123



Stránky připravuje:

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

Aktualizováno: 10/05/2007

99_1-3.   Svařování jemnozrnných konstrukčních ocelí a ocelí vysoké pevnosti

Pokroky ve výrobě oceli se dnes stávají součástí komplexního procesu zahrnujícího techniku zařízení a výroby, vývoj materiálu a jeho zpracování. Zejména zpracování materiálu je ve velké míře ovlivňováno jeho vývojem. Významné inovačními typy ve vývoji oceli v poslední době jsou zejména "Bace hardening"-oceli, dvojfázové oceli ve stavu válcování za studena a "Trip"-ocele (transformation induced plasticity). Impulsy pro lehké konstrukce z oceli vznikají ze stavebních částí jako jsou "tailored blanks" a z optimalizovaných výrobních procesů (laserové svařování "tailored blanks" s lineárními a nelineárními spoji, "transition joint" pro spojování oceli s hliníkem, vnitřní vysokotlakové tváření). Byly publikovány příklady inovací z oblastí výroby kolejových vozidel, lodí, pojízdných jeřábů, výroby nádob pro nápoje a ze stavebnictví.

Také při svařování vysokopevnostních ocelí se stále zvyšuje význam laserového svařování. Bylo přezkoušeno laserové svařování termomechanicky válcované oceli S700MC (PAS 700, 1.8974), vodou zušlechtěné oceli S690QL1 (N-A-XTRA 70, 1.8988) a S960QL (XAB0960, 1.8933) a také jen rok staré oceli XABO 1000 o tloušťkách ca 10 mm. Spoje svařené laserově při výkonu 11 kW byly ve srovnání s dřívějšími zkouškami téměř bez pórů, trhliny vznikající při tuhnutí nebyly zjištěny. Dalším příkladem potenciálních možností využití při lehkých konstrukcích, je laserové svařování lehkých kol pro stavby. V konkurenci s hliníkem byla pro ráfky použita ocel s vyšší pevností DP 600 a laserově svařena.

Byly publikovány nové poznatky z MAG-svařování 1,5 až 2,0 mm tlustých plechů z různých druhů vysokopevnostních dvojfázových ocelí válcovaných za studena s pevnostmi v tahu mezi 650 a 1540 N.mm-2 (Doco1600DP, Doco1800DP, Doco1 1000DP a Doco1400DP. Byl přitom použit směsný plyn 75% Ar a 25% CO2 a plné svařovací dráty G465MG2 (EN 440, OKAutrod 12.51) a NiMoCr2 (ER 100S-G podle AWSA 5.28, OKAutrod 13.31) o průměru 0,8 mm. Poslední kombinace je nový vývoj s výrazně vyššími hodnotami pevnosti v tahu a kluzu svarového kovu než dává G465MG2. Tepelný příkon při svařování kolísal mezi 0,14 a 0,18 kJ.mm-1. Zkoušení jednovrstvých svarů se uskutečnilo známými metodami (vnější prohlídka a kontrola rentgenem, makrovýbrusy, zkoušky v tahu a ohybu a zkoušky tvrdosti). Svarové spoje měly dobrou kvalitu, tzn. neměly trhliny, póry nebo jiné vady. Zkoušky tahem zaznamenaly pro spoje přírůstky pevnosti v tahu i v kluzu s rostoucími hodnotami základního materiálu. Lomy nastaly vždy v tepelně ovlivněném pásmu (s jednou výjimkou). Pevný drát ER100S-G dával mírně lepší výsledky v pevnosti než G465MG2. Snížení tepelného příkonu způsobilo mírně lepší pevnosti svarových spojů.

Byly zveřejněny výsledky zkoušek svařování jemnozrnné konstrukční oceli S1100Q s nejvyšší pevností, ale vhodnou ještě pro svařování. Použity byly pevné dráty typu G894McrNi2Mo a G894McrNi25Mo (podle prEN 12534) a vysoce bazický trubičkový drát typu T963Mn2NiCrMoB M 3 (prEN 12535). Ocel S1100Q má pevnost v tahu ca 1400 až 1450 N.mm2 a mez kluzu v rozsahu ca 1100 až 1200 N.mm-2. Při svařování byly zpracovateli stanovena různá omezení, např. nejmenší teploty předehřátí pro snížení nebezpečí trhlin za studena. Při respektování směrnic pro zpracování vysoce pevných jemnozrnných ocelí podle SEW 088 a při přesné tepelné kontrole svařovacího procesu (dodržení ochlazovacího času t/8,5 mezi 5 a 10 s) mohou svarové spoje dosáhnout mechanickotechnologické vlastnosti adekvátní k základnímu materiálu.

V další práci jsou dokumentovány různé výsledky MAG-svařování s mezerou 10 až 15 mm tlustých plechů z vysokopevnostní jemnozrnné konstrukční ocele S355NL a S460NL v poloze svislé stoupající (PF) při vodorovném přísunu trubičkového drátu. Předností tohoto způsobu je relativně malý tepelný příkon. Středem pozornosti byla optimalizace průběhu procesu a jeho tepelných podmínek, zjištění mechanicko-technologických podmínek, rozbory struktury a měření deformací a tvrdosti.

Byly uveřejněny zkušenosti z ekonomického využívání obloukového svařování potrubí o průměru 914,4 mm a tloušťce stěny 8,76 mm z vysokopevnostní ocele. Jako přídavný materiál byly použity celulózové elektrody typu E6010 (AWS 5.1-86) pro kořenové housenky a E8010 (AWS 5.1-86) pro ostatní vrstvy. Použité svařovací proudy byly ca 139 až 192 A při napětí 22 až 30 V. Jako zdroj proudu byl použit invertor s dieselovým motorem. V článku popsaná technika zřetelně zvyšuje produktivitu, která je ovlivňována požadavky na minimalizaci přívodu vodíku. Byla popsána stavba prvního 33 km dlouhého úseku plynovodu v Kanadě při použití vysokopevnostní ocele (X80). Na tomto úseku bylo použito i MAG-svařování. Další článek informuje o zjištěných lomovomechanických hodnotách (CTOD) zjištěných na tomto úseku v rámci zkoušek svařovacího procesu na oceli L485MB (X70, StE480.7TM, 1.8977).

Další článek informuje o úspěšné stavbě vodního díla Langkamfen. Pro svařování 25 mm tlustých plechů pro obložení z oceli S460M podle EN 10113 bylo použito svařování pod tavidlem. Přivařování válcových želez se uskutečnilo s plnou mechanizací za pomoci orbitálních kleští při použití MAG-svařování pevným drátem ve směsném plynu. Dalším úspěšným projektem je stavba čtvrtého stupně vodního díla Grande Dixence, při které bylo zpracováno svařováním pod tavidlem ca 23 000 t jemnozrnné konstrukční ocele v kvalitách S355NL, S690QL a S690QL (tloušťky mezi 25 a 42 mm), 73 t svařovacího tavidla a 170 t trubičkových drátů.

Při přivařování svorníků z oceli vyšší pevnosti je třeba dbát na některé zvláštnosti, které jsou výsledkem zvýšené tvrdosti v tepelně ovlivněném pásmu vzniklé vyššími ochlazovacími rychlotmi. Použitím ocelí s obsahem uhlíku ca 0,25% a mikrolegovacími prvky jako niob a titan, např. Hardox 500 (0,25%C, 0,83%Si, 1,48%Mn, 0,014%P, 0,005%S, 0,63%Cr, 0,08%Ni, 0,24%Mo, 0,066%Al, 0,03%Nb), lze tento problém zvládnout. Podobně dobré zkušenosti jsou i s některými dalšími ocelemi jako Dilidur, 28MnCr4-3 (XAR500) a Creusabro (Creusot-Loire Industrie, Francie). Ani při vzniku vysokých špiček tvrdosti u jemnozrnných konstrukčních ocelích nebyly při statickém namáhání pozorovány žádné lomy v zóně svaru nebo tepelně ovlivněného pásma. Předpokladem pro to je použití předehřívacího oblouku, který vysuší povrch.

Další zprávy informují o zkouškách odporového bodového svařování a alternativních způsobů spojování, jako jsou lepení, spojování prolisem a kombinace mechanických způsobů s lepením pro spojování mikrolegovaných ocelí vyšší pevnosti, ocelí legovaných fosforem, "Bake-hardening" ocelí a ocelí dvoufázových. Cílem je vyšetřování potenciálu oceli pro lehké konstrukce na automobilové karoserii při záruce cenové neutrality a bez vlivu na platný standard bezpečnosti. S přihlédnutím ke všem dřívějším širokým pracem a k danostem v lisovnách automobilového průmyslu byly vyrobeny díly, které vykazují snížení hmotnosti až 13%.

Další autoři se zabývají modifikacemi použitých přídavných materiálů při svařování vysokopevnostních ocelí s pevnostmi od 820 do 1100 N.mm-2. Na místo obvyklých austenitických přídavných materiálů k zamezení vzniku trhlin za studena použili pro WIG-svařování 10 mm tlustých plechů bainitické a martenziticko-austenitické WIG-svařovací tyčinky. Po svaření byly svarové spoje tepelně zpracovány. Jako kritéria pro hodnocení kvality svarových spojů byly použity vrubová houževnatost a vytvořená struktura ve svarovém kovu a v tepelně ovlivněném pásmu.

Různé výzkumné práce se věnují problematice vzniku trhlin za studena u ocelí vyšší pevnosti vyvolaných difusí vodíku a vhodnými metodami pro jejich zabránění. Jedna práce referuje o vlivu difusního vodíku a způsobu ochlazování mezi 600 a 500 oC na charakteristický odpor zpožděného lomu a křehkého lomu v tepelně ovlivněném pásmu nízkolegované vysokopevnostní ruské oceli 14Ch2GMR. Vzrůst obsahu vodíku z 0 na 10 ml na 100g snižuje výrazně odolnost proti trhlinám za studena v tepelně ovlivněném pásmu. V další části výzkumu byl vyšetřován vliv neúplného zpožděného lomu na odolnost proti křehkému lomu. Rastrové snímky na elektronovém mikroskopu ukázaly krátké mikrotrliny, které však nesahaly až k povrchu.

Byl představen model pro předpověď rizika lomu ve spojích při svařování pod tavidlem. Zkoumány přitom byly feriticko-bainitická ocel 350EMZ a bainitická ocel 450EMZ (Anglie) o tloušťce 50 mm.

Byly uveřejněny údaje o vlivu nízkých obsahů síry (0,002 až 0,011%) a nízkých ekvivalentů uhlíku na odolnost proti trhlinám za studena a na tvorbu "měkkých" zón různých svařovaných vysokopevnostních ocelí s mezí pevnosti mezi 355 a 690 N.mm-2 v závislosti na různých dobách ochlazování. Proti nim stojí výsledky šetření o vlivu chemického složení oceli na snížení tvrdosti v tepelně ovlivněném pásmu. Ukázalo se, že vysokopevnostní ocele s vysokým ekvivalentem uhlíku vykazují největší snížení tvrdosti. Vysoké tepelné příkony při WIG- a MAG-svařování tento efekt potvrzují.

Další práce posuzuje svařitelnost vysokopevných jemnozrnných konstrukčních ocelí v oblastech tvářených za studena. Realizované výzkumy na 40 mm tlustých svařovaných plechách z oceli S690QL ukazují, že při této oceli nedochází v oblastech tvářených za studena k hrubnutí zrn a ani ke zkřehnutí v důsledku stárnutí. Svařováním jsou oblasti v nejbližším okolí vystaveny tepelnému zpracování, které způsobí, že vliv tváření za studena zcela zaniká. Velké množství mikrolegovacích prvků a velmi nízké obsahy dusíku způsobují, že tato jemnozrnná konstrukční ocel je poměrně odolná proti hrubnutí zrn.

Předmětem dalšího výzkumu byly zkoušky mechanických vlastností v oblastech blízkých a vzdálených od mnohavrstvého svarového spoje pod tavidlem na jemnozrnné konstrukční oceli S355 při svařování a ochlazování ve velkém zkušebním zařízení při různém upnutí a při použití pásků měřících prodloužení. Zatímco síla v tahu narůstá s počtem vrstev, nastává s každou svarovou vrstvou pokles síly vlivem ohřátí, a po něm rostou reakční síly na základě zábran proti deformacím. Reakční síla roste s rostoucí tuhostí upnutí. Zvětšením počtu vrstev je možno velikost reakčních sil zmenšit při stejném množství vneseného materiálu. V důsledku tuhých zkušebních stolů rostou reakční momenty. Byl zjištěn a popsán průběh reakčních momentů při různých stupních upnutí a různých tepelných příkonech.

Byly popsány speciálně pro stavbu mostů vyvinuté ruské vysokopevnostní ocele s označením 10ChSNDA (menší0,10%C, 0,8 až 1,1%Si, 0,3 až 0,6%Mn, 0,4 až 0,6%Cu) a 15ChSNDA (menší0,12%C, 0,4 až 0,7%Si, 0,2 až 0,5%Mn, 0,2 až 0,4%Cu), které se vaznačují zřetelně vyšším podílem karbidotvorných prvků a nízkými obsahy C, Cr, Ni, Mn a jiných škodlivých nečistot. Plechy z těchto ocelí tlusté 12 až 32 mm byly svařeny pod tavidlem a ručně obalenými elektrodami. Při vysokém tepelném příkonu (51 KJ.cm-1) měly tyto ocele sklon ke zkřehnutí za studena v tavném pásmu, při nízkém tepelném příkonu (pod 22 kJ.cm-1 a 39 kJ.cm-1) vykazovaly svarové spoje uspokojivé výsledky.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz