V příspěvku je prezentováno svařo­vání oceli 1.4512, kde je obsah C = 0,0140 hm. % a obsah chrómu do­sahuje 11,58 hm. %. Při Σ C + N ≤ 0,04 % vzniká v TOO jen čistě feritická struk­tura a nehrozí přeměna zbytkového austeni­tu na martenzit.

Svařování feritických vysokolegovaných ocelí

Proto je možné tento typ ocelí svařovat bez předehřevu i tepelného zpracování. Feritické korozivzdorné oceli obecně obsahují 10,5 až 30 % Cr, do 0,08 % C (nové typy 0,04 % C), až 4,5 % Mo, 1,6 % Ni, 2,1 % Al a Si (zvýšení žá­ruvzdornosti tvorbou komplexu oxidů Cr, Al a Si) a z hlediska stabilizace a jemnozrnnosti do 0,15 % Nb, Ti, Ta, Zr. Kritické teploty z hledis­ka křehkosti jsou teploty 550 až 850°C (vznik křehké sigma fáze) a klasické zkřehnutí v oblas­ti teplot 475°C. U ocelí s obsahem 17 hm. % Cr může být zkřehnutí odstraněno následným ohřevem na teplotu 540°C (2 hod – zrychlené ochlazování). U ocelí s obsahem Cr nad 13 % je možnost vzniku mezikrystalové koroze – MKK. Feritické korozivzdorné oceli jsou při svařování v pásmu přehřátí při teplotách nad 900°C vel­mi náchylné k výraznému růstu zrna, a proto se svařují s nízkým vneseným teplem do 1 kJ.mm^-1 optimálně kolem 0,5 kJ.mm^-1.

 

Klasické typy ocelí s obsahem uhlíku ko­lem 0,08 % jsou náchylné na vznik marten­zitu v TOO (při ohřevu vyvolá uvolňující se uhlík vznik austenitu, při rychlém ochlazení pak vznik martenzitu). Je nutno použít pře­dehřev do 300°C a interpass teplotou do 320°C, při zachování minimálního stavu ta­hové napjatosti. Po svaření větších tloušťek je nutno aplikovat popouštění 750 až 850°C pro zvýšení plastických vlastností a korozní odolnosti.

Do pracovní teploty 320°C nehrozí vznik s fáze ani zkřehnutí 475. Tepelné zpracování po svařování se vesměs nepoužívá (jen u vět­ších tloušťek 800 °C/1 h pro zlepšení odol­nosti svarových spojů proti MKK). V případě vyšší provozní teploty než 400°C (probíhají intenzivní difúzní procesy), je nutné svařovat přídavnými materiály shodného chemického složení, nebo využít pro svařování niklem le­gované přídavné materiály, které vytváří bariéru proti difúzi uhlíku.

 

Základní materiál

Pro experimentální práci byla použita feritic­ká vysokolegovaná ocel typu X₂CrTi₁₂ s čí­selným označením 1.4512, tloušťky 2 mm o složení daném tabulkou 1. Chromový ekvi­valent je 12,77 % a niklový 0,63 %.

Rozbor problematiky

Pro oblast aplikací tenkostěnných svařenců z oceli X2CrTi12 je možné použít svařování metodami TIG, Plazma a Laser. Při konkrét­ní aplikaci je však požadavek vysokého stup­ně přetvoření samotného svarového spoje. Feritická ocel se však vyznačuje výrazným růstem zrn ve svarovém spoji a při tváření svaru dochází ke vzniku trhlin z hlediska vy­čerpání plasticity svarového kovu. Zkoušky prokázaly výrazný podíl trhlin u svařová­ní metodou TIG. Práce byly zaměřeny na svařování plazmou, kde byl ověřen vliv ve­likosti průměru plazmové trysky a vyladění svařovacích parametrů na velikost svarové housenky, provaření kořene svaru a praská­ní při deformaci.

Parametry svařování

Svařování bylo provedeno na automatickém jednoúčelovém zařízení pro svařování zakru­žených kroužků ze stříhaných pásků.

Původně navržené svařovací parametry pro trysku: d = 2,4 mm:

 

 

 

 

Kroužky svařované těmito parametry měly vesměs nepřípustnou vadu – neprovařený kořen.

Proto byly doporučeny nové parametry svařování tryskou d = 2,4 mm:

 

 

 

 

U svarů provedených těmito parametry se již neprovařený kořen nevyskytoval. Je zde však zřej­mý další nedostatek – teplo vnesené do svaru je příliš veliké, tepelná vodivost materiálu vy­soká stejně jako tekutost taveniny. Výsledkem je široká svarová housenka – 7,5 mm, velký ob­jem nataveného kovu a velmi hrubá struktura svarového kovu, jak je zřejmé z následujícího metalografického rozboru.

Pro snížení specifického vneseného tepla byla doporučena výměna trysky za trysku s menším průměrem – 1,6 mm. Byly také změněny svařovací parametry:

 

 

 

 

Vizuální kontrola svarů prokázala zlepšení – na první pohled je zřejmá užší svarová housenka – 5 mm v porovnání s původním stavem. Přitom kořen svaru byl dokonale provařený. Při mě­ření tvrdosti však byla max. hodnota 217 HV5.

Při poslední zkoušce byla pro snížení velikosti zrn zvolena výměna trysky za trysku s menším průměrem – 1,2 mm a provedena optimalizace parametrů – změna velikosti proudu při kon­stantním průtoku plazmového plynu a svařovací rychlosti.

 

 

 

Svařovací rychlost byla u všech proudových intenzit stejná:

startovací – 10 cm.min^-1 svařovací – 14 cm.min^-1 výběhová – 14 cm.min^-1

Měřením tvrdosti svarového spoje (obr. 2) byla zjištěna nejvyšší hod­nota 169 HV5, což je o cca 15 % nad průměrnou hodnotou základ­ního materiálu.

Povrch svaru má velmi rovinné okraje a po nastavení délky dráhy ho­řáku končí koncový kráter těsně na okraji plechu (obr. 3). U všech svarových spojů byla měřena tvrdost HV 5 a na ploše 1 mm² počet zrn (viz. Tab. 2).

U plazmou svařených prstenců byly kolmo na svar vyřezány pásky a poté ohnuty o 180°. Zajímavé je zjištění, že výřezy pásků svarů se dali deformovat ohybem bez porušení. Povrch svarů se silně deformo­val s různou morfologií v závislosti na viditelné velikosti zrn (obr. 5).

Závěr

Porovnáním všech výše uvedených metod a modifikací vychází, že celkově nejlepších hodnot se dosáhlo při svařování plazmou s prů­měrem trysky 1,2 mm. Z pohledu nejmenšího množství vneseného tepla je sice až na třetím místě a vytvořila se druhá nejmenší zrna, ale nárůst tvrdosti je zde absolutně nejnižší. Také z ekonomického hledis­ka jsou pořizovací a provozní náklady pro svařování plazmou výhod­nější, než při svařování laserem, kterým je vneseno nejméně měrného tepla a vznikla nejmenší zrna. Při svařování tryskou 1,2 mm byla také nejmenší šířka svaru 3,9 mm a na povrchu výrazně nejjemnější zrno. Svarový spoj má vynikající kresbu a rovinnost.

Pro svařování tryskou Ø = 1,2 mm doporučujeme tyto parametry svařování:

 

 

 

Z obecného doporučení je nutnost zajištění rovnoměrného přítlaku upínání po celé délce svaru a vzhledem k úzkému svaru je nutné přes­né vycentrování osy hořáku a svarové spáry. Celkově je použití trysky Ø = 1,2 mm přísnější na přesnost ustavení svařence. Jednoznačně nejhorších výsledků se dosáhlo při svařování plazmou o průměru trysky 2,4 mm. Je zde nejvíce vneseného tepla, nejvyšší nárůst tvrdos­ti a i zrna jsou zde nejrozměrnější a dochází k trhlinám při deformaci.

 

Použitá literatura:

[1] FUERACHER, I. a kol.: Lexikon technických materiálů se zahraničními ekvivalenty: Kovy, plasty, keramika, kompozity. DashöferVerlag, 2002 Praha, ISBN 80-86229-02-5

[2] PILOUS, V.: Nové konstrukční oceli a jejich svařitelnost, In: XXVI. Dny svařovací techniky, sborník přednášek, Dům techniky Pardubice, 2003. ISBN 8002015770. s. 513

[3] Foldyna, V. a kol.: Materiály a jejich svařitelnost, Zerross, Ostrava 2011, ISBN 80-85771-85-3

[4] ČSN EN ISO 5817. Svařování – Svarové spoje oceli, niklu, titanu a jejich slitin zhotovené tavným svařováním (kromě elektronového a laserového svařování) – Určování stupňů kvality. [s.l.]: [s.n.], leden 2008, 28 s.

[5] ČSN EN 1011-3. Svařování. Doporučení pro svařování kovových materiálů, Část 3 Obloukové svařování korozivzdorných ocelí. [s. 1]: [s. n.], duben 2002, 23 s.

 

Příspěvek vznikl v rámci projektu VUT FSI Brno č. FSI-S-10-78 „Posouzení možností tavného svařování moderních ocelí vysokovýkonnými technologiemi“.

TEXT/FOTO: Doc. Ing. Ladislav Daněk, Csc., Ing. Jaroslav Kubíček, RNDr. Libor Mrňa, Ph.D., FSI, VUT v Brne