Témata
Reklama

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.

Pórem se rozumí zcela nebo zčásti uzavřená dutina ve ztuhlém svarovém kovu vyplněná plynem (obr. 1). Póry dosahují širokého rozmezí tvarů a koncentrací. Norma EN ISO 6520-1 rozlišuje pór (plynová dutina převážně kulovitého tvaru), rovnoměrnou pórovitost, shluk pórů, řádek pórů, protáhlý pór, červovitý pór a povrchový pór. Tvar, rozložení a koncentrace pórů může ukazovat na jejich příčinu: rovnoměrnou pórovitost způsobuje už 1% kontaminace ochranného plynu vzduchem, při vyšší kontaminaci se objevuje silná povrchová pórovitost, shluk pórů obvykle souvisí s počátkem nebo koncem svaru, červovité protáhlé póry jsou dutiny uzavřené mezi dendrity tuhnoucího svarového kovu zapříčiněné hrubou povrchovou kontaminací základního materiálu nebo silným nátěrem.

Reklama
Reklama
Reklama
Obr. 1. Pórovitost svaru

Přípustnost pórů

Za předpokladu, že se póry vyskytují samostatně, jsou omezeny do určité velikosti a minimální vzájemné vzdálenosti, jsou – na rozdíl od ostrých svarových vad typu studených spojů a trhlin – díky zaoblenému tvaru méně nebezpečné z hlediska možného selhání výrobku za provozu. Kritéria přípustnosti pórů ve svarech jsou stanovena v normě EN ISO 5817 a v některých výrobkových normách (např. EN 1090, EN 15085), které tato kritéria dále upravují. Kromě snížení únosnosti svarového spoje póry ovlivňují těsnost svarového spoje a korozní odolnost. Vždy je však přítomnost povrchových pórů špatnou vizitkou svářeče, kontrolora, respektive celé firmy a často se neslučuje s náročnými požadavky zákazníků na vzhledové vlastnosti svaru. Firma Strojírny Prostějov, výrobce technologicky náročných svařovaných ocelových konstrukcí a svařovaných dílců pro obráběcí, stavební a dopravní stroje, si je vědoma těchto požadavků, a cíleně se proto na prevenci pórovitosti zaměřuje.

Mechanismy vzniku pórů

Rozlišujeme dvě základní příčiny vzniku pórů. Póry se mohou tvořit při metalurgických pochodech při svařování či mechanicky.

Metalurgické póry mají původ v metalurgických pochodech. Vznikají ve svarové lázni působením v tavenině rozpuštěného kyslíku, dusíku a vodíku. Zdroji plynů jsou základní a přídavné materiály a ochranné atmosféry s jejich nečistotami. Do kovových materiálů jsou uvedené prvky absorbovány během procesu výroby nebo adsorbovány na jejich povrchy účinky mezipovrchových přitažlivých sil. V oblasti oblouku jsou molekuly plynů a jiné sloučeniny (oxidy, uhličitany, sulfidy, nitridy) termicky disociovány a v atomární formě jsou absorbovány do svarového kovu, a to již ve fázi průletu kapek kovu sloupcem oblouku. Rozpustnost plynů v železe je závislá na teplotě a transformačních fázích a obecně během chladnutí taveniny klesá.

Kyslík do taveniny přechází po disociaci CO2 nebo kyslíku z ochranné atmosféry, z jejích nečistot (vzduch, vodní pára) nebo po disociaci oxidů. Dezoxidace taveniny probíhá vazbou kyslíku na uhlík podle rovnice [O] + [C] → (CO) a legujícími prvky z drátové elektrody, které mají vyšší afinitu (schopnost se vázat) ke kyslíku než železo, tj. především Mn a Si, případně ještě Al, Ti a Zr. Tyto legury vytvářejí s kyslíkem oxidy, a kyslík je proto při použití konvenčních Si a Mn legovaných drátových elektrod okamžitě vázán do strusky. Pórovitost vzniká v případě, že svarový kov není dostatečně dezoxidován (z důvodu nedostatku dezoxidačních legur nebo z důvodu jejich propalu v nadměrně dlouhém sloupci oblouku) nebo je-li obsah uhlíku v přídavném materiálu neúměrně vysoký. Kyslík v ochranné atmosféře má rovněž pozitivní vliv: výrazně snižuje povrchové napětí a viskozitu svarové lázně a tím vytváří vhodné podmínky pro odplynění svaru.

Obsah dusíku ve svarovém kovu je ovlivněn chemickým složením oceli, drátu a ochranné atmosféry, druhem přenosu kovu do svarové lázně a délkou oblouku. Svar feritických ocelí je pórovitý již při nízké kontaminaci sloupce oblouku dusíkem, a to i přesto, že obsah dezoxidačních prvků je dostatečný. Dusík se při poklesu rozpustnosti s klesající teplotou vylučuje v molekulární formě nebo jako nitrid železa či nitrid legur, které mají k dusíku vyšší afinitu (Al, Ti, Si, V, Zr, Nb, Cr, Mo, Ta a další). Tyto nitridy se v oceli vysrážejí do tuhé fáze (precipitátů) nebo přejdou do strusky. Při svařování austenitických chromniklových ocelí je dusík do nitridů vázán účinněji a odstupuje tak úplně od reakce do plynné formy. V určitém rozmezí obsahu působí dusík příznivě jako austenitotvorný prvek.

Obr. 2. Možné zdroje plynů působící pórovitost svaru

Zdroji vodíku při tavném svařování jsou vlhkost na povrchu oceli a svařovacího drátu, vodík absorbovaný při povrchových úpravách, vlhkost v ochranných plynech, zbytky maziv po tažení drátu a tzv. difuzní vodík rozpuštěný v materiálu. Ze svarového kovu v atomární formě rozpuštěný vodík za vyšších teplot účinně difunduje do okolí nebo je po poklesu teploty v molekulární formě zachycen v poruchách mřížky nebo pórech.

Zdroje plynů metalurgických pórů

V průběhu svařování oceli mohou komplexně působit vodík, dusík, kyslík a oxid uhličitý. Plyny v pórech jsou obvykle CO, sloučeniny vodíku H2O, H2S a CH4 a N2. Při MAG svařování nelegovaných a nízkolegovaných ocelí se na pórovitosti primárně podílí dusík, zatímco při svařování austenitických chromniklových ocelí vodík. Oxid uhelnatý se objevuje pouze v případě zkorodovaných a silně okujených povrchů. Vznik bublin plynu přímo z taveniny není možný. Plynové bubliny mohou být vytvořeny pouze na fázovém rozhraní pevná látka – kapalina nebo na pevných částicích v tavenině. Podmínky svařování ovlivňují jak absorpci plynů v roztavené lázni, tak její odplynění při tuhnutí. Při nevhodných podmínkách tuhnutí, kdy rychlost krystalizace taveniny je vyšší než rychlost, kterou bubliny stoupají k povrchu, mohou být tyto předběhnuty krystalizační frontou a zcela nebo zčásti uzavřeny rostoucími dendrity svarového kovu.


Pro zvětšení klikněte na tabulku.

Příčiny vzniku mechanických pórů

Póry podmíněné mechanickými příčinami vznikají, pokud jsou překryty svarem štěrbiny nebo dutiny naplněné vzduchem. Teplem rozpínající se plyn uniká místem nejmenšího odporu a probublává skrze svarovou lázeň. Mechanismus je zesílen, jsou-li kromě uzavřeného vzduchu navíc přítomny zplyňující organické látky (oleje, tuky, maziva a barvy), vlhkost nebo kovové povlaky (páry zinku). Vznik pórů je ovlivněn geometrií spoje a tloušťkou povlaků.

Tipy k prevenci pórovitosti

Možné příčiny metalurgických pórů, jakož i opatření k jejich zamezení jsou shrnuty v tabulce, která se ve firmě Strojírny Prostějov používá jako metodická pomůcka svářeče. Při zjišťování příčin pórovitosti nebývá totiž na škodu začít od naprosto základních věcí, na které se časem pozapomene.

Ing. Jan Heto, IWE

Strojírny Prostějov

HetoJ@sppv.cz

www.sppv.cz

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 160114
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.

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).

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
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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!

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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