123



Stránky připravuje:

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

Aktualizováno: 10/05/2007

99_1-6   Zkoušení svařitelnosti

Zkoušení sklonu k trhlinám za tepla a hodnocení trhlin vznikajících při tuhnutí představují ve smyslu svařitelnosti klíčovou roli, a to jak při různých skupinách materiálu tak i při různých způsobech svařování.

Při laserovém svařování nelegovaných a nízkolegovaných konstrukčních ocelí jsou pozorovány trhliny ve středním žlábku spoje, které představuje pro svůj zvláštní růst dendritů netypické pole pro trhliny při tuhnutí. Vyšetřování příčin ukazuje, že jak tepelný příkon závislý na výkonu laseru, tak i rychlost svařování a chemické složení mají výrazný vliv vznik trhlin. Hodnocení ve smyslu svařitelnosti nemohlo být zatím uspokojivě nalezeno.

Pevnostní a lomové zkoušky na laserových svarových spojích stejných i rozdílných materiálů ukazují, že u ocelí obsahujících uhlík a mangan vzniká v tepelně ovlivněném pásmu bainit a martenzit, zatím co u austenitů nebyl zaznamenán žádný nárůst tvrdosti. Při zkoušení příčných vzorků různých laserových svarových spojů vzniká lom pro nestejné vlastnosti spoje zásadně na straně méně pevného feritického materiálu. Jednotlivé trhliny z tuhnutí ve spoji přitom polohu lomu neovlivňují.

Analýzy a modelování bodového zdroje paprsku dovoluje zviditelnění laserového paprsku, jehož postupování vytváří spoj ve tvaru úzkého žlábku. Na základě toho je možno optimalizovat vlivy parametrů procesu s ohledem na materiál a vytvořit bezpečné podmínky pro kvalitu spoje.

Pro přesnější vyšetření vývoje při tuhnutí a vytváření mikrostruktury při WIG-svařování na třech zvolených segregacemi zpevněných martezitických vysokolegovaných ocelí byla zvolena technika cínového kalení. Tato technika umožňuje, že svarový kov tuhne z taveniny jako jednofázový ferit s vysokým stupněm mikrosegregací a během dalšího ochlazování zůstává vlivem difuse v tuhém stavu převážně homogenní. Pro svarový kov a základní materiál s velmi blízkou strukturou bylo zjištěno, že vlastnosti materiálu (sklon k trhlinám za tepla, pevnost a vrubová houževnatost) svarového spoje jsou nižší než základního materiálu. Každá z vyšetřovaných ocelí vykazovala v důsledku ochlazovacího procesu zásadní rozdíly v podílu fázových koncentrací, v základních částech struktury a v rozdělení segregací, stejně jako v metalurgických reakcích vedoucích k tvoření trhlin, v sekundárním austenitu a v segregujících legurách. Tak jedna ocel nemá přes vyšší obsah fosforu a síry při VarestrainTestu sklon k trhlinám za tepla, zatím co u jiné oceli vytvářejí niobové segregace nízko tevitelné eutektikum, které při eutektickém tuhnutí vytváří NbC. Segregace křemíku a molybdenu rovněž podporují sklon k trhlinám za tepla.

Pro identifikaci karbidů niobu a Leves-fází vznikajících při eutektických reakcích z austenitu byly vyhodnocovány VarestraintTestem zjištěné sklony k trhlinám za tepla Fe-Ni-Cr-slitin pomocí diferenciální termoanalýzy, pomocí světelně-optického šetření, pomocí elektronového mikroskopu a mikroanalýzy. Při tom se ukázalo, že mezidendritická tavenina s vysokým poměrem C/Nb je při primárně-austenitickém tuhnutí dále obohacována uhlíkem. Při eutektických přeměnách při 1300 oC je před gama a NbC. V protikladu k tomu jsou mezidendritické taveniny při nízkých poměrech C/Nb obohacené niobem, takže eutektické reakce při 1223 oC přinášejí směs austenitu a Laves-fáze. Odolnost proti trhlinám za tepla je na tavné linii při vysokém poměru C/Nb tím větší, čím lépe může být zastavena eutektická reakce při nízkých teplotách (L-gama+NbC).

Pro austenitickou ocel X5CrNi 1810 (Typ 304) byly vyšetřovány vlivy obsahu feritu a sníženého obsahu fosforu a síry na sklon k trhlinám za tepla na vybraných pokusných tavbách. Při součtu obsahů P+S=0,032% jsou bezferitové tavby u WIG-způsobem přetaveného svarového kovu citlivější na trhliny. Fosfor podporuje tvorbu trhlin ve svarovém kovu o 2,5% prodloužených Varenstraint-vzorků, zatím co síra podporuje vznik trhlin při opakovaném natavení v tepelně ovlivněném pásmu. Fosfor a síra byly prokázány v oblasti svarového kovu ve formě vměstků. V tavbách s nadprůměrným obsahem fosforu vykázaly vměstky s vysokým obsahem síry vyšší obsahy manganu, zatím co vměstky bohaté na fosfor obsahovaly více chromu a křemíku. Naproti tomu v tavbách chudých na fosfor byly pozorovány jen vměstky bohaté na síru. Ukázalo se, že nízké obsahy feritu jsou méně vhodné pro omezení trhlin za tepla v oblasti svarového kovu než redukované obsahy fosforu a síry. Ve srovnání s těmito výsledky nebyly při trhlinách z opětovného natavení v tepelně ovlivněném pásmu zjištěny žádné vměstky, což je v souladu s difusním množstvím fosforu a síry.

Zřetelné zlepšení odolnosti proti korozi a vzniku okují u slitiny Ni-Co-Cr bylo dosaženo přidáním 2,7% Si. Zlepšené užitné vlastnosti však ztěžují svařitelnost pro kontrolovaný interval tavení, takže kromě primární krystalizace bylo podrobeno šetření zejména eutektikum (zkouška trhlin za tepla VerstraintTestem, diferenciální tepelná analýza, světelně-optické a elektronické posouzení struktury, fázová analýza rentgenem, kvantitativní zpracování obrázků). Při tom byla ternární spojení, která se tvoří při eutektické reakci v ternárních systémech Ni-Ti-Si a Co-Ti-Si, přiřazena k tvaru A16B6Si7 (A je v něm pro prvky Ni a Co, B pro Ti a CR). Bylo prokázáno, že mezidendritická tavenina se v průběhu stádia primární krystalizace obohacuje segregací Ni, Si a Ti, zatím co Co segreguje k jádrům dendritů. Pro Cr nebyla zjištěna žádná přednostní segregace. Vysoký sklon k trhlinám za tepla byl přisouzen širokému intervalu tuhnutí 225 oC a objemu 2 až 5% interdendritické taveniny, která obklopuje mezidendrické hranice zrn.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz