Svařitelnost ocelí

Svařitelnost je vlastnost kovu (nebo jiného materiálu) vytvářet se zavedenou technologií svařování spoj splňující požadavky dané konstrukcí a provozem výrobku (GOST 2601).

Svařitelnost různých kovů a jejich slitin se výrazně liší.

Stupeň svařitelnosti se posuzuje změnou vlastností svarového spoje ve vztahu k základnímu kovu. Čím vyšší je stupeň svařitelnosti slitiny, tím více metod a režimů svařování lze použít pro každou metodu. Příkladem dobré svařitelnosti je nízkouhlíková ocel.

Technologická svařitelnost je chápána jako poměr kovu ke konkrétní metodě a režimu svařování.

Fyzikální svařitelnost je určena procesy probíhajícími v zóně tavení svařovaných kovů, po jejichž dokončení se vytvoří trvalý svarový spoj. Všechny homogenní kovy mají fyzikální svařitelnost. Vlastnosti odlišných kovů často brání tomu, aby v zóně fúze proběhly nezbytné fyzikální a mechanické procesy. V tomto případě kovy nemají fyzickou svařitelnost.

Svařitelnost ocelí

Vliv prvků obsažených v ocelích na jejich svařitelnost

Uhlík. Nízkouhlíkové oceli se dobře svařují všemi druhy svařování. S rostoucím obsahem uhlíku v oceli se zvyšuje tvrdost a snižuje se tažnost. Kov ve svarovém spoji je vytvrzený a tvoří se trhliny. V důsledku intenzivní oxidace uhlíku při svařování vzniká značné množství plynových pórů.

Mangan. V množství 0,3. 0,8% mangan nezhoršuje svařitelnost oceli. Je to dobrý deoxidátor a pomáhá snižovat obsah kyslíku v oceli. Při obsahu manganu 1,5. 2,5% se zhoršuje svařitelnost a mohou se objevit trhliny v důsledku zvýšení tvrdosti oceli a tvorby kalících struktur.

Silikon. Obsah křemíku v uhlíkových ocelích je nevýznamný (0,03. 0,35 %). Křemík je zaveden jako dezoxidant a při obsahu do 1 % neovlivňuje svařitelnost. Když se obsah křemíku zvýší na více než 1 %, svařitelnost se zhoršuje, protože se tvoří žáruvzdorné oxidy, které vedou ke vzniku struskových vměstků. Svarový kov má zvýšenou pevnost, tvrdost a křehkost.

Chrome. V uhlíkových ocelích obsah chrómu nepřesahuje 0,25 % a v tomto množství není jeho vliv na svařitelnost významný. Konstrukční oceli typů 15Х, 20Х, 30Х, 40Х obsahují od 0,7 do 1,1 % chrómu. Při tomto obsahu chrómu se zvyšuje tvrdost a zhoršuje se svařitelnost, zejména se zvyšujícím se obsahem uhlíku. Nejhorší svařitelnost mají oceli obsahující značné množství chrómu (X5, 1X13, X17). Při svařování vznikají žáruvzdorné oxidy, snižuje se chemická odolnost oceli a vytvářejí se kalící struktury.

Nikl. Nikl zvyšuje pevnost a tažnost kovu svarového spoje a nezhoršuje svařitelnost.

Molybden. V žáruvzdorných ocelích je obsah molybdenu 0,2. 0,8 % a ve speciálních ocelích určených pro provoz za vysokých teplot se zvyšuje na 2. 3 %. Molybden výrazně zvyšuje pevnost a houževnatost oceli, ale způsobuje tendenci k tvorbě trhlin, a to jak v samotném svaru, tak v přechodové zóně.

Vanad. Vanad zvyšuje pevnost ocelí. Jeho obsah v nástrojových a zápustkových ocelích dosahuje 1,5 %. Vanad zhoršuje svařitelnost, protože může silně oxidovat a při svařování je nutné zavádět do tavicí zóny aktivní dezoxidanty.

Wolfram. Obsah wolframu ve speciálních (nástrojových a zápustkových) ocelích je do 2 %. Oceli obsahující wolfram mají značnou tvrdost a pevnost při vysokých teplotách. Wolfram zhoršuje svařitelnost, je silně oxidován, a proto svařování vyžaduje speciální techniky.

Titan a niob. Titan a niob zlepšují svařitelnost oceli. Při svařování vysokolegovaných chromových a chromniklových ocelí dochází k reakci uhlíku s chromem a vznikají karbidy chromu. To vede k poklesu obsahu chrómu podél hranic zrn, vzniku mezikrystalové koroze a destrukci svarů. Když je titan nebo niob zaveden do oceli v množství 0,5. 1 %, interagují s uhlíkem, což zabraňuje tvorbě karbidů chrómu.

Měď. V ocelích používaných pro kritické konstrukce je obsah mědi 0,3. 0,8 %. Měď zlepšuje svařitelnost, zvyšuje pevnost, plastické vlastnosti, rázovou houževnatost a odolnost ocelí proti korozi.

Síra. Zvýšený obsah síry vede k tvorbě trhlin za tepla při svařování. Nejvyšší přípustný obsah síry je do 0,06 %.

Fosfor. Zvýšený obsah fosforu zhoršuje svařitelnost, protože způsobuje vznik studených trhlin při svařování. Obsah fosforu v uhlíkových ocelích nesmí být vyšší než 0,08 %.

Kyslík. Kyslík zhoršuje svařitelnost oceli, snižuje její mechanické vlastnosti – pevnost, tažnost, rázovou houževnatost.

Dusík. Dusík z okolního vzduchu při chlazení svarové lázně tvoří nitridy železa, které zvyšují pevnost a tvrdost oceli a výrazně snižují tažnost.

Vodík. Vodík se do svarové lázně dostává z vlhkosti a koroze na kovovém povrchu, hromadí se v určitých místech svaru, tvoří plynové bubliny, způsobuje poréznost a drobné trhlinky.

Klasifikace ocelí podle svařitelnosti

Svařitelnost ocelí je hodnocena takovými kritérii, jako je sklon k tvorbě trhlin a mechanické vlastnosti svarového spoje.

Kvantitativní charakteristikou svařitelnosti oceli je ekvivalentní obsah uhlíku C_ek, který je určen vzorcem

С_ek = C + (Mn/6) + [(Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15],

kde C je obsah uhlíku, %;

Мn, Cr, Mo, V, Ni, Cu – obsah legujících prvků (mangan, chrom, molybden, vanad, nikl, měď), %.

Největší vliv na svařitelnost oceli má množství uhlíku a legujících složek, které obsahuje.

Na základě svařitelnosti se oceli dělí do čtyř skupin: oceli s dobrou svařitelností, vyhovující svařitelností, omezenou svařitelností a špatně svařitelné oceli.

Do první skupiny patří oceli, které se svařují konvenční technologií bez ohřevu. Pro zmírnění vnitřního pnutí je možné použít tepelné zpracování.

Do druhé skupiny patří oceli, u kterých při svařování za běžných podmínek zpravidla nevznikají trhliny. Pro svařování ocelí této skupiny platí omezení tloušťky svařovaného produktu a okolní teploty.

Do třetí skupiny patří oceli, které jsou za běžných podmínek svařování náchylné k praskání. Při svařování se předběžně tepelně upravují a ohřívají. Většina ocelí této skupiny je navíc po svařování tepelně zpracována.

Do čtvrté skupiny patří oceli, které se nejobtížněji svařují a jsou náchylné k praskání. Tyto oceli jsou v omezené míře svařitelné, proto se svařování provádí s povinným předběžným tepelným zpracováním, s ohřevem během procesu svařování a následným tepelným zpracováním.

V tabulce Tabulka 1 ukazuje svařitelnost a podmínky svařování ocelí různých typů a jakostí.

Tabulka 1. Svařitelnost ocelí a podmínky svařování