1 zhotovené svarové spoje vykazují s ohledem na korozní a oxidační odolnost a tepelnou únavu nejméně stejně dobré a v mnohých případech lepší vlastnosti ve srovnání s austenitickými přídavnými materiály.

Použitý ochranný plyn má kromě jiného významný vliv na vzhled spoje. Při stavbě chemických zařízení je třeba s ohledem na vysokou korozní odolnost dbát na málo rozstřikové, hladké a málo oxidované svarové spoje. Pro WIG-svařování vysokolegovaných CrNi-ocelí se např. doporučuje použití směsi plynu 3% He/0,8 H2/zbytek Ar (obchodní značka Argofit). S tímto plynem lze ve srovnání s Ar svařovat ještě 3 mm tlustý plech v I-tvaru se spolehlivým průvarem kořene. K tomu vykazují svarové spoje ještě čistý vzhled a vyšší odolnost proti korozi. Uvedený ochranný plyn je možno použít i pro ochranu kořene. Při svařování vysokolegovaných ocelí je ochrana kořene velmi důležitá, protože vysoko legované ocele bývají zpravidla na straně kořene intenzivně korozně zatěžovány.

Bylo sděleno, že při WIG-svařování austenitické ocele X5CrNi18-10 (1.4301) působí přídavek kyslíku k argonu v rozsahu mezi 0,3 až 0,5% příznivě na zvýšení poměru hloubka/šířka svarového spoje. Při přídavcích kyslíku pod 0,2%, resp. nad 0,6% se tento poměr naopak snižuje. Jestli je s tím spojené ovlivnění korozní odolnosti autoři neuvádějí.

Další práce informuje o vlivu při WIG-svařování vysokolegovaných ocelí typu Cr-Ni(Mo) (např. 1.4301, 1.4571, 1.4404, 1.4462) na kořenové straně vznikajících náběhových barev na odolnost proti důlkové korozi v závislosti na intezitě zabarvení. Světlé a slámově žluté náběhové barvy odolnost proti důlkové korozi ovlivňují ztěží, intezivní hnědé tóny jsou však kritické. Všeobecně platné pravidlo, kdy je možno upustit od moření po svařování, však nebylo definováno.

Bylo pojednáváno o aktuelních vývojích ochranných plynů pro svařování materiálů na bázi niklu při zohlednění vlivu plynu na odolnost proti trhlinám za tepla. Pro dokázání vlivu plynu požili autoři testy trhlin za tepla MVT a PVR na cize namáhaných zkouškách (MVT-Modified Varenstrait Transvarenstrait Test, PVR-Programmierter- Verformungs-Riss-Test). Pro svařování slitiny na bázi niklu NiCr25FeAlY (mater. č. 2.4633) se přídavek dusíku k argonu ukázal jako příznivý pro zvýšení odolnosti proti trhlinám za tepla.

Pro zpracování vysokolegovaných materiálů se stále více uplatňuje laserové svařování.
V rámci společného výzkumného programu firem Alstom-Linke-Hofmann-Busch GmbH v Salzgitteru a Laser-Centrum Hannover byl zkoumán potenciál laserové technologie pro zvýšení konkurenceschopnosti kolejových vozidel při rozdílných způsobech ocelových konstrukcí. Autoři vyvinuli spojovací techniku na bázi laseru pro výrobu bočních struktur kolejových vozidel z ušlechtilých ocelí.

I při sériové výrobě podélně svařovaných rour z Cr- a CrNi-ocelí se dosavadní svařování v ochranných plynech stále více a více nahrazuje laserovým svařováním, resp. Laser-MSG-hybridním svařováním. Samotné laserové svařování není v současné době pro svařování rour s většími tloušťkami stěn dostatečně atraktivní. Zde hybrid Laser-MSG-svařování nabízí nákladově příznivější alternativu. Pro podélné svařování rour ze supermartenzitických ocelí se tato procesní varianta již průmyslově etablovala. Dosažené výsledky je možno přenést i na jiné rozměry a materiály, takže je možno využít proces pro řadu aplikací.

Při laserovém svařování duplexních ocelí vzniká vlivem rychlého ochlazování ve svarovém spoji enormě velký obsah delta-feritu. Z toho důvodu byla zkoumána možnost požít nasazený laser pro synchronní ošetření povrchu svarového spoje během svařování. Přitom vzniklé tepelné pole mohlo být analyticky popsáno. To umožnilo optimalizaci parametrů procesu s ohledem na pravidelný poměr austenit-ferit.

Předmětem výzkumu byla vhodnost laserového svařování a laserového tvrdého pájení pro spojování CrNi-ocelí. Výsledky ukázaly, že laser je v zásadě pro svařování a pájení CrNi-ocelí vhodný. Oba způsoby však nejsou ve stejném rozsahu vhiodné pro praktické výrobní použití. Důvody pro to byly zjišťovány. Dále bylo zjištěno, že svarové spoje vynikají velmi vysokou pevností a tvárností a dále bezchybnými povrchy. Ve svarovém kovu se tvoří částečně póry, ty však nezpůsobují žádné měřitelné ovlivnění kvality spoje, jestliže se nacházejí uprostřed spoje. Při laserově pájených spojích je třeba nalézt kompromis mezi dosažitelnou pevností a optickým vzhledem spoje. Kromě toho mohou vzniknout v pájce trhliny, což snižuje použitelnost pájených spojů.

Je popisován nový laserový svařovací proces, krátkoimpulsové laserové svařování, který může přednostně přijít v úvahu pro bodové svařování vícevrstvých plechů se vzdálenostmi polohy v oblasti tloušťky horního plechu. Je při tom cílem vytvořit v horním plechu klidnou tavnou lázeň, která se pomocí krátkého impulsu (vysoký výkon nad 1 kW, trvání impulsu pod 0,3 ms) urychlí ve směru naproti ležícího plechu. To umožňuje překlenutí spáry až do 100% tloušťky horního plechu a i více. Proces byl vyzkoušen na 250 mikrometrů tlustých ocelových plechách z nerezavějící CrNi-ocele (X8CrNi18-12) s různými šířkami svarové spáry (0, 50 a 100% tloušťky horního plechu), různými výkony impulsu (0,75 až 2,25 kW) a dobami impulsu (0,2 a 0,4 ms).

Použití aktivačních pomocných hmot při WIG-svařování vysoko legovaných ocelí nabízí jak známo velký potenciál pro zvyšování produktivity, protože hloubka průvaru ve srovnání s konvenčním WIG-svařováním s argonem silně narůstá. Zatímco v posledních letech bylo o tom již hodně publikováno, novější práce se zabývají vlivem aktivačních pomocných hmot na mechanické vlastnosti a na korozní odolnost vysoko legovaných svarových spojů. Zkoumanými materiály jsou např. austenitická ocel 1.4404, superaustenitická ocel 1.4547, duplexní ocel 1.4462 a superduplexní ocel 1.4410. Speciálně WIG-svařování s aktivními tavidly duplexních a superduplexních ocelí dává příznivé efekty v pohledu korozní odolnosti a mechanických vlastností. V této souvislosti je i použití dusíku jako složky ochranného plynu významným faktorem. Duplexní svarové kovy s vyšší hladinou dusíku, která je způsobena např. dusík obsahujícím ochranným plynem, vykazují zvláště dobrou všeobecnou korozní odolnost a vysokou odolnost proti důlkové korozi.

Použití aktivizačních pomocných hmot (typ: ActicaTec 500) při laserovém svařování (HPDL Rofin Sinar DL020) duplexních ocelí přináší pozitivní vliv na hloubku průvaru. Jestliže se ještě nad to použije dusík jako procesní plyn místo argonu, dá se na jedné straně zvýšit rychlost svařování aniž by se tvořily póry ve svarovém kovu, a na druhé straně se vylučuje ve struktuře více než 40% austenitu. To vede k tomu, že tažnost a mez kluzu s aktivními tavidly zhotovených laserových svarů jsou stejně dobré jako u základního materiálu válcovaného za studena.

Další možnost jak zvýšit produktivitu svařování duplexních ocelí nabízí použití specielní Plasma-WIG-hybridní techniky. Při ní je přímo za plasmovým hořákem uspořádán WIG-hořák. Při tom vykazují vzdálenost mezi oběma hořáky a zvolený WIG-svařovací proud signifikantní vliv na mikrostrukturu a na korozní odolnost svarů.

Absorpce dusíku při CO2-laserovém svařování duplexní ocelolitiny JIS SUS29J1 (UNS J93370, ASTM-A351) a Fe-20Cr-10Ni-slitiny byly experimentálně určovány a srovnávány s daty, které byly vypočteny podle Sievertova zákona, a dále s hodnotami obloukového a Nd-YAG-laserového svařování. Bylo jištěno, že absorpce dusíku při CO2-laserovém svařování je nižší než při obloukovém svařování, ale vyšší než při svařování laserem s pevnými tělísky.

Jeden příspěvek ukazuje, že svařování duplexní ocele není stále ještě bez problémů. Vzniklé problémy Štětínské loděnice při svařování chemických tankerů z duplexní ocele pro jedno norské rejdařství vedly mimo jiné ke konkursu loděnice. Autoři popisují těžkosti, které nastaly při svařování tlustostěnného nákladního tankeru o nosnosti 39 500 t Brutto. Na základě získaných zkušeností vytvářejí autoři generelní doporučení pro svařování nerezavějících duplexních ocelí.
Výsledky výzkumů odolnosti k důlkové korozi WIG-vícevrstvých svarů duplexních ocelí UNS S32304, UNS S32750, UNS S32760 byly předmětem další práce.

Smíšené spoje CrNi-ocele s nelegovanou ocelí nejsou v praxi žádnou zvláštností. Pro obloukové ruční spojovací svařování austenitické ocele (X2CrNi19-9) s nelegovanou konstrukční ocelí (St42) byl v několika pracech doporučen austenitický přídavný materiál. To zaručuje zhotovení svarového spoje v dobré kvalitě a bez vzniku trhlin za tepla. Při svařování pod tavidlem spoje mezi duplexní ocelí a uhlíkovou ocelí vznikají problémy především z nepravidelného promíchání obou ocelí v důsledku nedostečné možnosti kontroly polohy svařovacího drátu. Jsou poskytnuty informace o z toho vyplývajících mechanických vlastnostech a struktuře spojů.
V další práci je pojednáno o laserovém svařování smíšených spojů mezi duplexní a austenitickou ocelí, duplexní a uhlíkovou ocelí, austenitickou a uhlíkovou ocelí a mezi duplexními ocelemi.

Příznivý vliv dusíku na pevnostní a korozní vlastnosti, na vlastnosti při nízkých teplotách, na nemagnetičnost a na dlouhodobé vlastnosti vysoko legovaných austenitických ocelí je řadu let znám. Pro zpracování takových nerezavějících ocelí s vysokým obsahem dusíku jsou k dispozici různé technologie, které se např. rozlišují podle způsobu vnášení dusíku do taveniny. V jedné práci byly diskutovány údaje k rozpustnosti dusíku v tavenině v tekutém a tuhém stavu a dále vlivy tlaku, teploty a chemického složení. Při svařování nerezavějících ocelí s vysokým obsahem dusíku je třeba rozlišovat mezi takovými, které byly syceny dusíkem při atmosférickém tlaku, a sycenými při zvýšeném tlaku. Byla dána odpovídající doporučení pro tlakové a tavné svařování ocelí s vysokým obsahem dusíku.

Byly popsány nejdůležitější vývojové práce nových bezniklových manganem, resp. chromem a manganem legovaných nerezavějících ocelí. Významná přednost těchto ocelí leží ve srovnání s vysokolegovanými standardními ocelemi v nízkých nákladech. V pohledu mechanických a korozních vlastností nezaostávají podle tvrzení autorů nově vyvinuté slitiny za známými CrNi-ocelemi.

Svařování třením s posuvem je inovační způsob spojování zejména pro lehké kovy. Byly provedeny výzkumy týkající se použití této technologie pro spojování plechů nerezavějící ocele AISI 304. Proces svařování třením s posuvem měl za následek, že se v zóně spojování rychle vytváří Sigma-fáze. Byly diskutovány příčiny tohoto jevu.

Pro plasmové bodové děrové svařování superslitiny na bázi niklu Inconel 625 a 718 byly stanoveny oblasti parametrů a popsány z toho vyplývající mechanické vlastnosti. Předností tohoto procesu jsou úzký svarový spoj a úzké tepelně ovlivněné pásmo a zabránění mikrotrhlinám. Zatímco svarové spoje na Inconelu 625 vykazují velmi dobré pevnostní vlastnosti, nastávají u Inconelu 718 velké výkyvy v mezi kluzu a v duktilitě. Tepelné ošetření svarových spojů po svaření zlepšuje u obou slitin zřetelně mechanické vlastnosti.
Další práce referují o výzkumech odolnosti proti důlkové korozi různých svarových kovů na bázi niklu v závislosti na svařovacím procesu (WIG, MSG). Byla použita nová metoda určování CPT, elektrochemické šumy. Další práce informuje o odolnosti proti mezikrystalické korozi přeplátovaných spojů svařených pod tavidlem a elektrostruskově širokopáskovou elektrodou typu FM 82.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz