123



Stránky připravuje:

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

Aktualizováno: 10/05/2007

98_1-2 Svařování nelegovaných a nízkolegovaných ocelí.

Svařitelné jemnozrnné stavební oceli termomechnicky válcované (TM), podle DIN EN 10113-3 s minimální mezí kluzu do 460 N.mm-2 se na základě svých předností uplatňují stále častěji. Pokračuje vývoj TM-válcování k TM-QST-válcování (kalení a samopopouštění).

Přednostmi TM-QST-ocelí, u kterých odpadají přísady pro vznik jemnozrnosti, jsou:

  • Výrazné snížení ekvivalentu uhlíku (CEV max. 0,39) zlepšuje houževnatost a svařitelnost.
  • Hospodárná výroba těžkých válcovaných profilů o tloušťkách až 125 mm při zaručené mezi kluzu až 460 N.mm-2 bez negativního vlivu na houževnatost a svařitelnost.

    Jako přednosti nových TM-QST-ocelí se ve srovnání s dosavadními jemnozrnnými ocelemi udávají:

  • Nepatrná citlivost na vznik trhlin za studena (z metalurgického hlediska je možno upustit od předehřívání, od dodržování interpass teploty a od tepelného zpracování po svaření, aniž by vznikly škody na svarovém spoji, jsou přípustné větší tolerance svařovacích podmínek a parametrů).
  • Nepatrné zvýšení tvrdosti a dobrá houževnatost (žádné nepříznivé hodnoty tvrdosti v tepelně ovlivněném pásmu, hodnoty vrubové houževnatosti neukazují zejména při nízkých teplotách žádné výrazné ovlivnění vlivem rozdílného tepelného příkonu závislého na různých metodách svařování).
  • Malý vliv přídavných materiálů (s ohledem na chemické složení a na mechanicko-technologické vlastnosti mohou bý přídavné materiály srovnatelné se základním materiálem TM-QST-oceli, je však třeba je skladňovat tak, aby nebylo překročeno množství difusního vodíku 10 ml na 100 g svarového kovu).

    Experimentálně byla přezkoušena svařitelnost oceli QStE690TM (S700MC). Plechy tlusté 15 mm byly svařeny jednostranným V-svarem způsobem MAG v poloze vodorovné shora na měděné podložce v ochranném plynu M21 drátem X70 bez předehřátí při tepelném příkonu 15 kJ.cm-1 a interpass teplotě 150oC. Spoje byly podrobeny různým zkouškám a bylo zjištěno, že ve svarovém kovu lze dosáhnout ve srovnání se základním materiálem stejné nebo lepší vlastnosti houževnatosti. V tepelně ovlivněném pásmu nevzniklo žádné zhrubnutí zrna.


    Byla posuzována základní pravidla pro volbu přídavného materiálu při svařování různých kombinací základních materiálů. Při kombinaci nelegovaná ocel/legovaná ocel (např. S235JR s S355J2G3) se doporučuje pevnostně přizpůsobit přídavný materiál základnímu materiálu s nižšími hodnotami a při výběru obalu, náplně trubičky resp. tavidla zohlednit tloušťku a tuhost svařovaných dílů.

    Při kombinaci nelegovaná ocel/žárupevná ocel (např. P235G1TM s 13CrMo4-5) je možno volit přídavné materiály nelegované nebo žárupevné, ty však mají být méně legované než svařovaný žárupevný materiál. S ohledem na vedení tepla při svařování žárupevných ocelí náchylných k zakalení a event. požadovaného dodatečného tepelného zpracování se odkazuje na předpis VdTÜV-Merkblatt 451-82/1.

    Při spojích nelegovaná ocel/ocel vyšší pevnosti (např. S235JR s S460N) se volí přídavný materiál odpovídající měkčímu materiálu. Jestliže se však pevnost obou materálů liší výrazně (např. S235JR s S690Q), doporučuje se přídavný materiál, jehož hodnoty pevnosti leží mezi oběma materiály. V analogické formě byla zpracována pravidla pro volbu přídavných materiálů pro dalších 22 kombinací pevnosti.

    Vývojové novinky na poli přídavných a pomocných materiálů byly představeny na 15. veletrhu Euro-Blech. Pro svařování ocelí, které se následně podrobují žárovému zinkování, doporučuje fa ESAB svařovací drát OK Autrod 12.58, u něhož byl pro tento účel upraven obsah křemíku. V oblasti ochranných plynů doporučuje fa Messer Griesheim pro svařování ocelí směsný plyn Argomix (96% Ar a 4% O2) s malorozstřikovým přechodem materiálu, nepatrnou tvorbu strusky a spolehlivým průvarem při vysokém svařovacím výkonu.


    Byly uveřejněny informace o nové generaci trubičkových drátů s náplní struskotvornou i kovových prášků, které mají ve srovnání s dosavadními typy o 20 až 75% nižší tvorbu zplodin a menší rozstřik. Jako základ posuzování se používá měrný vývin zplodin v g.min-1 a množství rozstřiku v mg.g-1 svarového kovu. Byly diskutovány vlivy typu trubičkového drátu, velikosti svařovacího proudu a svařovacího napětí, zatěžovatele, složení ochranného plynu, vliv druhu a stavu povrchu základního materiálu na vznik zplodin a na jejich složení. Konkrétní doporučení pro svařovací proces, výběr trubičkových drátů a pro větrací a odsávací systémy však nebyly dány. Jelikož složení trubičkových drátů má kromě vlivu na tvorbu zplodin také vliv na jejich operativnost a na požadované mechanické vlastnosti svarového kovu, existují rozdíly ve vzniku zplodin vlivem různých aplikací.


    Přes jednoduchou manipulaci, zejména na staveništích, se svařování trubičkovými dráty s vlastní ochranou pro svarové spoje neprosadilo. Byly předvedeny nové dráty o průměru 0,8 až 2,4 mm, které umožňují lepší operativnost. Dodávají se na cívkách typu K 300 a mohou se proto používat na obvyklých MAG-strojích odpovídajícího výkonu. Zaručují částečně výrazně zlepšené mechanické vlastnosti svarového kovu a mají příslušná osvědčení. Elektrody se připojují na minus pól. Jako příklad byl představen trubičkový drát s vlastní ochranou s označením ARC Coreshield 8Ni1. Vyrábí se v průměrech 1,6 a 2,0 mm, je použitelný ve všech polohách, dobře se s ním zpracovávají kořenové housenky, zaručuje i při teplotách kolem -50oC hodnoty houževnatosti nad 100 J a vyhovující pevnostní hodnoty pro obvyklé stavební oceli s minimální mezí kluzu do 360 N.mm-2. Osvědčení TÜV je k dispozici. Jelikož trubičkové dráty s vlastní ochranou mají všeobecně vyšší vývin zplodin a kromě toho obsahuje náplň sloučeniny baria, je nutno při práci v uzavřených prostorách a při nedostatečném větrání používat odsávání zplodin.


    Svařování trubičkovými dráty dává i možnost zvyšování produktivity práce při svařování pod tavidlem. Trubičkové dráty vyvinuté pro svařování pod tavidlem se podobají drátům pro MSG-svařování, počítají však s podmínkami propalu vlivem reakcí ve strusce. K dispozici jsou jak trubičkové dráty plněné kovovými prášky tak i bazické trubičky o průměru 2,4 až 4,0 mm pro velkou paletu nelegovaných a nízkolegovaných ocelí. Jmenovitě to jsou pro nelegované oceli : OK Tubrod 14.00 S (kovový prášek) zejména pro koutové svary, OK Tubrod 15.00 S (bazický), jestliže se požaduje vysoká houževnatost rázem. V kombinaci s tavidlem OK Flux 10.71 jsou oba trubičkové dráty schválené lodním registrem se stupněm 3. Pro nízkolegované oceli se uvádějí: OK Tubrod 15.24 S (bazický, legovaný 1% Ni) a OK Tubrod 15.25 S (bazický, legovaný 2% Ni) vyvinuté v kombinaci s tavidlem OK Flux 10.62 pro použití s nejvyššími požadavky na mechanické vlastnosti, např. ve stříhací technice.

    Odtavovací výkony dosažitelné s těmito dráty leží při stejné velikosti drátu o 20 až 30% výše než při stejně tlustých plných drátech, což může být využito pro vyšší svařovací rychlosti při koutových svarech nebo pro kratší doby hoření oblouku při vícevrstvovém svařování. Zařízení pro svařování pod tavidlem musí být vybaveno pro odpovídající rychlosti podávání drátu.

    Vlivem tlaku mezinárodní konkurence jsou výrobci zařízení nuceni vyvíjet výkonnější stroje pro výrobní procesy. V tomto směru je možno uvést MAG-vysokovýkonný svařovací proces s jedním nebo s dvěma dráty, který se rozšiřuje ve stavbě ocelových konstrukcí, ve výrobě komponentů při stavbě lodí a ve výrobě vozidel. Svařuje se zpravidla mechanizovaně sprchovým procesem a rychlostí až do 0,6 m.min-1.

    Svařitelnost nelegovaných ocelí a vysokopevnostních jemnozrnných stavebních ocelí je při MAG-vysokovýkonném svařovacím procesu podobná jako při konvenčním svařování. Při zpracování jemnozrnných ocelí se musí s ohledem na tloušťku dílů věnovat zvláštní pozornost tepelnému příkonu a vedení tepla.

    Kromě vícesložkových ochranných plynů se pro tyto procesy nově rozšiřují také směsné plyny bohaté na argon se 4% O2 nebo 8% CO2. Ale i dosavadní směsné plyny se používají s úspěchem. Bylo prokázáno, že i s odpovídajícími výkonnými konvenčními MAG-zařízeními při použití směsného plynu M21 podle DIN EN 449 (82%Ar + 18 % CO2) a drátu o průměru 1,0 mm a rychlosti podávání drátu nad 25 m.min-1 je možno svařovat stabilně a spolehlivě v oblasti rotujícího oblouku. Na příkladu zadní osy osobního automobilu složené z většího počtu částí z plechu - především jemnozrnných stavebních ocelí QStE340TM (S340MC) a QStE460TM (S460MC), jedné vysokopevnostní trubky, jednoho příčného nosníkového profilu, dvou kovaných částí z St53-3 (S355J2G3) a dvou pouzder, vesměs s tloušťkou stěny max. 4 mm bylo ukázáno, že při svařování koutových, přeplátovaných , resp. HV-spojů je možno docílit svařovací rychlost v průměru 1,5 m.min-1. Kromě dobrého průvaru při poměrně úzkém tepelně ovlivněném pásmu je vlivem vysoké svařovací rychlosti při tepelném příkonu 2 až 4 kJ.cm-1 tepelné zatížení základního materiálu a tím i jeho deformace nízké. Kromě hospodářských předností byla docílena i rovnoměrně dobrá kvalita svarových spojů.

    Podobné zkušenosti byly uveřejněny při přechodu od obvyklého MAG svařování na MAGM-vysokovýkonné svařování při výrobě zadních náprav nákladních automobilů. Šetření prokázala již uvedené dobré výsledky s ochranným plynem M21 (82% Ar + 18% CO2) s ohledem na chování procesu a pevnostní vlastnosti spojů, takže i zde bylo rozhodnuto ve prospěch obvyklého směsného plynu. Vlivem vyšších svařovacích rychlostí se snížil čas taktu o 20 až 30%. Podrobně byly vysvětleny problémy vznikající při zavádění MAG-vysokovýkonného svařování při použití robotů v sériové výrobě.


    Bylo představeno MAG-vysokovýkonné svařování ve verzi HIGH-SPEED včetně potřebné přístrojové techniky jako alternativa ke svařování pod tavidlem. Byl předložen příklad z praxe z výroby ocelových konstrukcí, kde se svařovaly 20 mm tlusté ploché profily se skříňovými profily o tloušťce stěny 10 mm pomocí rotujícího sprchového procesu (základní materiál St52-3, tj. S355J2G3, podélné svary s V-přípravou, svařovací drát SG2 o průměru 1,2 mm, rychlost posuvu drátu 26 m.min-1, ochranný plyn 96% Ar + 4% O2). Nasazení MAG-vysokovýkonného svařování přineslo ve srovnání s konvenčním MAG-svařováním úspory ochranného plynu a pracovních časů. Ochranný plyn ve složené 96% Ar + 4% O2 se projevil ve srovnání s ostatními směsnými plyny jako optimální. Rotace oblouku byla přitom jako nejlepší a velmi dobré výsledky byly docíleny již při relativně nízkých hodnotách napětí pro rotující oblouk.


    Při svařování konstrukcí, které jsou z důvodů ochrany proti korozi určeny k žárovému zinkování, hraje rozhodující roli tvar svaru a výběr přídavných a pomocných materiálů. Tloušťka vrstvy, která vzniká při žárovém zinkování závisí na tom, jak dlouho se výrobek udržuje na zinkovací teplotě (asi 450oC). Jelikož tenké konstrukční části dosáhnou tuto teplotu rychleji než tlusté části, je jejich vrstva tlustší. Aby se tomu zabránilo, je třeba zamezit větším rozdílům v tloušťce. Dále je třeba dbát, aby konstrukce neměla žádné vysoké vnitřní pnutí od svařování, protože v souvislosti s odstraňováním tohoto pnutí v zinkovací lázni a zejména s tvorbou trhlin je třeba počítat s pronikáním tekutého zinku podél hranic zrn do základního materiálu.

    Jelikož tloušťka vrstvy závisí i na obsahu křemíku a má při jeho obsahu 0,1 až 0,3% svoje minimum, je třeba, aby při uklidněných ocelích obsah křemíku v základním materiálu a ve svarovém kovu byl přibližně stejný a v žádném případě nepřekročil hodnotu 0,3%. Při výběru přídavných materiálů je třeba zohlednit kromě obsahu křemíku v drátu i procentní přírůstek resp. propal křemíku během procesu a stupeň promíchání.

    Bylo rovněž popsáno, na co je třeba dbát, jestliže se má na právě pozinkovaných konstrukcích dále svařovat. Problémy je třeba očekávat při svařování zejména vlivem větších zinkových vrstev na kusově zinkovaných částech. Projevují se zejména nestabilitou procesu v důsledku zinkových par pronikajících do oblouku, tvořením trhlin zapříčiněných pronikáním tekutého zinku podél hranic zrn v částech výrobku vystavených vysokým tahovým pnutím (při tloušťce nad 10 mm), tvořením pórů, které nemá metalurgické ale především mechanické příčiny. Je třeba proto zvážit, zda není lepší v oblasti svaru odstranit zinkovou vrstvu před svařováním. Z důvodů korozní ochrany musí být tato část stejně dodatečně pozinkována, např. pomocí nátěrů s pigmenty na bazi zinku, žárovým stříkáním nebo nánosem vrstvy pájky s obsahem zinku.


    Aby se zabránilo problémům při svařování pozinkovaných jemných plechů s ponechanou vrstvou v oblasti svaru, zejména tvorbě pórů a rozstřiku (v důsledku nestabilního oblouku vlivem proniknutí zinkových par) a ztrátám korozní ochrany, používá se v praxi stále více MSG-pájení. Byly formulovány přednosti MSG-pájení pozinkovaných jemných plechů a profilů bronzovými dráty ve srovnání se svařováním. Tyto přídavné materiály na bázi mědi (doporučuje se SG-CuSi3, ale také SG-CuA18, tento zejména pro plechy chráněné hliníkem) s teplotou tavení 950 až 1080 oC umožňují při správném řízení procesu spojení bez natavení základního materiálu. Jako ochranný plyn slouží obvykle argon (MIG-pájení). Drát SG-CuSi3 je možno zpracovávat s výhodou stabilního oblouku také v ochranných plynech s nízkým obsahem kyslíku nebo kysličníku uhličitého. Svařuje se zpravidla pomocí impulzního oblouku (řízený bezzkratový přenos materiálu). Při zinkových vrstvách větší tloušťky (od 15 mm) je přece jen krátký oblouk příznivější, protože i při větším množství zinkových par je možno udržet jeho stabilitu. V obou případech jsou kladeny vysoké požadavky na zdroj a regulaci jeho charakteristik. Byla popsána potřebná přístrojová technika a příklady použití procesu v automobilovém a přidruženém průmyslu.

  • Zpět na Vývojové tendence



    logo welding.cz