Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Renovace strojních součástí s trhlinami a lomy Diplomová práce

Vedoucí práce:

Vypracoval:

doc. Ing. Vlastimil Chrást, CSc.

Bc. Josef Hromada

Brno 2007

PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma RENOVACE STROJNÍCH SOUČÁSTÍ S TRHLINAMI A LOMY 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 diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.

dne……………………………………….………

Podpis diplomanta………………………………

PODĚKOVÁNÍ Děkuji svému vedoucímu diplomové práce Doc. Ing. Vlastimilu Chrástovi, CSc. za příkladné vedení, Ing. Jiřímu Votavovi, Ph.D. za pomoc při práci v laboratoři MZLU a Ing. Tomáši Králíkovi za odbornou pomoc s úpravou práce a překladem abstraktu.

ABSTRAKT Tato diplomová práce seznamuje se současnými metodami oprav strojních součástí. Zaměřuje se na renovační metodu svařování elektrickým obloukem obalovanou elektrodou bez předehřevu, kterou i prakticky ověřuje na součástech z šedé litiny. Ověřením je myšleno vytvoření metalografických výbrusů svarů a posouzení při desetinásobném (makro) a stopadesátinásobném (mikro) zvětšení, dále pak změření a vyhodnocení mikrotvrdosti struktury vzorků dle Vickerse (HV) a ekonomická výhodnost těchto oprav u daných součástí. Hodnocené svary jsou provedeny elektrodami E-S 716, E-S 723, Castolin 27 a Castolin 2-44.

Klíčová slova: Oprava, šedá litina, svařování, elektroda, metalografický výbrus, mikrotvrdost

ABSTRACT This diploma thesis deals with present methods of reparation of the machine parts. It focuses on the renovation method of welding by electrical arc with using of coated electrode without preheating. The method is practically evaluated on the parts made of grey cast iron. The evaluation consists of the creation of the metallographic specimens taken from the welding joints and its observations at the 10× and 150× optical magnifications. Further the evaluation of the micro hardness of the specimen’s structure using the Vickers method (HV) was made. The cost advantage of the methods of the reparations was also studied. The evaluated welded joints were made by electrodes E-S 716, E-S 723, Castolin 27 and Castolin 2-44.

Key words: Repair, Gray cast iron, Welding, Electrode, Metallographic Specimen, Microhardness

OBSAH 1

ÚVOD ................................................................................................................................................ 8

2

CÍL PRÁCE ...................................................................................................................................... 9

3

SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY ....................................................................... 9 3.1

ROZDĚLENÍ A VLASTNOSTI MATERIÁLŮ SOUČÁSTÍ .................................................................... 9

3.1.1

Oceli................................................................................................................................... 10

3.1.2

Litiny .................................................................................................................................. 10

3.1.2.1

Značení litin dle EN norem ..................................................................................................... 10

3.1.2.2

Značení litin dle ISO norem (ČSN EN 10027-2) .................................................................... 13

3.1.2.3

Bílé litiny ................................................................................................................................ 13

3.1.2.4

Šedé litiny ............................................................................................................................... 14

3.1.3

Neželezné kovy a jejich slitiny............................................................................................ 15

3.1.3.1

Hliník a jeho slitiny................................................................................................................. 15

3.1.3.2

Slitiny mědi............................................................................................................................. 15

3.1.3.3

Slitiny hořčíku......................................................................................................................... 16

3.1.3.4

Berilium a jeho slitiny............................................................................................................. 16

3.1.3.5

Nikl a slitiny niklu .................................................................................................................. 16

3.1.3.6

Kobalt a jeho slitiny ................................................................................................................ 17

3.1.3.7

Slitiny titanu............................................................................................................................ 17

4

POŠKOZENÍ SOUČÁSTÍ............................................................................................................. 18

5

RENOVAČNÍ METODY STROJNÍCH SOUČÁSTÍ................................................................. 19 5.1

SVAŘOVÁNÍ ............................................................................................................................. 19

5.1.1

Svařování elektrickým obloukem........................................................................................ 19

5.1.1.1

6

Svařování šedé litiny............................................................................................................... 22

5.1.2

Svařování kyslíko-acetylénovým plamenem ....................................................................... 23

5.1.3

Svařování elektrickým obloukem v ochranné atmosféře .................................................... 23

5.1.3.1

Svařování metodou WIG (TIG) .............................................................................................. 24

5.1.3.2

Svařování metodou MIG, MAG.............................................................................................. 25

5.1.3.3

Svařování metodou MOG ....................................................................................................... 25

5.2

METALOCK .............................................................................................................................. 26

5.3

MASTERLOCK .......................................................................................................................... 27

MATERIÁL A METODY ZPRACOVÁNÍ ................................................................................. 29 6.1

MATERIÁL ............................................................................................................................... 29

6.1.1

Metodika svařování vzorků ................................................................................................ 29

6.1.1.1

Příprava svarových ploch........................................................................................................ 29

6.1.1.2

Svařování ................................................................................................................................ 29

6.2

METODY ZPRACOVÁNÍ............................................................................................................. 32

6.2.1

Metodika provedení metalografického výbrusu ................................................................. 32

6.2.1.1

Odebírání vzorků .................................................................................................................... 32

6.2.1.2

Zalití vzorků do dentakrylu nebo technovidu......................................................................... 33

6.2.1.3

Broušení vzorků ...................................................................................................................... 33

6.2.1.4

Leštění vzorků......................................................................................................................... 33

6.2.1.5

Leptání vzorků ........................................................................................................................ 34

6.2.1.6

Zkoumání a zhodnocení struktury vzorků pod mikroskopem ................................................. 34

6.2.2 7

Metodika měření mikrotvdosti vzorků ................................................................................ 35

VÝSLEDKY PRÁCE A DISKUZE .............................................................................................. 36 7.1

TECHNICKÉ ZHODNOCENÍ ........................................................................................................ 36

7.1.1

7.1.1.1

Vzorek č.1 (elektroda E-S 716)............................................................................................... 36

7.1.1.2

Vzorek č. 2 (elektroda E-S 723).............................................................................................. 37

7.1.1.3

Vzorek č. 3 (elektroda Castolin 27) ........................................................................................ 38

7.1.1.4

Vzorek č.4 (Castolin 2-44)...................................................................................................... 39

7.1.2 7.2

Metalografické výbrusy...................................................................................................... 36

Mikrotvrdost podle Vickerse (HV) ..................................................................................... 39 EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ ..................................................................................................... 41

8

ZÁVĚR............................................................................................................................................ 43

9

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY .......................................................................................... 44

1

ÚVOD Tato diplomová práce navazuje na poznatky a výsledky z mé bakalářské práce.

Zabývá se současnými metodami oprav strojních součástí, které nejsou dále schopny plnit požadovanou funkci. Neschopnost plnit požadovanou funkci je v tomto případě zapříčiněna trhlinou nebo prasklinou, či lomem součásti. Jednotlivé metody a technologie oprav jsou popsány a u vybrané metody prakticky provedeno technické a ekonomické zhodnocení. V tomto případě se jedná o čtyři součásti resp. výfukové příruby motoru UŘ1 traktoru Zetor ze šedé litiny, které jsem získal v rámci diplomové praxe v opravárenském provozu, kde byly po destrukci opraveny resp. svařeny. Svařování se provádí elektrickým obloukem obalovanou elektrodou bez předehřevu a jiných úprav svařovaných dílů. Zaměřil jsem se na tuto součást, jelikož u ní často dochází k poškození v místě oka příruby, kde je nejvíce tepelně a mechanicky namáhána vysokými teplotami spalin proudících do příruby přímo ze spalovacího prostoru válce motoru, vibracemi a rázy motoru.

8

2

CÍL PRÁCE

Cílem této diplomové práce je: 1.

Zpracovat přehled metod renovací součástí s trhlinami a lomy

2.

Seznámit s technologiemi oprav součástí ze šedé litiny.

3.

Prakticky ověřit a vyhodnotit zvolenou metodu: svařování součástí z šedé litiny elektrickým obloukem obalovanou elektrodou bez předehřevu.

4.

Technicky a ekonomicky zhodnotit zvolenou metodu renovace.

3

SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY V současné době jsou stále, stejně jako v minulosti, u nás i ve světě k renovacím

strojních součástí asi nejvíce užívány různé metody svařování. Je zde logicky volen co možná nejlevnější způsob renovace ovšem s ohledem na požadované vlastnosti součásti (mechanické vlastnosti, spolehlivost, bezpečnost, těsnost apod.). Nejvíce jsou užívány metody svařování elektrickým obloukem obalovanou elektrodou, v ochranné atmosféře (MIG,MAG,WIG, MOG) nebo kyslíko-acetylenovým plamenem. Další, v současnosti stále více preferovanou metodou renovací, je lepení a tmelení součástí. Některé druhy lepidel a tmelů se dnes kvalitou spojů přibližují spojům svařovaným, nejsou však v renovačních technologiích trhlin a lomů tolik rozšířené, jako svařování. Lepené a tmelené spoje nemění strukturu ani vlastnosti původního svařovaného materiálu. Spojovací materiál (lepidlo., tmel) je však v tomto případě značně odlišný. K méně využívaným, avšak kvalitativně velmi dobrým renovačním metodám patří mechanické spojení kovovými zámky metodami Metalock, Masterlock. U těchto technologií nedochází (stejně jako u lepení a tmelení) k tepelnému ovlivnění spojované součásti, při zachování struktury i mechanických vlastností materiálu, popř. těsnosti součásti.

3.1

Rozdělení a vlastnosti materiálů součástí Znalost materiálu součástí je nutná k určení nejefektivnějšího způsobu opravy

součásti, při zachování vlastností součástí nutných k bezpečnému plnění jejich funkce.

9

3.1.1 Oceli Ocel je slitina železa, uhlíku a dalších legujících (zušlechťujících) prvků. Obsah uhlíku se v ocelích pohybuje v rozmezí od 0,02 % do přibližně 2,06 %. Podle obsahu uhlíku za pokojové teploty také můžeme oceli rozdělit na podeutektoidní (0,02 až < 0,8 %C) , eutektoidní (0,8 %C) a nadeutektoidní (>0,8 až 2,06 %C). Podeutektoidní oceli tvoří směs feritu (intersticiální tuhý roztok uhlíku v Fe α) a perlitu (eutektoidní směs feritu a cementitu), eutektoidní perlit, nadeutektoidní perlit a cementit (Fe3C). 3.1.2 Litiny Litina je slitina železa a uhlíku a dalších prvků (např. legující prvky). Litiny obsahují více jak 2 % uhlíku, který převyšuje mezní hodnotu rozpustnosti uhlíku v austenitu. Litiny se podle struktury dělí na dva základní typy, litiny bílé a litiny grafitické. 3.1.2.1 Značení litin dle EN norem Používají se dva systémy značení dle ČSN EN 1560 a to systém zkráceného značení a systém číselného značení. SYSTÉM ZKRÁCENÉHO ZNAČENÍ Značení je tvořeno šesti pozicemi kombinace čísel a písmen (Ptáček a kol., 2002): 1.

pozice je znak EN

2.

pozice je znak GJ (odlitek litiny)

3.

pozice značí tvar grafitu velkým písmenem dle Tab.1, které se připojuje ke znaku na 2. pozici bez mezery

4.

pozice se uvádí pouze v případě, že je nutné označit mikro nebo makrostrukturu. K označení se užívají značky dle Tab. 2

5.

pozice uvádí mechanické vlastnosti litiny nebo její chemické složení. Mechanické vlastnosti litiny se zjišťují zkoušením zkušebních vzorků vyrobených způsobem uvedeným v Tab. 3

Označení pevnosti udává zaručenou pevnost v MPa např. EN GJL – 150C je litina s lamelárním grafitem se zaručenou pevností 150 MPa, která byla zjištěna zkouškou zkušebního vzorku vyříznutého z odlitku. Označení tažnosti se přidává za údaj zaručené pevnosti. Je to zaručená tažnost v procentech za pomlčkou např.: EN GJS – 350 – 22U je litina s kuličkovým grafitem,

10

minimální pevností 350 MPa a minimální tažností 22%. Mechanické hodnoty byly stanoveny z přilitého zkušebního vzorku. Označení teploty při zkoušce rázem v ohybu se udává v případě požadavku na tento typ zkoušky a značí se buď RT – pokojová teplota a nebo LT – nízká teplota tyto značení se umísťují za pomlku za značení mechanických vlastností litiny. V případě, že se litina značí označením tvrdosti, uvádíme značení po pomlce za 3. resp. 4. pozici. Používají se následné znaky: HB – tvrdost dle Brinella, HV – tvrdost dle Vickerse, HR – tvrdost dle Rockwella např. EN GJL – HB155 je litina s lamelárním grafitem a tvrdostí 155 HB. Jestliže se litiny značí dle chemického složení, 5. pozice začíná písmenem X a následují chemické značky legujících prvků v procentech. Čísla se oddělují pomlkami. Obsah uhlíku může, ale nemusí být vůbec udán stonásobkem za písmenem X např. EN – GJL – XNiMn 13-7 je litina s lupínkovým grafitem s 13% niklu a 7% manganu (množství uhlíku není udáno) nebo EN GJN – X300CrNiSi9-5-2 je litina s 3% uhlíku, 9% chromu, 5% niklu a 2% křemíku, grafit není vyloučen. 1. pozice značí dodatečné požadavky na odlitek (viz Tab. 4) Tab. 1 – Označení tvaru grafitu (Ptáček a kol., 2002)

L - lamelární

V – vermikulární

S - kuličkový

N – ledeburitické litiny bez grafitu

M – vločkový (temperovaný) Y – zvláštní tvar uvedený v příslušné materiálové normě

Tab. 2 – Označení mikro a makrostrukturu (Ptáček a kol., 2002)

A – austenit

Q – struktura po zakalení

F – ferit

T – struktura po zušlechtění

P – perlit

B – neoduhličená struktura (platí pro temperovanou litinu)

M – martenzit W – oduhličená struktura (platí pro temperovanou litinu) L - ledeburit

Tab. 3 – Písmena udávající způsob výroby zkušebního vzorku (Ptáček a kol., 2002)

S

Odděleně litý zkušební vzorek

U Přilitý zkušební vzorek C Zkušební vzorek vyříznutý z odlitku

11

Tab. 4 – Dodatečné požadavky na odlitek (Ptáček a kol., 2002)

D

Tepelně nezpracovaný odlitek

H

Tepelně zpracovaný odlitek

W Vhodné pro svařování Z

Další požadavky uvedeny v objednávce

SYSTÉM ČÍSELNÉHO ZNAČENÍ Značka je tvořena písmeny a čísly a i s pomlčkou má devět míst (Ptáček a kol., 2002): Pozice:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Znak:

E

N

-

X

X

n

n

n

n

1.-3. pozice má neměnné složení EN4. pozice je písmeno J 5. pozice určuje tvar grafitu dle Tab. 1 6. pozice určuje hlavní vlastnost litiny dle Tab. 5 Tab. 5 – Hlavní vlastnost litiny (Ptáček a kol., 2002)

0 Rezerva

5 Rezerva

1 Pevnost

6 Rezerva

2 Tvrdost

7 Rezerva

3 Chemické složení 8 Rezerva 4 Rezerva

9 Rezerva

7.- 8. pozice je dvojmístné číslo označující jednotlivé materiály 9. pozice uvádí speciální požadavky na jednotlivé materiály dle Tab. 6 Tab. 6 – Zvláštní požadavky na jednotlivé materiály (Ptáček a kol., 2002)

0 Žádné zvláštní požadavky 1 Odděleně

lité

5 Rázová houževnatost při nízkých teplotách

zkušební 6 Stanovená vhodnost ke svařování

vzorky 2 Přilité zkušební vzorky

7 Tepelně nezpracovaný odlitek

3 Zkušební vzorky vyříznuté 8 Tepelně zpracovaný odlitek z odlitku 4 Rázová

houževnatost

pokojové teplotě

při 9 Další požadavky specifikované v objednávce nebo kombinace požadavků 12

3.1.2.2 Značení litin dle ISO norem (ČSN EN 10027-2) Tvoří ho pouze šest čísel, protože se zpravidla neprovádí další tepelné zpracování (další dvojčíslí). První dvojčíslí:

42

Druhé dvojčíslí:

24 – šedá litina 25 – bílá, temperovaná a tvrzená litina

Třetí dvojčíslí:

šedá litina - viz. Tab.8 bílá, temperovaná a tvrzená litina – uvádí přibližnou mez pevnosti

v tahu v 10 MPa Tab. 7 – Rozdělení šedé litiny podle třetího dvojčíslí ISO normy

Druh slitiny železa na Třetí

Význam třetího dvojčíslí

odlitky

dvojčíslí

Šedá litina nelegovaná

00 – 49

Pevnost v tahu v desítkách MPa

50 – 59

Pořadové číslo slitin se speciálními vlastnostmi

Šedá litina legovaná a 60 – 79

Pořadové číslo nízko a středně legovaných

zvláštní sliny železa na

šedých litin a slitin železa na odlitky

odlitky

80 – 89

Pořadové číslo vysokolegovaných šedých litin a zvláštních slitin železa na odlitky a hlavními legujícími prvky Mn, Si, Al

90 - 99

Pořadové číslo vysokolegovaných šedých litin a zvláštních slitin železa na odlitky a hlavními legujícími prvky Cr, Ni, Mo

3.1.2.3 Bílé litiny V bílých litinách probíhá eutektická krystalizace v podmínkách metastabilní rovnováhy. Produktem této krystalizace je ledeburit, což je eutektická směs tvořená austenitem (tuhý roztok uhlíku v železe) a cementitem (Fe3C). Krystalizace probíhá v metastabilní soustavě železo – cementit. První fáze, která vzniká při krystalizaci podeutektické bílé litiny je austenit. Při krystalizaci nadeutektické bílé litiny vznikne primární cementit a při krystalizaci eutektické bílé litiny vznikne austenit a eutektický cementit. Při eutektoidní reakci (probíhá za teploty 727 °C) se eutektický austenit rozpadá na perlit (eutektoidní směs feritu a cementitu). Výsledná struktura bílé litiny 13

tedy obsahuje perlit a ledeburit a nadeutektické typy bílé litiny obsahují ledeburit a primární cementit. Bílé litiny jsou velmi tvrdé a křehké, což způsobuje jejich špatnou obrobitelnost a mají relativně malou pevnost. Tvrdost ovlivňuje hlavně obsah cementitu a pohybuje se v rozmezí 350-500 HB (Ptáček a kol., 2002). Tvrdost je ještě možné zvýšit martenzitickým kalením. Z bílé litiny se vyrábějí odlitky s vysokou odolností proti otěru. Podeutektická nelegovaná bílá litina se používá na výrobu temperované litiny. (Skočovský & Šiman, 1989) 3.1.2.4 Šedé litiny Šedá litina je tvořena základní kovovou hmotou (matricí) a grafitem. Vlastnosti šedé litiny od značné míry ovlivňuje typ matice, tvar, množství a rozmístění grafitu. Grafit má několik modifikací. V litině se může vyskytovat ve tvaru lupínků, červíků, pavouků, vloček nebo globulí pravidelně či nepravidelně rozmístěných. Struktura šedé litiny je tvořena základní kovovou hmotou, tzv. matricí, ve které je přítomen grafit. Vlastnosti šedé litiny ovlivňuje druh matrice, tvar, množství, rozložení a velikost, grafitu. Grafit se v šedé litině vyskytuje v několika modifikacích jako lupínkový, pavoukovitý, červíkovitý, vločkový a nedokonale nebo pravidelně zrnitý. Díky grafitu se snižuje nosný průřez odlitku šedé litiny a vznikají koncentrace místních napětí, které jsou díky jeho tvaru 10x až 20x vyšší, než hodnoty jmenovitých napětí. Nejméně příznivé vrubové vlastnosti má grafit tvaru hrubých lupínků, naopak nejvýhodnější je kulový tvar grafitu v tvárné litině nebo vločkový grafit v temperované litině. (Dorazil, 1991)

Díky přítomnosti grafitu má šedá litina poměrně malou pevnost v tahu od 100 do 250 MPa, ovšem pevnost v tlaku je 1,5 až 2× vyšší a součásti dobře tlumí chvění. Součásti z šedé litiny spíše využíváme při namáhání v tlaku než v tahu. Podle rychlosti chladnutí je matrice litiny tvořena feritem, perlitem nebo jejich směsí. Podle druhu matrice dělíme šedou litinu na linu s matricí: Feritickou kovovou – vzniká při pomalejším chladnutí litiny. V litině musí převažovat obsah křemíku nad obsahem manganu, jinak vzniká místo grafitu cementit. Uhlík je vyloučen ve formě grafitu (hrubé lupínky). Litina je velmi měkká a tedy nevhodná jako konstrukční materiál. 14

Feriticko – perlitickou kovovou – je tvořena matricí obsahující jak ferit, tak perlit, který vyplňuje mezery mezi feritem, který se nachází v okolí grafitových lupínků. Struktura vzniká v případě, že je chladnutí ještě pomalejší než u litiny s feritickou matricí. Litina je v porovnání s litinou s feritickou maticí tvrdší a pevnější, ale jako konstrukční materiál méně vhodná. Perlitickou kovovou – obsah grafitizačních prvků je u této litiny nižší a tak při ochlazovaní, které je pomalejší než u litiny s feritickou matricí se kromě grafitu vytvoří i cementit. Litina je proto tvrdší a pevnější a využitelná jako poměrně dobrý konstrukční materiál. (Hluchý & Kolouch, 1996) 3.1.3 Neželezné kovy a jejich slitiny 3.1.3.1 Hliník a jeho slitiny K přednostem hliníku a jeho slitin patří nízká měrná hmotnost a vzhledem k měrné hmotnosti i pevnost. U některých slitin hliníku lze poměr Rm (pevnost v tahu)/ ρ (měrná hmotnost) srovnat s obdobnými charakteristikami ocelí. Další výhodou je odolnost proti atmosférické korozi a kyselému prostředí. Nevýhodou je naopak nízká odolnost proti alkalickým látkám. Tyto slitiny se dají dobře svařovat v ochranné atmosféře, mají dobrou tepelnou a elektrickou vodivost a snadno se druhotně zpracovávají. (Ptáček a kol., 2002) 3.1.3.2 Slitiny mědi Pro technickou praxi se využívají výhradně slitiny mědi, díky jejich všeobecně lepším vlastnostem. K dosažení vysokých pevností se užívá precipitační, deformační zpevňování, zpevňování zjemněním zrna, zpevňování legováním a speciální tepelné zpracování vedoucí k fázové transformaci martenzitického typu. Mezi slitiny mědi patří: Bronzy Nejstaršími slitinami mědi jsou cínové bronzy. Cín je zde zastoupen obsahem do 9 hm. % u cínových bronzů pro tváření a do 10-12 hm. % u cínových bronzů pro odlitky. Mosazi Základem mosazí je soustava Cu-Zn, která je fázově jedna z nejsložitějších soustav. 15

3.1.3.3 Slitiny hořčíku Hořčík se jako čistý kov pro výrobu nepoužívá. V technické praxi se používá jako redukční činidlo při výrobě titanu a pro modifikace tvárné litiny. Dále se používá při výrobě slitin hliníku, odolných vůči korozi. Slitiny hořčíku mají poměrně nízkou měrnou hmotnost (1760-1990 kg·m-3), větší pevnost, schopnost útlumu vibrací a velmi dobrou obrobitelnost. Nedostatkem jsou např. proti hliníku nákladnější výroba v důsledku jeho vysoké reaktivity, malé tvárnosti za nižších teplot a pomalejších difuzních pochodů při tepelném zpracování, vysoká míra elektrokoroze při kontaktu s většinou kovů, , obtížnější svařitelnost, nízká pevnost ve střihu, nízká vrubová houževnatost, nízká tvrdost a odolnost proti opotřebení a nízký modul pružnosti v tahu. Ve výrobě se pro velkou obtížnost tváření hořčíkových slitin upřednostňuje použití na odlitky. (Ptáček a kol., 2002) 3.1.3.4 Berilium a jeho slitiny Berylium je drahý a toxický kov. Vyrábí se elektrolýzou roztavené směsi chloridu, berylia a chloridu sodného nebo redukcí fluoridu berylia hořčíkem. Jeho odolnost vůči korozi je stejná jako u hliníku, má malou tepelnou roztažnost a nízkou měrnou hmotnost 1845 kg.m-3. modul pružnosti berylia při 20 °C je 310 GPa a tepelná roztažnost nízká. Berylium je vhodné pro součásti, jejichž pružná deformace je nežádoucí, např. gyroskopy. Jeho další využití nacházíme v jaderné energetice jako zpomalovač či reflektor neutronů nebo jako obalový materiál palivových tyčí. Berylium se přidává i do hliníkových slitin, zabraňuje jejich oxidaci a vytváří jemnozrnnou strukturu. (Ptáček a kol., 2002) 3.1.3.5 Nikl a slitiny niklu Nikl Nikl se používá převážně jako přísada do slitinových ocelí, 15% se použije na niklové polotovary a 25% na niklové slitiny. Používá se pro výrobu anod díky velké odolnosti vůči atmosférické korozi. V elektrotechnice slouží jako regulační odpory, odporové teploměry a na výrobu alkalických akumulátorů. V konstrukcích se užívá na výrobu ventilových sedel, ucpávek pro přehřátou páru.

16

Slitiny niklu Mají velký elektrický odpor, vysokou odolnost proti korozi, opalu, vysokou pevnost, žáropevnost a houževnatost. Rozdělují se na konstrukční slitiny, slitiny se zvláštními fyzikálními vlastnostmi a slitiny žárovzdorné a žáropevné. (Ptáček a kol., 2002) 3.1.3.6 Kobalt a jeho slitiny Kobalt Kobalt má velký význam jako pojivo tvrdokovových materiálů na bázi karbidů WC a TiC vyráběných pomocí práškové metalurgie. Je také důležitým prvkem v žáropevných slitinách niklu. Slitiny kobaltu S kovy, které jsou umístěny na blízkých pozicích v periodické tabulce prvků (Cr, Ni, Mo, W) tvoří kobalt žáropevné, magneticky tvrdé slitiny a slitiny s vysokou tvrdostí. (Ptáček a kol., 2002) 3.1.3.7 Slitiny titanu Titan je kov polymorfní. Při ohřevu se mění jeho fáze α (hexagonální) na fázi β (krychlová, prostorově středěná). Výchozí slitiny dělíme většinou podle rozpustnosti jednotlivých přísadových prvků v dané fázi. Binární slitiny titanu můžeme rozdělit na tři skupiny: 1. Slitiny s homogenní strukturou Jedná se o jednofázovou strukturu α Ti-Al nebo Ti-Al-Sn nebo Zr. Obsah Al je, i přes jeho vyšší rozpustnost, menší než 8% kvůli zhoršení tvárnosti. Mnohem více než slitiny Ti-Al jsou požívané slitiny Ti-Al-Sn nebo Zr. Tyto slitiny dosahují pevností v tahu kolem 880 MPa a jsou strukturně stálé i za zvýšených teplot. 2. Slitiny se strukturou β Obsahují stabilizační prvky Mo, V, Ta, Nb. Lze u nich vhodným tepelným zpracováním v kombinaci s tvářením za tepla i za studena dosáhnout lepších pevnostních charakteristik, např. u slitiny Ti-V13-Cr11-Al3 můžeme tímto způsobem dosáhnout pevnosti v tahu až 1500 MPa při tažnosti 5%. Výhodou je velká tvárnost a možnost svařování, nevýhodou je velký obsah legujících prvků, který zvyšuje měrnou hmotnost slitiny. Plechy z těchto slitin jsou používány v raketovém a leteckém průmyslu, zejména pro výrobky, které vyžadují větší stupeň tváření za studena.

17

3. Slitiny s heterogenní strukturou (α+β) Jde o dvoufázové slitiny α+β. Převážná část těchto slitin obsahuje hliník, který je stabilizátorem fáze α a různé další prvky jako vanad, molybden, které stabilizují fázi β nebi chrom, železo, mangan. Všechny tyto slitiny jsou tvárné za tepla, nikoliv však za studena (pouze omezeně). Po tváření za tepla následuje většinou homogenizační žíhaní. Slitiny např. Ti-Al6-V4 jsou dobře svařitelné a tvárné, požívají se na výrobu výkovků a výlisků disků a lopatek kompresorů, plynových turbín apod. (Dorazil, 1991)

4

POŠKOZENÍ SOUČÁSTÍ U strojních součástí se nejčastěji používají renovační metody pro trhliny a lomy,

které se vyskytují u materiálů s malou tažností. U materiálů houževnatých s tažností vyšší dochází ke vzniku deformací. Trhliny a lomy vznikají nevhodným typem konstrukce, technologií výroby a provozními podmínkami, které způsobují nadměrné namáhání vnějšími silami a namáhání tepelné. (Pošta a kol., 1998) Podle typu namáhání rozdělujeme lomy na: Statické Tyto lomy vznikají u součástí namáhaných na tah, tlak, ohyb, smyk, krut. Dynamické Tyto lomy vznikají u součástí namáhaných rázy a namáhaných cyklicky.

Podle mechanismu porušování materiálu rozdělujeme lomy na: Tvárné Lomy vznikají zpravidla u tvárných materiálů nad přechodovou teplotou (maximální teplota, pod kterou mohou vznikat lomy při napětí menším než mez pevnosti) až po dosažení velkých hodnot plastických poměrných deformací. V provozu se tyto lomy na součástech vyskytují vzácně. Křehké Lomy

vznikají

při

statickém

zatížení

zejména

svařovaných

součástí

s makrodefekty ( trhliny ve svarových spojích, neprovařené kořeny svaru, ostré vrubyzápichy od obrábění apod.) za těchto podmínek: teplota součásti je pod přechodovou teplotou, makrodefekty mají kritickou velikost, součást má velké rozměry.

18

Vznik lomů součástí v provozních podmínkách je zpravidla dosti složitý proces, který se skládá z několika etap rozdílné povahy. V nejvýraznějších etapách dochází nejprve k hromadění poškození a poté následuje vznik a šíření trhlin. Tento proces je vázán na místo plastických deformací, kde posléze vznikají čela trhlin, které se dále šíří do materiálu součásti. Zpravidla jde o přetržitý rozvoj trhlin, takže délka trhliny je nespojitou funkcí času. (Němec a kol., 1989)

5

RENOVAČNÍ METODY STROJNÍCH SOUČÁSTÍ Oprava

(renovace)

je

činností

soubor

,

které

vedou

k obnovení

provozuschopnosti součásti nebo k její bezvadnosti a délce technického života (Pošta a kol., 1998).

5.1

Svařování Svařování je technologie díky níž vytváříme pevná a nerozebíratelná spojení

kovových součástí. Výhodou těchto spojení je jejich těsnost a trvanlivost. Svařováním se zvyšuje produktivita práce, zmenšuje spotřeba konstrukčního materiálu, zjednodušuje konstrukce a zkracují se výrobní časy. Nevýhodou je nerozebíratelnost spojů a potřeba kvalifikovaných pracovníků. (Hluchý & Kolouch, 1996). 5.1.1 Svařování elektrickým obloukem Mezi svařovanou součástí a elektrodou popř. mezi dvěma elektrodami hoří elektrický oblouk, což je zapříčiněno průchodem elektrického proudu. Zdrojem elektrického napětí je buď transformátor, který vytváří střídavý elektrický proud nebo dynamo roztáčené třífázovým elektromotorem, které vytváří proud stejnosměrný. Napětí na oblouku je 10 až 70 V, velikost proudu 30 až 500 (i více) A (Hluchý & Kolouch, 1996).

19

V praxi je tato technologie nejrozšířenější technologií svařování Kvalitu sváru lze ovlivnit: a) Přípravou materiálu pro svařování Z tohoto hlediska musí základní materiál splňovat dvě důležité podmínky: - čistota - materiál je třeba zbavit rzi, okují, barev, mastnot včetně vody a vlhkosti - správný tvar a rozměry svarových ploch – při svařování tenkých materiálů se okraje svařovaných dílů kolmo zastřihnou (lemový svár). Tímto způsobem je možné svařovat materiál do tloušťky zhruba 3 až 4 mm. Při svařování součástí s větší tloušťkou stěny se svarové plochy při jednostranném svařování připravují pro tzv. jednostranný V-svár, U-svár nebo W-svár. Je-li přístup z obou stran, volíme oboustranné sváry. b)Volba průměru elektrody Je určena technologickým postupem. Průměr elektrody se volí dle tloušťky základního materiálu, tvaru a rozměru svaru a polohy svařování. Do kořene se volí elektroda průměru 2 nebo 2,5 mm. Ve výjimečných případech lze použít i 3,2 mm c) Volba obalu elektrody Je určena technologickým postupem, který vychází z polohy svařování, požadovaných záruk svarového kovu, z možností dokonalého svařování a z požadavku kvality provedení kořene a krycí vrstvy. d) Délka oblouku Závisí na druhu obalu elektrody a poloze svařování. Optimální délka oblouku je přibližně 1,5 násobek průměru elektrody. Délka má být vhodná, stálá a optimální. Krátký oblouk - je v délce rovnající se průměru elektrody a menší. Je menší rozstřik, propal prvků a tepelné ztráty. Dosahuje se větší hloubky závaru a pravidelný povrch svaru. Dlouhý oblouk - je v délce větší než 1,5 násobek průměru elektrody. Hrozí větší rozstřik a propal prvků, hloubka závaru je menší a housenka je širší, plochá a nepravidelná. e) Svařovací proud Udává výrobce elektrod u jednotlivých průměrů a druhů obalů elektrod. Rozsah svařovacího proudu má dolní a horní hranici (minimální – maximální proud). Svařovací proud je výstupní proud zdroje, který prochází svařovacím obvodem.

20

Optimální svařovací proud je podmíněn: druhem obalu polohou svařování citlivostí regulátoru proudu zkušeností svářeče Malý proud - zmenšuje hloubku závaru, oblouk hoří neklidně, housenka je vysoká, často jen nalepená (studené spoje). Velký proud - způsobuje značné přehřívání elektrody, dochází k vypalování prvků, klesají mechanické hodnoty svarového kovu, tvoří se vruby, housenka je nízká, kresba je šípovitá, vznikají plynové dutiny a větší deformace svaru. f) Rychlost svařování Je dána délkou svarové housenky za jednotku času (metry za minutu). Volba rychlosti svařování závisí na požadavku kvality svarového spoje, zručnosti svářeče, druhu a průměru elektrody a poloze svařování. Malá rychlost - vytvoří housenku převýšenou, přehřívání základního materiálu, velké pnutí, velké deformace, možnost předbíhání strusky a tím vznik struskových vměsků. Velká rychlost - způsobí housenku úzkou, natavení základního materiálu je malé, mohou vznikat studené spoje, tavná lázeň rychle tuhne a mohou vznikat plynové dutiny. g) Technika pohybu elektrody zahrnuje:

1) zapalování oblouku 2) sklon elektrody 3) příčný pohyb elektrody 4) zhasínání oblouku

ad.1) Zapalování elektrického oblouku - spolehlivost startu elektrického oblouku je operativní vlastnost elektrod a přímo souvisí se svařovacími vlastnostmi zdrojů. Start je podmíněn čistotou konce elektrody a základního materiálu v místě dotyku. Provádí se dotekem nebo škrtáním. Dotyk musí být krátký a rychlý. Zásadně startujeme v místech, kde stopy po zkratu překryje svar. ad.2) Sklon elektrody - závisí na poloze svařování a druhu obalu elektrody. Sklon je asi 20° - 30° od kolmice s požadavkem, aby struska nepředběhla svarový kov. Větší odklon prodlužuje kráter, větší rozstřik a nepravidelnost. Menší odklon může způsobit předbíhání strusky a ovlivňuje hloubku závaru.

21

ad.3) Příčný pohyb elektrody - Pohyb elektrody ve směru osy svaru lze rozdělit: Pohyb přímočarý bez kývání do stran - zvyšuje rychlost svařování, snižuje tepelný příkon, zmenšuje průřez housenky. Vzniká nebezpečí studených spojů a menší hloubky závaru. Pohyb s příčným kýváním - zaručuje dokonalé natavení svarových ploch, vyplňuje stykovou mezeru v celém průřezu. Příčný pohyb vyžaduje kratší zastavení na svarové ploše poněkud rychlejší pohyb mezi krajními body. Šířka takto prováděné housenky je až několikanásobně větší než průměr elektrody. ad.4) Zhasínání oblouku: - odtržením v ose elektrody - pozvolným výběhem zpět nebo do stran - snižováním proudu na nulu s upraveným regulátorem proudu (Pošta a kol., 1998) 5.1.1.1 Svařování šedé litiny Šedá litina je obtížně svařitelný materiál, protože u ní při svařování dochází k tvoření tzv. pásem, tj. přechodových oblastí mezi svarem a svařovaným materiálem, které jsou strukturou a vlastnostmi dosti odlišné od materiálu součásti. Pásma vznikají v důsledku ohřevu a následného ochlazení (zakalení) rekrystalizací z původní šedé litiny na litinu bílou, která je tvrdá a křehká. V těchto místech je tedy spoj nejnáchylnější k poškození mechanickým namáháním. Tyto pásma s výskytem bílé litiny navazují přímo na šedou litinu (čistý kov svařované součásti). Dále směrem k ose svaru se obsah uhlíku a podíl šedé litiny snižuje, tím se snižuje i podíl bílé litiny a tvrdost a zvyšuje se houževnatost svaru. Čistý svarový kov v ose svaru a jejím okolí má potom velmi nízký obsah uhlíku a je měkký a houževnatý. Pro svařování šedé litiny, ale i temperované a tvárné litiny platí následující zásady: 1. Polarita se volí nepřímá, není-li výrobcem elektrody stanoveno jinak, tj. elektroda je zapojena jako kladný a součást jako záporný pól – na kladném pólu je o 70% více tepla – menší tepelné ovlivnění součásti 2. Proud volíme pokud možno co nejmenší (na 1mm průměru elektrody 30 A) – snížení tepelného ovlivnění součásti 3. Elektrody jsou vysušeny a mají nepoškozený obal (Pošta a kol., 1998)

22

5.1.2 Svařování kyslíko-acetylénovým plamenem Zdrojem tepla je plamen směsi kyslíku (O2) a acetylénu (C2H2), který má buď kartuzační (nauhličující, redukční) charakter (acetylénu je více než kyslíku) nebo neutrální charakter nebo oxidační charakter (kyslíku je více než acetylénu): a) neutrální , poměr O2 : C2H2 = 1 až 1,1 :1 b) redukční, poměr O2 : C2O2 < 1 c) oxidační, poměr O2 : C2H2 = 1,2 : 1 Plamen natavuje svařovaný materiál a svarový drát a tvoří tavnou lázeň, ve které se svarový (drát) a svařovaný (součást) kov mísí. Pro ochranu svarové lázně je nutno použít tavidlo, které ji ochrání před nepříznivými vlivy okolí, hlavně přístupu vzduchu. Jako přídavný svarový materiál se používají kratší svařovací dráty, popř. lité svařovací tyčky. Neutrální plamen se používá pro nahřívání materiálu při řezání kyslíkem. Plamen s přebytkem acetylenu (o 5 až 15% více acetylénu) vhodný pro svařování hliníku, hliníkových slitin, hořčíku, hořčíkových slitin, k navařování tvrdokovů a k cementování plamenem. Plamen s přebytkem kyslíku 5 až 20% se používá pro svařování mosazi a bronzů. (Kubíček, 2006)

Obr. 1 – Rozdělení kyslíko-acetylénového plamene dle poměru kyslíku a acetylénu (Kubíček, 2006)

Rozdělení plamene kyslíko-acetylenového podle poměru kyslíku a acetylenu na obr. 1: a) neutrální b) redukční (s přebytkem acetylenu) c) oxidační (s přebytkem kyslíku) 1-svařovací kužel ostře ohraničený, oslnivě bílý, 2-redukční oblast plamene, 3svařovací plamen oslnivě bílý, překrytý bělavým závojem, 4-bělavý závoj, 5-svařovací plamen krácený, modrofialový, 6-vnější oxidační plamen, 7-svařovací hubice 5.1.3 Svařování elektrickým obloukem v ochranné atmosféře U této technologie je ochranou svarové lázně a jejího okolí při svařování plyn, který zabraňuje přístupu činitelů (např. vzdušný kyslík, vodík apod.), které svar narušují

23

a snižují tak jeho kvalitu a vlastnosti. Ochranné atmosféry podle složení a vlastností dělíme na: - Inertní atmosféry (např. argon, helium atd.) chemicky nereagují se svarovou lázní, jsou vůči ní netečné -Aktivní atmosféry (např. oxid uhličitý, směsné plyny tvořené směsí CO2, Ar, O2, H2 atd. ). Působí nepříznivě na svarovou lázeň, avšak toto je kompenzováno volbou vhodného přídavného materiálu. 5.1.3.1 Svařování metodou WIG (TIG) V ČR a ve většině zemí EU se používá název WIG (= Wolfram Inert Gas Welding), v anglosasky mluvících zemích TIG (Tungsten Inert Gas Welding) a v USA se používá zkratka GTAW (Gas Tungsten Arc Welding). Jde o technologii svařování, při které hoří elektrický oblouk mezi netavící se wolframovou elektrodou a svařovaným materiálem. Do oblouku je přiváděn přídavný materiál, buď ručně nebo automaticky, podavačem z cívky. Ochrana svarové lázně je zajištěna přívodem ochranného inertního (netečného) plynu (argon výjimečně helium, dusík nebo směs plynů Ar-He, Ar-H2). Délka oblouku je regulována změnou napětí. Wolframová elektroda obsahuje zpravidla přísadu (do 2 %) oxidu thoria (ThO2), který výrazně zvyšuje termoemisi elektronů, což způsobuje, že elektroda se tím lépe ochlazuje a snáší vyšší proudové zatížení. Thorium snižuje emisní energii, snese vyšší proudové zatížení a má vyšší (až o 1000 ºC) pracovní teplotu. Thorium je, ale radioaktivní a bývá nahrazováno lanthanem. Konce elektrody je možno zbrousit do ostrého hrotu, oblouk je pak lépe soustředěn, klidněji hoří a hloubka závaru je větší. Všechny kovy s výjimkou hliníku a hořčíku se svařují stejnosměrným proudem s přímou polaritou (= elektroda -, svařovaný materiál +). Vzniká tak hlubší závar a je menší zatížení elektrody. Metodu WIG lze použít téměř pro všechny kovy a hodí se jak pro ruční, tak pro automatizované svařování. Nejvíce se užívá na svařování hliníku a nerezavějících ocelí, kde je nejdůležitější celistvost svaru. Největší uplatnění má v jaderné technice, kosmické a letecké technice, přístrojové technice, chemickém a potravinářském průmyslu atd., všude tam, kde se vyžaduje zvlášť vysoká čistota svaru. Mechanizovaná zařízení nevedou k podstatnému zvýšení výkonu navaření, jen ke zvýšení kvality a rovnoměrnosti výsledků. (Teoretický úvod k cvičení z předmětu Technologie I, 2005) 24

5.1.3.2 Svařování metodou MIG, MAG Jedná se o svařování el. obloukem v ochranné atmosféře (aktivního nebo inertního plynu) tavící se elektrodou. V ČR a v EU se používají názvy MAG (Metal Active Gas Welding) při použití aktivních plynů (CO , směsné plyny) a MIG (Metal2

Inert-Gas Welding) při použití inertních plynů (argon, helium). V USA se používá pro obě metody jednotný název GMAW (Gas Metal Arc Welding). Elektrický oblouk hoří mezi elektrodou a svařovaným materiálem. Ochranu svarového kovu vytváří přiváděný inertní (MIG) nebo aktivní (MAG) plyn. Metody jsou velmi produktivní díky vysokým proudovým hustotám (100-400 A.mm-2) a plynulému přísunu elektrody dopravované do lázně většinou automaticky, odvíjením z cívky. Použití: Metoda MIG: především pro svařování Hliníku a jeho slitin. (přímou polaritou, zvýšený ohřev není na závadu) Oproti metodě WIG mnohonásobně vyšší produktivita (ovšem s horší jakostí svaru) Při svařování mědi (Cu) je možno oblouk chránit dusíkem, který je levnější a vůči mědi netečný Metoda MAG: především pro svařování ocelí o vyšších pevnostech, slitinových ocelí … (tam kde jsou kladeny vysoké nároky na jakost spoje a kde nelze použít svařování pod tavidlem - při použití plynu CO2 je provozně nejlevnější vzhledem k relativně nízké ceně tohoto plynu oproti argonu) - výkon odtavení je podstatně vyšší, než při svařování obalovanou elektrodou a ekonomičnost této metody může ještě zlepšit vhodná konstrukce spojů, která bere v úvahu relativně veliký závar. (Teoretický úvod k cvičení z předmětu Technologie I, 2005) 5.1.3.3 Svařování metodou MOG Jde o svařování trubičkovými elektrodami. Svařování se podle typu použité trubičky uskutečňuje v ochranné atmosféře nebo bez ní, je označováno jako MOG (Metal Ohne Gas). Tato metoda slouží k svařování a navařování speciálních materiálů. Produktivita práce je o 20 % vyšší než u MIG nebo MAG metody. Ochrannou atmosféru při svařování vytváří plyn, který je přiváděn samostatně nebo se uvolňuje přímo z výplně v trubičkové elektrodě. V další fázi po svařování navíc vytvoří elektroda strusku, která dále ochraňuje svar před nežádoucími vlivy okolí. (Teoretický úvod k cvičení z předmětu Technologie I, 2005) 25

5.2

Metalock Jde o mechanický nerozebíratelný spoj trhlin a prasklin součástí bez jakékoli

změny struktury a vlastností materiálu součásti. Jako spojovací element zde slouží svorky Metalock, které zajišťují potřebnou mechanickou únosnost a kolíčky, které zajišťují požadovanou těsnost spoje (obr. 2). Spoj je tepelně stálý a má velmi dobré mechanické vlastnosti. Opravy technologií Metalock lze provádět u součástí se stěnou silnější 4 mm. Technologický postup opravy: •

zjištění rozsahu poškození, jeho označení

•

zjištění tloušťky stěny (hloubky trhliny) součásti v místě poškození, případně změny této tloušťky po celé délce poškození

•

stanovení velikosti svorek Metalock pro opravu součásti

•

stanovení počtu a délky stehů

•

rozvržení a umístění stehů. Stehy jsou v pořadí delší, kratší, delší atd. Jde o rovnoměrnější rozložení zatížení v součásti a o to, aby se nekoncentrovalo v jedné linii (konce stehů).

•

vyvrtání děr v místě stehů v místě trhliny do dvou třetin tloušťky stěny

•

usazení vrtacích šablon pomocí kolíčků příslušných průměrů kolmo na poškození (trhlinu) součásti

•

vyvrtání jednoho otvoru v každé šabloně do dvou třetin tloušťky stěny

•

zafixování polohy šablony pomocí druhého kolíčku

•

vyvrtání zbytku děr dle šablon do stejných hloubek

•

vyrovnání dna všech děr kolmo broušeným vrtákem do stejné hloubky

•

speciálně upraveným křížovým sekáčem odsekáme můstky vzniklé mezi dírami, čímž vznikne dutina, která je shodná s odpovídající svorkou (obr. 3)

•

vyčištění dutiny stlačeným vzduchem

•

vložení a zaklepání svorky na dno dutiny

•

zatemování svorky v dutině přiměřeně silnými údery

•

postupné vkládání a zatemovávání dalších svorek až do chvíle, kdy vrchní svorka zčásti vyčnívá z dutiny na povrch součásti

Po zhotovení všech stehů se vrchní svorky přebrousí do roviny s povrchem součásti. V případě, že má být spoj těsný, musíme vyplnit trhliny mezi stehy kolíčky. 26

Technologický postup je následující: •

vyvrtání díry stejného průměru, jako díry pro svorky Metalock, tak, aby zasahovala částečně do svorky, ale aby ji nepřerušila

•

v daných roztečích se mezi svorkami vyvrtají díry po celé délce trhliny

•

vyřezání závitů do děr

•

vyčištění závitů stlačeným vzduchem

•

zašroubování svorníků se závitem po celé délce

•

vyvrtání děr mezi svorníky. Díry je z části překrývají.

•

vyřezání dalších závitů do vzniklých děr mezi svorníky a zašroubování dalších svorníků

•

zarovnání povrchu na povrch součásti

Při požadavku vysoké těsnosti spoje se může použít místo svorníků hladkých kolíčků, které se postupně vkládají a zatemovávají do děr. Tento postup je však pracnější a zdlouhavější. (Pošta a kol., 1998)

Obr. 2 – Schéma opravy a svorka Metalock (Pošta a kol., 1998)

Obr. 3 – Průřez tvarovou dutinou částečně zaplněnou svorkami (Pošta a kol., 1998)

5.3

Masterlock Při této opravě se poškozená oblast součásti, ve které je soustředěno místní

napětí způsobené provozním namáháním, nahradí vložkou z velmi pevné oceli tvaru obdélníku, L, U, E, I, apod. (obr. 4). Technologický postup opravy: •

opravovaná součást se dobře upne a poškozené případně oddělené díly se zafixují ve správné poloze

27

•

narýsování tvaru vložky na ocelovou desku a zároveň na opravovanou součást

•

vyvrtání dvou vhodně umístěných děr do ocelové desky

•

ocelová deska se položí na poškozené místo součásti. Součást se svrtá s ocelovou deskou na vyznačeném místě

•

do dvou vzniklých otvorů se vyřežou závity a deska se přišroubuje

•

rozměří se rozteče děr po obvodu vložky a kolmo na součást se vyvrtají otvory

•

po svrtání se deska odšroubuje a opracuje se do poloviny vyvrtaných děr. Stejně obrobíme i součást v místě poškození tak, aby do sebe půlky děr na okrajích desky a poškozené součásti přesně lícovaly

•

vyřezání závitů do vzniklých děr, zašroubování svorníků

•

vyvrtání dalších děr mezi svorníky, vyřezání dalších závitů a zašroubování posledních svorníků

Vložku je možno dále ještě zafixovat svorkami Metalock. (Pošta a kol., 1998)

Obr. 4 – Vložka Masterlock (Pošta a kol., 1998)

28

6

MATERIÁL A METODY ZPRACOVÁNÍ

6.1

Materiál Předmětem zkoumání v této práci je výfuková příruba z motoru UŘ1 traktorů

Zetor. Výfuková příruba je vyrobena z šedé litiny ČSN EN 422415. K válci motoru je přišroubována dvěma ocelovými šrouby. Tloušťka výfukové příruby je 8 mm. Díky tepelnému a mechanickému namáhání dochází občas k prasknutí příruby v místě těsně vedle otvoru pro šroub (viz. obr. 5), popř. přímo v místě otvoru. Materiál (výfukové příruby) pro zhodnocení jsem získal v opravárenském podniku zabývajícím se dlouhodobě GO vznětových motorů traktorů a nákladních automobilů. Postupně jsem nechal opravit čtyři poškozené příruby. Oprava byla provedena svařením přírub kvalifikovaným svářečem, svařením přírub elektrickým obloukem, obalovanou elektrodou bez předehřevu, metodou ROE 111. Pro svařování jsme zvolili elektrody o průměru 3,5 mm. Proud pro svařování byl 120 A. Na opravu každé z přírub jsem nechal použít jiný typ elektrody. Jednotlivé příruby jsem označil podle typu elektrody a převezl do metalografické laboratoře MZLU.

Obr. 5 – Oblast poškození výfukové příruby

6.1.1 Metodika svařování vzorků 6.1.1.1 Příprava svarových ploch Pečlivě odstraníme všechny hrubé nečistoty a drobné úlomky svařovaného materiálu v okolí a na svařovaných plochách, které vznikly odlomením a mohly by snížit kvalitu svaru. Je nutné se pokusit o maximální odmaštění. (Pošta a kol., 1998) 6.1.1.2 Svařování Svařování

provádíme

v

krátkých

housenkách

odpovídajících

tloušťce

svařovaného materiálu. Další housenku provádíme po vychladnutí svaru na teplotu okolo 70°C. Pro svařování byly použity následující elektrody:

OBALOVANÉ ELEKTRODY ESAB 29

Jde o svařování elektrickým obloukem. Používají se obalované elektrody se speciálním obalem, a to elektrody: E - S 716 ČSN 05 5010 (DIN 8573): E NiFe - S (E NiFe - BG 13). Elektrody se používají pro opravy odlitků za studena ze šedé a tvárné litiny, zejména bloků motorů, čerpadel, dílů strojů…Svarový kov obsahuje 50% niklu a 50% železa. Parametry svařování: Mez kluzu: 300 MPa Pevnost: 400 MPa Pozice: všechny Proud: + Cena za ks: 23,50 Kč Parametry elektrody: Tab. 8 – Parametry elektrody E – S716

Rozměry [mm]

Proud [A]

Váha [ks/kg]

2,5 x 250

65 - 90

114

3,2 x 300

95 - 115

57

4,0 x 350

120 - 150

29

E - S 723 ČSN 05 5010 (DIN 8573): E NiFe - S (E NiFe - BG 13). Elektrody se používají pro opravy odlitků především ze šedé nebo feritické tvárné litiny bez předehřevu…Svarový kov obsahuje 90% niklu a 7% železa. Parametry svařování: Mez kluzu: 250 MPa Pevnost: 300 MPa Pozice: všechny Proud: + Cena za ks: 23,50 Kč Parametry elektrody: Tab. 9 – Parametry elektrody E – S 723

Rozměry [mm]

Proud [A]

Váha [ks/kg]

2,5 x 300

60- 90

83

3,2 x 350

86 - 110

44

30

4,0 x 350

110 - 140

27

(Katalog přídavných svařovacích materiálů, strojů a zařízení, 2003)

OBALOVANÉ ELEKTRODY CASTOLIN Castolin 27 DIN 8573:E Fe – BG 23. Tyto elektrody jsou vhodné především pro staré, tepelně „unavené“ součásti a jako podklad (polštářování) před vlastním svařováním. Svar má barvu šedé litiny, je tepelně zpracovatelný a má jemnou kresbu. Elektroda je použitelná jak pro svařování s nebo bez předehřátí. Parametry svařování: Mez kluzu: 220 Mpa Pevnost: 400 Mpa Tvrdost po svařování: 54 HRC Pozice: všechny Proud: + Cena za ks: 28 Kč Parametry elektrody: Tab. 10 – Parametry elektrody Castolin 27

Rozměry [mm]

Proud [A]

Váha [ks/kg]

Min. balení [kg]

2,5 x 350

50 – 80

53

5,0

3,2 x 350

70 – 110

33

5,0

Castolin 2 – 44 DIN 8573: E Ni – BG 12. Elektrody mají bazicko – grafitový obal na bázi niklu. Je to nejuniversálnější elektroda této značky, slouží pro opravy staré promaštěné šedé litiny za studena. Má klidný pravidelný oblouk bez rozstřiku, lehce stravitelnou strusku a lehce opracovatelné svary. Můžeme vařit i ocelolitinu, temperovanou nebo tvárnou litinu. Elektroda je vhodná i ke svařování materiálů měď – litina. Parametry svařování: Mez kluzu: 300 Mpa Pevnost: 330 Mpa Tvrdost po svařování: 100 HB Pozice: všechny 31

Proud: -/~ Cena za ks: 63,40 Kč Parametry elektrody: Tab. 11 – Parametry elektrody Castolin 2 – 44

Rozměry [mm]

Proud [A]

Váha [ks/kg]

Min. balení [kg]

2,5 x 250

55 – 90

73

2,5

3,2 x 350

70 – 120

32

5,0

4,0 x 350

110 – 145

21

5,0

(Katalog přídavných materiálů pro svařování, 2005)

6.2

Metody zpracování Po převozu přírub do laboratoře MZLU jsem z každé příruby odebral jeden

vzorek. U těchto vzorků jsem provedl metalografické výbrusy a každý z nich dvakrát vyfotografoval pod mikroskopem, kde jsem zároveň změřil mikrotvrdost v jednotlivých strukturách vzorků. Na fotografiích jsem pomocí patřičného softwaru vyznačil velikost přechodových pásem. 6.2.1 Metodika provedení metalografického výbrusu Ze získaných zrenovovaných součástí jsem vyrobil vzorky pro provedení metalografického výbrusu. Postupoval jsem následně: 1.

odebrání vzorků

2.

zalití vzorků do dentakrylu nebo technovidu

3.

broušení vzorků

4.

leštění vzorků

5.

leptání vzorků

6.

zkoumání a zhodnocení struktury vzorků pod mikroskopem

6.2.1.1 Odebírání vzorků Pomůcky: pracovní stůl se svěrákem, ruční rámová pilka na železo, ruční půlkulatý pilník na železo, štětec, nádoba s vodou. Podmínky: teplota vzduchu 20 °C, vlhkost 60% Vzorky jsem odřezal z výfukových přírub ruční rámovou pilkou za stálého chlazení štětcem máčeným ve vodě. Řeznou rychlost jsem volil tak, aby nedošlo 32

k tepelnému ovlivnění vzorků. Teplota nepřesáhla 70 °C. Poté jsem vzorky pilníkem zbavil ostřin. 6.2.1.2 Zalití vzorků do dentakrylu nebo technovidu Tento krok není vždy bezpodmínečně nutný. V tomto případě byly vzorky velikostně i tvarově vhodné jak pro broušení, leštění a leptání, tak pro zkoumání pod metalografickým mikroskopem. 6.2.1.3 Broušení vzorků Pomůcky: metalografická bruska DAP-7 (obr. 6), sada brusných pláten Podmínky: teplota vzduchu 20°C, vlhkost 60% Výbrus jsem provedl na metalografické brusce DAP-7. Bruska DAP-7 má dvě funkční části. První funkční část brusky je brusný kotouč, na který se připevní brusné plátno. Kotouč se otáčí rychlostí 125 a 250 ot/min. Brusné plátno je chlazeno vodou, přívodem přímo z vodovodní sítě. Vzorky brousíme buď ručně nebo je upneme do druhé funkční části, kterou je upínací hlavice brusky. Upínací hlavice rotuje kolem své osy proti směru otáčení brusného plátna. Na této brusce vzorek brousíme až do doby, kdy na něm nejsou žádné výraznější rýhy. K broušení jsem postupně použil brusná plátna se zrnitostí, 120, 220, 320, 500, 800, 1 200. při broušení jsem používal chlazení brusky přímo z vodovodní sítě. Při broušení, ale i leštění, kromě žádoucího a účelného odstraňování materiálu z povrchu vzorku, vznikají i deformace. Vzorek je tlakem na jeho povrch do jisté míry tvářen. Na povrchu vzorku tak vzniká souvislá deformovaná vrstva, tzv. Beilbyho vrstva. Vznik této vrstvy je nežádoucí a proto jsem ji po přeleštění odstranil leptáním (viz. kap. 6.2.1.5. Leptání vzorků).

Obr. 6 – Metalografická bruska DAP-7

6.2.1.4 Leštění vzorků Pomůcky: metalografická leštička MTH (obr. 7), diamantová brusná pasta Podmínky: teplota vzduchu 20 °C, vlhkost 60% Pro leštění vzorků jsem použil diamantovou pastu, která se skládá ze syntetického diamantového prachu dané zrnitosti od 1 µm do 7 µm a jeho pojiva.

33

Leštění jsem prováděl postupně od nejhrubší pasty po nejjemnější. Chlazení se v tomto případě nepoužívá. Vzorky jsem při přechodu na další, jemnější pastu oplachoval lihem. Leštění jsem opakoval, až do úplného odstranění všech rýh.

Obr. 7 – Metalografická leštička MHT

6.2.1.5 Leptání vzorků Pomůcky: 2% roztok kyseliny dusičné v alkoholu (Nital) Podmínky: teplota vzduchu 20°C, vlhkost 60 % Leptání provádíme proto, abychom odstranili zbytky materiálu z hranic zrn na povrchu vzorku. Pod mikroskopem, tak můžeme lépe rozeznat strukturu sledovaného materiálu, přechodových pásem apod.. K naleptání povrchu vzorku jsem použil 2% roztok kyseliny dusičné v alkoholu, který jsem rovnoměrně nanesl na vyleštěný povrch vzorku. Poté jsem vzorek opláchnul lihem a nechal vyschnout. 6.2.1.6 Zkoumání a zhodnocení struktury vzorků pod mikroskopem Pomůcky: metalografický mikroskop Neophot 2 (obr. 9) a universální metalografický mikroskop MTH 2-T (obr. 8), digitální fotoaparát Olympus Camedia 50-60 Podmínky: teplota vzduchu 20 °C, vlhkost 60% Po leptání povrchu vzorků následuje jejich pozorování pod přístrojem, který je schopen zvětšit pozorovanou oblast povrchu vzorku, lidským okem jinak neviditelnou (mikro struktura) nebo viditelnou jen velmi těžce (makro struktura). Vzorky jsem vložil pod mikroskop a fotoaparátem udělal snímky.

Obr. 8 – Universální metalografický mikroskop MTH 2-T

Obr. 9 – Metalografický mikroskop Neophot 2

1 - zdroj světla, 2 - filtry, 3 – aperturní clona, 4 – půlená clona, 5 – objektiv, 6 – pozorovaný objekt, 7 – okulár, 8 – fotografování na plátno, 9 – fotografování na film

34

6.2.2 Metodika měření mikrotvdosti vzorků K měření mikrotvrdosti používáme mikrotvrdoměr, který je v našem případě součástí metalografického mikroskopu, ale vyrábí se i samostatně. Měření mikrotvrdosti patří do zkoušek mechanických se zaměřením na určení tvrdosti jednotlivých strukturních útvarů zkoumaného materiálu (Skočovský & Šiman, 1989). V našem případě se do zkoušeného materiálu vtlačoval diamantový jehlan, tzv. Vickersův jehlan (jedná se tedy o zkoušku tvrdosti dle Vickerse – jednotky tvrdosti HV), který je usazen do speciálního objektivu, tzv. Hanemannova mikrotvrdoměru (viz obr. 11) a ten je vložen do mikroskopu místo objektivu standardního. Jehlan má vrcholový úhel 136° a působil jsem na něho zatěžovací silou 0,1 kp, což je 0,981 N. Při provádění měření se musí dbát na to, aby byl hrot vtisknut do základní kovové hmoty materiálu a ne do grafitu, který není nosným materiálem. Mikrotvrdost jsme měřili 10× v oblasti svaru, 10× v oblasti přechodového pásma a 10× v oblasti základního materiálu (šedé litiny). Z naměřených hodnoty mikrotvrdosti v jednotlivých oblastech jsem spočítal jejich aritmetické průměry. Objektiv je zavěšen na pružných membránách, které dovolují pohyb objektivu ve směru optické osy. Prohnutí membránových pružin je úměrné zatížení diamantového jehlanu, které se odečítá na obrazu zatěžovací stupnice uvnitř objektivu (Zkoušky tvrdosti). Mikrotvrdost HV jsem následně vypočetl ze vztahu: HV = 0,189 ⋅

F u2

(6-1)

kde: F [N] je zatěžovací síla a u [mm] je průměrná velikost úhlopříčky vtisku

35

Obr. 10 – Hanemannův mikrotvrdoměr

1 – Vickersův jehlan, 2 – nosič objektivu, 3 – závěsné membránové pružiny, 4 – optický hranol, 5 – stupnice zatížení, 6 – kryt, 7 – metalografický výbrus Po odlehčení jsem zkoumaný objekt zaostřil a na stupnici měřícího okuláru změřil úhlopříčky vtisku a spočetl jejich aritmetický průměr.

7

VÝSLEDKY PRÁCE A DISKUZE

7.1

Technické zhodnocení

7.1.1 Metalografické výbrusy 7.1.1.1 Vzorek č.1 (elektroda E-S 716) Tento vzorek byl odebrán z příruby svařené obalovanou elektrodou E-S 716. Na makro snímku výbrusu vzorku svaru zvětšeném desetkrát (obr. 8) vidíme , že svar je poměrně mělký a vyplňuje asi 1/3 praskliny. Svar je v nejširším místě profilu 9 mm široký. Kořen svaru není provařen. Šířka neprovařené dutiny kořenu svaru je přibližně 0,3 mm. Další snímek (obr. 9) je pořízen při 150-ti násobném (mikro) zvětšení. Můžeme zde vidět přechodové pásmo mezi svarovým kovem (horní část snímku) a svařovaným materiálem – šedou litinou (spodní část snímku). V této přechodové oblasti se smísily oba materiály a vytvořily tak nerozebíratelný spoj. Pásmo se směrem doleva zvětšuje, zde zřejmě došlo k intenzivnějšímu natavení a smísení svarového a svařovaného kovu. Hloubka přechodového pásma se pohybuje zhruba od 0,1 do 0,16 mm. (Hromada, 2006)

Obr. 11 – Makrostruktura svaru provedeného elektrodou E-S 716 při 10-ti násobném zvětšení (Hromada, 2006)

Obr. 12 – Tepelně ovlivněná oblast svaru provedeného elektrodou E-S 716 při 150-ti násobném zvětšení (Hromada, 2006)

36

Obr. 13 – Základní struktura (šedá litina) výfukových přírub) příruby při 400-ti násobném zvětšení (Hromada, 2006)

Na posledním snímku (obr. 10) je mikrostruktura základního svařovaného materiálu-šedé litiny. Snímek je pořízen při 400 násobném zvětšení a můžeme na něm pozorovat průřezy grafitových lupínků typických pro strukturu šedé litiny.

7.1.1.2 Vzorek č. 2 (elektroda E-S 723) Tento vzorek byl odebrán z příruby svařené obalovanou elektrodou E-S 723. V tomto případě jde spoj tvořený dvěma svary (oboustranný svar). Na makro snímku výbrusu vzorku svaru zvětšeném desetkrát (obr. 10) vidíme , že ve vrchním svaru se vyskytuje plynová bublina, která snižuje mechanické vlastnosti svaru. Další vadou je mezera 0,4 mm v kořeni svaru na hranici svařovaného materiálu, vrchního a spodního svaru pod bublinou . Přechody svarového a svařovaného materiálu nejsou rovnoměrné obzvláště u vrchního svaru. V nejširším místě má svar délku 9,53 mm a v nejužším (kořen svaru) má délku 1,9 mm. Další snímky (obr. 12, 13) jsou pořízeny při 150-ti násobném (mikro) zvětšení. Můžeme zde vidět přechodová pásma mezi svarovým kovem (vlevo) a svařovaným materiálem – šedou litinou (vpravo). Na obr. 12 je zachycena horní a na obr. 13 část dolní část oboustranného svaru (viz obr. 11). Je zde patrné pozvolné rozšiřování přechodových pásem směrem dolů (u spodní části svaru) a směrem nahoru (u vrchní části svaru), které je způsobeno pomalejším ochlazováním smíseného svarového a svařovaného kovu. Tloušťka přechodových pásem se přibližně v polovině vrchní a spodní části svaru pohybuje v rozmezí od 0,29 mm do 0,5 mm.

Obr. 14 – Makrostruktura svaru provedeného elektrodou E-S 723 při 10-ti násobném zvětšení

Obr. 15 – Tepelně ovlivněná oblast vrchní části oboustranného svaru provedeného elektrodou E-S 723 při 150-ti násobném zvětšení

37

Obr. 16 – Tepelně ovlivněná oblast spodní části oboustranného svaru provedeného elektrodou E-S 723 při 150-ti násobném zvětšení

7.1.1.3 Vzorek č. 3 (elektroda Castolin 27) Vzorek byl odebrán z příruby svařené obalovanou elektrodou Castolin 27. Na obr. 17 je makrostruktura (10× zvětšeno) tohoto svaru. Můžeme zde pozorovat vyosení svaru vůči poškození součásti. Prasklina se nalézá zhruba v 1/3 délky svaru, což zvyšuje riziko opětovného poškození součásti. Kořen svaru je provařen (viz obr. 18) dostatečně. V místě, kde se svarový kov mísí z kovem svařovaného materiálu se do 2/3 svaru od povrchu součásti vyskytuje větší množství makro (obr. 17) i mikrodefektů (bublin) (obr. 19) na hranici a v oblasti přechodového pásma svaru, které značně snižují pevnost spojení svaru se součástí.

Obr. 17 – Makrostruktura svaru provedeného elektrodou E-S 723 při 10-ti násobném zvětšení

Na dalších snímcích, které jsou pořízeny ve 150- ti násobném zvětšení je patrný kořen svaru (obr. 22) a přechodové pásmo (obr. 23) široké kolem 0,28 až 0,29 mm s patrnými mikrodefekty až 0,12 mm širokými.

Obr. 18 – Detail kořenu svaru provedeného elektrodou Castolin 27 (zvětšeno 150×)

38

Obr. 19 – Mikrostruktura přechodového pásma (150× zvětšeno) svaru provedeného elektrodou Castolin 27 s mikrodefekty

7.1.1.4 Vzorek č.4 (Castolin 2-44) Vzorek byl odebrán z příruby svařené obalovanou elektrodou Castolin 2-44. Z obr. 20, kde je svar zvětšen 10×, je patrné dobré spojení svarového materiálu a součásti, největší šířka výbrusu svaru je u povrchu součásti a to 7,7 mm. Kořen svaru je dostatečně provařen s menším mikrodefektem (viz obr. 21).

Obr. 20 – Makrostruktura svaru provedeného elektrodou Castolin 2-44 při 10-ti násobném zvětšení

Na dalším snímku je ve 150-ti násobném zvětšení zachyceno přechodové pásmo, které má od 0,07 mm do 0,1 mm.

Obr. 21 – Kořen svaru vzorku č. 4 (zvětšeno 150×)

Obr. 22 – Přechodové pásmo svarového a svařovaného kovu elektrodou Castolin 2-44 (zvětšeno 150×)

7.1.2 Mikrotvrdost podle Vickerse (HV) V tabulce 13 jsou uvedeny tvrdosti svaru, přechodového pásma a svařovaného kovu jednotlivých vzorků. Tab. 12 – Mikrotvrdost jednotlivých vzorků dle Vickerse-HV

Průměrné hodnoty mikrotvrdosti (HV) Vzorek č.

Svar Přechodové pásmo Svařovaný materiál

1 (E-S 716)

218

385

2 (E-S 723)

223

418

342

39

3 (Castolin 27)

648

721

4 (Castolin 2-44)

209

455

40

7.2

Ekonomické zhodnocení Před dvěma roky jsem ekonomicky vyhodnocoval svařování těchto přírub ve své

bakalářské práci (Hromada, 2006) s tímto výsledkem:

Elektroda: E - S 716 ČSN 05 5010 Metoda svařování: ROE 111 Proud: stejnosměrný, nepřímá polarita (elektroda +)

Náklady: Sazba svářeče: 414 Kč/h

Čas: jeden svar i s přípravou 15 min Cena práce: 103,50 Kč/1 svar Cena elektrody: 23,50 Kč/ks Celkem: 127 Kč Cena nové výfukové příruby na čtyřválcový motor: 300 Kč

Zhodnocení: Cena jednoho svaru provedeného jednou elektrodou je přibližně 2,36× menší než cena nového výfukového potrubí.

Elektroda: E - S 723 ČSN 05 5010 Metoda svařování: ROE 111 Proud: stejnosměrný, nepřímá polarita (elektroda +)

Náklady: Sazba svářeče: 414 Kč/h

Čas: vařil jeden svar i s přípravou 15 min Cena práce: 103,50 Kč/ 1 svar Cena elektrody: 23,50 Kč/ks Celkem: 127 Kč Cena nové výfukové příruby na čtyřválcový motor: 300 Kč

Zhodnocení: Cena jednoho svaru provedeného jednou elektrodou je přibližně 2,36× menší než cena nového výfukového potrubí.

41

Elektroda: Castolin 2 - 44 DIN 8573 Metoda svařování: ROE 111 Proud: střídavý, přímá polarita (elektroda -)

Náklady: Sazba svářeče: 414 Kč/h

Čas: vařil jeden svar i s přípravou 15 min Cena práce: 103,50 Kč/1 svar Cena elektrody: 63,40 Kč/ks Celkem: 167 Kč Cena nové výfukové příruby na čtyřválcový motor: 300 Kč

Zhodnocení: Cena jednoho svaru provedeného jednou elektrodou je přibližně 1,8× menší než cena nového výfukového potrubí.

Elektroda: Castolin 27 DIN 8573 Metoda svařování: ROE 111 Proud: střídavý, nepřímá polarita (elektroda +)

Náklady: Sazba svářeče: 414 Kč/h

Čas: vařil jeden svar i s přípravou 15 min Cena práce: 103,50 Kč/1 svar Cena elektrody: 28 Kč/ks Celkem: 131,50 Kč Cena nové výfukové příruby na čtyřválcový motor: 300 Kč

Zhodnocení: Cena jednoho svaru provedeného jednou elektrodou je přibližně 2,28× menší než cena nového výfukového potrubí. Ceny za provedenou práci a náhradní díly se však u různých podniků různé a nelze tedy stanovit jednotnou cenu, jedná se pouze o orientační údaj.

42

8

ZÁVĚR Úkolem této diplomové práce je technicky a ekonomicky vyhodnotit opravu čtyř

výfukových přírub UŘ 1 Zetor ze šedé litiny svařených čtyřmi elektrodami (každá příruba jednou elektrodou) elektrickým obloukem bez předehřevu prostřednictvím metalografických výbrusů a naměřených hodnot mikrotvrdosti metalografických vzorků V případě ekonomického pohledu na renovace, tj. nákladů na opravy jednotlivých přírub se jako nejekonomičtější jeví oprava provedená jak elektrodou E-S 716, tak elektrodou E–S 723. Orientační náklady na opravu (při použití jedné elektrody) jsou u nich 2,36× nižší než cena nové součásti. Z hlediska technického je nejlépe proveden svar elektrodou Castolin 2–44, který má dobře provařený kořen svaru, ve svaru nejsou patrné žádné větší makro ani mikrodefekty a šířka přechodového pásma je nejužší (0,07 – 0,1 mm). Mikrotvrdost přechodového pásma je však vyšší, než u svaru provedeného elektrodou E–S 716, u kterého se tvrdost přechodového pásma nejvíce blíží mikrotvrdosti svařované součásti, a E–S 723. Celkově se jako nejvýhodnější jeví oprava provedená elektrodou E–S 716, která vykazuje nejnižší náklady, nejsou zde patrné žádné mikro ani makrodefekty a šířka přechodového pásma se pohybuje v rozmezí od 0,1 do 0,16 mm. Mikrotvrdost je u přechodového pásma nejnižší ze všech zkoumaných vzorků. U této opravy však nedošlo na rozdíl od opravy provedené elektrodami Castolin 2–44 a Castolin 27 k provaření svaru, což by mohlo způsobit zkrácení doby provozuschopnosti součásti díky zvýšení místního napětí v kořenu svaru. Tento nepříznivý vliv lze eliminovat pečlivější přípravou svarových ploch, popř. změnou průměru elektrody a napětí elektrického zdroje.

43

9

Seznam použité literatury

ČSN EN 10027-2. Praha: Český normalizační institut, 1994. 16 s.

DORAZIL, E. Kovové materiály. 1. vydání. Brno: VUT v Čs. redakce MON, 1991. 249 s. ISBN 80-214-0239-3

HLUCHÝ, M., KOLOUCH, J. Nauka o materiálu 1. a 2. díl. 1. vydání. Praha: Scientia, spol. s r.o., pedagogické nakladatelství, 1996. 216 s. ISBN 80-7183-017-8

HROMADA, J. Renovace strojních součástí ze šedé litiny. [Bakalářská práce]. Brno 2006. 29 s. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita. Fakulta agronomická

Katalog přídavných materiálů pro svařování [online].: OMNITECH spol. s r.o., 2005. Dostupné na: www.omnitechweld.cz/cz/sortiment/materialovelisty/katalog

Katalog přídavných svařovacích materiálů, strojů a zařízení 2003-2004 [CD-ROM] .: ESAB Vamberk, s.r.o., 2003

KRAUSE, D. E. Gray Iron-A Unique Engineering Material [online]. American Society for Testing and Materials, Philadelphia. 1969. s. 3-28. [cit. 7. září 1990]. Dostupné na: http://www.ironcasting.org/Gray%20Iron%20-%20A%20Unique%20Material.htm

KUBÍČEK, J. Technologie svařování [online]. Informační web aplikací a vývoje v oblastech žárového stříkaní, navařování a svařování. 2006. 30 s. Dostupné na: http://www.svarak.cz/c/cz/technologie-svarovani.htm

NĚMEC, J., DVOŘÁK, J., HÖSCHL, C. Pružnost a pevnost ve strojírenství. 1. vydání. Praha: SNTL 1989. 600 s. ISBN 80-03-00193-5

44

PLUHAŘ, J., KORITTA, J. a kol. Strojírenské materiály. 3. vydání. Praha: SNTL – Nakladatelství technické literatury, 1982. 568 s. DT 621.002.3 (075.8)

POŠTA, J., HAVLÍČEK, J., ČERNOVOL, M.I.: Renovace strojních součástí. 2. vydání. Praha: SVÚM a.s. – Česká tribologická společnost, 1998. 160 s. ISBN 80902015-6-3

PTÁČEK, L. a kolektiv: Nauka o materiálu II. 2. vydání. Brno: Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., 2002. 505 s. ISBN 80-7204-248-3

SKOČOVSKÝ, P., ŠIMAN, I. Štruktůrna analýza liatin. 1.vydání. Bratislava: Alfa Bratislava, 1989

Teoretický úvod k cvičení z předmětu Technologie I: Klasické (konvenční metody svařování) [online]. Studijní opora k předmětu Technologie I. ČVUT – Fakulta strojní. Praha. 2005. Dostupné na: http://u12123.fsid.cvut.cz/?udaj=predmet&id=C31067

Zkoušky tvrdosti [online]. Studijní opora. Materiálový výzkum ATeam. ZČU-Fakulta strojní. Plzeň, 2007. Dostupné na: http://www.ateam.zcu.cz/Zkousky_tvrdosti.pdf

45

SEZNAM OBRÁZKŮ: Obr. 1 – Rozdělení kyslíko-acetylénového plamene dle poměru kyslíku a acetylénu (Kubíček, 2006)....................................................................................................... 23 Obr. 2 – Schéma opravy a svorka Metalock (Pošta a kol., 1998) .................................. 27 Obr. 3 – Průřez tvarovou dutinou částečně zaplněnou svorkami (Pošta a kol., 1998) .. 27 Obr. 4 – Vložka Masterlock (Pošta a kol., 1998)............................................................ 28 Obr. 5 – Oblast poškození výfukové příruby................................................................... 29 Obr. 6 – Metalografická bruska DAP-7.......................................................................... 33 Obr. 7 – Metalografická leštička MHT ........................................................................... 34 Obr. 8 – Universální metalografický mikroskop MTH 2-T............................................. 34 Obr. 9 – Metalografický mikroskop Neophot 2.............................................................. 34 Obr. 10 – Hanemannův mikrotvrdoměr .......................................................................... 36 Obr. 11 – Makrostruktura svaru provedeného elektrodou E-S 716 při 10-ti násobném zvětšení (Hromada, 2006)....................................................................................... 36 Obr. 12 – Tepelně ovlivněná oblast svaru provedeného elektrodou E-S 716 při 150-ti násobném zvětšení (Hromada, 2006)...................................................................... 36 Obr. 13 – Základní struktura (šedá litina) výfukových přírub) příruby při 400-ti násobném zvětšení (Hromada, 2006)...................................................................... 37 Obr. 14 – Makrostruktura svaru provedeného elektrodou E-S 723 při 10-ti násobném zvětšení.................................................................................................................... 37 Obr. 15 – Tepelně ovlivněná oblast vrchní části oboustranného svaru provedeného elektrodou E-S 723 při 150-ti násobném zvětšení .................................................. 37 Obr. 16 – Tepelně ovlivněná oblast spodní části oboustranného svaru provedeného elektrodou E-S 723 při 150-ti násobném zvětšení .................................................. 38 Obr. 17 – Makrostruktura svaru provedeného elektrodou E-S 723 při 10-ti násobném zvětšení.................................................................................................................... 38 Obr. 18 – Detail kořenu svaru provedeného elektrodou Castolin 27 (zvětšeno 150×) .. 38 Obr. 19 – Mikrostruktura přechodového pásma (150× zvětšeno) svaru provedeného elektrodou Castolin 27 s mikrodefekty................................................................... 39 Obr. 20 – Makrostruktura svaru provedeného elektrodou Castolin 2-44 při 10-ti násobném zvětšení................................................................................................... 39 Obr. 21 – Kořen svaru vzorku č. 4 (zvětšeno 150×) ...................................................... 39 Obr. 22 – Přechodové pásmo svarového a svařovaného kovu elektrodou Castolin 2-44 (zvětšeno 150×)....................................................................................................... 39 46

SEZNAM TABULEK: Tab. 1 – Označení tvaru grafitu (Ptáček a kol., 2002) ................................................... 11 Tab. 2 – Označení mikro a makrostrukturu (Ptáček a kol., 2002) ................................. 11 Tab. 3 – Písmena udávající způsob výroby zkušebního vzorku (Ptáček a kol., 2002).... 11 Tab. 4 – Dodatečné požadavky na odlitek (Ptáček a kol., 2002).................................... 12 Tab. 5 – Hlavní vlastnost litiny (Ptáček a kol., 2002) .................................................... 12 Tab. 6 – Zvláštní požadavky na jednotlivé materiály (Ptáček a kol., 2002)................... 12 Tab. 7 – Rozdělení šedé litiny podle třetího dvojčíslí ISO normy................................... 13 Tab. 8 – Parametry elektrody E – S716.......................................................................... 30 Tab. 9 – Parametry elektrody E – S 723......................................................................... 30 Tab. 10 – Parametry elektrody Castolin 27.................................................................... 31 Tab. 11 – Parametry elektrody Castolin 2 – 44.............................................................. 32 Tab. 12 – Mikrotvrdost jednotlivých vzorků dle Vickerse-HV........................................ 39

47