123



Stránky připravuje:

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

Aktualizováno: 10/05/2007

98_1-7   Svařování ocelolitiny

Svařování litých materiálů na bázi železa je uznávaným oborem techniky. Ukazuje se to i v růstu technických pravidel, které se jím zabývají. Různé směrnice DVS a VDG se předkládají Evropské komisi pro normování jako návrhy pro tvorbu evropských norem. V jedné práci je uveden přehled všech předložených resp. rozpracovaných EN a ISO norem na téma litina a dále přehled všech DVS a VDG směrnic. Již delší dobu existují směrnice pro školení a zkoušení svářečského personálu pro svařování litiny. Jsou přitom zohledněny specifické zvláštnosti materiálu.

Byl uveřejněn materiál, který se zabývá svařovacím ZTU-diagramem pro mezistupňově zušlechtěnou litinu s globulizovaným grafitem (GGG). S ohledem na ZTU-diagram pro kontinuelní ochlazování byl vyšetřován vliv rychlosti ochlazování obvyklé při svařování na strukturu svarového kovu. Nový svařovací ZTU-diagram může sloužit jako pomocný materiál při vývoji svařovacích technologií pro mezistupňově zušlechtěné GGG-odlitky.

Pro dobrou tepelnou vodivost jsou upřednostňovány grafitizované litiny na výrobu forem pro sklo. Opravy svařováním a navařování na opotřebených formách pro sklo je možno realizovat žárovými nástřiky plamenem. Pracovní díl se nejprve předehřeje na 550 až 650 oC a pak se nanáší přídavný materiál ve formě prášku. Stříkací prášky obsahují bor a křemík, které působí dezoxidačně a usnadňují tak smáčení. Vyšší nanášecí výkony se docilují žárovými nástřiky plasmou, přičemž vždy dojde k nepatrnému natavení základního materiálu. K potlačení vzniku martenzitu v tepelně ovlivněném pásmu postačuje předehřátí na ca 450 oC. Předvedeno bylo také MAG-svařování legovanými trubičkovými dráty typu NiCrBSi a NiCrMoW.

Svařování ocelolitiny přídavnými materiály obdobného složení vyžaduje velmi vysoké předehřívací teploty (400 až 700 oC), dává však podobné pevnostní vlastnosti svarového spoje jako má neovlivněný základní materiál. Pro výrobu a opravy menších vad se nejčastěji používá ruční obloukové svařování a žárové nástřiky přídavné materiály odlišného složení. S přídavnými materiály na bázi niklu a mědi se často pracuje bez předehřevu. Obtížně se svařováním opravují díly s tloušťkou stěny nad 40 mm, které se při použití opotřebí nebo prasknou. Příkladem mohou být stojany lisů, buchary, válce válcovacích stolic, velké převodové a motorové skříně, kokily, apod. V mnohých případech nedosáhnou svary oprav vlastnosti základního materiálu.

Další materiál uvádí přehled opravářských technologií. Obdobný svarový kov lze např. docílit pomocí ručního obloukového svařování litými neobalenými tyčinkami (průměr 10 až 15 mm). Nejprve se díl předehřeje na teplotu ca 500 oC. Litými tyčinkami se svařuje proudem 800 až 1000 A a do tavné lázně se současně dodává prášek, který má vyrovnat propal uhlíku a křemíku v nechráněném oblouku. Jako tepelné zpracování pak následuje žíhání při 600 až 650 oC s následujícím pomalým ochlazováním. Používají se také elektrody obalené grafitem a grafitem plněné trubičkové dráty, které dávají podobný svarový kov, a rovněž tepelný postup je podobný.

Kromě procesu obloukového svařování jsou rovněž použitelné elektrostruskové svařování, svařování plamenem a aluminotermické svařování se specielními přídavnými materiály. Svařování tlustostěnných odlitků přídavnými materiály jiného složení je problematické pro nebezpečí vzniku trhlin v tepelně ovlivněném pásmu a ve vícevrstvém svarovém kovu. Proto se často pracuje s kombinacemi více typů přídavných materiálů. Často se návarové plochy odlitku nejprve pokryjí mezivrstvou niklovými elektrodami a pak se spára vyplňuje materiály na bázi NiFe nebo Fe. Aby byl tepelný příkon svařování mezivrstvy co nejmenší, používají se tenké niklové elektrody. Pracuje se krátkými housenkami (30 až 100 mm), které se mechanicky temují. Teplota interpass nemá překročit 50 až 70 oC.

Kromě obalovaných tyčových elektrod se používají také dráty. Byl popsán postup opravy svařováním s použitím kotevních šroubů a svorníků z oceli nebo niklu. Nově byla vyvinuta trubičková elektroda legovaná niklem, která dává svarový kov srovnatelný s austenitickou litinou s globulárním grafitem. Podobně jako při srovnatelném přídavném materiálu může být současně snížena teplota předehřátí na 250 až 300 oC.

Je referováno o novém typu přídavného materiálu. Byla vykonána řada experimentálních zkoušek způsobem WIG s přídavným materiálem odlišného charakteru na bázi niklu, resp. mědi a dále složením stejným trubičkovým drátem s vlastní ochranou. Vzorky byly podrobeny mechanickým a metalografickým šetřením.

Byly dány pokyny pro přípravu návarových ploch, předehřev a postup svařování ocelolitinových materiálů. Přípravu návarových ploch a čistění před svařováním je třeba vykonat velmi pečlivě. Pro minimalizaci křehkých podílů martenzitu a karbidů v tepelně ovlivněném pásmu se doporučuje předehřev na min. 200 oC. Při použití trubičkových drátů na bázi Ni a NiFe je možno docílit pevné a duktilní spoje. Při větších tloušťkách stěn se rovněž doporučuje specielní svařovací postup. Přitom je třeba nejprve vyplnit drážky udělané na návarových plochách a pak teprve klást kořenové, výplňové a krycí housenky. Mechanicko-technologické vlastnosti svarových spojů mohou být optimalizovány následným tepelným zpracováním odpovídajícím základnímu materiálu.

Při svařování feritických GGG-materiálů niklovými elektrodami je třeba se obávat zvýšení tvrdosti a křehkosti na tavné linii, ovšem v závislosti na obsahu legur v elektrodách, resp. v jejich obalu, zejména uhlíku, křemíku, hliníku a vizmutu. Nově byl vyvinut niklový přídavný materiál, jehož svarový kov dosahuje mechanické hodnoty feritického GGG-materiálu, přičemž tvorba karbidů je výrazně snížena. Spoj vykazuje vysokou odolnost proti trhlinám a dobrou mechanickou opracovatelnost. Další článek referuje o vývoji nové NiFe-elektrody a uvádí výsledky materiálových zkoušek tupých spojů na GGG ve srovnání se spoji svařenými konvenčními NiFe-elektrodami.

Konstrukční svary feritické litiny obsahující globulární grafit s ocelí provedené třením nebo tlakem pomocí magneticky rotujícího oblouku je nutno s ohledem na vysokou tvrdost v rovině spoje obvykle podrobit následnému tepelnému zpracování. Vysoké žíhací teploty a dlouhé žíhací časy však mohou ovlivnit mechanicko-technologické vlastnosti na straně oceli. Pokud leží konstrukční svary v méně namáhané oblasti, postačuje často jen krátkodobé žíhání pro snížení tvrdosti, čímž se zabrání nepřípustným změnám vlastností na straně oceli. Pro toto místní krátkodobé žíhání se nabízí indukční ohřev středofrekvenčním zařízením. Tento pracovní proces je možno zapnout při tlakovém svařování rotujícím obloukem v ochranném plynu ihed po ukončení svařování. Při spojovacích svarech litiny EN-GIS-400-18 (GGG-40) je možno docílit bezmartenzitickou oblast již při žíhací teplotě 810 oC a trvání 20 s, celková doba procesu žíhání činí 37 s.

Vyššími žíhacími teplotami a delšími časy je možno dosáhnout perlitizace základní struktury a tím i vyšších hodnot pevnosti. Jako výrobní příklad je možno uvést osy a skříně os z výroby automobilů, nebo vevařené armatury, u nichž jsou lité armatury předem opatřeny přivařenými konci z ocelových trub. Pro výrobu sdružených konstrukcí z litiny se hodí kromě svařování třením a tlakového svařování rotujícím obloukem také svařování výbojem kondenzátoru. Předkládají se také zkoušky konstrukčního svařování šedé litiny s ocelolitinou s globulárním grafitem v kombinaci se stavební ocelí a mosazí CuZn39Pb3. Díky malému tepelnému příkonu vzniká jen malá vrstva se zvětšenou tvrdostí. K odstranění špiček tvrdosti postačuje dodatečný ohřev pomocí třech svařovacích pulsů s odstupem 2 s.

Pro konstrukční svary mezi GGG a ocelí je také vhodné laserové svařování, resp. obloukem podporované laserové svařování (hybridní svařování) a elektronové svařování. Byly vyšetřovány smíšené spoje mezi EN-GJS-400-15 (GGG-40) a EN-GJS-600-3 na jedné straně a vložené oceli 20MnCr5, resp. zušlechtitelné oceli 42CrMo4 na druhé straně. Svařováno bylo bez přídavného materiálu, s přídavným materiálem na bázi niklu a z čistého železa. Nepatrný tepelný příkon paprskových procesů vede k mimořádně malé deformaci, takže se mohou svařovat již opracované díly. Nejlepší mechanicko-technologické vlastnosti spojů dává hybridní svařování, při kterém pracují laserové svařování a MIG-svařování do společné tavné lázně.

Rozvodná potrubí plynu a vody jsou často vyrobena z ocelolitiny s globulárním grafitem. Při připojování těchto potrubí se velmi často provádějí svary, kterými se připojují ocelové roury na odstředivě lité roury hlavního řádu pomocí přídavného materiálu odlišného složení. Podle směrnice DVS 1502 se mají pro tyto svary používat jen přídavné materiály s přezkoušenými vlastnostmi. Je uveden rozsah a způsob zkoušek jejich vlastností.

Další materiál se zabývá kromě svařitelnosti litinových materiálů také tvorbou struktury v oblasti spoje. Na svařených spojích při použití přídavného materiálu jak stejného složení, tak i odlišného na bázi NiFe, resp. NiCu byly vykonány lasero-optické snímky deformačního pole a dále ultrazvukové měření oblasti se zvýšenou tvrdostí.

Na příkladu ocelolitiny s vyšším obsahem uhlíku GS-60 byly diskutovány stávající způsoby svařování uplatňované na nelegované ocelolitině. Způsob MAG-svařování trubičkovými dráty umožňuje kromě vysokého výkonu odtavení i vysoký tepelný příkon, takže je možno svařovat s omezeným předehřevem. Vlivem vlastního ohřevu dílu při svařování a popouštěcího efektu působením dalších housenek vznikají ve srovnání s dosavadním konceptem rozdíly, které vedou k požadavku lépe přizpůsobit existující směrnice k reálnému svařování. Jelikož se zvyšováním obsahu uhlíku klesá teplota martenzitické přeměny Ms, doporučuje se pro ocelolitiny se zvýšeným obsahem uhlíku požít ochlazovací čas t8/3. Dále by měly být přepracovány mezní hodnoty tvrdosti.

Používání potrubních uzlů z ocelolitiny vyšší pevnosti má pro kosmickou techniku výrazné přednosti. Vývojem litých těles s lepšími tvarovými možnostmi lze snížit vrubové účinky a zlepšit mez únavy. Zatímco výroba potrubních uzlů jako plně svařované konstrukce z rour je pro špatnou přístupnost a kontrolu problematická, připojují se při smíšených konstrukcích roury obvodovými svary k odlitým uzlům. Tyto obvodové svary jsou dobře přístupné, snadno proveditelné a lze je dobře kontrolovat. Kromě toho mohou být umístěny v oblastech menšího namáhání. Velmi často jsou však odlévané uzly velmi komplikovaně zaformovatelné a proto ne vždy jsou bez slévačských vad. Řešením tohoto problému je rozložení komplikovaných forem do většího množství jednodušších sekcí, které jsou dobře odlévatelné a potom se svaří. Pro zamezení větších skoků v tloušťce mezi odlévanými uzly a rourami z oceli vyšší pevnosti s minimální mezí kluzu 500 N.mm-2 je třeba volit druhy ocelolitiny odpovídající vyšší pevnosti, např. G12MnMo7-4. Tato jemnozrnná ocelolitina může zušlechtěním dosáhnout minimální mez kluzu 500 N.mm-2. Pokud to vyžaduje provedení svarů, následuje žíhání na odstranění pnutí při 620 oC. Naproti tomu již známé konstrukce rourových uzlů z G8Mn7 a G20Mn5 vyžadují při použití ocelových trub vyšší pevnosti určité konstrukční a výrobně-technické zvláštnosti, aby bylo možno využít přednosti redukce tloušťky stěn podle principů lehkých staveb. Bylo to prokázáno při rozsáhlých šetřeních výrobních a životnostních.

Při použití náročných kombinovaných konstrukcí z litiny s globulárním feritem je nutno dbát rovněž na lomovo-mechanická kritéria. Šíření trhlin probíhá ve svarovém kovu stejného složení na ocelolitině s globulárním grafitem při cyklickém namáhání výrazně rychleji než ve srovnatelném základním materiálu. Proto je svarový kov potencionálně ohroženou oblastí. Příčinou toho je svařováním způsobená menší velikost grafitových tělísek a jejich menší vzdálenost ve svarovém kovu.

Další materiál referuje o opravách velkých armatur navařováním způsobem WIG s přívodem horkého drátu. Při něm se tělesa a kulové uzávěry, které jsou vyrobeny např. z G21Mn5, navařují materiálem odolným proti korozi nebo proti opotřebení.

Duplexní a superduplexní ocelolitina vyžaduje při zpracování svařováním optimální parametry procesu, aby se zaručily v oblasti svaru požadované mechanicko-technologické hodnoty jakosti a odolnost proti korozi. K tomu byly vykonány široká šetření na MIG-svarech litiny GX3CrNiMoCuN26-6-3 (1.4515). Při tom se ukázalo, že tuto superduplexní ocelolitinu je možno svařovat s výhodou vysoké odolnosti proti korozi s malým tepelným příkonem a nižší interpass teplotou. Doporučuje se použití směsi plynu z argonu a 2,5% dusíku. Aby se dosáhly vysoké hodnoty houževnatosti, je třeba volit parametry impulzu tak, aby svarový kov mohl přijmout co nejméně kyslíku. V další práci byl vyšetřován svarový kov z obalených elektrod na konstrukčních svarech mezi stejnou litinou a superduplexní slitinou k tváření s ohledem na její mechanicko-technologické vlastnosti. Ukázalo se, že s přibývajícím tepelným příkonem a ochlazovacím časem t12/8 klesají ve svarovém kovu a v tepelně ovlivněném pásmu materiálu GX3CrNiMoCuN26-6-3 (1.4515) hodnoty vrubové houževnatosti.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz