123



Stránky připravuje:

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

Aktualizováno: 10/05/2007

98_1-3 Svařování jemnozrnných stavebních ocelí a ocelí vysokopevnostních

Nové procesy výroby oceli a zlepšené metalurgické techniky umožňují dnes výrobu ocelí s nejvyššími pevnostními hodnotami při dobré svařitelnosti. V důsledku toho se zavádějí vodou zušlechtěné jemnozrnné ocelí s mezí kluzu 1100 N.mm-2 (S1100QL). Byl uveřejněn přehled současného stavu evropské normalizace jemnozrnných stavebních ocelí a stav jejich vývoje a současně i přehled platných evropských norem svařovacích přídavných a pomocných materiálů, které těmto ocelím odpovídají. Byl zpracován i popis požadavků na přídavné materiály při svařování vysokopevných jemnozrnných ocelí a je k dispozici zpráva o hlavních směrech výzkumných a vývojových prací v japonském ocelářském průmyslu. Ve středu pozornosti stojí mimo jiné i vývoj nových ultravysokopevnostních ocelí.

Hospodárné použití ocelových konstrukcí při výškových a mostních stavbách prožívá v posledních letech renezanci. Stále více se zde požadují vysokopevnostní ocele, které termomechanickým zpracováním dosahují vysokou mez kluzu a lomovou houževnatost. Mezi těmito ocelemi vykazují nejlepší vlastnosti TM-QST-ocele. Tyto ocele dosahují ve srovnání s dosavadními vysokopevnostními ocelemi vynikající svařitelnost a jsou v souladu se současně platnými pravidly jako je EN 10113-3.

Z hlediska oblasti výroby karoserií v automobilovém průmyslu vystupuje do popředí vývojových prací snížení hmotnosti karoserie. Probíhající soutěž alternativních lehkých materiálů jako hliník, hořčík nebo plasty vyžaduje stálý další vývoj ocelových materiálů včetně nových výrobních technologií a konstrukcí. Byly zpracovány požadavky na ocele vyšší pevnosti z hlediska stavby automobilů a zkušenosti se spojováním těchto ocelí. Je zde zřejmý mimořádný inovační potenciál spočívající v uplatnění vícefázových ocelářských koncepcí, ke kterým patří DP- (Dual-Phasen), TRIP- (Transformation Induced Plasticity), CP- (Complex-Phasen) a TMS-oceli (Thyssen-martensitická ocel). Uspořádání struktury těchto ocelí, jejichž pevnosti jsou nad 500 N.mm-2, vedou k trvale zlepšovaným tvářecím vlastnostem ve srovnání s konvenčními ocelemi vyšší pevnosti.

Konvenční odporové bodové svařování při výrobě karoserií je stále jako dříve nejčastější výrobní technologií. Jelikož se přívodem tepla zřetelně mění profil vlastností ocelí vyšší pevnosti, pronikají stále více do popředí spojovací technologie, které pracují bez tepla (např. lepení), nebo jejich kombinace. Velmi dobré zkušenosti přináší v současnosti laserové svařování. Tento způsob je převážně použit při výrobě prototypu extra lehké karoserie osobního automobilu (ULSAB - ultra-light steel auto body) vyvíjené v rámci mezinárodního výzkumného plánu, která se skládá z více než 90% oceli vyšší pevnosti a z více než 50% Tailored Blanks. Tento prototyp vykazuje ve srovnání se získanými nejlepšími hodnotami současně vyráběných automobilů úsporu ca 25% na hmotnosti a ca 12% na kalkulovaných výrobních nákladech.

Byly publikovány zkušenosti shromážděné při laserovém svařování vysokopevných ocelových plechů o tloušťce 0,75 mm žárově zinkovaných a hliníkovaných. Ačkoliv u hliníkovaných plechů se pokrytí v tavné zóně odpařilo a u pozinkovaných plechů krytí chybělo i v tepelně ovlivněném pásmu, nenastalo u obou druhů korozní napadení ani po 96 hodinové zkoušce v solné mlze.

Nebyl zjišťěn vliv tváření za studena hlubokotažného plechu o tloušťce 1 mm na pevnost a na mez únavy při kmitavém namáhání jednostřižných bodových spojů.

Kromě odporového bodového svařování se při zpracování ocelových plechů vyšší pevnosti o tloušťce 1,0 a 1,5 mm stále více rozšiřují i mechanické spojovací techniky, zejména různé formy strojního nýtování. Bylo zjištěno, že tyto techniky vedou při použití dílů se zvýšenou pevností ke zvýšení pevnosti spojů i při kvazistacionárním a kmitavém namáhání. Při odporovém bodovém svařování se to podařilo jen při kvazistacionárním namáhání. Byla ukázána konstrukce dělené matrice modifikované pro lisovací nýtování, která umožňuje redukovat síly nutné pro lisování plechů vyšší pevnosti.

Byl publikován přehled počítačového dimenzování dílů z vysokopevnostní ocele spojovaných odporovým bodovým svařováním a mechanicky, které vede ke snižování hmotnosti při výrobě karoserií v automobilovém průmyslu. K popisu chování při lomu ocelí vyšší pevnosti a jejich svarových spojů při statickém a cyklickém namáhání je nutné udat odpovídající data. Byl uveřejněn příklad pro spoje svařené způsobem MAG na oceli StE960.

Byl studován vliv interpass teploty při svařování ocelí vyšší pevnosti na mikrostrukturu a vlastnosti svarových spojů. Zde se podařilo vytvořit modelovou síť pro spolehlivou předpověď vlivu interpass teploty na pevnost svařených vysokopevnostních spojů.

Nejčastěji se vyskytujícím problémem při svařování jemnozrnných stavebních ocelí je stále ještě tvorba vznik trhlin za studena na vysokopevnostních svarových spojích. Pro vyvarování se jim vydal švédský výrobce oceli SSAB výpočtové postupy a důležité pokyny s důrazem na správné určení teploty předehřátí s ohledem na odvod tepla ve stavebním dílu.

Byla porovnávána odolnost proti trhlinám za studena ve svarových spojích provedených dvěma rozdílnými vysokovýkonnými elektrodami typu ANP-6P (bazický obal) a ANP-12 (rutilbazický obal). Vyšší odolnost se projevila u elektrody s bazickým obalem.

Byl sledován vliv svařovacích parametrů při obloukovém svařování dvěma rozdílnými obalenými elektrodami (E100018-M a E12018-M) na vlastnosti čistého vysokopevného svarového kovu. Byly zvoleny svařovací proudy 140, 160 a 185 A. Interpass teploty se přitom řídily velikostí tepelného příkonu. Použití elektrody E1000-18-M dalo při všech 3 svařovacích proudech svarové kovy, které splňují požadavky předpisů AWS. Použití elektrody E12018-M při proudech 140 a 185 A nesplnilo tyto podmínky z hlediska pevnosti i meze kluzu.

Pro výrobu bazických obalovaných elektrod určených pro svařování vysokopevnostních jemnozrnných ocelí se nabízí tzv. zdvojená obalová technika. Tyto elektrody vykazují vysokou stabilitu oblouku i při redukované velikosti svařovacího proudu a jsou proto vhodné zejména pro svařování kořenových housenek a pro svařování v polohách.

Byl posuzován vliv různých svařovacích procesů na vlastnosti spojů vysokopevnostních ocelí. Bylo zjištěno, že dvojobloukové svařování má velký vliv vzhledem na pomalé ochlazování svarových spojů. Při použití nízkolegovaných přídavných materiálů se tím zvýší i při svařování bez předehřevu odolnost tepelně ovlivněného pásma různých vysokopevných ocelí proti tvorbě trhlin za studena. Byly popsány vlastnosti elektronově svařených plechů typu VKS-7Sh o tloušťce 25 a 30 mm a vliv různého tepelného zpracování po svaření těchto spojů.

Úspěšné bylo nasazení MAG-vysokovýkonného svařování s rychlostmi podávání drátu 18 m.min-1 při použití standardního plynu typu M21 pro různé typy jemnozrnných stavebních ocelí. V jednom podniku, který vyrábí pojízdné jeřáby a těžké podvozky z vysokopevnostních ocelí bylo provedeno provozní přezkoušení s jemnozrnnou stavební ocelí S960QL. Další šetření uvádí výsledky dosažené při zkouškách TIME-svařovacího procesu v závislosti na různých provozních parametrech a složeních směsného plynu při zpracování jemnozrnné oceli StE690V.

Další studie se týká plechů o tloušťce 13 až 32 mm vysokopevnostní ocele HSLA-65 (ASTMA945) svařované různými technologiemi (ruční obalenými elektrodami, MAG a pod tavidlem). V závěru studie bylo konstatováno, že při použití přídavných materiálů sedmdesáté série a způsobů obvyklých v loděnicích včetně ochlazování je možno vyrobit svarové spoje, které vyhovují minimálním pevnostním kritériím.

Nedokonalé provedení svarových spojů na vysokopevných ocelích vede nevyhnutně ke škodám. Např. tlaková komora vyrobená z vysokopevné ocele určená do horního stupně nosné rakety pro satelit předčasně při zkouškách selhala. Příčinou byla vada v kořenové housence podélného svaru válcové části komory.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz