123



Stránky připravuje:

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

Aktualizováno: 10/05/2007

99_1-2 Svařování nelegovaných a nízkolegovaných ocelí

Speciálně pro svařování roboty byl s ohledem na podávání, na častý způsob zapínání start-stop a na vysoký zatěžovatel při současně i vysokých proudech vyvinut nový trubičkový drát. Je vhodný především pro svařování tupých a koutových spojů v polohách PA a PB a je schválen pro oceli do pevnosti 420 N při provozních teplotách do -40oC. Trubičkový drát se dodává o průměru 1,4 mm, zaručuje zlepšenou povrchovou kvalitou a optimálním navíjením vysokou jistotu podávání i při dlouhých vedeních. Dobrý převod proudu v kontaktní špičce zaručuje stabilní svařovací proces. Svařovací oblouk se zapaluje i při vysokých proudech (nad 450 A) měkce, spolehlivě a s mimořádně nízkým rozstřikem. Nový trubičkový drát se přednostně doporučuje pro směsný plyn 92% Ar a 8% CO2, dobré výsledky však dává i při směsi 96% Ar a 4% CO2.

Koutové svary s rozměrem "a" 1,5 až 6 mm je možno svařovat v jedné vrstvě, přičemž při malých mírách "a" jsou dosažitelné svařovací rychlosti až 3,8 m.min-1. Při podávacích rychlostech drátu 1 až 16 m.min-1 a odpovídajících svařovacích proudech 350 až 450 A se při zatěžovateli 100% udávají odtavovací výkony 7 až 10 kg.h-1.

Jako doplněk k uvedeným údajům bylo popsáno uplatnění trubičkových drátů ve stavbě lodí, a to ve formě svařování elektroplynového a svařování pod tavidlem.

Při elektroplynovém svařování je možno docílit dobré hodnoty houževnatosti svarového kovu i přes vysoký tepelný příkon použitím trubičkového drátu mikrolegovaného bórem a titanem při bazické charakteristice strusky. Tento trubičkový drát se dodává v průměrech 1,6 a 3,2 mm v zájmu správné volby s ohledem na tloušťku svařovaného plechu. Přesto v důsledku přehřátí zůstávají problematickým nepříznivé hodnoty houževnatosti a nastává zhrubnutí zrna v tepelně ovlivněném pásmu základního materiálu. Doporučuje se proto použití termomechanicky válcovaných ocelí, které jsou všeobecně méně náchylné na přehřátí. Vozík svařovacího zařízení s integrovavanou podávací jednotkou, řízením, ukazovacími přístroji a přitlačovacími prvky vodícího systému je veden na profilové dráze s ozubenou tyčí. Jemné nastavování stoupací rychlosti pomocí elektronického řízení, které snímá volný konec drátu, zaručuje vysokou procesní spolehlivost.

Pro svařování pod tavidlem dlouhých koutových svarů v pozici PB a tupých spojů v pozici PA (svařování s jedné strany, v jedné vrstvě do 15 mm tloušťky plechu, příp. svařování vrstva-protivrstva) se doporučuje víceobloukové svařování pod tavidlem při kombinaci stejnosměrného proudu na první svařovací hlavě a střídavého proudu na dalších. Pomocí procesu FMI (flux micro injection) při použití trubičkového drátu mikrolegovaného bórem a titanem s bazickou charakteristikou strusky se podařilo při dvou-, resp. trojobloukovém svařování splnit požadavky na tažnost svarového kovu. Při jednovrstvém svařování s jedné strany byla dosažena ve svarovém kovu vrubová houževnatost nad 60 J při -20oC. Při svařování způsobem vrstva-protivrstva symetrického, resp. nesymetrického oboustranného Y-spoje (rozevření 60 až 80o podle tloušťky plechu pro zajištění pokud možno nejmenšího promíchání) byla docílena vrubová houževnatost ve svarovém kovu vyšší než 120 J při -20oC.

Další práce pojednává o poznatcích při svařování pod tavidlem při použití páskové elektrody v poloze podél. Na základě teoretických úvah a experimentálních pokusů zaměřených na optimalizaci procesu byla vypracována technologie svařování páskovou elektrodou válcových spojů na věncích rozváděcích lopatek parních turbin.

Vnější a vnitřní prstence věnců rozvodných lopatek, které se vyrábějí převážně z materiálu S235JRG2 a P265GH, jsou rotačně symetrické části s dlouhými velkoprůřezovými válcovými spoji a jsou v této formě vhodné pro svařování pod tavidlem. Při hledisku, že jeden rozměr pásku by měl krýt celý potřebný rozsah, jeví se jako optimální pásek v kvalitě S2 podle EN 756 a průřezu 15 x 1 mm ve spojení s tavidlem AAR197AC2-16, resp. FCS167AC2-25 podle EN 760. V proudovém rozsahu 750 až 1500 A při odtavovacím výkonu 13 až 28 kg.h-1 je možno svařovat koutové svary s tloušťkou 5 až 14 mm. Ve srovnání s dvojdrátovým svařováním pod tavidlem to znamená zvýšení výkonu až o 85% a ve srovnání s jednodrátovým svařováním na dvojnásobek až čtyřnásobek. Jelikož svařování pod tavidlem páskovou elektrodou má vlastnosti vhodné pro rychlostní svařování, je možno převést vysoké odtavovací hodnoty na zvýšení rychlosti svařování, a tak s ohledem na tepelný příkon svařovat hospodárně i velkoprůřezové svary ve vícevrstvé technice.

Pro konstrukci haly s rozpětím ca 40 m ze svařovaných TT-profilů byly sloupy a příčníky vyrobeny jako svařované díly kompletně v dílně a potom žárově pozinkovány. Aby bylo možno realizovat montáž jen pomocí šroubových spojů, byly na koncích sloupů a příčníků (stojiny a pásnice o tloušťce plechu 11 až 35 mm) přivařeny hlavové plechy o tloušťce 30 a 45 mm. Spojovací svary mezi stojinami a pásnicemi, resp. TT-profily a hlavovými plechy (materiály odpovídající kvalitou S355JR a S355J2G3) byly provedeny jako dvojité koutové svary s mírami "a" 4 až 15 mm. Při montáži na staveništi byly zjištěny otevřené trhliny v oblastech se zábranami protažení, a to v rozích mezi nosníkem a hlavovým plechem a ve spojovacích svarech mezi hlavovými plechy a stojinami.

Další práce referuje o zjištěných příčinách trhlin vzniklých evidentně v průběhu žárového zinkování. Ukázalo se, že vlivem nevhodně volených tlustostěnných stavebních prvků s konstrukčními zábranami prodloužení a vlivem velkoprůřezových svarů vznikla velká vnitřní pnutí, která společně s velkými pnutími tepelnými vznikajícími při žárovém zinkování vyvolala trhliny. Přitom tekutý zinek, který při víceosém namáhání smáčel díl, pronikl po hranicích namáhaných zrn - podobně jako při známé pájecí lámavosti - do oceli. Byly zpracovány pokyny, jak by bylo možno těmto škodám zabránit.

Na základě vzniklých škod na lodích, mostech, nádobách a na produktovodech požaduje většina specifikací pro obvodové svary potrubí na zemní plyn garantované minimální hodnoty šíření trhlin (CTOD) základního materiálu, svarového kovu a tepelně ovlivněného pásma pro posouzení ohrožení křehkým lomem. Pro charakteristiku chování dnes hlavně používané oceli X70 pro stavbu plynových potrubí a svarových spojů, byly v další práci oznámeny odpovídající hodnoty CTOD pro šíření trhlin.

Pro výzkumné účely byly v rámci přezkušování jednotlivých způsobů svařeny obvodovým svarem vždy dva vzorky válcových prstenců s vnějším průměrem 1066 mm, tloušťkou stěny 13 mm a délkou 150 mm. Jako základní materiál sloužila termomechanicky zpracovaná ocel StE480.7 podle DIN 17172 (X70 podle API) se zaručenou mezí kluzu 480 N.mm-2, minimální pevností v tahu 600 N.mm-2 a střední vrubovou houževnatostí 27 J při 0 oC. Svary shora dolů byly prováděny celulózovými elektrodami současně dvěma svářeči, každý polovinu trouby, začínali v poloze vodorovné (PA) a přešli k poloze svislé (PG), příp. začali v poloze svislé a přešli k poloze nad hlavou (PE). Svary se skládaly ze 7mi až 8mi vrstev, a sice z jedné kořenové (průměr elektrody 3,25, výjimečně 4 mm), dále z jedné "hot pass" (průměr elektrody 4 mm) a ze 4 až 5ti krycích vrstev (průměr elektrody 4 až 5 mm). U jedné zkoušky se kořen svařoval zdola nahoru.

Takto zhotovená část trouby se rozdělila podélnými řezy na 3 stejné segmenty, které se potom vyrovnaly. Z těchto třech zkušebních desek byly odebrány ze středu tloušťky CTOD-tělíska o tloušťce 10 mm, a to u jedné trouby ze základního materiálu a u všech třech ze svarového kovu a tepelně ovlivněného pásma (TOP).

COTD-šetření byla provedena u základního materiálu při zkušebních teplotách -30 a 0 oC, u svarového kovu a TOP při 0 oC. Hodnoty nad 0,10 mm požadované pro stavbu potrubí pro svarový kov a TOP nebyly při teplotě 0 oC převážně dosaženy. Nejlepší COTD hodnoty byly dosaženy u osmivrstvých svarů svařených v poloze svislé dolů. Z cenových důvodů bylo možno doporučit i sedmivrstvý svar, u kterého byly CTOD hodnoty rovněž dosaženy.

Firma Transco vlastní a zabezpečuje potrubní síť ve Velké Britanii, a to jak vyšší řády (o tlaku 0,7 až 8,5 MPa) tak i regionální distribuční síť (pod 0,7 MPa). Firma stanovila vlastní požadavky na základní materiály, armatury i kvalitu svarů, které jsou ve světě uznávány.

Z důvodů vysokého obsahu vodíku v celulózových elektrodách, které se používají pro polohové svary, se s ohledem na vznik trhlin vyvolávaných vodíkem požaduje, aby nové základní i přídavné materiály byly podrobeny širokým zkouškám svařitelnosti reprezentativním pro svařování na stavbách. Pro simulaci zakládání do rýh se zkoušky uskutečňují včetně zvedání a spouštění po dokončení kořenové housenky. Pro vyšší spolehlivost se při zkouškách svařuje bez předehřátí, přičemž na stavbách je předehřátí předepsáno nejméně na 50 oC. Pokud má materiál vyšší obsah uhlíku nebo se jedná o materiál kontrolovaně termomechanicky válcovaný, předehřívá se při zkouškách na teplotu 70 oC a na stavbách minimálně na 150 oC.

Svařovací postup kvalifikovaný pro spoje trouba-trouba je možno použít i pro spoje trouba-fitinka za předpokladu předehřátí nejméně o 100 oC vyšším a za předpokladu, že tvarovka byla vyrobena za podmínek stanovených firmou Transco včetně testu svařitelnosti.

Svařování hlavních řádů se uskutečňuje na stavbách před vyhloubením rýhy a před uložením vedení do rýhy. Přitom ve Velké Britanii převažuje svařování shora dolů celulózovými elektrodami. Úprava návarových ploch u trub s tloušťkou pod 19 mm je 30o (+5-0o). Při tloušťkách nad 19 mm se používá úprava trochu modifikovaná, aby se snížil objem svarového kovu.

Při svařování pracují dvě skupiny. Skupina na čele svařuje nejprve kořenové housenky, pak "hot pass" a ještě první "hot fill". Částečně vyplněný svar se pak nechá vychladnout a později jej dokončí druhá skupina.

Pro přípravu obou konců trub ke svařování se používá uvnitř trouby pneumatické centrovací zařízení, které se vytáhne po dokončení kořenové housenky, často však až po částečném nebo úplném nanesení "hot pass", a přesune se k dalšímu spoji. Kořen a "hot pass" se svařují elektrodou s nižší pevností, aby se lépe splnily nároky spojené se zvedáním a spouštěním trub do rýhy. Další vrstvy se kladou elektrodami s vyšší pevností podle materiálu trouby, aby se spolehlivě zajistil požadovaný "overmatching" hodnot svarového kovu.

Alternativním svařovacím procesem je mechanizované MAG-svařování při použití trubičkového drátu a ochranného plynu CO2, resp. směsi Ar-CO2. Pro dokončovací práce se používají dvě základní varianty. Při prvé variantě se pokládají všechny vrstvy s vnější strany trouby a kořenová housenka se podkládá měděnou podložkou upevněnou na vnitřním centrovacím zařízení. Při druhé variantě přebírají svařování kořenové housenky svařovací hlavy umístěné na vnitřním centrovacím zařízení, ostatní vrstvy se nanášejí s vnější strany. Předností mechanizovaného MAG-svařování je nízký přívod vodíku a snížený počet vrstev, což má příznivý vliv na produktivitu. Nevýhodou je však vysoká cena zařízení a nebezpečí bočních vad ve svarech.

Pro malý obsah vodíku ve svarovém kovu se používají také bazické elektrody pro polohové svary (LHVD-elektrody), které ve srovnání s konvenčními bazickými elektrodami dovolují vyšší svařovací rychlost. Jejich použití je však omezeno na obvodové svary trub větších průměrů a na svařování krátkých úseků s velkou tloušťkou stěny (28,7 mm). Při tom se LHVD-elektrody používají především na výplňové a krycí housenky, protože při svařování kořene vyžadují ve srovnání s celulózovými elektrodami jinou manipulaci.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz