Témata
Reklama

Laserové svařování materiálů s větší tloušťkou stěny

Příspěvek se věnuje specifickým vlastnostem laserových svarů u jemnozrnných vysokopevných ocelí s větší tloušťkou stěny 10 a 20 mm. Zatímco v současnosti dominuje laserové svařování zejména tenkých plechů, blíží se díky zvyšování výkonu a kvality paprsku také doba aplikací pro silnější stěny. Hlavním tématem tohoto článku je využití laseru v takových aplikacích, a to v klasickém provedení bez přídavných materiálů i v provedení s přídavným drátem, metodou zvanou Cold wire welding. Několik experimentálních výsledků demonstruje sílu této metody.

Plechy S355, tloušťky 10 mm a 20 mm

Práce věnované svařování s přídavným drátem byly směrované do oblasti silnějších stěn materiálu. Právě nepřesnost sesazení limituje laserové svary, protože chybějící materiál (v podobě mezery sesazených svařovaných hran) není doplněn a dochází k propadnutí svaru. Existuje ale elegantní způsob, jak přídavný drát do svaru doplnit. Jednoduše pomocí podavače z běžné MAGové svářečky je drát dávkován do svarové lázně. Experimentální práce zahrnovala mimo jiné vliv úkosů (15° a 30°), viz tab. 1. Mechanické zkoušky i metalografická kontrola probíhaly ve SVÚM Praha. Zkoušky byly kompletní pro přípravu WPQR, splnily i NDT a vizuální kontroly, zkoušky ohybem, tvrdosti atd. Na obr. 1 je vidět makro svaru na plechu tloušťky 10 mm. Šířka svaru je cca 5 mm včetně tepelně ovlivněné oblasti. V hlavě je doplněn materiál přídavným drátem. Všechny vzorky pevnostně vyhověly a pohybovaly se nad 500 MPa pro obě tloušťky 10 i 20 mm. Vliv různého úkosování se neprojevil. Vrubová houževnatost 10mm plechu je extrémně vysoká – kolem 200 J. Zvětšování úkosu a síly stěny se projevilo snížením nárazové práce, ale stále vyhovuje normě.

Reklama
Reklama
Reklama
Obr. 1. Svar S355J2+N s přídavným drátem Tab. 1. Charakteristika svařovaných plechů z nízkolegované uhlíkové oceli S355(Značení: S1 – plech 10 mm, S2 – plech 20 mm, 15 – rozevření úkosu 15°, 30 – rozevření úkosu 30°, PM bez přídavného materiálu a bez úkosu)Obr. 2. Průběhy tvrdosti HV10 příčně svarem

Největší tvrdosti dosahovaly vzorky se stěnou 20 mm, okolo 290 HV, díky největšímu odvodu tepla. U stěny 10 mm je tvrdší svar 240 HV u svarů bez přídavného materiálu, přidaný drát redukoval výslednou tvrdost na 220 HV.


Pro zvětšení klikněte na tabulku.

Pnutí v ose svaru

Zapojení pracoviště ČVUT FJFI přineslo cenné výsledky pnutí ve svarových spojích. S přídavným materiálem jsou pnutí v ose svaru o cca 100 MPa vyšší než bez přídavného materiálu, viz obr. 3. Maximální pnutí je vždy asi 2 mm od osy svaru, tedy v přechodu do tepelně ovlivněné oblasti. Je však nutné zdůraznit, že k lomu došlo vždy daleko od svaru v základním materiálu (ZM). Jednotlivé křivky jsou měřeny na povrchu na začátku svařování (oblast 1), konci svaru (oblast 3) a ve středu (oblast 2) 300 mm dlouhých svarů. Na konci svařování (zelená křivka) jsou pnutí o 100 MPa nižší, což je způsobeno ohřevem materiálu během svařování.

Obr. 3. Zbytková pnutí ve svarech s přídavným materiálem (vlevo) a bez přídavného materiálu (vpravo) v průběhu od osy svaru

Průběh tvrdosti na příčném řezu velmi dobře koreluje s měřením zbytkových pnutí rtg metodou na obr. 4. Maximální tvrdost svaru 300 HV v jeho ose odpovídá maximu tlakových pnutí (cca 400 MPa). Mapa tvrdosti ukazuje, že nejtvrdší není svar přímo v ose (kde tuhne pomaleji), ale v blízkosti linie ztavení. Tepelně ovlivněná oblast nevykazuje výraznější tvrdost ani pnutí, což dokládá šetrnost laserového svařování na základní materiál.

Obr. 4. Zbytková pnutí (červená čára) a průběh tvrdosti (modrá čára) v grafickém znázornění, mapa tvrdosti v příčném řezu s barevným odlišením a makro příčného řezu




Pro zvětšení klikněte na tabulku.

Plechy nerez 1.4301, tloušťky 10 mm a 20 mm

Velmi podobné zkoušky byly provedeny ve stejném kolektivu také na austenitickém materiálu 1.4301, tab. 2. Makrostruktury pro tloušťky 10 a 20 mm na obr. 5 naznačují vysokou produktivitu svařování a nízké tepelné ovlivnění, prakticky bez znatelného ovlivnění. Pevnosti (tab. 3) přesahují 640 MPa, pro slabší plech jsou o málo nižší (deska A1 15). Ovšem vrubová houževnatost je u tohoto vzorku největší, přes 130 J. Větší úkos 30° se mírně projevil jak v pevnosti, tak ve vrubové houževnatosti. I při těchto zkouškách docházelo k lomu dominantně v základním materiálu.

Obr. 5. Svar nerezovým plechem 1.4301 s přídavným materiálem 316 L (OK AUTROD 316 LSi), tl. 10 mm vlevo a 20 mm vpravo Tab. 3. Pevnost a vrubová houževnatost svarů nerezového plechu

Použitelnost metody cold wire welding

Firma Matex PM se velmi aktivně věnuje hledání nových aplikací laserových technologií pro průmyslové využití. Jednou z oblastí je svařování s přídavným drátem pro silnější stěny materiálu. Doložené výsledky ukazují dobré vlastnosti svarů a vysokou účinnost svařovacího procesu. Mechanické vlastnosti, tvrdosti i únavové zkoušky jednoznačně prokázaly použitelnost metody cold wire welding pro aplikace v energetice, dopravní technice, petrochemickém průmyslu a v mnoha dalších oblastech.

RAPTECH

Doc. Ing. Stanislav Němeček, Ph.D.

nemecek@raptech.cz

//raptech-cz.webnode.cz/

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 160136
Datum: 10. 02. 2016
Rubrika: Monotematická příloha / Spojování a dělení
Autor:
Firmy
Související články
Pod pláštěm autobusu

Kdo z nás nikdy nejel autobusy značky Iveco? Meziměstské autobusy Iveco Crossway a Crossway Low Entry z Vysokého Mýta sice své cestující naleznou spíše v zahraničí(v roce 2015 byla společnost Iveco Czech Republic osmým největším vývozcem), nicméně i na českých silnicích se v nich můžeme svézt.

Elektronové svařování - perspektivní metoda pro speciální materiály

Využití elektronového svazku v průmyslové výrobě zasahuje do mnohých oblastí strojírenské výroby, např. spojování kovových i nekovových materiálů, navařování, povrchového zpracování a legování povrchu materiálů, PVD povlakování, gravírování i dělení materiálů a dnes i do moderního „3D tisku“ kovových materiálů. Nicméně svařování homogenních a heterogenních spojů je nejčastějším použitím této technologie (ve strojírenství), a proto je v současné době intenzívně zkoumáno i v Laboratoři výuky svářečských technologií na Ústavu strojírenské technologie FS ČVUT v Praze. Na tomto pracovišti je k dispozici elektronové svařovací zařízení PTR ESW 1000/12-L, dlouhodobě zapůjčené od ÚJV Řež. Tímto příspěvkem bychom rádi tuto technologii chtěli představit širší veřejnosti.

HiLASE - superlasery pro skutečný svět

Lasery nové generace, jež doposud nemají ve světě obdoby, se vyvíjejí a testují v nově postaveném centru HiLASE v Dolních Břežanech u Prahy. Využití najdou v průmyslu i ve výzkumu. V nové budově působí téměř 60 laserových specialistů a techniků, z nichž přibližně polovina je ze zahraničních, často i velmi renomovaných pracovišť.

Související články
Nová legislativa a svařování ocelí pro tlaková zařízení

V souvislosti s novými předpisy, které vznikly v EU v rámci nového legislativního rámce (NLF), dochází postupně ke změnám v českém právním řádu. Novými evropskými směrnicemi pro oblast tlakových zařízení jsou směrnice Evropského parlamentu a Rady 2014/29/EU ze dne 26. února 2014 o harmonizaci právních předpisů členských států týkajících se dodávání jednoduchých tlakových nádob na trh (platnost od 20. 4. 2016) a směrnice Evropského parlamentu a Rady 2014/68/EU ze dne 15. května 2014 o harmonizaci právních předpisů členských států týkajících se dodávání tlakových zařízení na trh (platnost od 19. 7. 2016).

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Technologické lasery a trendy vývoje za rok 2015

Letošní rok v oblasti laserových technologií byl neobyčejně bohatý na nové poznatky a přinesl i řadu nových jevů v metodice dalšího vývoje. Vznikala nová komplexní střediska laserového výzkumu a nás může těšit, že ani Česká republika nezůstala pozadu. Rozvíjí se program HiLASE, zaměřený na laserové technologie a vývoj optických komponentů, a nedávno bylo slavnostně otevřeno i středisko ELI Beamlines – Extreme Light Infrastructure – jako součást evropského plánu budování center nové generace vybavených nejvýkonnější technikou vhodnou pro naplnění programu bádání až na samé hranici poznání.

Přenosná tlaková lahev usnadňuje svářečům práci

Malá tlaková lahev Integra s vestavěným redukčním ventilem a plnicím tlakem 300 barů je vysoká pouze 68 centimetrů a její hmotnost včetně náplně je menší než 30 kg. Navíc je vybavena vestavěným ochranným krytem, který účinně chrání redukční ventil před poškozením a zároveň slouží i jako praktické madlo při její přepravě.

Od samuraje k robotice

Japonská společnost Yaskawa Electric Corporation v uplynulém roce oslavila 100. výročí od svého založení. Oslavy proběhly v prosinci i v české pobočce Yaskawa Czech.

Pórovitost svarů oceli svařovaných metodou MIG/MAG

Přes veškeré znalosti o obloukovém svařování tavící se elektrodou v atmosféře ochranných plynů (MIG/MAG) nemůžeme vyloučit všechny vady svarů. Častou vadou, zvláště u ručního svařování, je pórovitost svaru. Aby bylo možné účinně bránit vzniku pórů, je nutné znát zdroje plynů, které je způsobují, a opatření pro jejich eliminaci.

Kvalifikace svářečů ocelí

Dne 7. 7. 2013 proběhlo hlasování o přijetí normy EN ISO 9606-1 a nahrazení normy EN 287-1 touto mezinárodní. Norma byla drtivou většinou hlasů 21:3 přijata, proti hlasovalo pouze ČR, Dánsko a Norsko. Podle původní dohody se do normy následně zapracují připomínky států, které hlasovaly proti přijetí, ale o přijetí normy už se nebude znovu hlasovat. Připomínky za ČR byly odeslány, ale zapracovány nebyly!

Inovativní spojovací systémy předjímající budoucnost

Díky dlouhodobým, prověřeným zkušenostem se svařováním tradičních materiálů úspěšně uplatňovaným v automobilovém odvětví dokáže nyní firma Comau vyvíjet stále vyspělejší řešení a spojovací postupy zaměřené i na ty nejnovější materiály.

Zkoušení uhlíkových kompozitů laserem buzeným ultrazvukem

Systém laserem buzeného ultrazvuku vytváří ultrazvukový pulz s relativně „hladkým“ průběhem a minimálním časem doznívání. Popisovaný systém CLUE umožňuje generovat ultrazvukový pulz s délkou od 10 ns do 100 ns. Takový pulz je možné s výhodou použít pro zkoušení materiálů, zejména pak kompozitních.

Zrna karbidu wolframu v návarech

Odolnost klasických konstrukčních ocelí proti různým typům opotřebení je všeobecně nízká. Proto se neustále vyvíjejí různé typy a kombinace odolných materiálů, které mají za úkol snížit náklady na výměnu, popř. opravy součástí. Příspěvek se zabývá možnostmi přidání zrn karbidů wolframu do návaru, jež chrání povrch součástí před opotřebením. Následně je hodnocena odolnost povrchové vrstvy návaru, jež obsahuje karbidy wolframu v porovnání s vrstvou bez těchto částic. Tento příspěvek vznikl ve spolupráci se společností Wirpo.

Laserové technologie v průmyslové praxi

Technologie svařování a  3D dělení materiálů laserem lze bezesporu považovat za velice moderní a vysoce produktivní prostředek v dnešní strojírenské výrobě. Mnoho firem by rádo tyto technologie využilo pro zlepšení technické úrovně a také ekonomiky výroby u svých výrobků, ale zvláště malé a střední firmy, které s nimi nemají žádné zkušenosti, mají obavy z vysokých investic a z  rizika nenaplnění očekávání vkládaných do těchto technologií. Nejde ovšem jenom o zakoupení nejvhodnějšího laseru, ale naprosto nezbytné jsou i teoretické znalosti a praktické zkušenosti s těmito technologiemi.

Laserové svařování s přídavným drátem

Pod svařováním laserovým paprskem si většinou představujeme svařování bez přídavného drátu. V současnosti již existují technické možnosti drát do svaru doplnit. Můžeme jmenovat dva základní příklady, kdy přídavný drát použít. Prvním je případ svařování silnostěnných dílů, kdy sesazení není přesné a do spoje je nutné doplnit materiál, aby svar nebyl propadlý. Druhým důvodem může být potřeba modifikovat složení v místě svaru, třeba kvůli nutnosti snížení tvrdosti. Dále ukažme možnost s přídavným drátem navařovat vrstvy na povrchu.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit