123



Stránky připravuje:

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

Aktualizováno: 10/05/2007

99_1-1 Metalugie svařování

Použití standardních přídavných materiálů ke svařování superduplexních ocelí v ochranných plynech má svoji hranici danou náchylností spoje ke vzniku trhlin za studena vyvolávaných vodíkem. Rozpory vznikají tím, že přes vysoký podíl feritu kombinovaný s vysokými nároky a s vysokými obsahy vodíku, nevznikají ve svarech v ochranné atmosféře žádné trhliny. Prakticky se přece jen ukazují svařovací parametry a technika provedení svaru jako důležitější faktor ve srovnání s ochranným plynem, jehož obsah vlhkosti se udržuje pod 10 ppm. To znamená, že obsah vlhkosti v ochranném plynu pod 10 ppm není bezpečnou zárukou pro nízký obsah vodíku ve svarovém kovu superduplexních ocelí. Ukazuje se, že obsah vodíku ve svarovém kovu je významně ovlivňován tepelným příkonem. Pro WIG-svařování s přídavnými dráty o průměru 2,4 mm jsou nejnižší obsahy vodíku ve svarovém kovu při 2 kJ.mm-1, při MIG svařování se tento výsledek dosáhne při tepelném příkonu 1,3 kJ.mm-1 při drátu o průměru 1,2 mm a proudu 250 A. Nižší obsahy vodíku ve svarovém kovu, které byly zjištěny při vysokých příkonech, tím potvrzují, že pro difusi vodíku ve fázi deltaferitu je k dispozici více času. Druh ochranného plynu, který ovlivňuje teplotu oblouku, nemá žádný významný vliv na vodík ve svarovém kovu. Zvláště zajímavá je problematika trhlin za studena vyvolaných vodíkem při svařování ocelí nízkolegovaných a s vyšší pevností, které budou diskutovány v kapitolách 1.2 a 1.3.

Způsob přívodu energie při různých způsobech tavného svařování určuje formou vytvořené tavné lázně také metalurgické reakce a výsledné vlastnosti spoje. Pro porozumění metalurgických pochodů a exaktní lokalizaci tavné lázně při Nd:YAG laserovém svařování byl modelován protavovací profil laserového paprsku. Pro kvalitu závěrového kráteru plazmových svarů má zásadní význam velikost kráteru. Protože se šířka kráteru může ovlivňovat jak vyšším proudem tak i snižováním rychlosti, není to vhodný indikátor jak kontrolovat nebo řídit stabilní stav kráteru nebo přezkušovat pronikání paprsku spojem. V další práci byla zkoumána termokapilární konvekce jako dominantní faktor ovlivňující tvar vznikající tavné lázně při WIG- a elektronovém svařování. Elektronový paprsek vytváří silnější termokapilární konvekci než WIG-oblouk. Omezení kapilárního toku tepla nastává při obloukovém svařování tím, že se stoupající velikostí proudu a délkou oblouku roste i velikost oblouku a rozdělení energie neodpovídá Gaussovu normálnímu rozložení. Energie je v argonovém oblouku více rozložena v pravoúhlé formě.

Spojování slitin s pamětí tvaru představuje novou výzvu ve smyslu svařitelnosti, která může vyhovět jen tehdy, jestliže použitý způsob svařování nepřípustně neovlivňuje funkci vlastností tvarové paměti nebo jen s ohledem na záruky užitných vlastností. Jelikož se zde jedná o minimalizaci a o vyloučení tavně-metalurgických reakcí, zaměřuje se pozornost při spojování na reakce v pevné fázi, tj. na alternativní způsoby spojování.

K zastavení tvarově-paměťového efektu se používá martenzitická přeměna podobně jako při povrchovém kalení ocelí. Zatímco martenzit v oceli vlivem změn krystalizační struktury zůstává, mění se martenzit v NiTi- slitinách s tvarovou pamětí termoelasticky, bez napětí a s vlastní přizpůsobivostí (obr. 1) zase zpět do originální austenitické fáze. Tvarově-paměťový efekt probíhá přes teploty přeměny Ms, Mf a Af podle obr.2. Jestliže se vychází ze změn martenzitu pod Mf, kdy jednotlivé martenzitické destičky rostou nebo se smršťují, začíná nad As přeměna martenzitu na původní austenit, a až nad Af je úplná přeměna ukončena a je plně znovu dosaženo dřívější tvarování.

Tvarově-paměťový efekt přetvářením martenzitu Schematické znázornění procesně podmíněného tvarově-paměťového efektu
Obr. 1 - Tvarově-paměťový efekt
přetvářením martenzitu
Obr. 2 - Schematické znázornění procesně
podmíněného tvarově-paměťového efektu

Volba vhodného způsobu spojování závisí rozhodujícím způsobem na vlastnostech garantovaných v oblasti spoje, příp. na tolerovaných odchylkách ve srovnání s neovlivněným základním materiálem. Spojování slitin s tvarovou pamětí je proto tak mimořádně obtížné, protože je prakticky nemožné zajistit v oblasti spoje legovací a strukturní složení identické se základním materiálem, které by odpovídalo požadovanému tvarově-paměťovému efektu.

Při tavném svařování křehne svarový kov, v tepelně ovlivněném pásmu (TOP) dochází ke ztrátě superplasticity a tvarově-paměťového efektu tvorbou intermetalických fází. I když při laserovém svařování superplasticita a tvarová paměť zůstávají zachovány, silně se snižuje pevnost v tahu s lomem ve svarovém kovu a hrubne zrno v TOP.

Naproti tomu zaručují úspěch tlakové způsoby svařování jako svařování třením nebo difusní svařování. Zatímco při svařování třením je třeba počítat na styčných plochách s tepelnými a přetvářecími vlivy, lze realizovat difusní svařování se stanovenými teplotami a tlaky bez ovlivnění tvarově-paměťových vlastností. Pokusy odporového svařování ukazují, že se udrží superplasticita i bez následného tepelného zpracování, že však dojde k místnímu ovlivnění tvarově-paměťového efektu vlivem mikrostruturních změn.

Pro pájení NiTi-slitin s tvarovou pamětí existuje patent, podle kterého odstraňuje halogenní tavidlo kysličníky titanu s povrchu a zabraňuje jejich nové tvorbě. Pájí se Sn-Ag pájkou, k ovlivnění tvarově-paměťového efektu nedochází.

Spolehlivou technologií pro spojování slitin s tvarovou pamětí slibuje být "Transient Liquid Phase Bonding", při které se vloží přídavný materiál mezi kontaktní plochy spojovaných dílů, ohřeje se na spojovací teplotu a jako tekutý film isotermicky opět tuhne po dobu udržování spoje na teplotě.

Metalurgické přednosti svařování hliníkových slitin v pevném stavu nabízí v Anglii vyvinuté kombinované svařování třením, které vyhovuje koncepci lehkých konstrukcí v automobilovém průmyslu, ve stavbě lodí i letadel. Kombinovaným svařováním třením jsou svařitelné všechny hliníkové slitiny, které podobně jako při vytlačování jsou v průběhu spojovacího (tvářecího) procesu vystaveny pouze místně se vyskytující dynamické rekrystalizaci. Rozdíly v tvářitelnosti jsou přitom určovány parametry procesu. Tváření v oblasti vazkosti pod teplotou solidu současně vylučuje tvorbu pórů a trhlin za tepla a rovněž i objemově nebo smršťováním podmíněné vnitřní pnutí. Mechanicko-technologické vlastnosti spojů lze považovat s ohledem na strukturu podobnou jako při kování za dobré.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz