Svařitelnost kovů (abstrakt) | MARKMET

Proces svařování – je komplex několika současně probíhajících procesů, z nichž hlavní jsou: tepelné působení na kov v oblastech postižených svarem, tavení, metalurgické procesy, krystalizace svarového kovu a vzájemná krystalizace kovů v tavné zóně. Pod svařitelností je proto nutné chápat vztah kovů k těmto hlavním procesům.

Svařitelnost kovů se posuzuje z technologického a fyzikálního hlediska.

Tepelný vliv na kov v oblastech postižených svarem a proces tavení jsou určeny metodou svařování a jejími režimy.

Obvykle se zvažuje vztah kovu ke konkrétní metodě a režimu svařování technologický svařitelnost. Fyzické Svařitelnost je určena procesy probíhajícími v tavné zóně svařovaných kovů, což vede k vytvoření trvalého svarového spoje.

Konvergence částic a vytváření podmínek pro jejich interakci se provádí zvolenou metodou svařování a průběh odpovídajících fyzikálních a chemických procesů je určen vlastnostmi spojovaných kovů. Tyto vlastnosti kovů určují jejich fyzikální svařitelnost.

Svařované kovy mohou mít stejné nebo odlišné chemické složení a vlastnosti. V prvním případě se jedná o kovy homogenní z hlediska chemického složení a vlastností, ve druhém případě jsou si odlišné.

Všechny homogenní kovy mají fyzikální svařitelnost.

Vlastnosti různých kovů někdy nedokážou zajistit průběh nezbytných fyzikálních a chemických procesů v zóně fúze, proto tyto kovy nemají fyzikální svařitelnost.

Vliv legujících prvků a nečistot

Mezi legující prvky patří: chrom, nikl, molybden, vanad, wolfram, titan, a také mangan a křemík v určitém množství.

Chrome V nízkouhlíkových ocelích je obsažen v rozmezí do 0,3 %, v konstrukčních ocelích 0,7–3,5 %, v chromových ocelích 12–18 %, v chromniklových ocelích 9–35 %. Při svařování chrom tvoří karbidy chromu, které zhoršují korozní odolnost oceli a prudce zvyšují tvrdost v tepelně ovlivněných zónách; podporuje tvorbu žáruvzdorných oxidů, které komplikují proces svařování.

Nikl U nízkouhlíkových ocelí se pohybuje v rozmezí 0,2-0,3 %, u konstrukčních ocelí 1-5 %, u legovaných ocelí 8-35 %. V některých slitinách dosahuje obsah niklu 85 %. Nikl zvyšuje plastické a pevnostní vlastnosti, zjemňuje zrna bez zhoršení svařitelnosti.

Molybden v oceli je omezen na 0,15–0,8 %. Zvyšuje únosnost oceli při rázovém zatížení a vysokých teplotách a zjemňuje zrno. Podporuje tvorbu trhlin ve svarovém kovu a v tepelně ovlivněných zónách; během svařování aktivně oxiduje a vypaluje se.

Vanad Ve speciálních ocelích je obsažen v rozmezí 0,2-0,8 %, v ražených ocelích 1-1,5 %. Podporuje kalení oceli, což komplikuje svařování. Během svařovacího procesu aktivně oxiduje a vypaluje se.

Wolfram V nástrojových a zápustkových ocelích je obsažen v rozmezí od 0,8 do 18 %. Wolfram prudce zvyšuje tvrdost oceli a její vlastnosti při vysokých teplotách (tvrdost za červena), ale komplikuje proces svařování, protože silně oxiduje.

Titan и niob se zavádí do nerezových a žáruvzdorných ocelí pro zvýšení korozních vlastností (0,5-1,0 %). Při svařování nerezových ocelí typu X18N9 niob podporuje tvorbu trhlin za tepla.

Uhlík – jedna z nejdůležitějších nečistot, určující pevnost, viskozitu, prokalitelnost a zejména svařitelnost oceli. Obsah uhlíku v běžných konstrukčních ocelích do 0,25 % nezhoršuje svařitelnost. Při vyšším obsahu se svařitelnost oceli prudce zhoršuje, protože v tepelně ovlivněných zónách se tvoří zpevňující struktury, které vedou k trhlinám. Zvýšený obsah uhlíku v přídavném materiálu způsobuje pórovitost svarového kovu během svařování.

Mangan je obsažen v oceli v rozmezí 0,3-0,8 %. Mangan nekomplikuje proces svařování. Při svařování ocelí se středním obsahem manganu (1,8-2,5 % Mn) existuje riziko vzniku trhlin, protože mangan pomáhá zvyšovat kalitelnost oceli. U ocelí typu G13L s obsahem manganu 11-16 % dochází během svařování k intenzivnímu hoření manganu, čemuž je třeba předcházet zvláštním opatřením.

Silikon se nachází v oceli v rozmezí 0,02-0,3%. Při svařování nezpůsobuje žádné potíže. U speciálních ocelí s obsahem křemíku 0,8-1,5% se svařovací podmínky zhoršují v důsledku vysoké tekutosti křemíkové oceli a tvorby žáruvzdorných oxidů křemíku.

Technické faktory ovlivňující svařitelnost

Takové vlastnosti svařování, jako je vysoká teplota ohřevu, malý objem svarové lázně, specifická atmosféra nad svarovou lázní, stejně jako tvar a konstrukce svařovaných dílů, v některých případech způsobují nežádoucí důsledky:

— výrazný rozdíl v chemickém složení, mechanických vlastnostech a struktuře svarového kovu od chemického složení, struktury a vlastností základního kovu;

— změny struktury a vlastností základního kovu v tepelně ovlivněné zóně;

— výskyt významných napětí ve svařovaných konstrukcích, které v některých případech přispívá ke vzniku trhlin;

— tvorba žáruvzdorných, obtížně odstranitelných oxidů během svařovacího procesu, které brání procesu, kontaminují svarový kov a snižují jeho kvalitu;

— tvorba pórovitosti a plynových dutin v navařeném kovu, které narušují hustotu a pevnost svarového spoje.

Při různých svařovacích metodách je pozorována znatelná oxidace složek slitiny. Například u oceli dochází k vyhoření uhlíku, křemíku, manganu, oxidaci železa. V tomto ohledu definice technologické svařitelnosti zahrnuje:

— stanovení chemického složení, struktury a vlastností svarového kovu v závislosti na metodě svařování;
— posouzení struktury a mechanických vlastností tepelně ovlivněné zóny;
– posouzení tendence ocelí k tvorbě trhlin;
— posouzení oxidů kovů vznikajících během svařování a hustoty svarového spoje.
Existující metody pro stanovení technologické svařitelnosti lze rozdělit do dvou skupin.

První skupina – přímé metody, kdy se svařitelnost stanovuje svařováním vzorků určitého tvaru.

Druhá skupina – nepřímé metody, kdy je proces svařování nahrazen jinými procesy, jejichž povaha vlivu na kov napodobuje vliv procesu svařování, například tepelné zpracování při teplotách blízkých teplotám procesu svařování.

První skupina metod dává přímou odpověď na otázku preference té či oné metody svařování, obtíží, které vznikají při svařování zvolenou metodou, racionálního režimu svařování atd.

Druhá skupina metod simulujících svařovací procesy nemůže dát přímou odpověď na všechny otázky týkající se praktického provedení svařování. Nepřímé metody jsou považovány pouze za předběžné laboratorní testy.

Klasifikace ocelí podle svařitelnosti.
Stručná doporučení ke svařovací technologii

Podle svařitelnosti se oceli dělí do čtyř skupin: první skupina – dobře svařitelné; druhá skupina – uspokojivě svařitelné; třetí skupina – omezeně svařitelné; čtvrtá skupina – špatně svařitelné.

Hlavními znaky charakterizujícími svařitelnost ocelí jsou sklon k tvorbě trhlin a mechanické vlastnosti svarového spoje.

Do první skupiny patří oceli, které lze svařovat konvenční technologií, tzn. bez ohřevu před svařováním a během svařování a bez následného tepelného zpracování. Není však vyloučeno použití tepelného zpracování ke zmírnění vnitřních pnutí.

Druhá skupina zahrnuje především oceli, které při svařování za běžných výrobních podmínek netvoří trhliny. Do této skupiny patří také oceli, které vyžadují předehřev, jakož i předběžné a následné tepelné zpracování, aby se zabránilo vzniku trhlin.

Do třetí skupiny patří oceli, které jsou za běžných svařovacích podmínek náchylné k praskání. Při svařování se předehřívají a tepelně zpracovávají. Většina ocelí v této skupině se navíc svařuje dodatečně.

Do čtvrté skupiny patří oceli, které se nejobtížněji svařují a jsou náchylné k praskání. Tyto oceli jsou v omezené míře svařitelné, proto se svařování provádí s povinným předběžným tepelným zpracováním, s ohřevem během procesu svařování a následným tepelným zpracováním.