Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy. Způsoby svařování korozivzdorných ocelí Diplomová práce

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Způsoby svařování korozivzdorných ocelí Diplomová práce

Vedoucí práce: doc. Ing. Vlastimil Chrást, CSc. Brno 2010

Vypracoval: Pavel Rosenberg

PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji

že

jsem

diplomovou

práci

na

téma

ZPŮSOBY

SVAŘOVÁNÍ

KOROZIVZDORNÝCH OCELÍ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana AF MZLU v Brně.

Dne...…………………………….. Podpis studenta…………………..

Poděkování: Rád bych touto cestou poděkoval svému vedoucímu diplomové práce doc. Ing. Vlastimilu Chrástovi, CSc, za pomoc při vypracování a řešení daného tématu, dále bych chtěl poděkovat Ing. Jiřímu Votavovi, Ph.D. za pomoc při metalografickém rozboru a firmě Buchlovský za pomoc při realizování vzorků a firmě Zámečnictví Rosenberg za sehnání materiálů pro zkušební vzorky a paní Metodě Kosové za pomoc při překladu

Abstrakt: Tato diplomová práce pojednává o způsobech svařování korozivzdorných ocelí. Volba metody svařování výrazně ovlivňuje mechanické vlastnosti svaru, korozní odolnost svarového spoje a tepelně ovlivněné oblasti. Tomu se dá předejít, v návaznosti na základní materiál, správnou volbou metody svařování a hlavně volbou přídavného materiálu. Tuto problematiku řeší první část diplomové práce. V druhé části se práce zabývá porovnáním svařovacích metod MAG, TIG a svařování ruční obalenou elektrodou. Na zkušebních vzorcích byly hodnoceny vizuálně povrchové vady svaru, pomocí metalografie byly vyhodnoceny struktury vlastního svaru a tepelně ovlivněné oblasti. Porovnány byly hodnoty mikrotvrdosti základního materiálu, svarového kovu a tepelně ovlivněného pásma. Z výsledků plyne, že testované metody jsou vhodné pro svařování korozivzdorných ocelí. Vady na svarech byly většinou způsobeny svářečem, nikoli špatnou volbou metody nebo přídavného materiálu. Volba metody tudíž bude záviset hlavně na ekonomických parametrech a produktivitě dané metody. Klíčová slova: Korozivzdorná ocel, svařování elektrickým obloukem, metoda MAG, TIG, ruční obalená elektroda, mikrotvrdost, struktura materiálu Abstract: This diploma work is about methods of welding corosion resistant steels. Choices of welding metod involve mechanical features of weldment, rustproofness of the welding connection and involved termally involved area. This could be predicted by right choice of welding method in the succession on the base matherial and by right choice of additional matherial. Solution of this problem can be found in the first part of this diploma work. The second part is about comparison of welding methods MAG, TIG and welding hand-covered electrode On the samples were rated visual failures of weldment, structures of weldment or termally involved area, all by the methods of metalography. Values of microhardness of the base matherial, weldment steel and termally involved area were compared. Result is, that tested methods are suitable for welding corosion resistant steel. Failures were mostly caused by welders, not by wrong choice of method or additional matherial. Choice of the welding method would be depended on economic features and productivity of each method. Keywords: Corosion resistant steel, arc welding, method MAG, TIG, hand-covered electrode, microhardness, structure of the material

1

ÚVOD:............................................................................................................................................... 7

2

KOROZIVZDORNÉ OCELI: ........................................................................................................ 7 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.2 2.3 2.4

3

SVAŘITELNOST KOROZIVZDORNÝCH OCELÍ: ................................................................ 11 3.1 3.2 3.3 3.4

4

Feritické oceli: ......................................................................................................................... 7 Oceli s obsahem 11 až 13% chromu: ................................................................................... 8 Oceli s obsahem 17% chromu:............................................................................................. 8 Superferity: .......................................................................................................................... 8 Martenzitické oceli: ................................................................................................................ 9 Austenitické oceli: ................................................................................................................... 9 Austeniticko – feritické oceli:............................................................................................... 10

Svařitelnost feritických ocelí: .............................................................................................. 11 Svařitelnost martenzitických ocelí: ..................................................................................... 12 Svařitelnost austenitických ocelí: ........................................................................................ 13 Svařitelnost austeniticko – feritických ocelí: ...................................................................... 14

METODY SVAŘOVÁNÍ KOROZIVZDORNÝCH OCELÍ: .................................................... 14 4.1 Svařování elektrickým obloukem:....................................................................................... 14 4.1.1 Svařování netavící se kovovou elektrodou: ....................................................................... 15 4.1.1.1 4.1.1.2

4.1.2

Svařování metodou TIG(WIG): ............................................................................................. 15 Svařování plazmou:................................................................................................................ 17

Svařování tavící se kovovou elektrodou: ........................................................................... 20

4.1.2.1 4.1.2.2 4.1.2.3

Ruční svařování obalenou elektrodou:.................................................................................. 20 Svařování metodou MIG/MAG: ............................................................................................ 23 Svařování pod tavidlem:......................................................................................................... 26

4.2 Svařování odporové:............................................................................................................. 27 4.2.1 Bodové svařování: ............................................................................................................. 28 4.2.2 Švové svařování: ................................................................................................................ 29 4.3 Svařování světelným zařízením: .......................................................................................... 30 4.3.1 Svařování laserem:............................................................................................................. 30 4.3.2 Svařování elektronovým paprskem:................................................................................... 32 5

METODIKA PRÁCE: ................................................................................................................... 34 5.1 5.1.1 5.1.2 5.2 5.3 5.4

6

Materiály vzorků: ................................................................................................................. 34 Ocel 17240 (1.4301): ......................................................................................................... 35 Ocel 17248 (1.4541): ......................................................................................................... 35 Realizace vzorků:.................................................................................................................. 36 Metalografie a stanovení struktury:.................................................................................... 37 Měření mikrotvrodosti:........................................................................................................ 37

VYHODNOCENÍ METOD:.......................................................................................................... 38 6.1 Porovnání mikrotvrdosti svarů: .......................................................................................... 38 6.2 Vyhodnocení struktury a kvality svaru: ............................................................................. 40 6.2.1 Vzorek 1............................................................................................................................. 40 6.2.2 Vzorek 2:............................................................................................................................ 45 6.2.3 Vzorek 3:............................................................................................................................ 48 6.2.4 Vzorek 4:............................................................................................................................ 52 6.2.5 Vzorek 5:............................................................................................................................ 56

7

ZÁVĚR: .......................................................................................................................................... 59

8

POUŽITÁ LITERATURA:........................................................................................................... 61

9

SEZNAM OBRÁZKŮ: .................................................................................................................. 62

10

SEZNAM TABULEK: ................................................................................................................... 63

1 ÚVOD: V dnešní době dochází ke stále většímu používání vysoce legovaných a korozivzdorných ocelí. Své uplatnění nacházejí nejvíce v potravinářském, chemickém, farmaceutickém průmyslu, při výrobě automobilů a také ve stavebnictví, kde využití korozivzdorných ocelí jako konstrukčního materiálu představuje jediné řešení jak z hlediska

provozního,

tak

ekologického,

hygienického

a

bezpečnostního.

Korozivzdorná ocel je materiál s dobrou svařitelností, ale je potřeba dodržet předepsané postupy a metody svařování, volbu přídavných materiálů a ochranných plynů a také dokončovací práce aby byl zabezpečen kvalitní svar, vzhledem k jeho pevnosti a tažnosti a také jeho odolnosti proti korozi. Důležitá je také správná volba odpovídajícího druhu korozivzdorných ocelí, vzhledem k prostředí, ve kterém se budou používat a také vzhledem k mechanickým a fyzikálním vlastnostem různých druhů korozivzdorných ocelí.

2 KOROZIVZDORNÉ OCELI: Ušlechtilá korozivzdorná ocel je souhrnný výraz pro nerezavějící oceli. Tyto oceli mají obsah chromu větší než 10,5% a uhlíku méně než 1,2%. Na jejich povrchu vzniká tzv. pasivní vrstva, která se při porušení sama obnovuje a tím jim dodává korozivzdornost. Korozivzdorné oceli jsou v některých prostředích náchylné k místním druhům koroze, jako je štěrbinová, mezikrystalová nebo korozní praskání. Přidáním dalších prvků jako například nikl, molybden, niob a titan, se tato korozivzdornost dále zvyšuje. Mají zvýšenou odolnost proti opotřebení, mohou mít zvláštní elektrické nebo magnetické vlastnosti, zvýšenou žárupevnost a žáruvzdornost. Podle obsahu legur a dosažené mikrostruktury se dělí na: •

Feritické chromové oceli

•

Martenzitické chromové oceli

•

Austenické Cr-Ni oceli

•

Austeniticko-feritické oceli (duplexní)

2.1 Feritické oceli: Pevnost těchto ocelí je vyšší než u nelegované uhlíkové oceli, nejsou kalitelné. Použití je zajímavé vzhledem k jejich odolnosti proti koroznímu praskání. Nevýhodou

7

je náchylnost ke křehnutí za vysokých teplot, křehnutí vlivem tvorby fáze a křehnutí při 475 °C, které značně ovlivňují mechanické vlastnosti. V hrubém rozdělení se feritické oceli dělí podle obsahu na: •

Oceli s obsahem 11 až 13% chromu

•

Oceli s obsahem 17% chromu

•

Superferity 2.1.1

Oceli s obsahem 11 až 13% chromu:

Jsou legovány obsahem 11 až 13% chromu a obsah uhlíku je pod 0,08%. Oceli mají dobrou korozní odolnost v atmosféře, v přírodní vodě a vodní páře, ve zředěné kyselině dusičné a slabých organických kyselinách. Nejsou vhodné pro silně znečištěnou vodu, atmosféru a mořské vody. Používají se

v chemickém a

potravinářském průmyslu. Dobré korozní odolnosti se dosahuje při dobré kvalitě povrchu. [www.mmspektrum.com] 2.1.2

Oceli s obsahem 17% chromu:

Obsahují chrom v rozmezí 16-18%, obsah uhlíku je taktéž pod 0,08%. Mohou být legované molybdenem – odolnost proti rovnoměrné korozi srovnatelná s austenitickými ocelemi, a stabilizované titanem kvůli zlepšení odolnosti proti mezikrystalové korozní odolnosti. V některých případech při vyšším obsahu uhlíku dochází při vyšších teplotách k částečné austenitické přeměně a struktura po tepelném zpracování je pak smíšená, tyto oceli pak nazýváme poloferitické. Oceli jsou korozně odolné proti atmosférické korozi, říční a mořské vodě, kyselině dusičné, zředěným organickým kyselinám a roztokům solí. Dobře odolávají znečištěné průmyslové atmosféře a průmyslovým vodám. Stejně jako u 13% ocelí se nedoporučuje použití nad 320°C. Používají

se

v potravinářském,

automobilovém

průmyslu,

při

výrobě

kuchyňských potřeb a sanitárních zařízení, ve vzduchotechnice a v architektuře. [www.mmspektrum.com] 2.1.3

Superferity:

Rozvoj nových metalurgických pochodů umožnil vzniknout oceli s čistě feritickou strukturou s velmi nízkým obsahem intersticiálních prvků dusíku a uhlíku. Oceli mají dobrou svařitelnost, svařitelnost, vyšší pevnostní hodnoty, dobrou tažnost a

8

vrubovou houževnatost. Velmi důležitá je odolnost proti rovnoměrné a mezikrystalové korozi, vysoká odolnost proti koroznímu praskání za napětí, bodové a štěrbinové korozi. Hlavní

použití

jsou

výměníkové

trubky,

odsolování

mořské

vody.

[www.mmspektrum.com]

2.2 Martenzitické oceli: Jde o oceli s obsahem chromu do 18% a obsahu uhlíku do 1,5%, které po zakalení vykazují martenzitickou strukturu. Korozní odolnost u všech typů martenzitických ocelí je nejlepší u leštěného povrchu. Nebezpečím při použití martenzitických ocelí je křehnutí, které může vznikat po ohřevu na teplotu 350 - 550°C, nebezpečné je i křehnutí vodíkem, které může nastat při tepelném zpracování v určitých atmosférách nebo při moření. Martenzitické oceli bez niklu nacházejí hlavní použití v přírodních podmínkách jako je voda, pára a v dalších mírně agresivních prostředcích kde dochází k pasivaci povrchu. Martenzitické chromové oceli s niklem se používají na lopatky parních turbím a dalších součástí přicházejících do styku s vodou. Proti klasickým martenzitickým ocelím bez niklu má tento typ oceli vyšší pevnost, lepší plastické vlastnosti a podmíněnou svařitelnost. Supermartenzitické

oceli

představují

nový

vývojový

trend

v oblasti

martenzitických ocelí. Oceli mají novou konfiguraci prvků, především nízký obsah uhlíku pod 0,015% a velmi nízký obsah síry. Tyto oceli mají vysokou pevnost, zlepšenou houževnatost a jsou dobře svařitelné. Používají se pro potrubí při transportu plynů vysoké agresivity. [www.mmspektrum.com]

2.3 Austenitické oceli: Austenitické oceli skýtají obzvlášť příznivou kombinaci zpracovatelnosti, mechanických vlastností a korozivzdornosti. Jsou proto vhodné pro mnoho účelů použití a jsou nejvýznamnějšími korozivzdornými ocelemi. V předchozích ocelích byl chrom jediným slitinovým prvkem ve větším množství. Přísada niklu, manganu popř. dusíku tvoří základ austenitických ocelí. Austenitické oceli si podržují austenitickou strukturu za normálních i minusových teplot. Nepřítomnost fázových přeměn činí tyto oceli citlivými k růstu zrna za vysokých teplot jako je tomu u feritických ocelí, bez možné regenerace tepelným zpracováním. Zhrubnutí zrna ale nevede ke zkřehnutí. 9

Tažnost a houževnatost austenitických ocelí je jejich velmi významnou vlastností. Základem oceli je legování 18% chromu a 9% niklu při obsahu uhlíku kolem 0,08%, popř. manganu 9 až 19%. [Číhal, 1999] Přísadou různých prvků lze dosáhnout zvýšení: •

Celkové korozní odolnosti (chrom, molybden, křemík, nikl)

•

Odolnosti proti mezikrystalové odolnosti (titan, niob)

•

Mechanických vlastností (dusík)

•

Obrobitelnosti (síra)

Desítky typů austenitických ocelí se dělí podle obsahu základních prvků: •

Chromniklové

•

Chrommanganniklové

•

Chrommanganové

Austenitické oceli nacházejí uplatnění hlavně v chemickém, potravinářském, farmaceutickém a energetickém průmyslu. Při výrobě kuchyňských potřeb, v dopravě a nově také v architektuře. Výhodou je i úplný sortiment hutního materiálu.

2.4 Austeniticko – feritické oceli: Austeniticko – feritické oceli, které se vzhledem k jejich dvěma složkám struktury také často označují jako oceli duplexní, získávají stále na významu. Zejména tam, kde austenitické oceli nezajišťují bezproblémový a bezpečný provoz, a zejména tam kde může dojít ke vzniku korozního praskání za napětí. Podíl mezi austenitem a feritem je od 30 do 50%, ale záleží také na tepelném zpracování. Austeniticko – feritické oceli spojují výhody obou. Feritická složka zvyšuje pevnostní hodnoty a zaručuje odolnost proti koroznímu praskání za napětí. [www.mmspektrum.com] Austeniticko – feritické oceli musejí být zpracovávány při teplotách nad 1000°C, přičemž zvyšování teploty vede většinou ke zvýšení obsahu feritu. [Číhal, 1999] Austeniticko – feritické oceli se velmi hodí na odlévání. Trhliny v průběhu odlévání jsou u nich velice řídké a dobrá slévatelnost umožňuje zhotovení kusů složitých tvarů, tenkého průřezu, což je u mnohých korozivzdorných ocelí obtížné. Také opravy odlitků navařováním je snadné. Dělí se na oceli nízkolegované, středně legované a vysoce legované. Nízkolegované se používají jako náhrada za běžné austenitické oceli v prostředích kde se vyžaduje odolnost proti koroznímu praskání. Středně legované mají vyšší obsah molybdenu a používají se v chemickém průmyslu a při výstavbě těžebních

10

plošin v moři. Vysoce legované mají zvýšený obsah chromu, molybdenu a wolframu a jsou používány v silně korozním prostředí. [Koukal, 2009]

3 SVAŘITELNOST KOROZIVZDORNÝCH OCELÍ: Svařování je spojování jednotlivých součástí a dílů v nerozebíratelný celek. Podstatou je vytvoření metalurgického spojení, což je spojení založené na působení meziatomárních vazebních sil, které jsou příčinou soudržnosti a pevnosti kovů. Základním předpokladem k získání kvalitních svarových spojů s požadovanýma vlastnostmi je použití svařitelných materiálů a vhodná volba metody svařování.[Němec a kol., 2006] Svařitelnost kovových materiálů je jedna z nejdůležitějších technologických vlastností, které je potřebné znát při řešení svarových spojů, zvláště u ocelí. Množství přivedeného tepla a rychlost jeho odvodu ze svarového spoje v souvislosti s chemickým složením svářených materiálů vytvářejí složité procesy, které mají vliv na kvalitu svarových spojů. Pod pojmem svařitelnost rozumíme komplexní charakteristiku materiálu, která za určitých technologických podmínek a konstrukčního řešení svarového spoje určuje technickou vhodnost a způsobilost materiálu vytvořit spoj předepsané kvality. Svařitelnost materiálu je dobrá tehdy, když můžeme získat svarový spoj požadované kvality bez omezujících podmínek jako jsou předehřev,limitovaný měrný tepelný výkon apod. V tom případě hovoříme o omezené svařitelnosti materiálu.[Šugár, 2009] Korozivzdorné oceli lze svařovat postupy obvyklými pro svařování uhlíkových ocelí. Všechny postupy lze použít, samozřejmě s patřičnými technickými úpravami, které si vyžadují odlišné vlastnosti jednotlivých typů ocelí.

3.1 Svařitelnost feritických ocelí: Feritické oceli obsahují

obvykle 10,5 až 30% chromu a až 0,08% uhlíku.

Mohou být dále dolegovány molybdenem, niklem a hliníkem. Pro stabilizaci mikrostruktury se dodávají do ocelí titan, niob. Podle obsahu feritotvorných a austenitotvorných prvků je tato mikrostruktura feritická, nebo poloferitická s podílem martenzitu. [Koukal, 2009] Poleferitické oceli vykazují ve svaru pokles tažnosti v tepelně ovlivněné oblasti ohřáté na teplotu zhruba 1000°C. Druhé z nich čistě feritické vykazují při ohřevech na vysokou teplotu hrubnutí zrna, které je nevratné a provázené velkou křehkostí. Obě 11

skupiny jsou náchylné na mezikrystalovou korozi při ohřátí nad 1000°C a to i po rychlém ochlazení. Aby se zúžila oblast růstu zrn je nutné použít co nejmenšího příkonu svařování. Vhodné je použití mírného předehřevu, aby se oblast spoje dostala nad teplotu houževnatého křehkého lomu. U některých typů ocelí předehřev eliminuje praskání v tepelně ovlivněné oblasti.vyvolané tvorbou martenzitu na hranici zrn. Nutnost použít předehřev závisí na chemickém složení ocelí, tloušťce svařovaných dílů, mechanických vlastnostech a na tuhosti svařovaného místa. [Číhal, 1999] Pro feritické nebo poloferitické oceli se obsahem chromu 15 až 18% doporučuje používat austenitický nebo austeniticko – feritický přídavný materiál neboť mají nízkou houževnatost., nebo materiál na bázi niklu. [Číhal, 1999] Nejdůležitější je při svařování zabránit zvyšování podílu intersticiálních prvků uhlíku a dusíku. Při svařování obloukem se musí dbát na čistotu svařovaných materiálů, dokonalou ochranu argonem a svařovat krátkým obloukem. Nedoporučuje se používat ochranný plyn s vodíkem, neboť může vyvolat křehnutí spoje. A vyvarovat se neprůvarů a dobře provařit kořen, kvůli citlivosti na vruby. [Číhal, 1999]

3.2 Svařitelnost martenzitických ocelí: Tyto oceli jsou samokalitelné. Při použití přídavného materiálu téhož složení jaké má základní ocel se při rychlostech chladnutí běžných svarů austenit netransformuje na ferit a dochází u nich k martenzitické přeměně při ochlazení na teploty mezi počátek a konec vylučování martenzitu. Z toho plynou pnutí, které vedou ke vzniku trhlin v tepelně ovlivněné oblasti základního kovu a také v samotném svaru. Aby tyto situace nevznikaly je nutné učinit opatření: •

jako přídavný materiál se použije austenitická nebo austeniticko – feritická ocel, tak že svarový kov zůstane tažný i po ochlazení

•

pomalu se předehřejí oblasti, které chceme svařovat a po svaření celek znovu ohřejeme aby se zabránilo vzniku pnutí a trhlin, předehřátí se provede na 250 až 350°C, praxe naznačuje, že i předehřátí na teplotu 150 až 200°C vede ke snížení pnutí a vzniku trhlin [Číhal, 1999]

Aby se zabránilo vzniku trhlin za studena je potřeba minimalizovat přístup vodíku jak z ochranných plynů, tak z elektrod. Při svařování martenzitických ocelí určených k obrábění, které mají vyšší obsah selenu, nebo síry vzniká při použití běžných přídavných materiálů nebezpečí vzniku poréznosti svarových kovů přechodem selenu do svaru. Přechodem síry se projevuje 12

praskání za tepla. V těchto případech se doporučuje používat austenitických přídavných materiálů. Při svařování ocelí obsahující selen je třeba brát v úvahu, že selen ovlivňuje ionizační potenciál oblouku. Při svařování automatem může při střetu oblouku se sulfidem legovaným selenem dojít k vybočení z plánovaného směru, což má za následek neprůvar. [Číhal, 1999]

3.3 Svařitelnost austenitických ocelí: Austenitické oceli mají asi o 50% větší tepelnou roztažnost a asi o 30% nižší tepelnou vodivost než oceli feritické. To se projeví vznikem větších deformací a napětí v porovnání s feritickými ocelemi. Vzhledem k austenitické struktuře mají lepší houževnatost a tažnost než oceli uhlíkové a nízkolegované. Obsahují minimálně 16,5% chromu s dostatečným množstvím niklu nebo manganu, uhlíku a dusíku pro vytvoření austenitické mikrostruktury. Mohou být dolegovány molybdenem, titanem a jinými prvky pro zlepšení korozivzdornosti a odolnosti proti oxidaci. [Koukal, 2009] Svařují se obvykle ve stavu po rozpouštěcím žíháním. Svařování austenitických ocelí nepředstavuje obtíže dané křehnutím tepelně ovlivněné oblasti základního materiálu, takže se tyto oceli jeví výhodné z hlediska svařitelnosti. Přesto však u nich hrozí dvojí nebezpečí: •

náchylnost k mezikrystalové korozi v tepelně ovlivněné oblasti

•

praskání svarových spojů, při ochlazování napětím způsobovaným smrštění [Číhal, 1999]

Mezikrystalová koroze se vyskytuje v určité oblasti od svarové lázně, kde existuje rozmezí teplot, při kterých dochází k vylučování komplexních karbidů chromu. Oceli s nízkým obsahem uhlíku nejsou náchylné k mezikrystalové korozi. Tudíž při uváženém výběru ocelí by k tomu nemělo docházet. [Číhal, 1999] K praskání svarových spojů za vysokých teplot dochází při upnutí svarku a jeho následném smrštění při tuhnutí. Toto praskání je charakterizováno dvěma hledisky: •

praskání nastává během chladnutí svaru při velmi vysokých teplotách, okolo 1200°C

•

trhliny mají mezidendritický průběh, při ryze austenitické struktuře kovu

Náchylnost k praskání lze snížit tehdy, když nanesený kov obsahuje malé množství feritu a zmizí úplně dosahuje-li podíl feritu ve struktuře 1 až 8%. [Číhal, 1999]

13

3.4 Svařitelnost austeniticko – feritických ocelí: Protože duplexní oceli tuhnou podobně jako feritické nejsou náchylné na vznik tepelných trhlin. Mají velmi dobrou odolnost proti koroznímu praskání, důlkové korozi, kterou si zachovávají i svarové spoje. Nejsou náchylné na mezikrystalovou korozi, ale odolnost proti nožové korozi není zaručená. Při teplotách nad 1050°C dochází v tepelně ovlivněné oblasti k růstu zrna a vylučování feritu z austenitu. Při ochlazování naopak austenit netransformuje na ferit. Zvýšený obsah feritu ve svarovém kovu a v tepelně ovlivněné oblasti nepříznivě působí na vrubovou houževnatost, proto limitujeme tepelný příkon při svařování. Při svařování používáme přídavné materiály, které svým složením odpovídají základnímu materiálu jen mají zvýšený obsah niklu. Nikl má za úkol snížit obsah feritu na hodnotu základního materiálu. Duplexní oceli s obsahem menším než 0,2% dusíku jsou při svařování nad hlavou náchylné ke vzniku pórů. Jejich tvorbu omezíme malým objemem tavné lázně a krátkým obloukem. [Koukal, 2009] Svarové spoje se obvykle tepelně nezpracovávají. Pouze ve zvláštních případech se používá rozpouštěcí žíhání s následným rychlým ochlazením. Tyto případy nastávají hlavně při svařování bez přídavného materiálu s vysokou rychlostí ochlazování jako např. plazma, laser nebo elektronový paprsek. Pro tyto metody se doporučuje používat ochranný plyn s dusíkem, který snižuje obsah feritu ve svarovém kovu. Jinak se duplexní oceli mohou svařovat všemi obloukovými metodami s přihlédnutím na podmínku limitovat tepelný výkon. [Koukal, 2009]

4 METODY SVAŘOVÁNÍ KOROZIVZDORNÝCH OCELÍ: 4.1 Svařování elektrickým obloukem: Svařování elektrickým obloukem zařazujeme mezi tzv. tavná svařování. Zdrojem tepla je elektrický oblouk. Vzniká přeměnou elektrické energie na tepelnou, nejčastěji mezi elektrodou a základním materiálem. Obloukové svařování má řadu modifikací podle typu elektrody. Ta může být netavící se, slouží výhradně jako zdroj tepla a nebo tavící se elektroda sloužící i jako zdroj přídavného materiálu. Sváření probíhá většinou v ochranné atmosféře, která se do oblouku přivádí přímo ze zásobníku nebo vzniká nepřímo při natavení obalu elektrody.[Sejč a kol., 2006]

14

4.1.1

Svařování netavící se kovovou elektrodou:

4.1.1.1

Svařování metodou TIG(WIG):

Při svařování vzniká oblouk mezi netavící se wolframovou elektrodou a základním materiálem. Ochranu elektrody a svarové lázně od okolní atmosféry zajišťuje netečný plyn o vysoké čistotě, minimálně 99,995%. Používá se argonu, helia nebo jejich směsí. Princip je zřejmý na obrázku:

Obr. 1 Princip svařování metodou TIG [Rosenberg, Kubíček, 2008]

1. Svařovaný materiál 2. Elektrický oblouk 3. Svar 4. Přídavný materiál 5. Plynová hubice 6. Ochranný plyn 7. Kontaktní kleštiny 8. Wolframová elektroda 9. Zdroj proudu

15

Svařování začíná zapálení oblouku zkratem anebo bez zkratu pomocí ionizátoru mimo svarový spoj, často na měděných podložkách. Svařování probíhá pomocí natavování základního materiálu, do kterého se na doplnění objemu postupně odtavuje přídavný materiál-tyčka nebo drát, vhodného chemického složení.[Šugár, 2009] Přídavný materiál je dodáván buď ručně nebo automaticky z cívky. Obecně lze svařování rozdělit dle druhu proudu na svařování střídavým proudem pro hliník, hořčík a jejich slitiny a svařování stejnosměrným proudem pro středně a vysokolegovanou ocel, měď, nikl, titan,zirkon a další. Pro svařování uhlíkové oceli se metoda TIG používá méně z důvodu nebezpečí vzniku pórů ve svaru a také z ekonomického hlediska. Svařování

wolframovou elektrodou se používá i pro

spojování obtížně svařitelných materiálů s vysokou afinitou ke kyslíku např. titan a zirkon. Lze svařovat i různorodé materiály – ocel s mědí, bronzem nebo niklovými slitinami a návary v oblasti renovací např. nástrojové oceli, niklové a kobaltové tvrdonávary. [Rosenberg,Kubíček, 2008] Při svařování korozivzdorných ocelí se svařuje vždy stejnosměrným proudem. Při tomto zapojení je elektroda zapojena k zápornému pólu zdroje a svařovaný materiál na kladný tzv. přímé zapojení. Rozdělení tepla oblouku je nerovnoměrné, více tepla se přenáší do základního materiálu. Díky tomu není elektroda přetěžována a závar má dostatečnou hloubku závaru. Nepřímá polarita není z důvodu přetěžování elektrody využívána.[Kubíček, 2006]

Přídavné materiály a volba ochranných plynů: Přídavné materiály plní při svařování několik funkcí: •

doplnit objem kovu, svar požadovaného tvaru a průřezu

•

legovat svarový kov

•

dodávat přísady zabraňující dezoxidaci

Přídavné materiály se rozdělují na svářecí tyčinky pro ruční svařování a svařovací dráty pro strojní svařování.[Rosenberg, Kubíček, 2008] Označování přídavných materiálů: Přídavné materiály domácí firmy ESAB Vamberk se značí dle těchto zásad: OK Tigrod xxxx kde: •

první číslo 1 – znamená přídavné materiály pro ruční sváření

16

•

druhé číslo 2 – konstrukční oceli 3 – nízkolegované oceli 6 – korozivzdorné oceli 8 - hliník 9 – jiné neželezné kovy

druhé dvojčíslí vyjadřuje pořadová čísla a podrobnější rozlišení u skupin 6 a 9 Například OK Tigrod 16.30 je svářecí drát metodou TIG s nízkým obsahem uhlíku pro svařování austenitických ocelí typu 18Cr8Ni a 18Cr8Ni3Mo, kde čísla značí obsah procent prvku, v ochranné atmosféře argonu. Při svařování korozivzdorných ocelí se jako ochranný plyn nejčastěji používá argon. Dále pak se používají směsi argonu s vodíkem, kterého je tam 2 ; 5 ; 6,5 nebo 10%. Plyny s vyšším obsahem vodíku se doporučují zpravidla jen pro ruční svařování. Směs argonu s heliem, kterého tam může být 30, 50 nebo 70%. 4.1.1.2

Svařování plazmou:

Plazma je osobitý stav plynu, někdy se označuje jako tzv. čtvrtý stav hmoty. Ke vzniku plazmy je nutná ionizace plynu. Plazmový oblouk je stlačený elektrický oblouk, přičemž stlačení způsobí zvýšení teploty. Se zvyšující teplotou roste rychlost pohybu molekul plynu, přičemž může nastat stav kdy je při jejich srážkách uvolněná energie větší jak vazbová energie molekuly. Molekula se tedy štěpí na atomy a proběhne tzv. disociace molekuly. Při další zvyšování velikosti tepelné energie plynoucí z větší energie uvolněné při srážkách molekul, může dojít k vyražení elektronů z valenčních sfér, atom se rozštěpí na záporně nabitý elektron a iont s kladně nabitým nábojem. Při dostatečně vysoké teplotě plynu se obě částice mohou volně pohybovat, tím pádem dochází k ionizaci. [Sejč a kol., 2006] V plazmových hořácích dochází k ionizaci většinou jednoatomových plynů argonu, helia a dvouatomových dusíku a vodíku. Rozdíl mezi jednoatomovým plynem a dvouatomovým plynem je v tom, že dvouatomový plyn ionizuje až po disociaci molekul, tudíž potřebuje k ionizaci vyšší teplotu. Část plynu, která není ionizována a je chladnější stabilizuje plazmový paprsek tak aby se nedotýkal stěn trysky.

17

Obr. 2 Princip svařování plazmatem [Rosenberg, Kubíček, 2008]

1) Hubice pro přívod ochranného plynu 2) Ochranný plyn 3) Tryska hořáku 4) Fokusační plyn 5) Vodní chlazení 6) Plazmový plyn 7) Wolframová elektroda 8) Vysokofrekvenční a vysokonapěťový ionizátor 9) Zdroj pomocného oblouku tzv. nezávislé zapojení 10) Zdroj hlavního elektrického oblouku tzv. závislé zapojení 11) Spínač 12) základní svařovaný materiál 13) plazmový paprsek 14) provedený svar

18

Princip svařování je podobný metodě TIG. Podstatný rozdíl je v tom, že plazmový oblouk je usměrněn v trysce, aby se dosáhlo energeticky silného proudu plazmy, který mívá teploty 10 000 – 20 000C. Svařovací metody používají tzv. přenesený oblouk, kde usměrněný oblouk hoří mezi elektrodou a základním materiálem na něž jsou zapojeny póly, kdežto jiné aplikace využití plazmy jako žárové nástřiky, nebo povrchové kalení používají nepřenesený usměrněný oblouk. Což znamená že se póly připojí pouze na elektrodu a kovovou trysku. Vzhledem k tomu, že je plazmový paprsek tenký, je potřeba k zajištění ochrany svarové lázně přidat větší průměr proudu prstence ochranného plynu. [www.euro-inox.org] Hlavní výhodou oproti metodě TIG je mimořádná stabilita oblouku, která umožňuje lepší ovládnutí přívodu energie, větší tolerance vůči změnám vzdálenosti hořáku od materiálu, bez vlivu na morfologii svaru, díky vysoké rychlosti malá tepelně ovlivněná zóna. [www.euro-inox.org] Svařitelnost materiálu při plazmovém svařování: Svařitelnost materiálu i parametry sváření jsou podobné jako u metody TIG, na rozdíl od metody TIG se používá hořák s malým průměrem trysky, která oblouk zužuje a tak soustřeďuje tepelnou energii na malou plochu svařeného kovu. Výtokové rychlosti se upravují tak, aby nedošlo k vyfouknutí taveniny ze spáry jako je tomu u řezání. Plazmové svařování dosahuje vysokých rychlostí až 20 cm.min-1, výhodnější poměr šířky k hloubce (1:1,5 – 1 : 2,5) a spolehlivého provaření kořene. Parametry svařování vysokolegovaných ocelí v tloušťkách 2 - 10mm: napětí 28 - 40 V a proud 110 - 300 A.[Rosenberg, Kubíček, 2008] Ochranné plyny používané ke svařování korozivzdorných ocelí, jsou stejné jako u metody TIG. To znamená čistý argon, směs argonu s vodíkem až do výše 20% , směs argonu a helia. Směsi obsahující vodík jsou doporučovány pro svařování austenitických ocelí. U ocelí feritických, martenzitických duplexních jsou zakázány. Pro posledně jmenované materiály je doporučeno přidání dusíku pro udržení náležitého podílu austenitu a feritu ve svaru.

19

4.1.2

Svařování tavící se kovovou elektrodou:

4.1.2.1

Ruční svařování obalenou elektrodou:

Ačkoliv je metoda ručního svařování obalenou elektrodou velmi stará, je v dnešní době stále hojně používaná z důvodu flexibility a jednoduchosti jejího použití. Elektroda se skládá z kovového jádra obaleného vrstvou tavidla. Jádrem je obvykle pevný drát korozivzdorné oceli. Obal elektrody je extrudován na jádro a dává každé elektrodě jedinečné složení. Poskytuje tři hlavní funkce: elektrickou, metalurgickou a fyzikální. Elektrická funkce je spojena s iniciací a stabilizací elektrického oblouku, zatímco metalurgická zahrnuje chemické změny mezi svarovou lázní a struskou. Fyzikální působení má vliv na viskozitu a povrchové napětí strusky, která chrání svarovou lázeň a má vliv na přenos kapek kovu. [www.euro-inox.org] Princip svařování je zřejmý z obrázku:

Obr. 3 Princip svařování ruční obalenou elektrodou [www.euro-inox.org]

Obal elektrody plní při svařování tedy tyto funkce: •

Chrání svarovou lázeň před vzduchem. Proto jsou v obale plynotvorné látky jako například celulóza, která při hoření oblouku tvoří clonu ochranných plynů, která odděluje svarovou lázeň od okolního vzduchu

20

•

Stabilizuje elektrický oblouk a obsahuje ionizační látky, které usnadňují zapálení a hoření oblouku i při použití střídavého proudu. Většinou to jsou soli alkalických kovů jako draslíku, sodíku apod.

•

Chemicky reaguje s roztaveným kovem, formuje kresbu tuhnoucího kovu, zpomaluje jeho chlazení a chrání ho před vzduchem. Na tvorbu strusky se do obalu přidává magnezit, křemičitany, dolomit, živec apod.

•

Obal elektrody musí bránit ztrátám některých prvků před spálením při přechodu kovu oblastí vysokých teplot v elektrickém oblouku.

•

Obal má vliv i na produktivitu práce, lehkou odstranitelnost strusky apod. [Minařík, 2003]

Elektrody dělíme dle obsahu obalu na: •

Elektrody se stabilizačním obalem – obsahuje alkalické kovy a minerály. Při hoření tvoří vysoce vodivé plyny. Z důvodu snadné ionizace prostředí tento obal dobře stabilizuje oblouk. Většinou tenký obal, elektrody se odtavují ve větších kapkách a lze s nimi svařovat ve všech polohách. Používají se jen pro málo namáhané svary. [Minařík, 2003]

•

Elektrody s bazickým obalem - zn. B – obal je složen z vápence, mramoru, feroslitin a železného prášku. Elektrody mají kov méně teplý než například elektrody s kyselým obalem. Přechod kovu je ve velkých kapkách. Bazický obal zajišťuje dostatek ochranných plynů. Svarový kov je dobře nezoxidovaný, má malý obsah dusíku, vodíku a málo vměstků a nečistot. Bazické elektrody jsou nejvíce používané. Elektrody vyžadují krátký oblouk. Lze s nimi svařovat ve všech polohách. [Minařík, 2003]

•

Elektrody s kyselým obalem – A – obsahuje železné a manganové rudy, křemičitany, živec, dolomit, vápenec, rutil atd. Velký podíl má feromangan, působící jako dezoxidační přísada. Ostatní složky jsou struskotvorné, zvyšují teplotu ve svařovacím oblouku. Svarový kov přechází do lázně po drobných kapkách. Působením strusky tuhne svarový kov pomalu, je dobře formován a přechází plynule k základnímu materiálu. Elektrody jsou náchylnější k vzniku trhlin za tepla a jsou citlivé na čistotu základního materiálu. [Minařík, 2003]

•

Elektrody s rutilovým obalem – R – základem je rutil, dále obsahuje křemičitany, magnezit a živec. Rutil spolu s dalšími složkami poskytuje strusku s příznivými redukčními a fyzikálními vlastnostmi. Struska je těžší než u

21

elektrod s bazickým obalem, je křehká a po vychladnutí snadno odstranitelná. Svarový kov teče hustě, proto jsou tyto elektrody vhodné i pro svařování v polohách. Jsou vhodné pro svařováni tenkých plechů kvůli malému závaru. Pro silné plechy, tlakové nádoby a kotle se nedoporučují. [Minařík, 2003] Technologie svařování obalenou elektrodou je poměrně jednoduchou metodou svařování jak z hlediska parametrů svařování tak jeho poloh. Svařovací proud se nastaví podle údaje od výrobce na elektrodě, pokud údaj není k dispozici může se použít empirických údajů •

Pro elektrody s kyselím nebo rutilovým obalem je svařovací proud I=(40-55).d

•

Pro elektrody s bazickým obalem je svařovací proud I=(35-50).d

Kde d je průměr jádra elektrody. Napětí na elektrickém oblouku se nemusí nastavovat jelikož je dané strmou statickou charakteristikou oblouku. Při vedení elektrického oblouku a elektrody je třeba postupovat tak, že elektroda je mírně skloněna proti svarové housence, aby roztavená struska nepředbíhala elektrický oblouk a nezpůsobovala struskové vměstky ve svarovém kovu (vada svaru). Délka elektrického oblouku má být přibližně rovna průměru jádra elektrody. [Kubíček, 2006] Zakončení svarové housenky musí být takovým postupem, aby nedošlo vzniku staženiny v koncovém kráteru. To znamená, že se musí v koncovém kráteru při odtavení svarového kovu provést ještě zatočení s obloukem a odtavit ještě určité množství svarového kovu, aby bylo ještě z čeho dosazovat svarový kov a zabránit tak vzniku staženiny. [Kubíček, 2006] Volba elektrod a pravidla sváření: Polarita u svařování korozivzdorných ocelí je obrácené než u klasických konstrukčních ocelí, elektroda je připojena ke kladnému pólu a součást k zápornému. Tak se soustředí teplo více v elektrodě, než ve svarovém kovu. Rutilové elektrody mohou být svařovány střídavým proudem. Elektrody jsou kratší s ohledem na vysoký odpor a malou tepelnou vodivost korozivzdorných ocelí. Svařuje se obloukem co nejkratším, aby se obal elektrody nedotýkal svařované oceli. Širší svary je lepší vyplnit několika housenkami, než kývat elektrodou napříč svarem. To je zejména důležité pro austenitické oceli. Také tloušťka elektrod nemá být příliš velká. Tlusté elektrody vyžadují opatrnost při sváření. Před kladením další housenky se musí svarový kov očistit od strusky, aby se nezanesla do svaru. To platí i pro konce svaru, např. při nasazení nové elektrody. Musí se nejprve natavit svařovací koncový kráter přerušené housenky. Obal elektrody musí být dokonale suchý. Navlhlé elektrody rozstřikují 22

svarový kov a vlivem vodní páry v oblouku mohou vznikat póry. [Číhal, 1999] Příklad značení elektrody a její vlastnosti: Elektroda OK 63.35 EN 1600 E 19 12 3 L B 2 2 je bazická elektroda s velmi nízkým obsahem uhlíku určená pro svařování ocelí typu 18Cr12Ni3Mo – 18% chromu, 12% niklu a 3% molybdenu. Svarový kov má vysokou vrubovou houževnatost i při kryogenních teplotách, tzn. že je vhodný pro svařování tlakových nádob k uchovávání kapalných plynů. Svarový kov má vysokou odolnost proti praskavosti a porózitě. Elektroda má vynikající vlastnosti při svařování v poloze svislé a v poloze nad hlavou. Vyrábí se v průměrech 2,5; 3,2; 4 a 5

4.1.2.2

Svařování metodou MIG/MAG:

U metody MIG je teplota svařování vytvářena hořením elektrického oblouku mezi odtavující se elektrodou a základním materiálem v inertním plynu, nejčastěji argon a helium. Naproti tomu u metody MAG je plyn aktivní, to znamená že se účastní chemických reakcí v roztaveném kovu. V praxi se většinou používají různé směsi plynů. Napájení drátu elektrickým proudem se děje pomocí třecího kontaktu v ústí hořáku, aby elektricky zatížená délka drátu byla co nejkratší. Drát je podáván kladkami v podavači, vlastním hořáku nebo jejich kombinací. Proudová hustota je u svařování MAG nejvyšší ze všech metod a dosahuje až 600 A.mm-2 a svařovací proudy se pohybují od 30 A u svařování tenkým drátem až do 800 A u vysokovýkonných metod. Charakter přenosu kovu obloukem závisí na parametrech svařování a volbě ochranného plynu. [Rosenberg, Kubíček, 2008] Rozlišujeme tři přenosy: •

Zkratový přenos při kterém je kov roztaven do kapky o průměru větším než je průměr elektrody a při dotyku se svarovou lázní se vytvoří zkrat s náhlým nárůstem proudu. Povrchové napětí způsobí oddělení kapky od elektrody. Frekvence tohoto jevu je mezi 0,01 a 0,05 sekundy. [www.euro-inox.org]

•

Kapkový přenos, jako v předchozím případě nastane natavení kapek, které se nashromáždí v dostatečné síle aby došlo k odtržení od elektrody a vlivem větší obloukové délky dopadají volně do svarové lázně. [www.euro-inox.org]

•

Sprchový přenos vyžaduje proudovou hustotu nad jistou přechodovou úroveň, řádově 200 A.mm-2 . Elektroda se taví, aby rozproudila jemné kapky. Jak roste 23

proudová hustota, elektroda dostává kuželový tvar prou ještě jemnějších kapek se uvolní ve směru osy. [www.euro-inox.org] Korozivzdorné oceli jsou vždy svařovány způsobem DCEP (Direct Current Elektrode Positive) – stejnosměrný proud s elektrodou na kladném pólu, a způsobem DCRP (Direct Current Reverse Polarity) – stejnosměrný proud s nepřímou polaritou, kladný pól generátoru je připojen k elektrodě. [www.euro-inox.org]

Obr. 4 Princip svařování metodou MIG/MAG [Rosenberg, Kubíček, 2008]

1. Svařovaný materiál 2. Elektrický oblouk 3. Svar 4. Plynová hubice 5. Ochranný plyn 6. Kontaktní průvlak 7. Přídavný drát 8. Podávací kladky 9. Zdroj proudu

Variantou metody MIG/MAG je svařování plněnou elektrodou. Kdy drát z korozivzdorného materiálu je plněn pevným tavidlem. Jeho úloha je stejná jako u ručního svařování obalenou elektrodou. Vnitřek může obsahovat odkysličovadla, materiály tvořící strusku a ochranné plyny v případě plněných elektrod bez ochranného plynu. Metoda svařování plněnou elektrodou kombinuje přednosti ručního svařování

24

s vysokou produktivitou automatizovaných metod díky plynulému posunu drátu. [www.euro-inox.org] Volba ochranných plynů a přídavného materiálu: Při výběru ochranných plynů pro korozivzdorné oceli je třeba klást důraz kromě jiného, na problematiku metalurgie. Obsah oxidačních příměsí v plynech nesmí být vysoký aby se zabránilo oxidaci povrch svaru. Určitý obsah CO2 nebo O2 je potřebný na stabilizování oblouku. Z tohoto hlediska jsou vhodné zejména směsi plynů zařazené do skupiny M1 v tab. [Sejč, 2002] Tab. 1 Složení standardně dodávaných ochranných plynů a směsí na svařování korozivzdorných ocelí[Sejč, 2002]

Obsah složky (%)

Označ.STN EN 439

Ar

I1

100

M 11 M 12 M 13 M 13

98 97,5 99 98

M 13

97

I3 I3 I3 M 11 (1) M 13 (1) M 12 (1)

70 50 30 83 69 78

M 12 (2)

M 11 (1) M 12 (2) S R1+2N S I3+2N S I1+N

CO2

O2

He

Pro materiály H2

N2 Pro všechny skupiny vysokolegovaných ocelí a slitin

2 2,5

Žáruvzdorné austenitické CrNi-oceli, speciálně ušlechtilé Duplex, feritické Croceli, oceli odolné proti kyselinám, korozivzorné austenitické CrNi-oceli

1 2 3

2

30 50 70 15 30 20

48

2

50

77,95 49,95 93 78 99 1/3

0,05 0,05

20 50

2 1

CrNi-oceli a Ni slitiny větší tloušťky Korozivzdorné oceli odolné proti kyselinám Speciální ušlechtilé Duplex, Superduplex, korozivzdorné a žáruvzdorné CrNi-oceli, Ni-materiály s malými nároky na korozní namáhání 2 1

20

25

Korozivzdorné materiály na bázi Ni 2 2 2/3

Austenitické materiály, Duplex a Superduplex oceli

Přídavné materiály se pro metody obloukového svařování MIG/MAG používají plné dráty nebo plněné dráty. Plné dráty jsou navinuté na cívkách dřevěných či plastových o různých rozměrech a délkách drátů. Každá cívka musí mít na obalu štítek s těmito údaji: •

Označení výrobce

•

Označení drátu dle výrobce i příslušné normy

•

Průměr drátu

•

Hmotnost

•

Číslo tavby

•

Klasifikace a certifikace u jiných orgánů

Příklad označení plných drátů: Plný drát domácího výrobce ESAB Vamberk pro svařování austenitické korozivzdorné oceli: OK Autrod 308LSi Je drát s nízkým obsahem uhlíku, pro svařování korozivzdorných ocelí 18Cr8Ni a niobem stabilizovaných ocelí tohoto typu, jestliže provozní teplota nepřekročí 400°C, v ochranné atmosféře argonu. Vhodné pro oceli typu 1.4301, 1.4306, 1.4541, 1.4550 a jiné. 4.1.2.3

Svařování pod tavidlem:

Při tomto postupu je obal elektrody nahrazen tavidlem dodávaným jako prášek odděleně, přičemž drát elektrody je holý. Tato metoda lze použít pouze u plošných svarů a automatickém procesu. Není nutné přerušovat svařování, neboť elektroda je nepřerušená, většinou navinutá na cívce. Tavidlo může být neutrální, jehož úloha spočívá pouze v ochraně roztaveného kovu před oxidací, může však obsahovat také kovové prvky, které doplňují základní složení drátu. Ve srovnání se svařováním obalenou elektrodou, se tento postup vyznačuje menšími rychlostmi ochlazování. Může proto vyvolat větší zcitlivění v okolí svaru k mezikrystalové korozi a zvyšuje nebezpečí praskání za tepla, jakmile je složení svarového kovu ryze austenitické bez obsahu feritu a manganu. [Číhal, 1999] Princip sváření je znázorněn na obrázku. Elektrický oblouk hoří mezi odtávající elektrodou a základním materiálem. Postupným tuhnutím se základní materiály spojí. Během svařování se taví jen část tavidla a neroztavený materiál je obvykle sbírán sací hadicí a vrácen zpět k použití. [www.euro-inox.org] 26

Obr. 5 Princip svařování pod tavidlem [www.euro-inox.org]

Tavidla se rozdělují podle způsobu výroby, chemického složení a použití. Podle způsobu výroby se tavidla rozdělují na tavená, keramická a spékaná. Dle chemického složení se dělí na silikátové s manganem, zirkonem nebo kutilem, dále pak na bazické s aluminátem a aluminát – fluorid a fluorid – bazická. Používaná tavidla a přídavné materiály: Na svařování korozivzdorných ocelí se nejčastěji používají bezkřemičitá tavidla a bezkřemičitá fluoridová tavidla. Strusky z těchto tavidel mají neutrální nebo zásaditý charakter. Při svařování silných plechů austenitických korozivzdorných ocelí 25% chromu, 9% niklu se doporučuje po svařování, žíhání při teplotě 1050°C kvůli riziku tvorby sigma fáze, což je tvrdá a křehká intermetalická sloučenina, která je příčinou zkřehnutí korozivzdorných ocelí.

4.2 Svařování odporové: Průtokem elektrického proudu vysoké intenzity až 100 000 A a nízkého napětí 5 až 15 V svařovaným místem se materiál ohřeje odporovým teplem, stane se tvárným nebo se roztaví. Stlačení a tím i svaření se provede tlakem elektrod přivádějících do místa spoje svařovací proud. U všech svařovacích metod ve svarech nevzniká licí struktura jako u tavného svařování se všemi nevýhodami a důsledky: 27

•

Hrubozrnná struktura

•

Vznik trhlin za tepla

•

Široká tepelně ovlivněná oblast u metod s vysokou hodnotou vneseného tepla

• 4.2.1

Propal prvků, pórovitost a bublinatost Bodové svařování:

Je nejvíce používaný druh odporového svařování. Při bodovém svařování se svařované díly navzájem přeplátují a stlačí tyčovými elektrodami, které jsou připojeny na svařovací transformátor viz obrázek

1. Svařované součásti 2. Pohyblivá elektroda 3. Pevná elektroda 4. Svar 5. Svařovací transformátor

Obr. 6 Princip odporového svařování [Hluchý, 2001]

Průchodem proudu se stlačené plochy v místě styku svařovaných dílů roztaví v důsledku vzniklého vysokého přechodového odporu. Po vypnutí proudu při stálém působení tlaku materiál ztuhne a vytvoří takzvanou svarovou čočku.[Kovařík, Černý, 2000] Tato metoda se používá hlavně při spojování tenkých plechů. Při spojování korozivzdorných ocelí se u materiálů elektrod používá slitiny měď – kobalt – berylium. Hroty elektrod jsou ve tvaru komolého kužele. Parametry doporučené pro svařování korozivzdorných ocelí austenitické 18% chromu, 9% niklu a stabilizované feritické 17% chromu jsou uvedeny v tabulce

28

Tab. 2 Parametry svařování korozivzdorných ocelí [www.euro-inox.org]

4.2.2

Švové svařování:

Princip švového svařování je podobný bodovému svařování, kromě toho že proces je nepřetržitý. Tyčové elektrody jsou nahrazeny otáčejícími kotouči. Kotouče stlačují svařované plechy k sobě a přivádějí k nim proud viz obrázek

Obr. 7 Princip švového svařování [www.euro-inox.org]

Při neotáčejících se stlačených kotoučích dojde při zapnutí proudu ke vzniku svaru, při otáčejících se kotoučích proud protéká plynule nebo častěji přerušovaně. Tím lze docílit také nepřerušovaného svaru, tvořeným řadou bodů.[Kovařík, Černý, 2000] Doporučené parametry svařování korozivzdorné austenitické oceli v tabulce

29

jsou uvedeny

Tab. 3 Parametry švového svařování austenitických ocelí [www.euro-inox.org]

4.3 Svařování světelným zařízením: 4.3.1

Svařování laserem:

Laserový paprsek s vysokou rychlost je schopen vyrobit energii s vysokou hustotou. Soustředěný svazek laserového záření jako zdroj energie, díky svým mimořádným vlastnostem rozšiřuje možnosti svařování. Od ostatních zdrojů ho odlišují tyto vlastnosti: •

Vysoká hustota v dopadové ploše

•

Schopnost soustředit energii na malou plochu

•

Svazek záření není ovlivněn elektrickým a magnetickým polem

•

Přeměna energie záření na teplo se děje přímo v materiálu

•

Provoz laseru je čistý, bez potřeby přídavných materiálů a odpadů, snadné odsávání zplodin

•

Svazek záření lze vodit a usměrňovat soustavami zrcadel

Principem svařování je znázorněn na obrázku. Po dopadu laserového paprsku na povrch součásti, se materiál okamžitě taví, částečně i vypařuje. Odpařený kov tvoří v dutině plazmu, která je dobrý pohlcovač světla a dále zlepšuje absorpci energie a tím i účinnost procesu. Při pohybu paprsku se kov začne rychle ochlazovat a tuhnout, čímž je tepelně ovlivněná oblast velmi malá.

30

Obr. 8 Princip svařování laserem [www.euro-inox.org]

Pevnolátkové lasery: Vývoj v oblasti pevnolátkových laserů směřuje k získání větší účinnosti u zdrojů používaných k zesílení záření. U běžných Nd:YAG laserů je čerpání zajištěno kryptonovými výbojkami s bílým světlem, ze kterého je absorbováno jen zelené a modré spektrum. Účinnost laseru je tedy velmi nízká asi 5%. Zvýšení účinnosti čerpání je u nových laserů uskutečňováno pomoci laserových diod. Ty mají účinnost až 30%. [Kubíček, 2006] Plynové lasery: U těchto laserů je aktivní prostředí tvořeno plynem, nebo směsí plynů. Jako buzení je používán doutnavý výboj, elektronový paprsek nebo adiabatická expanze. [Rosenberg, Kubíček, 2008] Plynové lasery dělíme na: •

Helium neonový laser – nejběžnější

•

Argonový iontový laser

•

Helium – kadmiový laser – pracuje s parami kovů

•

Dusíkový laser – nejjednodušší

•

CO2 laser – v současnosti nejvýkonnější

Technologické plyny v laserových technologiích: Při svařování laserem rozlišujeme zásadně 2 skupiny plynů: •

Laserový plyn – je plyn, který je potřeba na získávání energie laserového paprsku, obsahuje kromě CO2 také helium dusík, v závislosti od typu 31

zařízení je plyn míchaný z jednotlivých komponent nebo přímo dodáván ve směsi [Sejč, 2002] •

Technologický plyn – je plyn s pomocí kterého je materiál chráněn při svařování, ochranné plyny mají podobný význam jako u obloukového svařování [Sejč, 2002]

Na plyny používané při laserovém svařování se kladou zvýšené nároky, hlavně musí splnit dvě podmínky. Musí mít vysokou čistotu a musí být smíchané ve správném poměru. Čistý plyn přispívá k dobrému využití energie, konstantnímu výkonu, vysoké spolehlivosti a minimálním nárokům na údržbu. [Sejč, 2002] Na svařování korozivzdorných ocelí plynovým laserem se používá jako ochranný plyn převážně čisté helium, jen pro duplexní a superduplexní oceli lze použít též dusík. Při svařování pevnolátkovým laserem se používá argon nebo dusík, pro duplexní a superduplexní oceli helium nebo dusík. 4.3.2

Svařování elektronovým paprskem:

Při svařování se používá vysokoenergetický paprsek, který tvoří hluboký a úzký svar. Elektronový paprsek má vyšší energetický výkon než laser. Svar je tudíž hlubší a celková účinnost přeměny je také vyšší. Vysoká hustota energie umožňuje roztavit mezeru mezi dvěma součástkami bez přídavného materiálu. [Sejč a kol., 2006] Svar tedy vzniká pouze vzájemným metalurgickým působením obou svařovaných materiálů. Kvalitní svarový spoj je zaručen pouze pečlivou úpravou svarových hran.[Kovařík, Černý, 2000] Průměr dopadové stopy je 0,1 až 5 mm. Svařovací rychlost je zajišťována pomocí pohybu svařence. Výhodu této metody je okamžitý ohřev, krátká výdrž na teplotě v tepelně ovlivněné oblasti, což vylučuje zcitlivění oblasti k mezikrystalové korozi a deformace po svařování. [Číhal, 1999] Při svařování elektronovým paprskem se pracuje ve vakuu, protože paprsek se absorbuje vzduchem. Zde nastává komplikace při výměně součástek. Před svařováním je nutné materiály odmagnetizovat, jinak by mohlo magnetické pole odklonit paprsek. Princip je znázorněn na obrázku:

32

Obr. 9 Princip svařování elektronovým paprskem a řez svarem [www.euro-inox.org]

Elektronové svařování má řadu výhod: •

Velmi dobrý vzhled svaru s jemnou povrchovou kresbou

•

Úzká natavená a tepelně ovlivněná oblast

•

Minimální deformace

•

Svařování v nepřístupných místech pro klasické metody

•

Díky vakuu dokonalá ochrana svaru před vzduchem

•

Čistící účinky vakua

•

Možnost přenosu energie na vzdálenost větší než 500 mm

•

Svařitelnost širokého sortimentu materiálů a jejich kombinací

•

Vysoký stupeň automatizace

[Kubíček, 2006] Svařování elektronovým paprskem má ale i řadu nevýhod: •

Vysoké nároky na čistotu svarových ploch a jejich přesného opracování

•

Přesné vedení svazku ve spáře

•

Vysoké investiční náklady

•

Nutnost vakua

•

Požadavek vnitřní čistoty materiálu

[Kubíček, 2006]

33

Svařitelnost materiálů: Svarové spoje vyhovují i velmi náročným podmínkám, proto se uplatňují ve špičkových oborech letecké i kosmické techniky. Svařování ve vakuu umožňuje spojovat i velmi chemicky aktivní kovy jako titan, zirkonium, molybden, niob a další. Je možné svařovat i vysokotavitelné a žáropevné slitiny typu Inconel a Nimonic. Také lze svařovat materiály, které jsou tavným způsobem nesvařitelné z důvodu vzniku křehkých intermetalických fází. Lze takto svařovat různé kombinace materiálů jako např. titan s hliníkem, korozivzdorná ocel s hliníkem atd. Při svařování korozivzdorných ocelí se pevnost sníží jen o 8 – 10% a mez kluzu dokonce zvýší. Technologie svařování umožňuje svařovat i svary netradiční konstrukce a tvarů. [Kubíček, 2006]

5 METODIKA PRÁCE: 5.1 Materiály vzorků: K ověření konkrétních metod svařování korozivzdorných ocelí bylo použito ocelí korozivzdorných ocelí typu 17240 a 17248 a to v 5 ti vzorcích. Typ těchto ocelí lze také ověřit pomocí Schäfflerova diagramu.

Obr. 10 Schäfflerův diagram [www.welco.cz]

Pomocí chromového a niklového ekvivalentu si můžeme snadno ověřit strukturu uvedených ocelí. 34

•

Ocel 17240 má chromový ekvivalent 19,5 a niklový 13,1. Z toho vyplývá že má austenitickou strukturu s asi 5% zbytkového feritu.

•

Ocel 17248 má chromový ekvivalent 20,3 a niklový 13. Z toho plyne opět austenitická struktura se zbytkovým feritem.

5.1.1

Ocel 17240 (1.4301):

Ocel 17240 je austenitická chrómniklová nestabilizovaná nerezová ocel. Celkově má vynikající odolnost proti korozi zvláště proti atmosférické a půdní korozi. Lze ji velmi dobře vyleštit na vysoký lesk. Má vynikající tažnost za studena. Svařitelnost je dobrá. Obrobitelnost ztížená, protože za studena zpevňuje. Dlouhodobě ji lze vystavit teplotám do 350°C. Má použití v potravinářském průmyslu ( masný, mlékárenský, pivovarnický), v chemickém průmyslu (prostředí oxidační povahy), ve zdravotnictví, v architektuře ( ozdobné prvky, zábradlí, fontány apod.). Složení: •

≤ 0,07% C

•

17 – 19,5% Cr

•

8 – 10,5% Ni 5.1.2

Ocel 17248 (1.4541):

Ocel 17248 je austenitická chrómniklová ocel s přísadou titanu. Má zvýšenou odolnost proti korozi, zvláště proti mezikrystalické. Leštěním nedosáhneme vysokého lesku. Svařitelnost je velmi dobrá. Odolná do 800°C. Lze ji použít v prostředí silnějších anorganických kyselin při nižších koncentracích a teplotách a pro slabé organické kyseliny. Vhodná pro stavbu tlakových nádob a svařovaných konstrukcí. Používá se v energetickém, chemickém a farmaceutickém průmyslu. Složení: •

< 0,1% C

•

17 – 19% Cr

•

9 – 12 Ni

•

0,4 – 0,7% Ti

35

5.2 Realizace vzorků: Vzorek č.1: •

Ocel typu 17248

•

Svařováno metodou MAG

•

Ochranný plyn 99% Ar, 1% O2

•

Svařovací proud 60A

•

Přídavný materiál OK AUTROD 16.12

Vzorek č. 2: •

Ocel typu 17240

•

Svařováno metodou TIG

•

Ochranný plyn čistý argon

•

Svařovací proud 60A

•

Přídavný materiál OK TIGROD 16.30

Vzorek č.3: •

Ocel typu 17248

•

Svařováno metodou TIG

•

Ochranný plyn čistý argon

•

Svařovací proud 60A

•

Přídavný materiál OK TIGROD 16.30

Vzorek č.4: •

Ocel typu 17240

•

Svařováno metodou MAG

•

Ochranný plyn 99% Ar, 1% O2

•

Svařovací proud 60A

•

Přídavný materiál OK AUTROD 16.12

Vzorek č.5: •

Ocel typu 17240

•

Svařováno ruční obalenou elektrodou

•

Svařovací proud 60A

•

Elektroda Super Nox

36

5.3 Metalografie a stanovení struktury: − odběr vzorků − preparace vzorků před broušením – provádí se u malých součástí, preparuje se v umělé hmotě, zvětší se tím plocha metalografického výbrusu a zlepší manipulace při broušení a následném leptání − broušení – provádí se buďto mechanizovaně nebo ručně, mechanizované se od ručního liší především v možnosti brousit více vzorků najednou. Při broušení se odebírá značné množství materiálu s cílem vyrovnat povrch od velkých nerovností, které nelze odstranit leštěním − leštění – na rozdíl od broušení zde neubývá materiál, nýbrž dojde pouze k deformaci vrcholů povrchové drsnosti − leptání – leptání je proces při kterém dojde ke zviditelnění jednotlivých strukturních součástí, leptání odstraňuje vrstvu, která zbyla na povrchu po broušení a leštění − zkoumání vzorků pod metalografickým mikroskopem Neophot 2

5.4 Měření mikrotvrodosti: − mikrotvrdoměr je standardním vybavením metalografických mikroskopů − pro metalografický mikroskop Neochot 2 je to Hannemanův mikrotvrodoměr − měření dle Vickerse − diamantový jehlan s vrcholovým úhlem 136° − přítlačná síla 0,1 kp − měří se délka úhlopříček − optický hranol na mikroskopu nastaven na dvacetinásobné zvětšení − objektiv mikroskopu zvětšuje 50× − výsledná struktura zvětšena 1000×

37

Obr. 11 Objektiv s mikrotvrdoměrem

6 VYHODNOCENÍ METOD: 6.1 Porovnání mikrotvrdosti svarů:

Obr. 12 Ukázka vpichů mikrotvrdoměru

38

Bylo provedeno měření mikrotvrdosti přechodových pásem (svar, tepelně ovlivněná oblast, základní materiál) V každé oblasti bylo naměřeno 5 hodnot. Vzorek 1: Tab. 4 Vzorek 1

Svar TOO Základ.mater. Vzorek 2:

1

2

3

4

5

190 201 222

184 199 211

181 214 216

190 206 222

192 208 211

1

2

3

4

5

201 179 192

206 184 190

208 184 197

206 181 192

211 184 194

1

2

3

4

5

201 227 206

204 230 216

211 233 211

206 239 211

206 227 222

1

2

3

4

5

190 197 192

192 190 197

197 192 194

190 199 197

197 192 190

1

2

3

4

5

159 181 190

163 184 192

161 181 190

163 179 188

161 179 192

Průměrná hodnota 187,4 205,6 216,4

Směrodatná odchylka 4,1 5,3 4,9

Průměrná hodnota 206,4 182,4 193

Směrodatná odchylka 3,2 2 2,3

Tab. 5 Vzorek 2

Svar TOO Základ.mater. Vzorek 3: Tab. 6 Vzorek 3

Svar TOO Základ.mater. Vzorek 4:

Průměrná hodnota 205,6 231,2 213,2

Směrodatná odchylka 3,2 4,5 5,4

Průměrná hodnota 193,2 194 194

Směrodatná odchylka 3,1 3,4 2,7

Tab. 7 Vzorek 4

Svar TOO Základ.mater. Vzorek 5: Tab. 8 Vzorek 5

Svar TOO Základ.mater.

39

Průměrná hodnota 161,4 180,8 190.4

Směrodatná odchylka 1,5 1,8 1,5

6.2 Vyhodnocení struktury a kvality svaru: 6.2.1

Vzorek 1

Obr. 13 Celkový pohled na svar

Obr. 14 Celkový pohled na svar

Na obrázku 13 je vidět, že svar nebyl zhotoven jednou housenkou naráz, je tam viditelné převýšení svaru. Je též viditelný jemný rozstřik svarového kovu.

40

Obr. 15 Makrostruktura svaru

Na obrázku 15 je makrostruktura svaru u vzorku 1. Na této struktuře je dobře vidět, že byl svar dostatečně provařen a že došlo k metalurgickému promíchání svarového kovu se základním materiálem.

Svar Pór (Díra)

TOO Základní materiál

Obr. 16 Struktura přechodu svaru do základního materiálu

41

Na obrázku 16 je 100× zvětšený přechod svarového kovu do základního materiálu. Je zde viditelný pór, je to dutina vyplněná plynem, která vznikla při nedostatečné ochraně tavné lázně před vlhkostí vzduchu, nedostatečně očištěných svarových plochách.

Obr. 17 Mikrostruktura svarové housenky

Obrázek 17 popisuje 400× zvětšenou mikrostrukturu svarového kovu – housenky. Je zde vidět austenitická dendritická struktura. Růst dendritických zrn je způsoben tuhnutím taveniny, je-li teplo odváděno pouze tuhou fází je povrch krystalů hladký. Je-li odváděno i taveninou, může dojít k vychlípnutí krystalu do taveniny, čímž se ještě více ochlazuje a roste jako výběžek, tzv. dendrit.

42

Obr. 18 Přechod tepelně ovlivněné oblasti do základního materiálu

Obrázek 18 ukazuje strukturu přechodu tepelně ovlivněné oblasti do základního materiálu. Je zde dobře vidět vylučování karbidů chromu na hranici austenitických zrn. Tyto karbidy se vytvářejí vlivem tepelného zpracování, nebo při svařování. Tvoří se při pozvolném ochlazování, při prudkém ochlazení např. do vody by se nestihly vyloučit.

43

Obr. 19 Prorůstání fází

Obrázek 19 ukazuje prorůstání dendritických fází přes tepelně ovlivněnou oblast až do základního materiálu

Obr. 20 Základní materiál

44

Na obrázku 20 vidíme strukturu základního materiálu. Je to struktura austenitické korozivzdorné oceli. Její struktura je typická pro kovy s kubickou prostorově centrovanou krystalickou mřížkou. 6.2.2

Vzorek 2:

Obr. 21 Celkový pohled na svar

Obr. 22 Celkový pohled na svar

Na obrázku 21 a 22 je vidět opět velké převýšení svaru, je zde i patrný neprovařený kořen svaru a špatné napojení housenky.

45

Obr. 23 Makrostruktura svaru

Na obrázku 23 je opět patrné dobré promíchání svarového kovu se základním materiálem, tudíž je zaručena kvalita svaru.

Obr. 24 Přechod svaru do základního materiálu

46

Obrázek 24 ukazuje svarový kov a zřetelnou tepelně ovlivněnou oblast přecházející do základního materiálu. Je zde vidět jak dochází v tepelně ovlivněné oblasti ke zjemnění struktury, která poté přechází do základního materiálu.

Obr. 25 Struktura svarového kovu

Obrázek 25 ukazuje strukturu svarového kovu, kde jsou opět patrná dendritická zrna a hrubozrnná dendritická struktura fáze δ, která zapříčiňuje mezikrystalovou křehkost.

47

Obr. 26 Struktura základního materiálu

Na obrázku 26 vidíme opět austenitickou strukturu, s typickými tzv. dvojčaty, základního materiálu. 6.2.3

Vzorek 3:

Obr. 27 Celkový pohled na svar

48

Obr. 28 Celkový pohled na svar

Na obrázcích 27 a 28 jsou opět vidět vady svaru jako vadně napojená housenka, vruby mezi housenkami, velké převýšení svaru, a také hlavně na obrázku 27 je vidět neprovařený kořen ve velké délce materiálu.

Obr. 29 Makrostruktura svaru

49

Obrázek 29 ukazuje část dobře provařeného svaru a také výškové posunutí plechů, při upnutí svařence, které zapříčinilo špatné provaření části svaru na obrázku 27.

Obr. 30 Přechod svaru do základního materiálu

Na obrázku 30 je opět vidět určité zjemnění struktury v tepelně ovlivněné oblasti při přechodu ze základního materiálu do svarového kovu.

Obr. 31 Svarový kov

50

Obrázek 31 popisuje svarový kov u vzorku 3, svařovaného metodou TIG. Je zde opět patrná dendritická struktura. Čím pomalejší je ochlazování, tím větší tyto dendrity budou. Mezi těmito dendrity v tzv. interdendritickém prostoru zůstávají volné karbidy, které tuhnou pomaleji.

Obr. 32 Tepelně ovlivněná oblast vzorku 3

Obrázek 32 ukazuje opět prorůstání dendritických zrn do základního materiálu, a také vylučování karbidů chromu na hranici austenitických zrn. Vylučování karbidů chromu má za následek pokles obsahu chromu v okolí zrn pod 12%, protože se část váže na karbidy, tudíž se snižuje schopnost pasivace a může docházet k mezikrystalové korozi.

51

Obr. 33 Základní materiál

Obrázek 33 ukazuje základní materiál vzorku 3. Jedná se opět o austenitickou strukturu. 6.2.4

Vzorek 4:

Obr. 34 Celkový pohled na svar

52

Obr. 35 Celkový pohled na svar

Obrázky 34 a 35 ukazují celkový pohled na svar svařovaný metodou MAG, jsou zde opět patrné vady svaru, jako je nedostatečně provařený kořen svaru na obrázku 34, vruby mezi housenkami, špatné napojení housenek, jsou zde i patrné zápaly.

Obr. 36 Makro pohled na svar

Obrázek 36 ukazuje pohled na svar, kde je patrná moc vysoká housenka, tudíž je tam mnoho svarového kovu. 53

Obr. 37 Nenatavený materiál

Na obrázku 37 je vidět, že základní materiál vzorku není spojen se svarovým kovem, nenastala zde kovová vazba, tzn. vznikl zde tzv. studený spoj. Při destruktivních zkouškách svaru by právě zde došlo k odtržení svarového kovu od základního materiálu. Mezi hlavní příčiny patří například nízký svařovací proud, nesprávné vedení elektrody, velká rychlost svařování, případně malý průměr zvolené elektrody.

54

Obr. 38 Dendritická struktura vzorku 4

Obrázek 38 ukazuje typickou rozvětvenou strukturu dendritických zrn svarového kovu.

Obr. 39 Základní materiál vzorku 4

55

6.2.5

Vzorek 5:

Obr. 40 Pohled na svar vzorku 5

Obr. 41 Pohled na svar vzorku 5 rub

Obrázky 40 a 41 ukazují svar svařený ruční obalenou elektrodou. Jsou zde patrné vady svaru jako neprůvar, skoro po celé délce vzorku, také dva viditelné průpaly.

56

Obr. 42 Neprovařený kořen vzorku 5

Obrázek 42 ukazuje již zmíněný neprůvar, čili neprovařený kořen, příčina může být buď špatné sestavení s malou mezerou v kořeni, nízké nastavení proudu nebo vysoká rychlost svařování a předběhnutí svarové lázně.

57

Obr. 43 Tepelně ovlivněná oblast vzorku 5

Obrázek 43 ukazuje minimální tepelně ovlivněnou oblast, to lze přičíst minimálnímu metalurgickému promíchání materiálů, vlivem velké rychlosti svařování.

Obr. 44 Přechod svarového kovu do základního materiálu

58

Na obrázku 44 vidíme přechod svarového kovu do základního materiálu, je zde opět patrná dendritická struktura a precipitace karbidů chromu na hranicích zrn. A je zde i dobře patrná minimálně tepelně ovlivněná oblast.

Obr. 45 Základní materiál vzorku 5

Obrázek 45 ukazuje austenitickou strukturu základního materiálu.

7 ZÁVĚR: Při svařování korozivzdorných ocelí, jsou kladeny největší nároky na korozní odolnost svaru a tepelně ovlivněné oblasti, jelikož tyto oblasti jsou nejnáchylnější ke vzniku korozního napadení. Složení základního materiálu ovlivňuje svarový spoj ve velké míře a také ovlivňuje výběr vhodné metody svařování, a také správnou volbu přídavného materiálu. Korozivzdorné oceli je možné svařovat jak metodami tavného svařování, tak metodami svařování odporového. V diplomové práci bylo hodnoceno 5 vzorků korozivzdorných ocelí jakosti 17240 a oceli 17248. Vzorky byly svařovány metodami MAG, TIG a ruční obalenou elektrodou. Na vzorcích byla vyhodnocena struktura svaru a tepelně ovlivněné oblasti a byla také změřena mikrotvrdost v těchto oblastech. Na vzorcích je patrné, že tyto metody jsou vhodné pro svařování korozivzdorných ocelí, samozřejmě s volbou správného přídavného materiálu. Na vzorcích je patrná ,v tepelně ovlivněné oblasti, precipitace karbidů chromu na hranicích zrn, což může 59

způsobovat mezikrystalovou korozi. Z měření mikrotvrdosti je zřejmé, že vzorky 1 a 3 jsou z jiného základního materiálu, než zbývající vzorky. U vzorku 2 a 3 je patrné zvýšení mikrotvrdosti svarového kovu, což je zapříčiněno tvorbou hrubozrnné dendritické struktury fáze δ, která je tvrdá, ale křehká sloučenina. Veškeré vady svaru jsou způsobeny většinou chybou svařeče, nebo volbou rychlosti svařování, nebo intenzity ochranné lázně svarového kovu. Při konečné volbě svařovací metody, se musí rovněž zohlednit produktivita práce. Metoda MAG je nejproduktivnější z hlediska rychlosti a tudíž i z ekonomického hlediska nejvýhodnější. Naproti tomu volba svařování ruční obalovanou elektrodou je vhodná zvláště pro mobilní aplikace svařování vzhledem k jednoduchosti této metody svařování.

60

8 POUŽITÁ LITERATURA: Číhal, V.: Korozivzdorné oceli a slitiny, Academia, Praha, 1999, 437 s, ISBN 80-200-0671-0 Hluchý, M. a kol.: Strojírenská technologie 2 – polotovary a jejich technologičnost, 2.vydání, Scientia, Praha, 2001, 318 s, ISBN 80-7183-244-8 Koukal, J. a kol.: Materiály a jejich svařitelnost, VŠB, Ostrava, 2009, 240 s, ISBN 978-80-248-2025-5 Kovařík, R., Černý, F.: Technologie svařování, 2.vydání, Západočeská univerzita Plzeň, 2000, 186 s, ISBN 80-7082-697-5 Kubíček, J.: Technologie II – část svařování, díl 1 základní metody tavného svařování, sylabus přednášek, VUT, 2006 Kubíček, J.: Technologie II – část svařování, díl 2 speciální metody tavného, tlakového svařování, sylabus přednášek, VUT, 2006 Leinveber, J., Vávra, P.: Strojnické tabulky, 3.vydání, ALBRA, Úvaly, 2006, 914s, ISBN 80-7361-033-7 Minařík, V.: Obloukové svařování, 2.vydání, Scientia, Praha, 2003, 244 s, ISBN 80-7183-285-5 Němec, M.: Základy technologie I, ČVUT, Praha, 2006, 136 s, ISBN 80-01-03530-1 Rosenberg, P.: Metody svařování legovaných ocelí, MZLU Brno, 2008, Bakalářská práce Sejč, P.: Ochranné plyny vo zváraní, Slovenská technická univerzita, Bratislava, 2002, 108 s, ISBN 80-227-1720-7 Sejč, P. a kol.: Vybrané technologie- Zváranie a príbuzné procesy, Slovenská technická univerzita, Bratislava, 2006, 128 s, ISBN 80-227-2490-4 Šugár, P.: Výrobné technologie – Zlievanie, Zváranie, Tváranie, Technická univerzita Zvole, Bánská Bystrica, 2009, 281 s, ISBN 978-80-89090-587 Internetové zdroje: http://www.mmspektrum.com/clanek/korozivzdorne-oceli-jako-konstrukcni-materialy www.euro-inox.org www.welco.cz

61

9 SEZNAM OBRÁZKŮ: Obr. 1 Princip svařování metodou TIG [Rosenberg, Kubíček, 2008] ............................ 15 Obr. 2 Princip svařování plazmatem [Rosenberg, Kubíček, 2008]................................ 18 Obr. 3 Princip svařování ruční obalenou elektrodou [www.euro-inox.org].................. 20 Obr. 4 Princip svařování metodou MIG/MAG [Rosenberg, Kubíček, 2008] ................. 24 Obr. 5 Princip svařování pod tavidlem [www.euro-inox.org] ....................................... 27 Obr. 6 Princip odporového svařování [Hluchý, 2001]................................................... 28 Obr. 7 Princip švového svařování [www.euro-inox.org] ............................................... 29 Obr. 8 Princip svařování laserem [www.euro-inox.org]................................................ 31 Obr. 9 Princip svařování elektronovým paprskem a řez svarem [www.euro-inox.org]. 33 Obr. 10 Schäfflerův diagram [www.welco.cz]................................................................ 34 Obr. 11 Objektiv s mikrotvrdoměrem ............................................................................. 38 Obr. 12 Ukázka vpichů mikrotvrdoměru......................................................................... 38 Obr. 13 Celkový pohled na svar...................................................................................... 40 Obr. 14 Celkový pohled na svar...................................................................................... 40 Obr. 15 Makrostruktura svaru ........................................................................................ 41 Obr. 16 Struktura přechodu svaru do základního materiálu .......................................... 41 Obr. 17 Mikrostruktura svarové housenky ..................................................................... 42 Obr. 18 Přechod tepelně ovlivněné oblasti do základního materiálu............................. 43 Obr. 19 Prorůstání fází ................................................................................................... 44 Obr. 20 Základní materiál .............................................................................................. 44 Obr. 21 Celkový pohled na svar...................................................................................... 45 Obr. 22 Celkový pohled na svar...................................................................................... 45 Obr. 23 Makrostruktura svaru ........................................................................................ 46 Obr. 24 Přechod svaru do základního materiálu............................................................ 46 Obr. 25 Struktura svarového kovu .................................................................................. 47 Obr. 26 Struktura základního materiálu ......................................................................... 48 Obr. 27 Celkový pohled na svar...................................................................................... 48 Obr. 28 Celkový pohled na svar...................................................................................... 49 Obr. 29 Makrostruktura svaru ........................................................................................ 49 Obr. 30 Přechod svaru do základního materiálu............................................................ 50 Obr. 31 Svarový kov........................................................................................................ 50 Obr. 32 Tepelně ovlivněná oblast vzorku 3..................................................................... 51 Obr. 33 Základní materiál .............................................................................................. 52 Obr. 34 Celkový pohled na svar...................................................................................... 52 Obr. 35 Celkový pohled na svar...................................................................................... 53 Obr. 36 Makro pohled na svar........................................................................................ 53 Obr. 37 Nenatavený materiál.......................................................................................... 54 Obr. 38 Dendritická struktura vzorku 4.......................................................................... 55 Obr. 39 Základní materiál vzorku 4................................................................................ 55 Obr. 40 Pohled na svar vzorku 5 .................................................................................... 56 Obr. 41 Pohled na svar vzorku 5 rub.............................................................................. 56 Obr. 42 Neprovařený kořen vzorku 5.............................................................................. 57 Obr. 43 Tepelně ovlivněná oblast vzorku 5.................................................................... 58 Obr. 44 Přechod svarového kovu do základního materiálu............................................ 58 Obr. 45 Základní materiál vzorku 5................................................................................ 59

62

10 SEZNAM TABULEK: Tab. 1 Složení standardně dodávaných ochranných plynů a směsí na svařování korozivzdorných ocelí[Sejč, 2002] ......................................................................... 25 Tab. 2 Parametry svařování korozivzdorných ocelí [www.euro-inox.org] .................... 29 Tab. 3 Parametry švového svařování austenitických ocelí [www.euro-inox.org].......... 30 Tab. 4 Vzorek 1 ............................................................................................................... 39 Tab. 5 Vzorek 2 ............................................................................................................... 39 Tab. 6 Vzorek 3 ............................................................................................................... 39 Tab. 7 Vzorek 4 ............................................................................................................... 39 Tab. 8 Vzorek 5 ............................................................................................................... 39

63