Klasifikace ocelí podle svařitelnosti – Studopedia

Při posuzování svařitelnosti převládá role chemického složení oceli. Na základě tohoto ukazatele je jako první přiblížení posouzena svařitelnost. Vliv hlavních legujících nečistot na svařitelnost ocelí je uveden níže.

uhlík (C) – jedna z nejdůležitějších nečistot, která určuje pevnost, plasticitu, prokalitelnost a další vlastnosti oceli. Obsah uhlíku v ocelích do 0,25 % nesnižuje svařitelnost. Vyšší obsah „C“ vede k tvorbě kalících struktur v kovu tepelně ovlivněné zóny (dále jen HAZ) a vzniku trhlin.

Síra (S) a fosfor (P) – škodlivé nečistoty. Zvýšený obsah „S“ vede ke vzniku horkých trhlin – červená křehkost a „P“ způsobuje křehkost za studena. Proto je obsah „S“ a „P“ v nízkouhlíkových ocelích omezen na 0,4÷0,5 %.

Křemík (Si) přítomné v ocelích jako nečistota v množství do 0,3 % jako deoxidační činidlo. Při takovém obsahu Si se svařitelnost ocelí nezhoršuje. Jako legující prvek s obsahem Si do 0,8÷1,0 % (zejména do 1,5 %) je možný vznik žáruvzdorných oxidů Si, které zhoršují svařitelnost.

Mangan (Mn) když je obsah v oceli do 1,0 %, není proces svařování obtížný. Při svařování ocelí s obsahem Mn 1,8÷2,5 % se mohou v kovu HAZ objevit tvrdnoucí struktury a praskliny.

Chrome (Cr) v nízkouhlíkových ocelích je omezen jako nečistota v množství do 0,3 %. V nízkolegovaných ocelích může být obsah chrómu v rozmezí 0,7÷3,5 %. U legovaných ocelí se jeho obsah pohybuje od 12 % do 18 % a u vysokolegovaných ocelí dosahuje 35 %. Při svařování tvoří chrom karbidy, které zhoršují odolnost oceli proti korozi. Chrom podporuje tvorbu žáruvzdorných oxidů, které komplikují proces svařování.

Nikl (Ani) podobně je chrom obsažen v nízkouhlíkových ocelích v množství do 0,3 %. V nízkolegovaných ocelích se jeho obsah zvyšuje na 5% a ve vysoce legovaných – na 35%. Ve slitinách na bázi niklu je jeho obsah převládající. Nikl zvyšuje pevnost a plastické vlastnosti oceli a má pozitivní vliv na svařitelnost.

Vanad (V) v legovaných ocelích je obsažen v množství 0,2÷0,8 %. Zvyšuje viskozitu a plasticitu oceli, zlepšuje její strukturu a pomáhá zvyšovat prokalitelnost.

Molybden (Mo) u ocelí je omezena na 0,8 %. Při tomto obsahu příznivě ovlivňuje pevnostní vlastnosti oceli a zušlechťuje její strukturu. Při svařování však vyhoří a přispívá ke vzniku trhlin v usazeném kovu.

Titan a niob (Ti a Nb) v korozivzdorných a žáruvzdorných ocelích jsou obsaženy v množství do 1 %. Snižují citlivost oceli na mezikrystalickou korozi, ale niob v ocelích typu 18-8 podporuje tvorbu trhlin za tepla.

Měď (Cu) Je obsažen v ocelích jako příměs (v množství do 0,3 % včetně), jako přísada do nízkolegovaných ocelí (0,15 až 0,5 %) a jako legující prvek (do 0,8÷1 %). Zlepšuje korozní vlastnosti oceli bez zhoršení svařitelnosti.

Při posuzování vlivu chemického složení na svařitelnost oceli se kromě obsahu uhlíku bere v úvahu i obsah dalších legujících prvků zvyšujících sklon oceli ke tvrdnutí. Toho je dosaženo přepočtením obsahu každého legujícího prvku v oceli v ekvivalentních hodnotách podle jeho vlivu na její prokalitelnost pomocí konverzních faktorů stanovených experimentálně. Celkový obsah uhlíku v oceli a přepočtená ekvivalentní množství legujících prvků se nazývá uhlíkový ekvivalent. Pro jeho výpočet existuje řada vzorců sestavených různými metodami, které nám umožňují vyhodnotit vliv chemického složení nízkolegovaných ocelí na jejich svařitelnost:

С_EČV = C + Mn/6 + Cr/5 + Mo/5 + V/5 + Ni/15 + Cu/15 (MIS metoda);

С_EČV = C + Mn/6 + Si/24 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 (japonská metoda);

[S]_Х = C + Mn/9 + Cr/9 + Ni/18 + 7Mo/90 (Seferova metoda),

kde čísla udávají obsah v oceli v hmotnostních zlomcích procent odpovídajících prvků.

Každý z těchto vzorců je přijatelný pouze pro určitou skupinu ocelí, nicméně hodnotu uhlíkového ekvivalentu lze využít při řešení praktických otázek souvisejících s rozvojem technologie svařování. Poměrně často se výpočty chemického uhlíkového ekvivalentu pro uhlíkové a nízkolegované konstrukční oceli perlitické třídy provádějí pomocí Seferianova vzorce.

Podle svařitelnosti se oceli konvenčně dělí do čtyř skupin: dobře svařitelné, uspokojivě svařitelné, omezeně svařitelné a špatně svařitelné (tab. 1.1).

Do první skupiny zahrnují nejběžnější třídy nízkouhlíkových a legovaných ocelí ([C]_Х≤0,38), jejichž svařování lze provádět konvenční technologií, tzn. bez předehřevu před svařováním a během svařování a bez následného tepelného zpracování. Odlitky s velkým objemem usazeného kovu se doporučuje svařovat s mezitepelným zpracováním. U konstrukcí pracujících při statickém zatížení se tepelné zpracování po svařování neprovádí. U kritických konstrukcí provozovaných při dynamickém zatížení nebo vysokých teplotách se doporučuje tepelné zpracování.

Do druhé skupiny zahrnují uhlíkové a legované oceli ([C]_х=0,39÷0,45), při jehož svařování za běžných výrobních podmínek nedochází k tvorbě trhlin. Do této skupiny patří oceli, které je nutné předehřát a následně podrobit následnému tepelnému zpracování, aby se zabránilo praskání. Tepelné zpracování před svařováním se liší a závisí na jakosti oceli a konstrukci součásti. U odlitků z 30L oceli je vyžadováno žíhání. Strojní díly vyrobené z válcovaných nebo kovaných výrobků, které nemají pevné obrysy, lze svařovat v tepelně zpracovaném stavu (kalení a popouštění). Svařování při okolní teplotě pod 0°C se nedoporučuje. Díly s velkým objemem naneseného kovu se doporučuje svařovat s mezitepelným zpracováním (žíhání nebo vysoké popouštění)

Tabulka 1. Klasifikace ocelí podle svařitelnosti.

Dobře svařené

Dobře svařené

Uspokojivá svařitelnost

Omezené svařování

Špatně svařeno

*DSTU 2651-94 (GOST 380-94). ** Zrušeno na Ukrajině.

V případech, kdy následné temperování není možné, se svařovaný díl podrobí lokálnímu ohřevu. Tepelné zpracování po svařování je různé pro různé jakosti oceli. Při svařování malých defektů oceli obsahující více než 0,35 % uhlíku je pro zlepšení mechanických vlastností a zpracovatelnosti nutné tepelné zpracování (u této oceli žíhání nebo popouštění za vysokých teplot).

Do třetí skupiny zahrnují uhlíkové a legované oceli ([C]_Х=0,46÷0,59) perlitické třídy, náchylné k praskání za normálních podmínek svařování. Svařitelnost této skupiny ocelí je zajištěna použitím speciálních technologických opatření, která spočívají v jejich předběžném tepelném zpracování a ohřevu. Většina výrobků z této skupiny ocelí je navíc po svařování tepelně zpracována. U dílů a odlitků z válcovaných výrobků nebo výkovků, které nemají zvlášť tuhé obrysy a tuhé celky, je povoleno svařování v tepelně zpracovaném stavu (kalení a popouštění).

Bez předehřevu lze takové oceli svařovat v případech, kdy spoje nemají tuhé obrysy, tloušťka kovu není větší než 14 mm, okolní teplota není nižší než +5 ° C a svařované spoje jsou pomocného charakteru . Ve všech ostatních případech je nutný předehřev na teplotu 200°C.

Tepelné zpracování této skupiny ocelí je přiřazeno podle režimu zvoleného pro konkrétní ocel.

do čtvrté skupiny zahrnují uhlíkové a legované oceli ([C]_х≥0,60) perlitické třídy, které se nejobtížněji svařují a jsou náchylné k praskání. Při svařování této skupiny ocelí racionálními technologiemi není vždy dosaženo požadovaných provozních vlastností svarových spojů. Tyto oceli mají omezenou svařitelnost, proto se jejich svařování provádí s povinným předběžným tepelným zpracováním, s ohřevem během procesu svařování a následným tepelným zpracováním. Před svařováním musí být taková ocel žíhána. Bez ohledu na tloušťku a typ spoje je třeba ocel předehřát na teplotu minimálně 200°C. Tepelné zpracování výrobku po svařování se provádí v závislosti na jakosti oceli a jejím účelu.

Provozní spolehlivost a životnost svařovaných konstrukcí z nízkolegovaných žáruvzdorných ocelí závisí na maximální dovolené provozní teplotě a dlouhodobé pevnosti svarových spojů při této teplotě. Tyto ukazatele jsou určeny systémem legování žáruvzdorných ocelí. Podle legovacího systému lze oceli rozdělit na chrom-molybden, chrom-molybden-vanad a chrom-molybden-wolfram (tab. 1.2). U těchto ocelí se hodnota uhlíkového ekvivalentu pohybuje v širokých mezích a posuzování svařitelnosti ocelí na základě její hodnoty je nepraktické. Výpočet teploty předehřevu se provádí pro každou konkrétní jakost oceli.

Rozdělení vysoce legovaných ocelí do skupin (nerezové, kyselinovzdorné, žáruvzdorné a žáruvzdorné) v rámci GOST 5632-72 se provádí podmíněně v souladu s jejich hlavními provozními charakteristikami, protože žáruvzdorné a žáruvzdorné odolné oceli jsou zároveň kyselinovzdorné v určitých agresivních prostředích a kyselinovzdorné oceli jsou jak žáruvzdorné, tak žáruvzdorné při určitých teplotách.

Zastavme se u stručných doporučení k technologii svařování vysoce legovaných ocelí, které, jak již bylo uvedeno, jsou rozděleny do čtyř skupin.

U vysoce svařitelných vysokolegovaných ocelí se tepelné zpracování před a po svařování neprovádí. V případě výrazného mechanického zpevnění je nutné kov vytvrdit od 1050÷1100°C. Režim svařovacího tepla je normální. Do této skupiny ocelí patří řada kyselinovzdorných a žáruvzdorných ocelí s austenitickou a austeniticko-feritickou strukturou.

pro uspokojivě svařitelné vysokolegované oceli Před svařováním se doporučuje předběžné temperování na 650÷710°C s chlazením vzduchem. Režim svařovacího tepla je normální. Svařování není povoleno při teplotách pod nulou. Předehřev na 150÷200°C je nutný při svařování konstrukčních prvků s tloušťkou stěny větší než 10 mm. Po svaření se pro odlehčení pnutí doporučuje temperování na 650÷710°C. Tato skupina zahrnuje především většinu chromových a některé chromniklové oceli.

Tabulka 2. Druhy žáruvzdorných a vysoce legovaných ocelí a slitin na bázi železo-nikl a nikl.

Perlitické nebo martenzitické

Feritické, martenziticko-feritické a martenzitické

Austenitické a austeniticko-feritické

Feriticko-austenitické

Feriticko-austenitické

U vysokolegovaných ocelí s omezenou svařitelností je tepelné zpracování před svařováním odlišné (popouštění na 650÷710°C s chlazením vzduchem nebo kalení ve vodě od 1050÷1100°C). Při svařování většiny ocelí této skupiny je nutný předehřev na 200÷300°C.

Po svaření, aby se uvolnilo pnutí a snížila tvrdost, jsou části svařovaného spoje popuštěny na 650÷710°C. Pro svařování řady austenitických ocelí je vyžadováno kalení ve vodě od 1050÷1100°C.

U špatně svařitelných vysokolegovaných ocelí se před svařováním doporučuje temperování podle specifických režimů pro různé oceli.

Pro celou skupinu ocelí je nutný předehřev na 200÷300°C. Svařování oceli 110G13L v kaleném stavu se provádí bez ohřevu. Tepelné zpracování po svařování se provádí podle speciálních pokynů v závislosti na jakosti oceli a účelu. U oceli 110G13L není nutné tepelné zpracování.

Příprava kovu pro svařování

Při přípravě dílů pro svařování je vstupní kov podroben rovnání, značení, protahování, řezání, přípravě hran pro svařování, ohýbání za studena nebo za tepla.

Základní kov a přídavný materiál musí být před svařováním důkladně očištěny od rzi, oleje, vlhkosti, okujů a různých druhů nekovových vměstků. Přítomnost těchto kontaminantů vede k tvorbě párů, trhlin, struskových vměstků ve svarech, což vede ke snížení pevnosti a hustoty svarového spoje.

Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli: