OCELE NA ZVAROVANÉ KONŠTRUKCIE

Transkript

1 OCELE NA ZVAROVANÉ KONŠTRUKCIE

2 Ocele na zvarované konštrukcie. Sú to ocele triedy 11 s nízkym n % uhlíka ka. Pretože e zvárate rateľnosť zhoršuje najmä C, obmedzuje sa jeho obsah v oceliach na zváran rané konštrukcie na max. 0,20 %, mimoriadne na max. 0,25 %. Neuspokojené ocele sús vhodné na zváran rané súčiastky s hrúbkou steny maximálne 16 mm, ocele uspokojené (+ Si) do 25 mm. Pri väčšej v hrúbke steny sa užu používaj vajú ocele uspokojené Al alebo mikrolegované Nb,, V alebo Ti. Najbežnej nejšie sa používaj vajú značky , a Ocele a sa vyrábaj bajú prevažne ako martinské ocele uspokojené, čo o umožň žňuje zaručiť zvárate rateľnosť do väčších hrúbok súčasts astí ako u predchádzaj dzajúcich značiek.

3 Chemické zloženie vybraných ocelí zvyčajnej akosti Značka ocele C max. 0,17 Mn Chemické zloženie (%) Si max P max.0,030 S max.0,025 Al min max. 0,22 max.0,20 max. 0,45 max.0,15 max.0,05 max.0, max.0,10 max.0,22 max.0,55 max.0,15 max.0,03 max.0,05 max.0,025 max.0, max.0,20 max.0,80 max.0,35 max.0,035 max.0,03 min.0, max.0,18 max.1,30 max.0,40 max.0,04 max.0,04 Okrem zaručenej zvárate rateľnosti a bežných mechanických vlastností sa u nich požaduje: odolnosť proti krehkému porušeniu, nízka prechodová teplota a tvárnos rnosť za studena.

4 Popri lacných zvárate rateľných oceliach (Tr.11) smerujú vývojové tendencie k jemnozrnným oceliam so zvýšenou medzou klzu - R e. Ocele so zvýšenou medzou klzu majú hodnoty R e > 300 MPa a súčasne zaručen enú zvárate rateľnosť bez osobitných opatrení pri zváran raní.. K základným z podmienkam zaručenej zvárate rateľnosti patrí nízky obsah uhlíka (do 0,2 %). Zvýšenie medze klzu sa dosahuje predovšetkým etkým pôsobením malého množstva vhodne zvolených prísadových prvkov do obsahu 0,15 %. Tieto ocele preto nazývame mikrolegované ocele.

5 Ocele so zvýšenou medzou klzu Ocele s medzou klzu 300 aža 500 MPa majú feriticko-perlitick perlitickú štruktúru. ru. Zvýšenie pevnosti sa pri nich dosahuje disperzným spevnením intermediárnymi rnymi zlúčeninami (karbidmi, nitridmi) mikrolegúr. Ocele s medzou klzu nad 500 MPa sú legované Mn, Cr, Ni, Mo,, V, Ti, Nb a B do celkového obsahu maximálne 3 aža 4 %. Vysoká hodnota R e sa dosahuje pri martenzitickej, bainitickej alebo sorbitickej štruktúre. re. Pri vhodne legovaných oceliach sa požadovan adovaná štruktúra ra dosahuje užu riadeným ochladzovaním m z dovalcovacej teploty.

6 ZVÁRATE RATEĽNOSŤ - spôsobilosť materiálu, ktorá umožň žňuje zhotoviť zváran raním, za určitých technologických podmienok, zvarové spoje požadovaných vlastností. Vo všeobecnosti v pojem zvárate rateľnosť vyjadruje tepelné a deformačné ovplyvnenie materiálu v oblasti spoja zvárac racím m procesom. Zvarový kov (ZK) Teplom ovplyvnená oblasť (TOO) Základný materiál l (ZM)

7 Zvárate rateľnosť má tri aspekty: materiálový lový; - posudzuje vhodnosť materiálu na zváranie, t.j. vyjadruje reakciu materiálu na proces zvárania. technologický; konštruk trukčný. Ak chceme určiť zvárate rateľnosť ocele, je potrebné identifikáciu základnz kladného materiálu, takže e musíme me zistiť: spôsob výroby a stav ocele; chemické zloženie; mikroštrukt truktúru ocele a zvarového spoja; mechanické vlastnosti. vykonať

8 Zvárate rateľnosť vyjadrujú podľa a normy STN tri skupiny ukazovateľov: ov: výpočtov tové (uhlíkový ekvivalent, tvrdosť), náchylnosť ocele na jednotlivé typy praskania, vlastnosti zvarového spoja dané štruktúrnymi rnymi zmenami. Zvárate rateľnosť ocele závisz visí predovšetkým etkým od chemického ho zloženia. Jeho vplyv sa posudzuje podľa a hodnoty uhlíkov kového ekvivalentu C E.

9 Uhlíkový ekvivalent je možné vypočíta tať zo vzťahu: Mn Cr + Mo + V Ni + Cu C E = C platí pre ocele s pevnosťou ou medzi 370 aža 700 MPa. Podľa a tohto vzťahu nevyžaduj adujú ocele s pevnosťou ou 370 aža 520 MPa pri zváran raní zvláš áštne opatrenia pokiaľ je obsah C < 0,22 %, C E < 0,4 % a hrúbka materiálu menšia ako 37 mm. U ocelí s pevnosťou ou medzi 500 aža 700 MPa musí byť obsah C < 0,20 %, C E < 0,45 % a hrúbka steny max. 25 mm. Zvárate rateľnosť najviac zhoršuje % C. Zliatinové prvky a hrúbka materiálu ovplyvňuj ujú precipitáciu ciu, rekryštaliz talizáciu,, polymorfné premeny a hrubnutie zrna pri ohreve a následnom ochladzovaní.

10 Najviac je nežiad iadúci vznik štruktúr r s nízkou plasticitou (martenzit, dolný bainit, Widmannstättenova ttenova štruktúra) ra) a nestabilných štruktúr (presýtené tuhé roztoky), ktoré potom môžu u byť príčinou vážnych v prevádzkových problémov (strata koróznych vlastností,, pokles pevnosti i plasticity,, tvorba trhlín a pod.). Štruktúrne rne ukazovatele nie sús kategorizované a pre daný materiál sú dané tvarom teplotného cyklu (závislos vislosť teploty od času v teplom ovplyvnenej oblasti) a výškou maximálnej teploty T max teplotného cyklu. Zvárate rateľnosť ovplyvňuje aj teplota predohrevu,, postupná rýchlosť zvárania a geometria spoja (príp. p. zvýšenie hrúbky vzrastie rýchlosť odvodu tepla).

11 1. Zaručen ená ZVÁRATE RATEĽNOSŤ : Výrobca zaručuje uje zvárate rateľnosť pri zváran raní pri teplotách aža do 0 o C bez zvláš áštnych opatrení,, pod 0 o C pri zvláš áštnych opatreniach. 2. Zaručen ená podmienená Výrobca zaručuje uje zvárate rateľnosť pri dodržan aní vopred stanovených podmienok, ktoré sú predpísan sané v normách akosti. Záruka Z zvárate rateľnosti platí len pre zvarové spoje zvarené podľa a týchto predpisov. 3. Dobrá Výrobca nezaručuje uje zvárate rateľnosť,, ale zvarové spoje sús u týchto ocelí vo väčšine v prípadov padov vyhovujúce. Zvláš áštne opatrenia sús potrebné len výnimočne. ne. 4. Obtiažna U týchto ocelí sa nedá dosiahnuť vyhovujúca akosť zvarového spoja ani pri dodržan aní zvláš áštnych opatrení.. Použitie týchto ocelí sa na zváranie nedoporučuje uje.

12 ŠTRUKTÚRNA RNA ANALÝZA ZVAROV

13 STANOVENIE MAKROŠTRUKT TRUKTÚRY RY ZVAROV Na celkovú charakteristiku zvarového spoja mám zásadný vplyv kvalita dosiahnutého ho kovového spojenia, vlastnosti prechodovej zóny, prítomnos tomnosť vád v zvarovom spoji. Makroštrukt truktúra ra sa zisťuje na vzorkách odobratých zo zvarovej oblasti tak, aby zachytili celý zvarový spoj spolu aj časť základného neovplyvneného materiálu.

14 Vyhodnocuje sa plocha priečneho rezu,, ktorá sa pre skúš úšku upravuje brúsen sením m alebo lešten tením. Ak rezová plocha nie je príli liš drsná, makrovýbrus možno pripraviť aj na neupravenej rezovej strane. Ako leptadlá sa používaj vajú: zriedená HCl Nital % persíran ran amónny Leptať je treba dosť dlho, aby sa objavili a rozší šírili necelistvosti, t.j. dutiny a trhliny, resp. hrubé vmestky.

15 Makroštrukt truktúra ra zvaru sa potom vyhodnocuje podľa a týchto hľadísk: pozoruje sa kvalita spojenia; či i vôbec došlo k spojeniu; či i nejde o studený spoj, atď.; sleduje sa charakter prechodovej oblasti zo zvaru do základného materiálu; vyhodnotí pozvoľný; sa, či i ide o prechod ostrý, alebo hodnotí sa prítomnos tomnosť vád,, najmä trhlín, dutín, bublín n a nezvarených miest; pozoruje sa tvar zvaru, alebo spôsob nanáš ášania jednotlivých húseniek.

16 Makroskopické hodnotenie 1. Zvarový kov 2. TOO 3. Základný materiál

17 Zvarový kov (množstvo roztaveného kovu je malé,, rýchlosť ochladzovania veľká,, primárna rna štruktúra ra je hrubozrnná,, výrazne orientovaná Kolumnárne kryštály ly. Tvorí sa v procese zvárania pretavením m prídavn davného materiálu a časti základnz kladného materiálu, prípadne padne prechádzaj dzajúcej húsenky. pri viacvrstvovom zvare (dvoj, troj) ) mám prvá a druhá vrstva jemnú pravidelnú štruktúru, ru, len tretia posledná má kolumnárnu štruktúru. ru. pri zváran raní plameňom, keď sa zvar spravidla robí ako 1-1 vrstvový je množstvo roztaveného kovu oveľa a väčšie, v rýchlosť ochladzovania menšia a výsledná štruktúra ra je hrubá, nepravidelná a s výraznou orientáciou v celom priereze zvaru. Môžeme tu sledovať: makroskopické vady zvaru v rovine výbrusu stanoviť postup výroby zvaru

18 TOO vplyvom miestneho ohrevu v zvare vznikajú miesta s rozličnou teplotou, od teploty tavenia kovu aža po teplotu okolia. Nastávaj vajú tu veľké zmeny v štruktúre re ocele, mení sa zrno. pri leptaní na makro mám inú intenzitu leptania, takže e je výrazne oddelená od ZK a ZM. z jej rozmerov a šírky môžeme usudzovať o prehriatí ZK, príp. p. o technológii a parametroch zvárania Základný materiál za začína tam, kde materiál l vôbec nebol ohriaty, resp. ohrev nemal za následok n štruktúrne rne zmeny, je to teda oblasť zváran raním m neovplyvnená.

19 Návod na hodnotenie charakteristík zvarového spoja Charakteristiky zvarového spoja Chyba EN Makroskopický rozbor bez leptania Makroskopický rozbor s leptaním Mikroskopický rozbor bez leptania Mikroskopický rozbor s leptaním 1 Horúce trhliny Studené trhliny Lamelárne trhliny Dutiny Vtrúseniny Neprievar Geometrický tvar TOO x 9 Húsenice H a vrstvy () 10 Hranica zrna () 11 Štruktúra ra zrna 12 Kryštaliza talizačná štruktúrara

20 Charakteristiky zvarového spoja Chyba podľa EN Makroskopický rozbor bez leptania Makroskopic ký rozbor s leptaním Mikroskopický rozbor bez leptania Mikroskopický rozbor s leptaním 13 Príprava spoja () 14 Smer valcova- nia/pretl /pretláčania 15 Smer vláknovej štruktúry ry (zrno) 16 Segregácia 17 Precipitácia cia 18 Oprava a nesúlad () () 19 Mechanické/ tepelné vplyvy určenie charakteristiky () charakteristika môže e a nemusí byť určen ená

21 MIKROŠTRUKT TRUKTÚRA RA ZVAROVÉHO SPOJA

22 I. Mikroštrukt truktúra ra zvarového kovu (ZK) II. III. IV. Mikroštrukt truktúra ra zóny z čiastočného natavenia (hranica natavenia) Mikroštrukt truktúra ra podhúsenicovej zóny Mikroštrukt truktúra ra zóny z normalizácie V. Mikroštrukt truktúra ra zóny z čiastočnej prekryštaliz talizácie VI. Mikroštrukt truktúra ra zóny z žíhania na mäkkom VII. Mikroštrukt truktúra ra základnz kladného materiálu (ZM)

23 Základný materiál Zvarový kov

24 I- Mikroštrukt truktúra ra zvarového kovu (ZK) Mikroštrukt truktúra ra zvarového kovu je tvorená kolumnárnymi kryštálmi, ktorých kryštaliz talizácia začína na stenách neroztaveného alebo čiastočne nataveného základnz kladného materiálu. Klasifikáciu mikroštrukt truktúr ZK môžeme urobiť nasledovne: Primárny rny ferit Polyedrický ferit Postranný ferit Acikulárny ferit hrubý Acikulárny ferit jemný

25 II Mikroštrukt truktúra ra zóny z čiastočného natavenia (hranica natavenia) Zóna II je oblasť teplôt medzi likvidom a solidom príslu slušnej ocele. Táto zóna z (pásmo) je veľmi úzka a ťažko metalograficky rozlíš íšiteľná. (Dochádza k vyrovnaniu chemického ho zloženia. V dôsledku priameho kontaktu so zvarovým kovom je tu možnos nosť intenzívnej difúzie vodíka a teda i možnos nosť iniciácie cie trhlín n za studena.)

26 III Mikroštruktúra podhúsenicovej zóny V tejto oblasti (interval teplôt medzi Ac o C až solidus) ) nastáva zhrubnutie austenitického zrna v dôsledku ohrevu na vysoké teploty u ocelí,, náchylných n na rast austenitického zrna zváraných s veľmi vysokým tepelným príkonom (rast zrna je vyvolaný výdržou na vysokej teplote). Pri ochladzovaní nízkouhlíkovýchkových ocelí vzniká feriticko-perlitick perlitická štruktúra ra s výraznou Widmanstättenickou ttenickou štruktúrou rou (W), ktorá vzniká v dôsledku orientovaného vylučovania feritu. ferit prednostne prekryštalizuje po hraniciach zŕn z austenitu a v tvare ihlíc c vo východzích kryštalografických smeroch. vylúčenie feritu je charakteristické sieťovo vylúčený ferit, z ktorého vyrastajú primárne rne feritické ihlice často svojou dĺžd ĺžkou totožné s veľkos kosťou ou pôvodných austenitických zŕn. z týchto potom vyrastajú sekundárne, príp. p. ternárne rne feritické ihlice. Perlit je vylúčený v degenerovanej forme v medziferitickom priestore.

27

28 Mikrolegované zvárateľné ocele so zvýšenou R e sa v dôsledku mikrolegovania chovajú pri ohreve odlišne a v TOO nenastáva taký výrazný nárast austenitického zrna. Výsledná mikroštruktúra je charakterizovaná výskytom polyedrického feritu a acikulárneho feritu (AF) vo vnútri pôvodného austenitického zrna.

29 IV Mikroštruktúra zóny normalizácie Po ochladení z oblasti teplôt Ac 3 až Ac až 150 o C vzniká jemnozrnná feriticko - perlitická polyedrická štruktúra.

30 V Mikroštruktúra zóny čiastočnej prekryštalizácie V oblasti teplôt medzi Ac 1 až Ac 3 dochádza k čiastočnej austenitizácii. Pri ochladzovaní nízkouhlíkových ocelí vzniká transformovaný perlit chumáčkovitého tvaru.

31 VI Mikroštruktúra zóny žíhania na mäkko Je to oblasť teplôt s T max medzi 500 o C až Ac 1. Pri bežných metódach zvárania (elektródou, v ochrannej atmosfére) zmeny mikroštruktúry nenastávajú. U metód s veľkým tepelným príkonom môže dôjsť k čiastočnej sferoidizácii perlitu.

32 VII Mikroštruktúra základného materiálu (ZM) Moderné konštrukčné ocele sú charakterizované tým, že sa u nich vo vysokej miere využívajú fyzikálne metódy spevňovania, ako je zjemnenie zŕn, precipitačné, substitučné a intersticiárne spevnenie, ktoré dosahujeme napr. termomechanickým spracovaním, disperzným spracovaním a pod. Toto umožňuje znížiť priemerný obsah C v oceli, takže súčasné ocele tejto kategórie majú typický obsah uhlíka do 0,15 %.

33 Protokol o skúš úške - musí obsahovať: odkaz na normu; označenie typu rozboru; umiestnenie a orientácia a skúman maného povrchu; skúš úšobných vzoriek má sa uviesť aj protokol o schválen lení postupu zvárania (WPAR), alebo ak nie je k dispozícii, tak aspoň typ základného a zváracieho materiálu a ak sa používa, aj tepelné spracovanie po zvarení a leptanie; typ leptadla a metóda leptania; opis skúman maného povrchu, ak treba; ak sa požaduj adujú fotografie alebo nákresy n a veľkos kosť zväčšenia.

34 Protokol o skúš úške podľa a EN 1321 WPAR: č. (d) Výrobca: Účel rozboru: Skúš úšobná vzorka: Základný materiál: Zváracie materiály: Tepelné spracovanie po zvarení alebo spracovanie starnutím: (g), (f) Makroskopické leptadlo (e) Obrázok č: Umiestnenie: (c) Zväčšenie: (g) Opis povrchu: (f) Metalograf: (meno, dátum, podpis) Označenie (b) Mikroskopické leptadlo (e) (g), (f) Obrázok č: Umiestnenie: (c) Zväčšenie: (g) Opis povrchu: (f) Autorizovaná osoba/orgán: (meno, dátum, podpis)