Svařitelnost kovů - základy znalosti materiálů pro sváření
Jedna z nejdůležitějších technologických vlastností kovů je jejich schopnost vytvořit kvalitní svarový spoj. Obvykle je to chápáno jako metalurgická vlastnost kovu již z výroby, kde záleží na chemickém složení, struktuře a z toho vyplývajícího pnutí ve svařovaném materiálu. Na tom záleží a vyplývá z toho možná technologie svařování a výběr správné svářečky a použitých parametrech, tvarových a rozměrových možnostech řešení spoje a jeho tuhosti.
Z uvedených hledisek je možné kovové materiály rozdělit na svařitelné, svařitelné za určitých podmínek a běžně nesvařitelné. Konkrétní svarový spoj je však nutné posuzovat ze všech hledisek.
Svařitelnost běžných konstrukčních ocelí
Z hlediska vhodnosti k sváření je nejjednodušším způsobem vliv chemického složení pro nelegované oceli vyjádřen uhlíkovým ekvivalentem CE.
K výpočtu slouží vzorec, který však pro nás není důležitý, protože stejně většinou neznáme jeho jednotlivé složky.
Oceli s CE menším než 0,35 jsou obvykle svařitelné bez nejmenších problémů v běžných tloušťkách. S rostoucím CE, tedy s rostoucím C nebo legujících prvků je nutné počítat s nutností snížení ochlazovací rychlosti, abychom zamezili možnosti vzniku trhlin. Nejjednodušší cestou je využít předehřev svařovaných dílů. Obecně tak platí, že čím vyšší je CE a čím silnější svářený materiál, tím je vhodné volit předehřev a hlavně teplotu předehřevu. Pro oceli s obsahem C do 0,22, respektive s CE do 0,41 obvykle není předehřev potřeba.
Při sváření jemnozrnných nízkolegovaných ocelí, například S235, S355 a podobných lze očekávat růst zrn v tepelně ovlivněné oblasti svaru, který by znamenal určitý pokles plastických vlastností materiálu v této oblasti. Svařujeme proto většinou bez předehřevu, tam kde je ale potřeba, postačí obvykle 100 - 150 stupňů Celsia.
Konkrétní článek jak správně svářet ocel u nás na blogu o sváření a svařování najdeš také.
Svařitelnost nerezavějících a žáruvzdorných ocelí
Kromě odolnosti proti korozi musí tento druh oceli obvykle splňovat i další vlastnosti, například pevnost či houževnatost při vysokých nebo naopak nízkých teplotách či odolnost proti prostředí se zcela rozdílným chemickým vlivem. Vlastnosti těchto ocelí se liší v závislosti zejména na jejich chemickém složení, které určuje i jejich strukturu a tím svařitelnost. Z tohoto důvodu je dělíme do skupin:
1) Austenitické oceli
V průmyslu tvoří nejpoužívanější skupinu nerezavějících ocelí. Jsou používány především k výrobě tepelných výměníků, tlakových nádob, potrubí a dalších součástí především v potravinářském a chemické průmyslu či energetice. Základním typem je ocel 18Cr/8Ni, ze které se dalšími modifikacemi legujícími prvky tvoří jednotlivé typy s potřebnými vlastnostmi. Obsah C se u těchto ocelí obvykle pohybuje do 0,1 %. Z hlediska odolnosti proti mezikrystalové korozi existují tyto typy jako oceli nestabilizované s velmi nízkým obsahem uhlíku do 0,03 % nebo stabilizované obvykle pomocí Ti nebo Nb. V jinak austenitické struktuře obvykle požadujeme za teploty okolí obvykle 2 - 6 ale někdy i více % feritu delta. Ferit delta je kvůli svým plastickým vlastnostem zárukou odolnosti proti vzniku krystalizačních trhlin. Svařitelnost této skupiny nerezavějících ocelí je až na vyjímky, dané extrémními požadavky na jiné vlastnosti, velmi dobrá a lze využít všechny známé technologie svařování s dobrou ochranou svarového kovu. Běžné typy těchto ocelí nejsou náchylné na vznik trhlin a jsou nekalitelné, svařující se, s vyjímkou velkých tlouštěk, bez předehřevu. Svařuje se obvykle přídavným materiálem shodného nebo podobného chemického složení.
2) Feritické nerezavějící oceli
Vzhledem k úrovni legování, jsou levnější než austenitické oceli. Mají stále dobrou korozní odolnost včetně odolnosti proti koroznímu praskání v chloridovém prostředí a široce se používají především ve spotřebním a automobilovém prostředí. Jejich typické složení je do 0,25 C. Struktura je feritická a lze očekávat v tepelně ovlivněném materiálu zhrubnutí zrna či vznik martenzitu a vznik křehkých fází a to při pomalém ochlazování z teplot cca 1000 stupňů Celsia. Z tohoto důvodu jsou tyto oceli obtížněji svařitelné oproti austenitickým a to zvláště u velkých tlouštěk. Svařujeme je zásadně s předehřevem ( teplotu volíme na základě experimentální zkoušky praskavosti ). Pokud zkoušku nelze provést, volíme cca 200 stupňů. Jako svařovací metodu nejčastěji volíme MIG a TIG s přídavným materiálem podobného složení nebo dráty austenitické oceli. Austenitické dráty jsou ale nevhodné, pokud bude svár podléhat atmosféře obsahující síru. Svařitelnost je dobrá ale vyžaduje důraz na dodržování parametrů svařování.
3) Duplexní nerezavějící oceli
Jsou významnou alternativou k austenitickým ocelím. Díky příznivé kombinaci ceny a korozivzdorným vlastnostem, ale i vyšší pevností a houževnatostí, umožňují dosahovat při stejné nebo delší životnosti v řadě případů snížení hmotnosti a tím i materiálových i výrobních nákladů. Chemické složení je obvykle do 0,15 C. Struktura je dvoufázová, tvořena obvykle 40 - 70 % feritu a zbytkem austenitu. Jsou dobře svařitelné všemi metodami sváření. Vzhledem k nebezpečí růstu zrna v tepelně ovlivněné oblasti svaru a k možné precipitaci karbidů při vícevrstvých svarech, se doporučuje předhřev na 200 stupňů Celsia a s pomocí přídavných materiálů obdobného chemického složení se zvýšeným obsahem niklu.
4) Martenzitické oceli
Ve skupině nerezavějících ocelí tvoří méně významný podíl. Vzhledem k jejich chemickému složení jsou kalitelné a mají dobré korozní vlastnosti a poměrně dobrou pevnost. Jejich složení je obvykle 0,1 až 0,3 % C. Svařitelnost je horší. Díly se obvykle svařují až po kalení či popouštění. Vzhledem k martenzitické struktuře jsou náchylné pro přehřátí v tepelně ovlivněné oblasti svaru. Předhřev tak volíme na úroveň cca 250 stupňů Celsia.
Více informací o svařování nerezu v najdeš v našem jiném článku jak svářet nerez.
Svařitelnost litých ocelí
Struktura ocelových odlitků je ovlivněna především rozdílností struktury v závislosti na ochlazování a jeho rychlosti v určitém místě odlitku a tím zvýšeným množství a nerovnoměrným rozdělením jednotlivých prvků. Z těchto důvodů je snaha odlitky svařovat buď ve stavu normalizačně žíhaném u odlitků z nelegovaných ocelí nebo ve stavu zušlechtilém u odlitků z nízkolegovaných jakostí ocelí. U odlitků z oceli vysokolegované, je obvyklé homogenizační žíhání. Svařitelnost se u jednotlivých druhů ocelí na odlitky příliš neliší od ocelí tvářených. Při volbě svařovaných materiálů jsou obvyklé bazické typy elektrod.
Svařitelnost šedé litiny
Šedá litina je slitina železa s poměrně velkým obsahem uhlíku 2 - 4,5 % a křemíku 1 - 3 % a vysokým obsahem nečistit, charakteru sloučenin fosforu a síry. Vzhledem k chemické struktuře je obtížně svařitelná. Příčinou jsou i její mechanické vlastnosti, nízká pevnost i houževnatost a vysoká křehkost. Nejčastěji se opravují litinové odlitky obalovanými elektrodami. Odlitky z bílé litiny jsou považovány za nesvařitelné. V případě sváření litiny se jedná asi o nejnáročnější způsob svařování, neboť hrozí, že se bude díky tepelnému působení svařované části litina deformovat. Litinu může svářet bez předehřevu, s mírným předehřevem a s předehřevem.
Více o sváření litiny v našem jiném článku, jak správně svařovat litinu.
Svařitelnost hliníku
Hliník je velmi lehký kov. Významné vlastnosti hliníku jsou pevnost, tvárnost, dobrá svařitelnost, vysoká odolnost vůči korozi, velmi dobrá elektrická a tepelná vodivost. Významné jsou i jeho antistatické vlastnosti. Jedná se o nemagnetický materiál. Široce se používá v elektrotechnice a automobilovém průmyslu. Nejširší uplatnění hliníku je ve formě slitin, z nichž nejznámější je slitina s mědí a hořčíkem také známá pod názvem dural. Tento kov má ve srovnání s čistým hliníkem mnohem větší tvrdost i pevnost, ale přitom si zachovává nízkou měrnou hmotnost a odolnost proti atmosférickým vlivům. Kromě duralu existuje ještě mnoho dalších slitin hliníku, například s hořčíkem či křemíkem, které se používají ke stavbě lodí či strojů. Čistý hliník nalézá využití v podobě tvarovaných plechů jako velmi odolná střešní krytina, nebo ve formě fólií, jako obalové materiály na potraviny. Označení EN AW 4043 a 5056.
Více informací v našem jiném článku jak správně svařovat hliník.
do obchodu svářecí techniky a mrknou na nádobíčko pro svářeče