PŘÍRUČKA SPRÁVNÉ PRAXE VE STROJÍRENSKÉ VÝROBĚ. Modul Svářeč ve strojírenské výrobě

Transkript

1 PŘÍRUČKA SPRÁVNÉ PRAXE VE STROJÍRENSKÉ VÝROBĚ Modul Svářeč ve strojírenské výrobě

2 Vzdělávací modul: Svářeč ve strojírenské výrobě Příručka správné praxe ve strojírenské výrobě Autor: Ing. Milan Rozkoš Sborník je realizován v rámci projektu Správná praxe ve strojírenské výrobě, registrační číslo CZ.1.07/3.2.05/ /36

3 Obsah Strana 1. Správnou péčí k autonomní údržbě výrobního zařízení pro svářeče... 5 Autor: Ing. Milan Rozkoš 1.1 Totálně produktivní údržba a její cíle Zavádění TPM na svářečské dílně Zpracování návrhu pilotního projektu TPM Role svářeče při zavádění autonomní údržby Metrologické minimum pro svářeče... 8 Autorka. Ing. Marie Rytířová 2.1 Kategorie metrologie Metrologie v praxi Základní vlastnosti materiálů a jejich zkoušení Technologické zkoušky svařitelnosti Kvalifikace postupů svařování Hodnocení svařitelnosti Správné čtení výkresové dokumentace pro svářeče Autorka: Ing. Ivana Horáková 3.1 Technická normalizace Zobrazování těles Kótování svarů Tolerance Zabraňování chybám na pracovištích pro svářeče Autor: Ing. Milan Rozkoš 4.1 Odpovědnost svářeče za kvalitu svařence Štíhlé myšlení hodnota Identifikace neshod, hledání příčin a opatření Časté neshody na svařovně Svařování - materiály Autorka: Ing. Marie Rytířová 5.1 Základy metalografie Technické železo Základy žíhání Vliv některých prvků na mechanické vlastnosti uhlíkových ocelí Uhlíkový ekvivalent Přehled vhodných materiálů pro svařování Svařování hliníku a jeho slitin Svařování mědi a jejich slitin Současné technologie svařování Pomocná zařízení pro svařování /36

4 6. Techniky svařování Autor: Ing. Drahoslav Havlas 6.1 Bezpečnost práce Zkoušky svářečů nová ČSN EN ISO v porovnání s ČSN EN Základní a vybrané metody svařování a pájení Kvalita ve svařování Provádění ocelových konstrukcí Literatura /36

5 1. Správnou péčí k autonomní údržbě výrobního zařízení pro svářeče Autor: Ing. Milan Rozkoš 1.1 Totálně produktivní údržba a její cíle Náročné požadavky zákazníků, trendy dodávat stále přesnější a kvalitnější výrobky, a to za plnění slíbených termínů, vyžadují ve firmě jisté zázemí. Mezi jednu z povinných funkčních jistot by mělo patřit funkční a efektivní vybavení. Kromě strojů pro opracování se to týká samozřejmě i zařízení pro svařování. Jedním z nástrojů, kterým lze dosahovat efektivních výstupů z technického zařízení, je totálně produktivní údržba (Total Productive Maitenance TPM). Tento přístup patří mezi mnoho jiných z oblasti lean managementu. Tyto aktivity lean managementu štíhlého řízení se snaží s ohledem na orientování se na zákazníka a jeho požadavky zvyšovat kvalitu výroby, odstraňují nadbytečné činnosti. Snižováním časové zátěže zefektivňují řízení systému managementu, zefektivňují i rozhodování, standardizují pracovní úkony, zvyšují flexibilitu rychlejším provedením změn. Nespornou výhodou programu totálně produktivní údržby je její preventivní charakter. Snaha svářečů na pracovišti je zajistit co nejvyšší dostupnost zařízení. Rozvíjejí se aktivity, které zabraňují vzniku poruch. Přestože jde o pozitivní program, je zároveň velice náročný na čas a koordinaci. Zcela rozhodující pro aplikaci je motivace pracovníků firmy. Totálně produktivní údržba jako jeden z prvků výcviku svářečů respektuje princip prevence. Tento princip je založen na poznání dvou stavů výrobního zařízení a) stavu standardního chodu, provozu, b) stavu nestandardního chodu provozu (abnormalita, mimořádnost). Svářeč vlastně při práci pozoruje, zda je svářecí zařízení v režimu standardního provozu. Rovněž musí být schopen, ať už smysly nebo jiným způsobem, okamžitě zaregistrovat nestandardní provoz nebo projev jiné abnormality (viz obrázek 1). Obr. 1 Cyklus principu prevence na svařovně PR1 Poznání normálního chodu svářecího/technického zařízení PR2 PR3 Poznání abnormálního chodu svářecího/technického zařízení Znovudosažení normálního chodu svářecího/technického zařízení Zdroj: Autor Program plánované údržby jako další kámen logicky navazuje na program autonomní údržby. Pracovníci údržby zlepšují postupy pro údržbu, kterou organizují podle skutečné potřeby. V návaznosti na opravy a péči o stávající se určují pravidla pro výběr nového vybavení a jejího uvádění do provozu. Posledním, ale nikoliv nedůležitým programem, je základní kámen tréninku na konkrétních pracovištích a vzdělávání. 5/36

6 1.2 Zavádění TPM na svářečské dílně Projekt zavedení totálně produktivní údržby začíná zjištěním skutečného stavu technického vybavení. Dochází k vytvoření fotodokumentace před započetím aktivit a navíc se zpracovává tzv. audit totálně produktivní údržby. Ten slouží k definování aktivit, které se pak musí zařadit do harmonogramu projektu. Každá firma si podle svých záměrů a svých specifik volí vlastní způsob aplikace programů a principů totálně produktivní údržby. Aby byly úspěšné, musí být podporovány vedením, které samo má představu o tom, proč tento projekt realizuje a co je jeho cílem. Vlastní realizační fáze startuje vytvořením harmonogramu. Vybírá se provoz, na kterém bude postup odzkoušen a na němž budou odladěny problémové činnosti. Z pilotního střediska se rozšiřuje TPM do ostatních útvarů společnosti. 1.3 Zpracování návrhu pilotního projektu TPM Při zavádění projektu totálně produktivní údržby se významnou částí stane samotné implementování autonomní údržby. Při tomto úkolu na sebe svářeči přebírají odpovědnost za část úkonů, které dříve byly povinností profesionálních údržbářů. Svářeč lépe poznává své zařízení, využívá k tomu své znalosti z výrobního procesu. Dále je uveden sled sedmi etap (viz obrázek 2) při zavádění. 1. Prvotní čištění V prvé fázi se svářecí a jiné zařízení na svařovně důkladně vyčistí. Především se odstraní letité nánosy špíny, kuliček, návarů a odstraní prach a zbytky základního a přídavného materiálu. Svářeč se důkladně seznámí se všemi částmi a místy technického zařízení. Obr. 2 Sedm etap zavádění autonomní údržby Zdroj: Autor Prvotní čištění Eliminace zdrojů znečištění Příprava na autonomní kontroly Definování standardů čištění a mazání Provádění autonomních kontrol 6/36 Udržování pořádku a organizace Rozvíjení zásad autonomní údržby 2. Eliminace zdrojů znečištění V druhé etapě se řeší ty nečistoty, které se po prvotním čištění znovu projevují, odstraní se zdroje znečištění. 3. Definování standardů čištění a mazání Pracovníci realizačního týmu svařovny zpracují standard pro mazání a čištění. Standard je přehledem základních činností se svářecím zařízením. Svářeči se trénují v mazání a čištění. 4. Příprava na autonomní kontroly Rozšiřování schopnosti svářečů vykonávat samostatné inspekce svářecího zařízení. Autonomní kontrola má odhalit na svářecím zařízení poškození, abnormality a případná místa, která by byla zdrojem poruch. Tyto kontroly se provádějí podle předpisu.

7 5. Provádění autonomních kontrol V této etapě se stanoví definitivní znění standardů pro autonomní kontrolu z pohledu čištění, mazání, inspekcí a údržby. Provádí se první autonomní kontroly. 6. Udržování pořádku a organizace Činnosti se přesunou na jiná místa svařovny, neboť v centru aktivit je celé pracovní prostředí. Zavádí se normální stav pořádku. Specifikuje se racionální uspořádání pracoviště. Cílem je zaměření na kvalitu, efektivitu práce a samozřejmě i na bezpečnou práci (viz obrázek 3). Obr. 3 Cíle stabilizace autonomní údržby Efektivita práce svařečů Kvalita svařovacího procesu 6. na svařovně Bezpečnost práce Zdroj: Autor 7. Rozvíjení zásad autonomní údržby Svářeči v rámci šesti předcházejících etap samostatně provádějí rutinně drobné údržbářské zásahy. Udržují svařovací zařízení, na kterém pracují, ve vyhovujícím provozním stavu. Provádí se sledování dat z procesu a využívání svářecího zařízení. 1.4 Role svářeče při zavádění autonomní údržby První rolí svářeče je pochopit a přijmout principy a přístupy jak totálně produktivní údržby, tak autonomní údržby. Role svářeče tedy bude i v tom, že by měl vidět na svařovně plýtvání jak přídavnými, tak jinými materiály, jinými technickými zdroji a zbytečnou prací. Rovněž nezastupitelná je role svářeče při pochopení účelu a funkce zařízení na pracovišti. Svářeč by měl pochopit řadu činností, které slouží k nastavení stroje, měl by umět vyhodnotit vlivy prostředí jak na výkon stroje, tak na provedení svařence. Role svářeče při aplikaci autonomní údržby je schématicky uvedena na obr. 4. Obr. 4 Role svářeče při aplikaci autonomní údržby Velká očista Zdroj: Autor Vymýtit na počátku abnormality ve svařovně Čištění agregátu včetně příslušenství Poznávání a oznamování abnormalit k řešení Pomoc při tvorbě standardu pro svařovnu Permanentní čištění a drobná údržba Ověření standardu svařovny Trénink drobné údržby Samostatné prověrky na svařovně Svářeč by se měl zapojit do zlepšovacích aktivit na svařovně, které vedou nejen tradičně ke zvyšování kvality svařenců, ale ke zlepšování přístupu k vybavení a k vylepšování standardů a podmínek. 7/36

8 2. Metrologické minimum pro svářeče Autorka. Ing. Marie Rytířová 2.1 Kategorie metrologie Existence měřidel a schopnost používat je má zásadní význam pro to, aby se mohly objektivně dokumentovat dosažené výsledky. Věda o měření metrologie, plní tři hlavní úkoly: Definování mezinárodně uznávaných jednotek měření, jako je například metr. Realizace jednotek měření pomocí vědeckých metod. Vytváření řetězců návaznosti při dokumentování přesnosti měření. Harmonizace metrologie v Evropě vychází ze Směrnice 71/316/EHS, která obsahuje požadavky na všechny kategorie měřidel, a z dalších směrnic týkajících se jednotlivých kategorií měřidel, které byly vydány od roku Měřidla s typovým schválením EHS a prvotním ověřením EHS lze uvádět na trh a používat ve všech členských zemích bez dalších zkoušek či schvalování typu. V ČR je nejvyšší institucí působící v oblasti metrologie Ministerstvo průmyslu a obchodu, pod nějž spadá jak Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, tak třeba Český metrologický institut. 2.2 Metrologie v praxi Metrologie se zabývá jednotností a správností měření. Pro podnikovou metrologii se definují měřidla, která se v daném oboru používají. Pracovní měřidla nestanovená ( pracovní měřidla ) slouží k měření na výkonných pracovištích, mají vliv na množství a jakost výroby, na ochranu zdraví a bezpečnosti. Musí být periodicky kalibrována ve lhůtách, které určuje sám uživatel. Kalibrace měřidel je soubor operací, kterými se metrologické vlastnosti měřidla porovnávají s měřidlem metrologicky navázaným, přičemž výsledky se zaznamenají do kalibračního listu. Pracovní měřidla stanovená ( stanovená měřidla ) se stanoví vyhláškou k povinnému ověřování s ohledem na jejich význam v závazkových vztazích (např. při prodeji), při ochraně jiných veřejných zájmů chráněných zvláštními právními předpisy. Ověřování je soubor operací skládající se ze zkoušky a z opatření úřední značkou na měřidle. Orientační (informativní) měřidla jsou definována v řádech podnikové metrologie jako měřidla, jejichž použití neovlivňuje kvalitu ani množství, popřípadě bezpečnost a ochranu zdraví pracovníků při práci. Tato měřidla orientačně informují o stavu nebo velikosti jevu nebo látkového množství (mohou podléhat vstupní kalibraci). Při kalibraci a ověřování se udržuje návaznost, tedy vlastnost výsledku měření nebo hodnoty etalonu, kterou může být určen vztah k uvedeným referenčním etalonům přes nepřerušený řetězec porovnání (řetězec návaznosti), jejichž nejistoty jsou uvedeny. 2.3 Základní vlastnosti materiálů a jejich zkoušení Aby se mohly správně a hospodárně využívat technické materiály, musí být známy jejich vlastnosti. Vlastnosti materiálů se rozdělují na: Fyzikální vlastnosti Chemické vlastnosti Mechanické vlastnosti 8/36

9 Z fyzikálních vlastností je pro svařování důležitá teplota (bod) tání a tuhnutí ( C), při níž látka mění své skupenství. Závisí na vnitřní stavbě kovů. Délková a objemová roztažnost je prodloužení délky nebo zvětšení objemu vlivem zvýšení teploty látky. Je vztažena na počáteční délku nebo objem. Z chemických vlastností je důležitá odolnost proti korozi. Jinou chemickou vlastností je odolnost proti opalu, tj. oxidaci za vyšších teplot. Nazývá se žárovzdornost. Z mechanických vlastností jsou významné pro svařování zkoušky svařitelnosti. Svařitelnost materiálu je jeho schopnost vytvořit svařenec ze dvou nebo více částí některým ze způsobů svařování. Vyjadřuje se ve čtyřech stupních: zaručená, zaručená podmíněná, dobrá a obtížná. Zkouší se množstvím zkoušek, které jsou přizpůsobeny hlavně konstrukčnímu provedení svaru a jeho namáhání. Zkouška svařitelnosti ohybová návarová Zkouška spočívá v tom, že do zkušební desky se vyfrézuje 4mm hluboká drážka, do níž se provede návar elektrodou určenou pro ocel, z níž je i zkušební deska. Po vychladnutí návaru se deska položí na válečky průměru d=100 mm a zaobleným trnem se ohýbá (viz obrázek 5). Měří se úhly jednotlivých stádií ohybu: úhel při vniku první trhliny na návaru, úhel při vzniku nálomu, úhel kdy trhlina začne přecházet z návaru do destičky, úhel úplného zlomení. Zkouška lámavosti svaru Stejné zkušební tyče se svaří tupým V svarem. Uloží se na válečky tak, aby se svar při ohýbání rozevíral (viz obrázek 6). Měří se úhel, při kterém vznikne ve svaru první trhlinka. Nárazová návarová zkouška Ověřuje se, jak teplota při svařování ovlivní svar a jeho okolí tepelně, jak svar a tepelně ovlivněný materiál zkřehne po provedení svaru. Na desce z materiálu do 25 mm se provede návar po celé délce ve směru válcování. Z desky se vyřežou tři tyče (viz obrázek 7) pro zkoušku vrubové houževnatosti s kořenem vrubu na hranici návaru. Obr. 5 Zkouška ohybová návarová Obr. 6 Zkouška lámavosti svaru Obr. 7 Vzorky pro návarovou zkoušku Zdroj: HLUCHÝ M., Strojírenská technologie 1 - Nauka o materiálu, 1976, s. 147 Zdroj: HLUCHÝ M., Strojírenská technologie 1 - Nauka o materiálu, 1976, s. 147 Zdroj: Autorka z norem 9/36

10 2.4 Technologické zkoušky svařitelnosti Hodnocení svařitelnosti ocelí je komplexní charakteristika, vyjadřující vhodnost kovu pro zhotovení svařenců s požadovaným účelem při určitých technologických možnostech svařování a konstrukční spolehlivosti svarového spoje (viz obrázek 8). Obr. 8 Hodnocení svařitelnosti ocelí Zdroj: KOLAŘÍK, L., Hodnocení svařitelnosti, s. 3 Materiálová svařitelnost vyjadřuje vhodnost kovu ke svařování. Charakterizuje změnu jeho vlastností v tepelně ovlivněné oblasti v důsledku působení teplotního cyklu svařování. Vhodnost kovu ke svařování je zabezpečena zejména chemickým složením, metalurgickým způsobem výroby materiálu, způsobem lití a tváření, tepelným zpracováním. Technologická svařitelnost vyjadřuje vliv použitého druhu (metody) a technologie svařování na vlastnosti svarového spoje a zabezpečuje se následujícími základními faktory: metodou svařování (tepelným příkonem), přídavným materiálem, parametry svařování, postupem kladení jednotlivých vrstev svaru. Konstrukční svařitelnost vyjadřuje vliv konstrukčního řešení svarového spoje pro dané provozní podmínky. Zabezpečuje se následujícími základními faktory: tloušťkou materiálu, tvarem, velikostí, uspořádáním a počtem spojů, tvarem a přípravou svarových ploch, tuhostí spoje ve svařenci, rozložením svarů v závislosti na namáhání a také vyloučením konstrukčních vrubů. Hodnocením svařitelnosti se určuje vhodnost materiálu ke svařování při určitých technologických, případně konstrukčních, podmínkách nebo technologické podmínky svařování určitého materiálu pro docílení funkčně vyhovujícího spoje. Údaje o vhodnosti kovů ke svařování se uvádějí v jejich materiálových listech. Svařitelnost jako komplexní charakteristika se hodnotí podle normy ČSN pomocí dvou skupin ukazatelů: ukazatele celistvosti svarových spojů a ukazatele mechanických vlastností svarových spojů. Ukazatele celistvosti svarových spojů jsou: odolnost proti praskavosti za studena (zkouší se dle normy ČSN ) odolnost proti praskavosti za tepla (ČSN ) odolnost proti žíhací praskavosti (ČSN ) odolnost proti lamelární praskavosti (ČSN ) Ukazatele mechanických vlastností svarových spojů jsou : pevnost v tahu svarového spoje (zkouší se podle ČSN ) tvrdost svarového spoje (ČSN EN ,2) vrubová houževnatost (rázová práce) tepelně ovlivněné oblasti svarového spoje. 10/36

11 2.5 Kvalifikace postupů svařování Předvýrobní zkouška svařování je zkouška svařování, která má funkci (úroveň) jako zkouška postupu svařování, ale je založena na nenormalizovaném zkušebním kusu, který je typický pro výrobní podmínky (vhodnost pro hromadnou výrobu). Dokládá se protokolem WPQR. Normalizovaná specifikace postupu svařování je specifikace postupu svařování, která byla kvalifikována zkouškou postupu svařování, jež se vztahuje na více výrobců pro širší využití kvalifikovaného postupu. Dokládá se rovněž protokolem WPQR. Svařovací zařízení musí umožňovat kontrolu (indikaci) všech základních svařovacích parametrů. Předchozí svářečská zkušenost je dokument o doložených zkouškách, které prokazují, že výrobcem používané svářečské postupy při výrobě byly způsobilé pro provedení svarů s přijatelnou (požadovanou) jakostí v průběhu určitého časového období. Dokládá se protokolem WPQR. (Vhodné pro srovnatelné typy svarových spojů a jakosti materiálů). Vyzkoušený svařovací materiál je svařovací materiál nebo kombinace svařovacích materiálů, vyzkoušených podle příslušných norem pro zkoušení svařovacího materiálu, dodaného podle technických dodacích předpisů a podmínek. Dokládá se protokolem WPQR (vhodné pro použité obdobné základní materiály). Zkouška postupu svařování: Svařitelnost je nutno posuzovat s ohledem na konkrétní materiál. 2.6 Hodnocení svařitelnosti Transformační diagramy Vliv ochlazování různou rychlostí lze znázornit diagramem izotermického (= za stálé teploty) rozpadu podchlazeného austenitu (tzv. IRA diagram) v závislosti na teplotě a času. Z diagramu IRA můžeme odvodit pro materiál určitého složení a tepelného zpracování následující údaje: - rozsah teploty s největší překrystalizační schopností, - teplotu tvoření martenzitu, - rychlost ochlazování (odpovídající udané době a rozsahu teplot), - potlačení perlitické přeměny (úplné tvoření martenzitu). Anizotermický rozpad austenitu ukazuje obrázek 9. Obr. 9 Anizotermický rozpad austenitu Zdroj: KOLAŘÍK, L., Hodnocení svařitelnosti, s /36

12 Obrázek 10 ukazuje charakteristiky svarového spoje. Dále jsou uvedeny příčiny trhlin jako vad svarů. Obr. 10 Charakteristika svarových spojů Zdroj: KOLAŘÍK, L., Hodnocení svařitelnosti, s. 26 Trhliny za tepla krystalizační Vznikají ve svarovém kovu v průběhu tuhnutí (krystalizace) vlivem snížení tažnosti při teplotě solidu a souvisí s poruchami na hranicích zrn při ochlazování. Metalurgické příčiny jsou nečistoty fosforu a síry. Opatření k zamezení vzniku trhlin za tepla snížení měrného příkonu, používání přídavného materiálu o vysoké čistotě, změna koeficientu svaru, omezení deformace a napětí použitím vhodných technik svařování. Trhliny za studena transkrystalické Vznikají při nízkých teplotách (cca 200 C). Mohou vzniknout ve všech oblastech svarového spoje, nejčastěji však v podhousenkové oblasti svarových spojů. Hlavními příčinami vzniku jsou přítomnost vodíku ve svarovém kovu, přítomnost struktury citlivé na účinek vodíku, přítomnost tahových zbytkových napětí. Lamelární trhliny Vznikají v důsledku namáhání ve směru tloušťky plechu. Mohou vzniknout v základním materiálu i tepelně ovlivněné oblasti. Mají kaskádovitý stupňovitý tvar. Hlavními činiteli vzniku jsou plastické vlastnosti základního materiálu ve směru tloušťky, způsob svařování a parametry, konstrukce svařovaného uzlu. Opatření k zamezení trhlin za studena jsou: použití základního materiálu se zaručenou kontrakcí (Z) ve směru osy Z alespoň 15%, zlepšení čistoty ocelí, změna tvaru spoje, použití polštářování na ploše, kde působí kolmá tahová napětí, použití technik svařování, které minimalizují vznik napětí. 12/36

13 3. Správné čtení výkresové dokumentace pro svářeče Autorka: Ing. Ivana Horáková 3.1 Technická normalizace Výsledkem technické normalizace jsou normy. Jde o předpisy, které stanoví důležité vlastnosti různých materiálů, výrobků, součástek nebo postupů, definují používané pojmy. Autoritou je buď státní úřad (v ČR Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví) nebo ISO v Ženevě jako vydavatel mezinárodních norem (ISO, EN). Technické normy nejsou obvykle závazné, prosazují se ale pro své výhody. Technický výkres, je výkres používaný převážně ve strojírenství, elektrotechnice a stavebnictví, kreslený ve vhodně zvoleném měřítku a obsahující všechny informace nutné pro výrobu konkrétní součásti, stroje, stavby apod. ( Výrobní výkresy se musí kreslit jednotně, aby byly vždy jednoznačné pro každého, kdo podle nich pracuje. Výkres, který by umožňoval více možností výsledného tvaru nebo rozměrů součásti je vadný (ve strojírenství se používá slovo zmetek). Používá se zjednodušování, zvláštních symbolů, značek apod., což si vynutilo normalizaci hlavních zásad kreslení výkresů státní normy ČSN Strojnické výkresy. ( 3.2 Zobrazování těles Nejrozšířenější metoda promítání ve strojírenském kreslení je pravoúhlé promítání v prvním kvadrantu ISO E, kterému se také říká evropské. Objekt je promítán na tři až šest navzájem kolmých průměten. Zobrazovaný předmět se promítá rovnoběžnými promítacími přímkami, jejichž směr svírá s průmětnou pravý úhel. Při tomto způsobu promítání leží objekt mezi pozorovatelem a průmětnou. Při zobrazování složitých těles se za hlavní obraz (nárys) volí ten, který podává o tělese nejvíce informací. Počet obrazů má být co nejmenší, ale umožňující úplné zobrazení i okótování. Nelze kótovat k neviditelné hraně. Předmět se zobrazuje ve funkční poloze nebo v poloze odpovídající převládajícímu způsobu obrábění. 3D pohledy se na výkresy vkládají pro názornost. Základní pohledy jsou vyobrazené pomocí pravoúhlého promítání ve 2D (kreslí se pouze promítnuté pohledy). U složitějších sestav nebo složitých součástí napomáhají 3D pohledy představit si jejich tvar. U 3D systémů se nejdříve musí vymodelovat součást, a teprve pak se z modelu generuje výkres. 3.3 Kótování svarů Kótování svarů vychází z normy ČSN EN ISO 2553, která uvádí značky svaření (obrázek 11). Obr. 11 Obecná značka svaření Zdroj: Norma ČSN EN ISO 2553, ÚNMZ, 2014, s /36

14 Praporek odkazové čáry a odkazová čára jsou požadované prvky značky svaření. K vyjádření specifické informace smějí být uvedeny doplňkové prvky. Doporučuje se, aby značka svaření byla zobrazena na té straně spoje, kde má být proveden svar, tj. na odkazové straně. Jestliže nejsou specifikovány podrobnosti o spoji a je uveden pouze požadavek na označení spoje, který má být svařen, smí se použít obecná značka svaření. V takovém případě se v systému A nepožaduje dvojitý praporek odkazové čáry, protože nejsou uváděny žádné podrobnosti o svaru. Obecná značka svaření se musí skládat z odkazové čáry, praporku odkazové čáry a odkazové vidlice. Mezinárodní norma uvádí dva různé systémy značek svaření označené A a B, které určují odkazovou stranu a protilehlou stranu svaru na výkresu. Zjednodušené zobrazení podle systému A užívá dvojitý praporek odkazové čáry, který je sestaven ze souvislé a čárkované čáry. Zjednodušené zobrazení podle systému B užívá jednoduchý praporek odkazové čáry. Není dovoleno vzájemně smíchat systém A a B a výkresy musí jednoznačně uvádět, který systém je použitý včetně jednotek měření podle ISO Tabulka 3.1 Základní značky svarů Název Zobrazení Značka Název Zobrazení Značka I svar V svar V svar s výrazným otupením (Y svar) Poloviční V svar Poloviční V svar s výrazným otupením (1/2 Y svar) U svar Poloviční U svar Oblý svar Bodový odporový svar (a výstupkový svar podle systému A) Bodový protavený svar (a výstupkový svar podle systému B) Švový odporový svar Švový protavený svar Svar svorníku V svar se strmým úkosem Poloviční V svar se strmým úkosem Čelní plochý svar Poloviční oblý svar Lemový svar Koutový svar Návar Děrový svar, žlábkový svar (v kruhových otvorech nebo žlábcích) Svar průvarem (laserovým nebo elektronovým svazkem) Zdroj: Norma ČSN EN ISO 2553, ÚNMZ, 2014, tabulka 1 14/36

15 Základní značky K praporku odkazové čáry, zobrazeném v obou systémech A a B, mohou být přidány základní značky uvedené v tabulce 3.1 označující druh svaru, který má být proveden. Základní značky vytváří část značky svaření a musí být kresleny u praporku odkazové čáry, obvykle v jeho střední části. Základní značky smějí být doplněny doplňkovými značkami, rozměry a doplňujícími informacemi. Je možno kombinovat základní značky podle požadavku zobrazení sestav jednotlivých svarů. Složené základní značky pro oboustranné svary Pro zobrazení oboustranných svarů musí být základní značky uvedeny naproti sobě na praporku odkazové čáry, včetně všech požadovaných informací. V případě symetrických oboustranných svarů se stejnými značkami a rozměry má být čárkovaná čára v praporku odkazové čáry v systému A vynechána. Doplňkové značky sklouží k určení doplňujících informací o požadovaném spoji (viz tabulka 3.2). Poskytují informace o tvaru svaru nebo o tom, jak se musí svarový spoj zhotovit. Tabulka 3.2 Doplňkové značky svarů Název Značka Příklad použití Název Značka Příklad použití Plochý a zarovnaný povrch Konvexní (vypuklý) povrch Konkávní (vydutý) povrch Plynulé přechody tvaru Závěrná housenka Podložný svar Stálá (přivařená) podložka Odnímatelná (dočasná) podložka Svarová vložka Zdroj: Norma ČSN EN ISO 2553, ÚNMZ, 2014, tabulka 3 15/36 Tavitelná vložka Obvodový svar Svar mezi dvěma body Montážní svar Střídavě přesazený přerušovaný svar Nadměrné převýšení kořene (tupého) tvaru Podložka (nespecifikovaná) Odkazová čára Pro označení svařovaného spoje se musí použít odkazová čára. Odkazová čára smí být připojena k jednomu nebo druhému konci praporku odkazové čáry. Dvě nebo více odkazových čar se mohou spojit s jedním praporkem odkazové čáry k označení pozic shodných svarů. U tupých svarů desek/tyčí, kde je u stanoveného spojovaného dílce požadována úprava, musí mít odkazová čára zlom a směřovat k tomuto dílci. Toto se netýká tupých svarů T-spoje. Odkazová čára nemusí mít zlom, jestliže je zřejmé, který dílec je nutné před svařením upravit nebo není stanoveno, který dílec má být přednostně upraven. Praporek odkazové čáry a umístění svaru Praporek odkazové čáry doplněný základními značkami se používá k označení strany spoje, která má být svařena.

16 Systém A praporek odkazové čáry obsahuje dvě rovnoběžné čáry stejné délky, souvislou čáru a přerušovanou čáru. Přerušovaná čára se může kreslit nad nebo pod čárou souvislou, ale přednostně se kreslí pod souvislou čárou. Přerušovaná čára se může vynechat u symetrických svarů a u bodových a švových svarů zhotovených na styčné ploše dvou dílců. Systém B praporek odkazové čáry se kreslí souvislou čárou. Umístění svaru Odkazová strana je strana spoje, na kterou ukazuje šipka odkazové čáry. Protilehlá strana leží naproti odkazové strany, na kterou ukazuje šipka (ukázky na obrázku 12). Odkazová strana a protilehlá strana vždy tvoří části téhož spoje. Systém A základní značky musí být umístěny na souvislé čáře praporku, pokud je svar zhotoven na odkazové straně spoje. Základní značky musí být umístěny na čárkované (identifikační) čáře praporku, pokud je svar zhotoven na protilehlé straně spoje. Systém B základní značky musí být umístěny pod praporkem odkazové čáry, pokud je svar zhotoven na odkazové straně spoje. Základní značky musí být umístěny nad praporkem odkazové čáry, pokud je svar zhotoven na protilehlé straně spoje. Obr. 12 Příklady značek svaření Zdroj: Norma ČSN EN ISO 2553, ÚNMZ, 2014, s. 27 Odkazová vidlice Odkazová vidlice je volitelný prvek, který se smí připojit na konec souvislé čáry praporku, kde se uvádí doplňující informace jako součást značky svaření, například: stupeň kvality, metoda svařováni, přídavný materiál, poloha svařování či doplňující informace. Rozměry musí být uvedeny na té straně praporku odkazové čáry, na které je související základní značka. Jednotky měřeni použité na výkresu musí být jednoznačné. Uvádět dva systémy jednotek měření není dovoleno. Rozměry příčného řezu svaru (velikost svaru) musí být uvedeny vlevo od základní značky. Písmena se uvádí pouze před údaj o velikosti koutového svaru. Jmenovité délkové rozměry svaru musí být uvedeny vpravo od základní značky. Není-li délkový rozměr svaru uveden, musí být svar průběžný po celé délce spoje. Tento požadavek neplatí, je-li uvedena doplňková značka svaru mezi dvěma body. Potom je svar zhotoven pouze mezi specifickými body. Počáteční a koncový bod svaru, který není průběžný po celé délce spoje, nesmí být součástí značky svaření, ale oba body musí být jasně uvedeny v zobrazení na výkresu. Obrázek 13 ukazuje příklad úplné značky svaření. Obr. 13 Příklad úplné značky svaření Zdroj: Norma ČSN EN ISO 2553, ÚNMZ, 2014, s /36

17 Přerušované svary Rozměry přerušovaných svarů musí být uvedeny vpravo od základní značky: a) počet dílčích svarů, n; b) délka dílčích svarů, /; c) délka mezery mezi dílčími svary, e (v závorkách), znak násobení musí být umístěn mezi počtem dílčích svarů, n, a délkou dílčích svarů. Jestliže počet dílčích svarů, není uveden, přerušovaný svar musí být zhotoven po celé délce spoje. 3.4 Tolerance Skutečné rozměry vyrobené součásti se vždy liší od jmenovitých rozměrů udaných na výkrese kótami, nejsou tedy vyrobeny s absolutní přesností. Ke splnění daného účelu postačí, aby součásti byly vyráběny s rozměry v určitých mezích, které mají vyhovující přesnost. Předepisování těchto mezí, a tím i přesnosti, s jakou mají být součásti vyrobeny, se provádí tolerováním. Geometrické tolerance určují úchylky prvku od jeho tvaru, směru, polohy bez vztahu k rozměru prvku. Vzájemná závislost rozměrů a geometrie může být vyjádřená buď podmínkou maxima či minima materiálu, kdy je možné předepsat takové závislosti úchylek geometrických charakteristik prvků na skutečných rozměrech, že skutečná úchylka tvaru nebo vzájemné polohy může překročit hodnotu stanovenou předpisem geometrické tolerance. Značka a číselná hodnota (v milimetrech) požadované tolerance se zapisuje do tolerančního rámečku, který se spojuje s tolerovaným prvkem odkazovou čarou, ukončenou ve směru měření geometrické úchylky šipkou. Vztahuje se ke konkrétní ploše základně. ( 17/36

18 4. Zabraňování chybám na pracovištích pro svářeče Autor: Ing. Milan Rozkoš 4.1 Odpovědnost svářeče za kvalitu svařence Svařenec je brán jako výstup z procesu svařování. Svářeč jako operátor v tomto procesu je hlavním tvůrcem hodnoty pro zákazníka. Touto hodnotou pro zákazníka je produkt se svými třemi aspekty (viz obrázek 14). Obr. 14 Aspekty svařence jako produktu Čas Kvalita Náklady Zdroj: Autor Svařenec, jako jiný produkt, je tvořen v procesu změnou vstupů (dílů) na výstupy (svařenec). Hlavním aspektem je kvalita, která přes rozměry, tvar, materiálové složení svařence vyjadřuje splnění požadavků zadaných zákazníkem. Svářeč je tady tvůrcem hodnoty, je tvůrcem uspokojení zákazníka ze splnění jeho potřeb a očekávání spojených s produktem. Kvalita je zde spojena i s předpokládanou funkcí svařence. Správný průběh realizačního procesu musí zajistit svářeč jako operátor, jako tvůrce hodnoty. Nejde ani tak o odpovědnost za nastavení procesu a sledování jeho výkonnosti, ale o odpovědné udržení principů kvality v něm. Při řetězení procesů se vždy na počátku aktivit procesu do něj převezmou vstupy, pak proběhnou veškeré aktivity procesu a na jeho konci se výstupy předávají. Jelikož vstupy jsou zároveň výstupy z procesu předcházejícího a svařenec jako výstup je vstupem do dalšího procesu, ukazuje se logický sled procesů a potřeba shody na rozhraní. V těchto třech významných fázích procesu se aplikuje přístup tří NE (viz obrázek 15). Obr. 15 Princip tří NE ve svařovně Nepokračuj! Neposílej! Nedělej to! Zdroj: Autor První zásada, vztahující se ke vstupům, je odmítnout nevyhovující vstupy, nepřebírat z předchozího procesu nekvalitní základní materiály. Druhá zásada se již týká vlastních aktivit během svařování, svařenec by měl odpovídat výkresové dokumentaci, neměl by obsahovat vady svarů. Třetí zásada je o tom, že svářeč neodevzdá nevyhovující svařenec k další operaci. 18/36

19 4.2 Štíhlé myšlení hodnota Pokud by se hledaly všechny rozdílné cesty, jak vyrábět svařence ve správné podobě, ve správný čas, ve správné kvalitě a s minimálními náklady na základě potřeb zákazníka, tak se projevuje štíhlé myšlení. Cílem zeštíhlovacích aktivit ve firmě je hledání přidané hodnoty v mnoha formách a naopak eliminace těch aktivit, které onu hodnotu pro zákazníka nepřidávají a třeba jen spotřebovávají náklady a čas svářečů. Při různých aktivitách se hledají jak otevřené a zřetelné příklady plýtvání, tak skryté ztráty, které se těžko v rámci provozní slepoty na svařovně uvědomují. V průmyslových podnicích se setkáváme se sedmi druhy plýtvání, doplněnými o další z oblasti organizace a zlepšování systému. Jako osm druhů plýtvání se označují níže uvedené kategorie podle obrázku 16. Obr. 16 Osm zdrojů plýtvání Nadprodukce Zásoby Neshodné produkty Svařence se nedělají na přímou objednávku zákazníka Zásoby v jakékoliv fázi zpracování Jakékoliv zmetky jsou ztráty Nestandardní zpracování O s m OSM ZDROJŮ z d r o j ů p l ýplýtvání t v á n í Zbytečné nastavování a seřizování Čekání a prostoje Doprava Nevyužitý potenciál lidí Zbytečné pohyby Obíhání kolem svařence Jakékoliv čekání a to i během práce svařovacího automatu Zdroj: Autor Přeprava, manipulace, doprava ve všech fázích Porady bez konkrétního výsledku 4.3 Identifikace neshod, hledání příčin a opatření Pod neshodami je nutno si představit neplnění zákazníkových požadavků. Neshody jsou problémové stavy, které by měly být odstraněny. Jako první na řadě je provedení nápravy. Tímto zásahem se na realizovaném svařenci provede operace, kterou se dosáhne shody s požadavky zákazníků, a svařenec tak může být dodán zákazníkovi nebo do dalšího interního procesu. Nápravou se však nevyřešily příčiny neshody. Toto řeší systémové nápravné opatření, ovšem nejdříve musí být ona příčina neshodného stavu zjištěna. Vyřešení příčin a správné nastavení opatření v rámci korekce je předpokladem toho, že podobný stav se již nebude (nebo alespoň nemusí) opakovat. Pokud se chce na svářečské dílně, ale i jinde ve strojírenské firmě, účinně řešit neshoda, musí být nejdříve poznána její příčina. Jinak by došlo jen k nápravě, tedy zajištění dobrého kusu, vyhovujícího svařence. Bohužel ale proces, v němž se řešení problému vyhnulo příčině, bude dál produkovat ty stejné či obdobné neshody. Nejde jen o zjištění příčiny, ale dokonce o příčinu kořenovou, která je svým charakterem prvotním činitelem na cestě vzniku neshody. Způsobů, jak zjišťovat příčiny, je celá řada. Metoda 5x why? Touto metodou se zjišťuje kořenová příčina systémovým ptaním se na zdroj problémů. Tým si nejdříve ujednotí názor na řešenou problematiku a pak se ptá: Proč se to stalo? Odpověď na tuto otázku se stává další otázkou. Takto se systémově tým propracovává hlouběji do problému k základní příčině. Metoda 5W&1H Tento způsob analyzování problému (česky se označuje jako šest otázek) se používá ani ne tak ke zjišťování příčin, ale spíše ke zjištění souvislostí, spojených s problémem. Jde o otázky 19/36

20 spojené se slovem kdo to zjistil, má z toho problém, má zájem na řešení problému. Co je tím způsobeno, co za rizika problém skrývá, co je tím ohroženo na funkci. Kde se projevuje na výrobku, svařenci, na dílně, na stroji. Další otázka se zaměřuje na časové hledisko a je uvozena kdy. Pátá otázka se zaměřuje svým proč na technickou podstatu neshody. Poslední otázka jak hledá způsob, jak se provádí proces. Získá se ucelený názor na šíři problému. Histogram Histogram se použije na dílně tam, kde se hledá na základě dostatečného množství naměřených údajů příčina variability procesu. Variabilita procesu je jiný průběh charakteristik procesu díky určitým příčinám. Pokud se naměří data a rozdělí se po třídách, lze ze sestrojeného slupkového diagramu četností výskytu tuto příčinu odpozorovat. Korelační diagram Ve strojírenské výrobě se často využívá i další objektivní metoda, která má název korelační diagram (rovněž se jí říká bodový diagram). Již z názvu metody je zřejmé, že se sleduje korelace (vztah) za pomoci bodů získaných z měření určených či sledovaných charakteristik. Stejně jako u histogramu, i zde se posuzuje tvar, respektive rozptyl, bodů v ploše korelačního diagramu. Vztah bodů může být těsný nebo žádný. K vyhodnocení se použije porovnání tvaru se vzorovými charakteristikami. 4.4 Časté neshody na svařovně I když svářečské práce patří mezi vysoce kvalifikované a precizní činnosti, stane se, že se občas svar nepovede. Při svařování se mohou vyskytnout například dodavatelské vady (tedy nevyhovující hutní materiál) jako základní materiál svařence. Vady svarů lze rozdělit na tři typy: bodové vady, plošné vady a vady objemové (viz obrázek 17). Za vady bodové se považují vady mikropórů, respektive malé sférické vměstky. Plošné vady obsahují vady typu trhlin, neprůvary a studené spoje. Poslední, objemové vady se skládají z plynových dutin, vměstků, staženin, zápalů, vrubů, nedodržení rozměru, nepravidelných povrchů svarů. Obr. 17 Typy vad svarů Vady bodové Vady plošné Zdroj: Autor Vady objemové Přesná klasifikace vad svarů je dána rodinou norem ČSN EN ISO , ČSN EN ISO Rozlišuje se šest základních typů vad svarů trhliny. Dutiny, vměstky, vady odtavování a závaru, tvarové vady a ostatní vady, kam patří doteky a rozstřiky. V rámci tvarových vad je nutno vzít v potaz normu ČSN EN ISO 5817, v níž jsou uvedeny mezní hodnoty vad svarů. V rámci vytváření technické dokumentace pro svařování stanovuje konstruktér přípustnost vad svarů. Pro zajištění této kvality se před svářečem podepisuje i svařovací technolog, resp. jen technolog, který v dané firmě pro obrobnu navrhuje a zajišťuje výrobu. Přípustné meze velikosti vad pro tři stupně jakosti (B, C a D) odpovídající kvality při realizaci svařence jsou rovněž předmětem této uvedené normy. Přípustnost vad ve svařencích je určena druhem, velikostí a četností vyskytující se vady v závislosti na typu svařence, produktu nebo svaru, konstrukci a namáhání. 20/36

21 5. Svařování materiály Autorka: Ing. Marie Rytířová 5.1 Základy metalografie Svařování má mezi ostatními výrobními technologiemi výjimečné postavení proto, že žádná jiná technologie nemá tak zásadní vliv na vlastnosti materiálu. Jde o průřezový obor, jehož postupy se používají prakticky ve všech oblastech průmyslu, dnes je nenahraditelný. Svařováním lze spojovat nejen velké tloušťky materiálů, ale spojují se i mikroskopické díly v elektrotechnice. Metalografie je nauka o makrostruktuře kovů a jejich vlastnostech. Makrostruktura a vnější vlastnosti kovových materiálů jsou ovšem projevem jejich mikrostruktury. Pod termínem kov se rozumí jak určitý kovový prvek, tak slitina několika kovových prvků nebo dokonce slitina některého kovu s nekovem. Slitiny mohou být složeny z různého počtu složek. V tomto smyslu se složkou rozumí chemicky čistá látka, prvek nebo sloučenina. V závislosti na teplotě se látky mohou vyskytovat v různém stavu pevném, kapalném nebo tuhém. V krystalickém stavu se látky mohou vyskytovat v různých modifikacích. Slitinou kovů se rozumí kovový materiál složený z více složek, v němž převládají kovy. Slitina totiž může obsahovat i složky nekovové. Například v technickém železe je nejčastější nekovovou složkou uhlík. Rovnovážné diagramy jsou grafickým znázorněním závislosti teploty začátku a teploty konce tavení při ohřevu a teploty začátku a teploty konce krystalizace při chladnutí slitin v závislosti na jejich složení. Konstruují se z výsledků měření prováděných při zkouškách tavení a krystalizace vhodně zvolených poměrů jednotlivých složek ve slitině. Rovnovážný diagram slitiny s absolutní nerozpustností v tuhém stavu U tohoto typu slitin se obě složky v tekutém stavu vzájemně dokonale rozpouštějí, ale v tuhém stavu tvoří každá složka vlastní krystaly. Pro tvar rovnovážného diagramu (viz obrázek 18) jsou charakteristické dvě větve likvidu, protínající se na čáře solidu (bod e). Protože čisté složky mají totožné teploty začátku a konce krystalizace, patří k solidu také úsečky ab a cd. Obr. 18 Rovnovážný diagram binární slitiny s absolutní nerozpustností v tuhém stavu Zdroj: HAMERNÍK, J., Úvod do metalografie, dostupné z Složení E je zvláštní tím, že teploty začátku a konce jeho krystalizace jsou, podobně jako u čistých složek (kovů), totožné. Nazývá se eutektické složení. Vodorovná část solidu se nazývá eutektikála, průsečík obou větví likvidu se solidem (e) eutektický bod, vzniklá struktura eutektikum. To je mechanickou směsí krystalů obou složek. 21/36

22 5.2 Technické železo Pojmem technické železo se rozumějí slitiny železa s dalšími složkami, používané v technické praxi. Další složky se do něj dostávají jako legury. Hlavní složkou technického železa je uhlík (C), který se dostává do technického železa při jeho výrobě redukcí kysličníkových rud ve vysokých pecích. Každé technické železo obsahuje kromě železa a uhlíku ještě další složky, takže dokonalá soustava Fe-C v praxi neexistuje. Uhlík se v technickém železe může vyskytovat ve dvou podobách: jako grafit nebo ve sloučenině s částí železa jako karbid Fe 3 C. Tato sloučenina se nazývá cementit. Podle formy uhlíku obsaženého ve slitině existují dvě soustavy: stabilní Fe + grafit a metastabilní Fe + cementit. Vlastnosti strukturálních složek technického železa: Austenit jako tuhý roztok uhlíku v železeγ je měkký, velmi dobře tvárný. Ferit, prakticky čisté železo, je měkký a tvárný. Cementit je velmi tvrdý a křehký, je vůbec nejtvrdší složkou technického železa. Ledeburit obsahuje velké množství cementitu, a proto je také velmi tvrdý a křehký. Perlit je pevný a houževnatý. 5.3 Základy žíhání Žíhání je ohřev na žíhací teplotu, setrvání na této teplotě po určitou dobu a pak velmi pomalé ochlazování. Účelem je odstranit vliv jiných operací na strukturu. Jde o způsob tepelného zpracování, kterým se chce u součásti dosáhnout zpravidla stavu, jenž je blízký stavu rovnovážnému. Při této operaci se mění jen struktura oceli, aniž dochází ke změnám chemického složení. Základy žíhání úzce souvisí s rovnovážným diagramem Fe - Fe 3 C. Žíhání se v zásadě dělí na dvě skupiny (viz tabulka 5.1): žíhání bez překrystalizace, žíhání s překrystalizací. Tab. 5.1 Přehled základních způsobů žíhání Způsob žíhání Jednotlivé metody Rozmezí žíhacích teplot ve C Bez překrystalizace S překrystalizací naměkko rekrystalizační protivločkové ke snížení pnutí pro odstranění křehkosti homogenizační normalizační základní izotermické rozpouštěcí nad 950 Zdroj: HLUCHÝ, M., Strojírenská technologie 1, Metalografie a tepelné zpracování 2.díl, Vliv některých prvků na mechanické vlastnosti uhlíkových ocelí Křemík v nelegovaných ocelích má nepodstatný vliv na zvýšení pevnosti, působí silně dezoxidačně. Mangan zvyšuje mez kluzu i mez pevnosti a činí tak bez vlivu na plasticitu, rovněž má dezoxidační účinek. 22/36

23 Fosfor zvyšuje mez kluzu i pevnosti, ve spojení s mědí zvyšuje odolnost proti atmosférické korozi. Síra někdy se do nelegovaných ocelí přidává úmyslně, protože zlepšuje obrobitelnost, naopak při tváření za tepla a při svařování podporuje vznik mezikrystalických trhlin. Dusík je podobně jako uhlík austenitotvorný prvek, proto jeho přítomnost v uhlíkové oceli způsobuje rozšíření pole γ. Vznikající nitridy mají kladný vliv na vlastnosti oceli, zvyšují mez kluzu i pevnosti a tvrdost oceli. Vylučování nitridů má za následek ale i stárnutí uhlíkových ocelí Zvlášť nebezpečné je vylučování nitridů v úzkém pásmu okolo svaru, které může způsobit i úplně rozrušení konstrukce. Vodík je ve všech slitinách železa nežádoucím prvkem. Důsledkem přítomnosti vodíku ve svarovém kovu je vznik pórů, oduhličení svarového kovu a zkřehnutí svarového spoje. Hliník působí silně dezoxidačně a denitridačně. Oxidy a nitridy hliníku působí jako krystalizační zárodky při tuhnutí oceli. Měď nad 0,5 hmotnostních % snižuje rychlost atmosférické koroze. 5.5 Uhlíkový ekvivalent Při výběru oceli pro svařování se musí počítat se změnou vlastností v místě svarového spoje právě následkem obsahu prvků a legur v oceli obsažených. Jedna z možností posouzení vhodnosti oceli pro svařování je určení tzv. ekvivalentního obsahu uhlíku C e. Pro ocel s obsahem uhlíku 0,22 hmotnostních % nejsou při svařování nutná žádná zvláštní opatření. V tomto případě se ekvivalentní obsah uhlíku C e 0,5 počítá podle rovnice: Mn Cr Ni Mo Cu P Ce = C ,0024 s kde s je tloušťka plechu (mm). Tato rovnice platí pro materiály do následujícího obsahu prvků: C do 0,22 hm. %, Mn do 1,6 hm. %, Cr do 1 hm. %, Ni do 3,0 hm. %, V do 0,14 hm. %, Cu do 0,3 hm. %. Pro výpočet uhlíkového ekvivalentu existuje mnoho dalších výpočtových vztahů, které vychází ze zkušeností svářečů s různými skupinami svařovaných ocelí. 5.6 Přehled vhodných materiálů pro svařování Současný trend při výrobě svařovaných konstrukcí klade nové nároky na volbu základního materiálu. Musí vyhovovat stanovenému zatížení při minimalizaci hmotnosti konstrukce, a tím redukci nákladů jak při výrobě, tak i při provozu vlastního zařízení. Mechanické vlastnosti u nelegovaných konstrukčních uhlíkových ocelí jsou určovány především obsahem uhlíku a manganu. Jsou zpevněny především substitučním a intersticiálním mechanismem Jemnozrnné oceli Jemnozrnné oceli se dělí na: normalizačně žíhané jemnozrnné oceli, zušlechtěné jemnozrnné oceli, termomechanicky zpracované jemnozrnné oceli. Pro svařování vysokopevných jemnozrnných ocelí se v první řadě používají metody ručního svařování obalenými elektrodami, MAG, pod tavidlem Normalizačně žíhané jemnozrnné oceli mají základ ve výrobě jemnozrnných normalizačně žíhaných ocelí s hodnotou meze kluzu od 255 do 500 MPa. Oceli jsou normalizačně žíhané v rozsahu teplot 880 až 960 C. Žíhání na odstranění zbytkového napětí je uskutečněno za teplot 530 až 600 C. 23/36

24 Novodobé vysokopevné oceli jsou vyráběny v zušlechtěném stavu (kalením a popouštěním). Zušlechtění lze dosáhnout u oceli s nízkým obsahem uhlíku (obdobné chemické složení, jako je tomu u normalizačně žíhaných ocelí) vznikem nízkouhlíkového martenzitu po kalení nastávají vysoké hodnoty meze kluzu. V závislosti na hodnotě meze kluzu jsou oceli legovány slitinovými prvky jako Ni, Cr, Mo a V. Svařitelnost jemnozrnných ocelí Při svařování jemnozrnných mikrolegujicích ocelí se může očekávat růst zrn v tepelně ovlivněné oblasti svarových spojů, a tím i pokles plastických vlastností v této oblasti. Svařuje se pokud možno bez předehřevu a s omezeným tepelným příkonem při svařování. V případě nutnosti použití předehřevu postačí obvykle teploty v rozmezí 100 až 150 C. Při stehování se svařuje housenkami delšími než 50 mm, které se znovu převaří. Přídavné materiály Složení legur přídavného materiálu a typu obalu, ochranný plyn, popřípadě tavidlo určují vlastnosti svarového kovu. V zásadě musí být splněny dvě podmínky pro dosažení kvalitativně hodnotných svarových spojů jemnozrnných ocelí. Jde o dosažení minimální hodnoty pevnosti a tažnosti základního materiálu ve spoji a bezchybné provedení svarových spojů. Přídavné materiály se volí s ohledem na požadované hodnoty svarového kovu, musí odpovídat podmínkám svařování (vnesené teplo, přechodová teplota) a eventuálnímu tepelnému zpracování. Při daných podmínkách svařování se musí zamezit vzniku vad typu studených trhlin a trhlin za horka. Studené trhliny Studené trhliny (viz obrázek 19) jsou defekty, které vznikají při nízkých teplotách asi pod 200 C. Vyskytují se nejčastěji v podhousenkové oblasti svarových spojů ocelí. Mohou se ale i vyskytovat v kořenové oblasti, koncových oblastech spojů, tak i ve svarovém kovu. Orientací mohou být podélné, příčné, přes všechny oblasti svarového spoje. Hlavní příčinou vzniku studených trhlin je vzájemné působení tří faktorů: přítomnost vodíku ve svarovém spoji, přítomnost struktury citlivé na účinek vodíku a přítomnost tahových (kontrakčních) zbytkových napětí." (Čada 2000) Průběh svařovacího cyklu lze ovlivnit změnou technologie svařování, změnou svařovacích parametrů, především použitím předehřevu a dohřevu. Po svaření obvykle následuje pouze žíhání na odstranění vnitřních pnutí. U těchto ocelí se doporučují nižší žíhací teploty, než u běžných nelegovaných uhlíkových konstrukčních ocelí, obvyklé rozmezí bývá C. Obr. 19 Některé studené trhliny Zdroj: Prospekt ZEROSS svářečské nakladatelství Žárupevné oceli Tato skupina materiálů je určena k použití za vyšších a vysokých teplot. Materiály pracují v oblasti tzv. creepového namáhání (tečení). Lépe se uplatňují materiály, které mají proti tomuto 24/36

25 jevu zvýšenou odolnost. Např. oceli s austenitickou strukturou (Cr Ni) jsou výrazně odolnější proti creepu, než oceli se strukturou feritickou. Mezi tento druh ocelí patří uhlíkové kotlové oceli tř. 11 a 12, nízkolegované oceli tř. 15, feritické chromové oceli tř. 17, austenitické oceli chromniklové, legované vytvrditelné oceli. Nízkolegované žárupevné oceli jsou poměrně dobře svařitelné. U feritických ocelí je svařování obtížnější a je zde nebezpečí vzniku pnutí, proto se zařadí režimy předehřevu, dohřevu, rychlosti svařování atp. Tepelné zpracování po svařování je podmínkou, může se jednat o popouštění nebo zušlechtění svarových spojů. U austenitických žárupevných ocelí je průběh svařování ovlivněn malou tepelnou vodivostí a velkou tepelnou roztažností, což má za následek vznik vysokých tepelných pnutí. Svařují se obvykle bez předehřevu, s přídavným materiálem totožným s materiálem základním, někdy s čistým niklem Žáruvzdorné oceli Jedná se o oceli, které odolávají chemické korozi při teplotách nad 600 C. Obsah chromu se pohybuje mezi hmotnostními %. U tohoto typu ocelí máme dva základní typy. Chromové feritické oceli obsahují hmotnostních % Cr a při nízkém obsahu uhlíku jsou čistě feritické. Zvyšování pevnosti a tvrdosti se dá dosáhnout pouze tvářením za studena. Odolávají korozi až do teplot 1100 C. Vyznačují se náchylností ke křehkým lomům i za normální teploty. V poslední době se tato špatná vlastnost odstraňuje vakuovým přetavením. Je nezbytné dodržovat stanovené postupy a doporučené přídavné materiály s vysokou metalurgickou čistotou. Po svařování i po tváření se tyto oceli žíhají při teplotě C. Austenitické žáruvzdorné oceli mají přísadu Ni, která je vyšší než 8 hmotnostních %. Mají výborné mechanické vlastnosti, vysokou plasticitu, tažnost i vrubovou houževnatost. Z hlediska svařování představuje problém vylučování karbidů chromu v okolí svarového spoje na hranicích zrn a také snížená tepelná vodivost těchto ocelí. Oceli této skupiny se svařují bez předehřevu. Přídavné materiály by měly umožnit vytvoření svarového kovu s podobným složením jako základní svařovaný materiál. Po svařování se doporučuje tzv. rozpouštěcí žíhání při teplotách C a následující rychlé ochlazení ve vodě Korozivzdorné oceli Jedná se o vysokolegované oceli, které obsahují více než 10 hmotnostních % celkového obsahu legur a jde opět o oceli třídy 17 podle norem dle ČSN. Legující prvky se dělí do dvou skupin. 1. Prvky austenitotvorné, které rozšiřují v rovnovážném diagramu oblast γ. Patří sem C, Ni, Mn, Cu, N. 2. Prvky feritotvorné, které tuto oblast naopak zužují. Mezi ně patří Cr, Mo, Al, Si, W, Ti, V, Nb. Podle struktury a převažujícího složení legujících prvků se dělí tyto oceli na čtyři skupiny: 1. Feritické chromové oceli 2. Martenzitické chromové oceli 3. Austenitické Cr Ni oceli nebo Cr Ni Mo oceli 4. Austeniticko- feritické oceli, a to buď Cr Ni nebo Cr Ni Mo oceli Svařitelnost korozivzdorných ocelí Chromové feritické oceli klasické se svařují zásadně s předehřevem. S ohledem na možné hrubnutí zrna se svařuje s limitovaným tepelným příkonem do svaru a používají se přídavné materiály s nízkým obsahem difuzního vodíku. Vhodné technologie svařování jsou MIG, TIG, laser i elektrický odpor, protože se ve velké většině jedná o materiály tenkostěnné. Tepelné zpracování po svařování není nutné, pouze se někdy zařazuje žíhání 800 C/ 1hod. pro zlepšení odolnosti svarových spojů proti mezikrystalické korozi, na kterou je tato ocel náchylná. 25/36