Zvariteľnosť materiálov

Zvariteľnosť je definovaná ako spôsobilosť materiálu vytvoriť zváraním pri určitých technologických podmienkach, zvarové spoje požadovaných vlastností. Zvariteľnosť sa všeobecne hodnotí posudzovaním degradácie celistvosti a vlastností zvarového spoja v porovnaní s neovplyvneným základným materiálom. Vlastnosti, ktoré sú pre hodnotenie degradácie smerodajné sa považujú za ukazovatele zvariteľnosti.

Na hodnotenie zvariteľnosti používajú dve skupiny ukazovateľov:

• Ukazovatele celistvosti zvarových spojov, charakterizujúce odolnosť zvarových spojov voči vzniku trhlín a iných neprípustných chýb.
• Ukazovatele vlastnosti zvarových spojov, charakterizujúce zmeny jednotlivých vlastností kovu v oblasti zvarového spoja v dôsledku zvárania.

Ukazovatele celistvosti zvarových spojov rozlišujeme podľa štyroch základných typov trhlín na:

a) Horúce trhliny, označované tiež ako trhliny za tepla, sú trhliny, ktoré vznikajú pri ochladzovaní zvarových spojov pri vysokých teplotách. V oceliach vznikajú nad teplotou  850 °C. Podľa súčasnej klasifikácie rozlišujeme tri typy horúcich trhlín vo zvarových spojoch. 

1.  kryštalizačné (solidifikačné) vznikajú vo zvarovom kove v priebehu jeho tuhnutia (kryštalizácie),
2.  likvačné - vznikajú vo vysoko vyhriatom (podhúsenicovom) pásme teplom ovplyvnenej oblasti základného materiálu, alebo aj zvarového kovu pri viac húsenicovom zvare,
3.  polygonizačné, označované tiež ako trhliny z poklesu ťažnosti, môžu vznikať rovnako ako likvačné v teplom ovplyvnenej oblasti základného materiálu alebo zvarového kovu a pri nižšej   teplote (~850°C).   Polygonizačné   trhliny   sú   však   charakteristické   len pre vysokolegované austenitické ocele a Ni-zliatiny.

b) Studené trhliny nazývané tiež vodíkom indukované trhliny, ak vznikajú po určitom čase od skončenia zvárania nazývajú sa oneskorené trhliny) – vznikajú pri teplotách pod 300°C v TOO a v jedno a viac vrstvových spojoch vyššej pevnosti. Pravdepodobnosť ich vzniku stúpa prítomnosťou martenzitických a bainitických štruktúr vo zvarovom kove či TOO. Ich vzniku pomáha vysoká koncentrácia vodíka v ZK a TOO, do ktorých sa H dostáva z tuhosť upnutia, ktorá po zváraní vyvolá vznik kontrakčných napätí vo zvarovom spoji.

c) Lamelárne trhliny sú typom defektu v oblasti zvarového spoja, ktorý sa môže vyskytnúť vtedy, ak je oblasť TOO namáhaná pri zváraní v smere hrúbky plechu. Tieto trhliny sa väčšinou vyskytujú na konci TOO alebo v základnom materiáli. Trhliny majú kaskádovitý (stupňovitý) tvar, väčšinou rovnobežný s povrchom plechu. Môžu v oblasti zvarových spojov iniciovať dvoma spôsobmi: 

1        exogénne, z defektu iného typu, napr. z horúcej mikrotrhliny,

2        endogénne, ak vzniká následkom vysokého namáhania v smere osi z štiepenia.

d) Žíhacie trhlinysú interkryštálové trhliny vo vysokovyhriatom pásme teplom žíhania zvarových spojov na zmenšenie vnútorných napätí. Rozlišujú sa dva základné typy žíhacích trhlín:

1.nízkoteplotné – (vyskytujú sa v rozsahu 200°C až 300°C) ,

2.vysokoteplotné - (vyskytujú sa pri teplotách nad 300°C), ich príčinou je vyčerpanie plasticity kritickej zóny teplom ovplyvnenej oblasti v priebehu žíhania, presnejšie, v priebehu relaxácie zvyškových napätí. Špeciálnym prípadom vysokoteplotných žíhacích trhlín sú podnávarové trhliny, ktoré sa prednostne vyskytujú v hrubozrnnej teplom ovplyvnenej oblasti vyhriatej vplyvom susedného návaru na teplotu tesne pod A_Cl. Sú orientované pod uhlom 45 až 90° k smeru navárania. Vznikajú počas navárania páskovou austenitickou elektródou.

Vo zvarových spojoch vznikajú prevažne kombinácie trhlín napr. likvačné + studené, likvačné + žíhacie alebo studené a lamelárne. Aké ukazovatele celistvosti zvarových spojov je potrebné skúšať pre jednotlivé triedy tvárnych ocelí (tr. 10 až 17) a odliatky, (tr. 42 6 až 42 9).

Ukazovatele mechanických vlastnosti zvarových spojov sú:

1. pevnosť zvarového spoja,
2. vrubová húževnatosť a jej prechodová teplota v teplom ovplyvnenej oblasti,
3. tvrdosť zvarového spoja.

Okrem ukazovateľov mechanických vlastností sem patria aj ukazovatele špeciálnych vlastnosti zvarových spojov:

-          odolnosť proti krehkému lomu,

-          únavové charakteristiky,

-          korózna odolnosť,

-          odolnosť proti radiačnému poškodeniu,

-          žiaropevné a žiaruvzdorné vlastnosti a pod.

Zvarové spoje musia byť celistvé. Najnebezpečnejšími necelistvosťami sú trhliny, ktoré pôsobia svojím vrubovým účinkom ako koncentrátory napätia a môžu sa šíriť ďalej náhle (krehký lom) alebo postupne (únavový lom).

Zvariteľnosť ocele je veľmi dobrá, ak je možné jednoducho, bez obmedzujúcich podmienok získať zvarové spoje požadovaných vlastností. Naopak, ak pri zváraní musíme použiť obmedzujúce podmienky (predhrev, limitovanie merného tepelného príkonu atď.), hovoríme, že materiál má obmedzenú zvariteľnosť.

Zvariteľnosť je možné rozdeliť na:

• Metalurgickú – z hľadiska fyzikálnych, chemických, metalurgických a metalografických zmien, vyvolaných zváracím tepelným cyklom. Rozhodujúci vplyv na zvariteľnosť má chemické zloženie zváraného materiálu.
• Technologickú – vplyv konkrétnej zváračskej technológie a jej parametre (spôsob zvárania, prídavné materiály, tepelný príkon, postup kladenia vrstiev zvaru, tepelný režim zvárania, tepelné spracovanie zvarového spoja).
• Konštrukčnú – patrí sem hrúbka zváraného materiálu, umiestnenie, veľkosť, tvar zvaru, tvar a príprava zvarových plôch, podmienky stavu napätosti, deformácií, pnutí a pod.
• Operatívna – napr. možnosti manipulácie so zvarencom. Skompletizovanie konštrukčného uzla až na mieste jeho inštalácie (časti mostov, lodí a pod.).

Definícia zvárania

Zváranie je definované ako proces pri ktorom pôsobením tepla, tlaku, alebo tepla a tlaku súčasne vznikajú nerozoberateľné spoje – zvarové spoje. Procesy zvárania sú prevažne založené na lokálnom pôsobení tepla v mieste zvaru. Zvar a jeho okolie je zaťažené určitým tepelným cyklom, ktorého charakteristiky sú závislé na použitej technológií zvárania.

Zvarové spoje je možné vyrobiť natavením základného /zváraného/ materiálu, resp. pomocou nataveného prídavného materiálu. Časť kovu, ktorá sa pri zváraní roztaví sa nazýva zvarový kov.

Zvarový kov môže byť tvorený len pretaveným základným materiálom (odporové zváranie), alebo môže byť tvorený zliatinou pretaveného základného materiálu s prídavným materiálom.

Prídavný materiál je kov pridávaný do zvarového kúpeľa, v procese zvárania by mal mať rovnaké, prípadne podobné chemické zloženie ako zváraný základný materiál.

Zvarovým kúpeľom nazývame časť zvarového materiálu, ktorá sa pri tavnom zváraní nachádza v tekutom stave.

Natavovaný základný materiál sa vo zvarovom kúpeli premiešava bez alebo s prídavným materiálom a vytvára zvarový kov. Za zdrojom tepla sa znižuje teplota, roztavený kov tuhne a vzniká zvarová húsenica, pri odporovom zváraní namiesto húsenice vzniká tavný bod, šev alebo stykový spoj.

Na veľkosť a tvar zvarového kúpeľa majú vplyv:

-          tepelný príkon pri zváraní,

-          rýchlosť zvárania,

-          termofyzikálne vlastnosti zváraného materiálu,

-          hrúbka zváraného materiálu,

-          použité prídavné materiály a pod.

Kov vo zvarovom kúpeli je počas zvárania v turbulentnom pohybe rôznymi smermi a rýchlosťami. Tieto konvekčné prúdy umožňujú prenos tepla a látky vo vnútri zvarového kúpeľa a spôsobujú ich mechanické účinky elektrického oblúka, elektromagnetické sily a rozdielnosť povrchového napätia.

Kryštalizácia zvarového kúpeľa začína pri poklese teploty roztaveného zvarového kovu pod teplotu tavenia.

Na proces kryštalizácie vplýva:

-          množstvo dodávaného tepla do zvaru,

-          smer pohybu zdroja tepla,

-          teplotný gradient v čelnej časti zvarového kúpeľa,

-          premiešanie zvarového kovu s roztaveným kovom základného materiálu,

-          rýchlosť kryštalizácie,

-          objemové množstvo zvarového kúpeľa,

-          druh zváraných materiálov a iné.

Polohy zvárania

Polohy zvárania sú definované podľa normy STN EN ISO 6947,, Zváranie. Polohy zvárania - Definície uhlov naklonenia a otočenia“.

Poloha zvárania je určená polohou zvaru v priestore a smerom zvárania.

PA - Poloha vodorovná z hora hora

PB - Vodorovno zvislá poloha z hora

PC - Vodorovná poloha na zvislej ploche z hora

PD - Vodorovno zvislá poloha nad hlavou z hora

PE - Poloha nad hlavou z hora

PF - Zvislá poloha zdola nahor z hora

PG - Zvislá poloha zhora nadol z hora

PB – Vodor

Naklonenie zvarov

Norma u priamočiarych zvarov definuje naklonenie S ako uhol medzi pozdĺžnou osou zvaru a kladnou osou x vodorovnej súradnicovej roviny. S sa meria v matematicky kladnom smere, proti smeru hodinových ručičiek (obr. 4).

Súradnicový systém sa stanoví tak, že pozdĺžna os zvaru leží vo zvislej vzťažnej rovine (obr. 4 rovina x/z) a smer zvárania vychádza z počiatku súradnicového systému. Pri rúrach s naklonenými osami je naklonenie vyjadrené smerom zvárania a otočenie vyjadrené uhlom naklonenia.

Otočenie zvarov

Otočenie zvarov R je definované ako uhol medzi priečnou osou zvaru (čiara spojujúca stred koreňa zvaru a krycej vrstvy) a kladnou osou y alebo rovnobežkou s osou y meranou v matematicky kladnom smere, v rovine priečneho rezu zvaru (obr. 5).

Pre polohy obvodových zvarov na rúrach s naklonenými osami sa používajú následné označenia otočenia a  naklonenia (obr. 6 a 7):

Otočenie sa označuje písmenom L a uhlom naklonenia. (obr. 6)

Naklonenie sa označuje:

-          naklonenie J pre zváranie z vrcholu (obr. 7a),

-          naklonenie H pre zváranie k vrcholu (obr. 7b),

-          naklonenie K pre obežné zváranie.

01. Definícia zvárania   /   01.ВИЗНАЧЕННЯ ТЕРМІНУ ЗВАРЮВАННЯ

02. Polohy zvárania   /      02. ЗВАРЮВАЛЬНІ ПОЗИЦІЇ

03. Zvaritelnost   /   03. ЗВАРЮВАНІСТЬ МАТЕРІАЛІВ

04. Zváranie plameňom   /   04. ГАЗОВЕ ЗВАРЮВАННЯ

05. Ručné oblúkové zváranie   /   05. РУЧНЕ ДУГОВЕ ЗВАРЮВАННЯ

06. Zváranie MIG-MAG   /   06. ЗВАРЮВАННЯ ПЛАВКИМ ЕЛЕКТРОДОМ В АТМОСФЕРІ ЗАХИСНОГО ГАЗУ

07. Zváranie TIG

08. Odporové zváranie

09. Literatúra