1 metodika práce - evidencia záverečných...
TRANSCRIPT
SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA
V NITRE
TECHNICKÁ FAKULTA
118191
DIPLOMOVÁ PRÁCA
2010 Bc. Milan Matyaš
SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA
V NITRE
TECHNICKÁ FAKULTA
HODNOTENIE KVALITY ZVAROVÝCH SPOJOV V
ENERGETIKEDiplomová práca
Študijný program: Spoľahlivosť a bezpečnosť technických systémov
Študijný odbor: 5. 2. 57 Kvalita produkcie
Školiace pracovisko: Katedra kvality a strojárskych technológií
Školiteľ: Ing. Ivan Kováč
Konzultant: Ing. Peter Žúbor, PhD.
Nitra 2010 Milan Matyaš, Bc.
ČESTNÉ VYHLÁSENIE
Podpísaný Bc. Milan Matyaš vyhlasujem, že som záverečnú prácu na tému
„Hodnotenie kvality zvarových spojov v energetike“ vypracoval samostatne s použitím
uvedenej literatúry.
Som si vedomý zákonným dôsledkom v prípade, ak dole uvedené údaje nie sú
pravdivé.
V Nitre 30.apríla 2010
.............................
podpis autora DP
POĎAKOVANIE
Týmto by som chcel poďakovať Ing. Ivanovi Kováčovi a Ing. Petrovi Žúborovi,
PhD. za ich ochotu, odbornú pomoc, cenné rady, ale i pripomienky, ktoré mi pomohli pri
vypracovaní tejto diplomovej práce.
V Nitra, 30.apríla 2010 .............................
podpis autora DP
ObsahÚvod......................................................................................................................................11
1. Prehľad o súčasnom stave danej problematiky................................................................12
1.1. Prehľad použitia a základné charakteristiky nízkolegovaných CrMo a CrMoV
ocelí určených pre energetiku............................................................................12
1.1.1. Vplyv legujúcich prvkov na vlastnosti ocelí........................................13
1.1.2. Vplyv hlavných prvkov na výsledné vlastnosti ocelí...........................13
1.2.3. Vplyv tepelnej expozície na úžitkové vlastnosti nízkolegovaných
CrMo a CrMoV ocelí...........................................................................15
1.1.4. Aplikácie nízkolegovaných ocelí pre prácu v energetike....................16
1.2. Metalurgické pozadie zvárania a zvariteľnosti nízkolegovaných ocelí.............16
1.2.1. Príprava pred zváraním........................................................................20
1.2.2. Kontrola teplotného režimu počas zvárania.........................................20
1.2.3. Prídavné materiály na zváranie nízkolegovaných ocelí......................21
1.2.4. Tepelné spracovanie po zváraní...........................................................23
1.2.5. Voľba parametrov tepelného spracovania po zváraní .........................24
1.2.6. Skúšky zvarových spojov.....................................................................28
1.2.6.1. Vizuálna kontrola..........................................................30
1.2.6.2. Skúšanie kapilárnymi metódami..................................30
1.2.6.3. Skúšanie magnetickou práškovou metódou.................31
1.2.6.4. Skúšanie prežiarením...................................................32
1.2.6.5. Skúšanie ultrazvukom..................................................33
1.2.6.6. Deštruktívne skúšky zvarových spojov........................34
1.2.6. 7. Skúška ťahom..............................................................35
1.2.6.8. Skúška lámavosti..........................................................36
1.2.6.9. Skúška rázom v ohybe.................................................38
1.2.6.10. Skúška tvrdosti...........................................................39
1.2.6.11. Makroskopický a mikroskopický rozbor zvarov........41
2. Cieľ práce..........................................................................................................................44
3. Metodika práce..................................................................................................................45
3.1. Charakteristika experimentálneho materiálu nízkolegovanej ocele 16Mo3......45
3.1.1. Výroba, popis a použitie ocele 16Mo3...............................................45
3.1.2. Zvariteľnosť a tepelné spracovania po zváraní...................................47
3.2. Návrh a vypracovanie technologického postupu zvárania na nízkolegovanej
oceli 16Mo3 pre zvolený typ spoja....................................................................48
3.2.1. Požiadavky na návrh technologického postupu zvárania podľa STN
EN ISO 15607.....................................................................................48
3.2.2. Proces schvaľovania postupu zvárania podľa normy STN EN ISO
15614-1...............................................................................................48
3.2.3. Vypracovanie predbežne stanoveného postupu zvárania – pWPS v
súlade s normou STN EN ISO 15609................................................50
4. Vlastná práca.....................................................................................................................57
4.1. Vyhotovenie tupého zvarového spoja na oceli 16Mo3 podľa návrhu pWPS...57
4.2. Nedeštruktívne skúšky tupého zvarového spoja s plným prievarom na oceli
16Mo3...............................................................................................................60
4.2.1. Vizuálna kontrola................................................................................60
4.2.2. Skúška na povrchové trhliny – kapilárna kontrola..............................62
4.2.3. Skúška ultrazvukom............................................................................64
4.3. Deštruktívne skúšky tupého zvarového spoja s plným prievarom oceli
16Mo3..............................................................................................................66
4.3.1. Skúška ťahom v priečnom smere........................................................66
4.3.2. Skúška lámavosti v priečnom smere...................................................68
4.3.3. Skúška rázom v ohybe........................................................................70
4.3.4. Skúška tvrdosti HV 10.......................................................................73
4.3.5. Makroskopické posúdenie...................................................................76
4.4. Protokol o schválení postupu zvárania – WPQR...............................................78
5. Diskusia.............................................................................................................................80
6. Záver.................................................................................................................................82
7. Zoznam použitej literatúry................................................................................................83
ABSTRAKT
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Technická fakulta, Katedra spoľahlivosti
Diplomová práca, 85 strán, 2010
Naša práca je zameraná na hodnotenie zvarových spojov z nízkolegovaných ocelí
CrMo a CrMoV určených pre prácu v energetike.
V prvej časti práce sme sa venovali stručnému prehľadu použitia a základnej
charakteristiky nízkolegovaných CrMo a CrMoV ocelí určených pre energetiku
a metalurgickému pozadiu zvárania a zvariteľnosti nízkolegovaných ocelí.
V druhej časti práce sme sa zamerali na charakteristiku experimentálneho materiálu
nízkolegovanej ocele 16Mo3, návrhu a vypracovanie technologického postupu zvárania na
nízkolegovanej ocele 16Mo3 pre zvolený typ spoja a realizácii experimentálnych prác. Na
záver druhej časti sa snažíme zhodnotiť dosiahnuté výsledky.
V závere práce sme uviedli príklad aplikácie zvariteľných materiálov na výrobu
konštrukčných celkov pre oblasť energetiky z molybdénovej nízkolegovanej ocele 16Mo3,
ktorá sa použila na kotlové súčasti paroplynovej elektrárne CCPP 400MW v Malženiciach.
Kľúčové slová: energetika, nízkolegované ocele, zváranie, zvarové spoje.
ABSTRACT
Slovak University of Agriculture in Nitra, Faculty of engineering, Department of reliability
Graduation theses, 85 pages, 2010
Our work is intented on assessment of welded joints from low-alloyed steels CrMo
and CrMoV dedicated to work in the energy.
In the first part of the work we gave a brief overview of the use and basic
characteristics of low-alloyed CrMo and CrMoV steels dedicated for the energy and the
metallurgical background of welding and weldability of low-alloyed steels.
In the second part of the work we intented on characteristics of experimental
material of low-alloyed steel 16 Mo3, proposal and development of technologic process of
welding on low-alloyed steel 16Mo3 for selected type of joint and realization of
experimental work. At the end of the second part we are trying to evaluate the reached
results.
In conclusion of the work we gave an example of application of weldable material for
construction units production for energetic area from the molybdenum low-alloyed steel
16Mo3, which was used on boiler components of steam-gas power plant CCPP 400MW
in Malženice.
Key words: energy, low-alloyed steels, welding, welded joints
Zoznam použitých skratiek a značiek
MW - Megawatt
MPa - Megapascal
CCPP - Elektráreň s kombinovaným cyklom
WC - Karbidická fáza
Mo - Molybdén
Co - Kobalt
V - Vanád
Nb - Niób
W - Volfram
P - Fosfor
S - Síra
Sn - Cín
Sb - Antimón
As - Arzén
(MS) - Začiatok tvorby martenzitu
IRA (ARA) - Transformačné diagramy
(BS) – - Začiatok bainitickej premeny
VC - Karbidy vanádu
VN - Nitridy vanádu
He - Hélium
Ar - Argón
TIG - Volframová elektróda v ochrannej atmosfére v inhertnom plyne
CE - Uhlíkový ekvivalent
°C - Stupeň celzia
TOO - Tepelne ovplyvnená oblasť
R - Vnútorný priemer
e - Hrúbka steny
NDT - Nedeštruktívna defektoskopia
PT - Kapilárna metóda
MT - Magnetická prášková metóda
ET - Metóda vírivých prúdov
VT - Vizuálna kontrola
RT - Prežiarovanie
UT - Skúška ultrazvukom
LT - Skúšanie netesnosti
AE - Akustická emisia
STN EN - Slovenská technická norma (anglická norma)
ISO - Medzinárodná organizácia noriem
RTG - Röntgenové žiarenie
kHz - Kilohertz
VI - Vysielací impulz
PE - Poruchové echo
KE - Koncové echo
Rm - Medza pevnosti
Rc - Medza sklzu
HV10 - Skúška tvrdosti podľa Vickersa
F - Sila
ZM - Základný materiál
PM - Prídavný materiál
α - Uhol ohybu
FBB - Tupý zvar z lícnej strany
RBB - Tupý zvar z koreňovej strany
SBB - S priečnym tupým zvarom bočným ohybom
WPS - Predbežný postup zvárania
WPQR - Schválený postup zvárania
IWE - Medzinárodný zváračský inžinier
BW - Zvarový spoj
VWT - Skúšobná tyč pre skúšanie zvarového kovu
VHT - Skúšobná tyč pre skúšanie tepelne ovplyvnenej oblasti
dB - Decibel
lx - lux - jednotka osvetlenosti
VT_CCP 0110 - Protokol z vizuálnej kontroly
PT_CCP 0110 - Protokol z kapilárnej kontroly
UT_CCP 0110 - Protokol zo skúšky ultrazvukom
TAH_CCP 0110 - Protokol zo skúšky ťahom
L_CCP 0110 - Protokol zo skúšky lámavosti
KCV_CCP 0110 - Protokol zo skúšky razom v ohybe
T_CCP 0110 - Protokol zo skúšky tvrdosti
M_CCP 0110 - Protokol z makroskopickej skúšky
TS_CCP 0110 - Protokol zo žíhania
ÚVOD
Dnešné trendy v energetike možno charakterizovať zvyšovaným účinnosti
a efektívnosti výroby elektrickej energie a náročnejšími požiadavkami na zníženie
emisného zaťaženia. Tieto skutočnosti viedli za posledné desaťročia k vývoju nových
materiálov pre stavbu a rekonštrukciu energetických zariadení. To znamená, že sa vyvíjajú
kvalitatívne lepšie – nové ocele, ktorých hlavnými vlastnosťami sú zvýšená odolnosť voči
prevádzkovému zaťaženiu: žiarupevnosť, žiaruvzdornosť a odolnosť voči vysokoteplotnej
korózii v porovnaní s vysokopevnými nízkolegovanými oceľami predchádzajúcich
generácií .
Sú to predovšetkým ocele určené na prácu za zvýšených teplôt – v oblasti
creepového zaťaženia. Do tejto skupiny ocelí patria nízkolegované Cr, CrMo a CrMoV,
ktoré pracujú pri teplotách nad 450C, pričom z hľadiska štruktúry v nich prebiehajú
termálne aktivované procesy, vyúsťujúce do creepu. Ocele odolné proti tečeniu tak
predstavujú vhodný konštrukčný materiál, určený na kotlové systémy elektrární, obzvlášť
na konštrukciu kotlových telies, rúrkových systémov, ale aj hrubostenných
vysokotlakových rúrok, rotorov turbín, prehrievačov a iných vysokonamáhaných súčastí,
kde je spoluúčinkom namáhania zvýšená teplota a tlak.
Pri práci za zvýšených teplôt sa od konštrukčných nízkolegovaných ocelí požaduje
dostatočná žiarupevnosť, ale aj žiaruvzdornosť. Na základe predurčenia tak nachádzajú
použitie v chemickom a petrochemickom priemysle, ako tlakové nádoby reaktorov,
potrubné systémy, armatúry, atď.
11
1. Prehľad o súčasnom stave riešenej problematiky
1.1. Prehľad použitia a základné charakteristiky nízkolegovaných CrMo
a CrMoV ocelí určených pre energetiku Nízkolegované ocele prešli za posledné desaťročia úspešným vývojom, ktorý je
reprezentovaný jednak zvyšujúcimi nárokmi na aplikáciu ocelí v prostredí so zvýšenou
teplotou sýtej pary, ako aj prevádzkovou spoľahlivosťou zariadení, pracujúcich z hľadiska
dosahovanej účinnosti (v MW) pri vyšších teplotách a tlakoch. Vývoj ocelí možno
klasifikovať do 4 časových generácii:
Prvá generácia ocelí spadá medzi roky 1960-70. Jedná sa o ocele legované Mo,
V a Nb. Medza tečenia RmT vyjadrená v 105 hod. sa pohybovala na úrovni 60
MPa. Sem môžeme zaradiť ocele EM12, HCM9M, HT9, Tempaloy F9, HT91
s max. teplotou použitia 565 °C.
Druhá generácia ocelí siaha medzi roky 1970 až 1985, ocele sa vyznačovali
optimalizovaným obsahom C, Nb a V. Začiatkom 70-tych rokov sa začína
úspešne aplikovať mikrolegovanie a teda nastáva riadený vplyv jednotlivých
prvkov na tvorbu jemných disperzných precipitátov. K tomu významnou
mierou prispelo zníženie obsahu C. Medza tečenia bola takmer 100 MPa. Patria
sem ocele HCM12, T91, HCM2S s max. teplotou použitia 593 °C.
Tretia generácia ocelí bola vyvíjaná medzi rokmi 1985 až 95. Do oceli sa
pridával W na čiastočnú substitúciu molybdénu. Vďaka náhrade za W (tvorba
karbidickéj fázy WC – ktorý sa vyznačuje vysoko teplotnou stálosťou) bolo
možné zvýšiť teplotu požitia na 620°C, zároveň sa dosiahlo zvýšenie medze
pevnosti pri tečení na 140 MPa. V tomto prípade sa jedná o dnes už klasické
ocele typu P92, P122, HCM12A, NF616.
Štvrtá generácia ocelí sa vyznačuje zvýšeným obsahom W a legovaním Mo ako
aj úspešne zvládnutým procesom aplikácie legovania Co. S použitím týchto
ocelí sa uvažuje v energetických zariadeniach so superkritickými parametrami
pary, ktoré sú charakterizované teplotou 650 °C a tlakom 34,5 MPa pri účinnosti
nad 45 % .
12
1.1.1. Vplyv legujúcich prvkov na vlastnosti ocelí
Vlastnosti nízkolegovaných ocelí veľmi významne, ako už bolo uvedené, ovplyvňujú
legujúce prvky. Primárnym faktorom úspešnosti použitia ocelí je zvládnutá metalurgia ich
výroby, predovšetkým zvládnutie náročných spôsobov tepelného spracovania počas
jednotlivých etáp výroby ocele v oceliarni.
Nízkolegované Cr, CrMo a CrMoV ocele sa používajú v tepelne spracovanom
stave, pričom najmä ocele legované vanádom sú citlivé na presnosť tepelného spracovania.
Základným typom tepelného spracovania je normalizačné žíhanie a popúšťanie, alebo
zušľachťovanie. Dôsledkom takého spracovania je transformačné spevnenie, ktorým
zvyčajne označujeme spevnenie získané martenzitickou premenou a kaliteľnosť, ktorá
vyjadruje potrebnú rýchlosť ochladzovania z austenitickej oblasti na získanie
martenzitickej mikroštruktúry. Všeobecne možno povedať, že zliatinové prvky spomaľujú
transformáciu a znižujú reakčné rýchlosti ( Hrivňák, 1989).
1.1.2. Vplyv hlavných prvkov na výsledné vlastnosti ocelí
Uhlík – jeho obsah v nízkolegovaných oceliach je obvykle menší ako 0,2 hm %.
V novších typoch ocelí je jeho obsah znížení pod hranicu 0,1 %. Uhlík spomaľuje tvorbu
perlitu a bainitu a znižuje teplotu začiatku tvorby martenzitu (MS).
Chróm – je austenitotvorný prvok. Chróm zvyšuje oxidačnú odolnosť ocelí vďaka
svojej vysokej afinite ku kyslíku a následnej tvorbe oxidického filmu na povrchu ocele.
V diagrame IRA (ARA) Cr separuje perlitickú a bainitickú reakciu, spomaľuje tvorbu feritu
a znižuje teplotu začiatku bainitickej premeny (BS). Chróm vytvára v nízkolegovaných oceliach
viacero typov precipitátov. Najčastejšie sa stretávame s 3 typmi – Cr3C2 (ortorombické), Cr7C3
(hexagonálne) a Cr23C6 (kubické), z ktorých každý môže rozpustiť určité množstvo Fe.
Molybdén – je austenitotvorný prvok, ktorý separuje perlitickú a bainitickú
premenu, znižuje teplotu BS, spomaľuje tvorbu feritu viac ako tvorbu bainitu.
V nízkolegovaných oceliach vytvára hexagonálne karbidy Mo2C, z ktorých sa počas
dlhodobej expozície pri zvýšených teplotách tvoria termálne karkidy M6C (Fe4Mo2C alebo
Fe3Mo3C). Hexagonálne karbidy Mo2C môžu precipitovať v koherentnej alebo
semikoherentnej forme vo ferite a zapríčiňovať výraznejšie spevnenie, alebo zároveň aj
skrehnutie feritu.
13
Vanád – v skupine nízkolegovaných Cr,Mo,V ocelí je najdôležitejším prvkom,
vytvára karbidy vanádu V4C3 resp. VC. Stupeň jeho disperzie je závislý na teplote žíhania
a nie na čase. Výhodou je to, že VC majú malú tendenciu ku koagulácii počas dlhodobej
prevádzky pri zvýšených teplotách, a preto veľkou mierou prispievajú ku creepovej
pevnosti a celkovej životnosti materiálu. Na druhej strane je však tento karbid značne
citlivý na parametre použitej technológie zvárania, pretože rozmerová stabilita častíc V4C3
a ich spevňujúci efekt sú do značnej miery závislé na množstve tepla vzneseného do
zvarového spoja (Okumura, Imai, Nakumura, 1985).
Niób – sa začal úspešne pridávať do nízkolegovaných ocelí začiatkom 70-tych
rokov 20. storočia. Prispieva k precipitačnému spevneniu ocelí vytváraním jemných
a koherentných karbonitridov vo feritickej matrici. Vplyv nióbu je efektívnejší v kombinácii
s vanádom. Podobný vplyv ako niób má aj tantal.
Nikel – zlepšuje húževnatosť ocele, ale za cenu poklesu creepovej pevnosti. Čiastočným
nahradením niklu meďou dôjde k určitému vzrastu creepovej pevnosti.
Bór – pomáha redukovať hrubnutie karbidov M23C6 a tiež napomáha nukleácii nitridu
vanádu VN. Vyskytuje sa najmä vo forme (Fe,B) 23C6. Podobný vplyv na karbid M23C6 má aj
Si,Al.
Kobalt – počas popúšťania resp. žíhania vytvára jemné a disperzné karbidy.
Spomaľuje hrubnutie legovaných karbidov, pretože zvyšuje aktivačnú energiu C a nie je
rozpustný v legovaných karbidoch. Má tiež pozitívny vplyv na medzu pevnosti pri tečení
(Viswanathan, Bakker, 2000).
Volfrám - sa v nízkolegovaných oceliach uplatňuje iba niekoľko rokov. Môže
vytvárať dva druhy karbidov, a to M6C alebo WC. V prípade M6C sa jedná o termálne
karbidy Fe4W2C alebo Fe3W3C . Karbid M6C vzniká pri nižších koncentráciách chrómu
a pri nižších teplotách. W spomaľuje vytváranie chrómových karbidov.
14
1.2.3. Vplyv tepelnej expozície na úžitkové vlastnosti nízkolegovaných CrMo a
CrMoV ocelí
Creepové vlastnosti nízkolegovaných ocelí sú určené nielen základným zloženým
ocele a jej mikroštruktúrou, získanou aplikovaným tepelným spracovaným, ale aj obsahom
nečistôt v oceli - nežiaducimi prvkami, ako sú P, S, Sn, Sb, As podľa autora ( Franzoni,
1996).
Z teórie ocelí vyplýva, že v zušľachtenom stave tieto prvky môžu znižovať
plasticitu a vlastnosti húževnatosti tým, že segregujú na hraniciach austenitických zŕn.
Kavity počas creepu môžu nukleovať aj malé častice MnS, ktoré sa do oblasti hraníc zŕn
mohli dostať likvačným mechanizmom. Rast kavít kontroluje rýchlosť deformácie cez
mechanizmus, v ktorom difúzia hrá väčšiu úlohu ako poklzy na hraniciach zŕn.
Kombinovaným účinkom segregácie rozličných prvkov je modifikácia morfológie kavít
tak, že pri vyššom obsahu nečistôt sa väčšmi blížia trhlinám (Hrivňak, 2000).
V skupine žiarupevných ocelí sa osobitná úloha pripisuje hliníku, ktorý zvyčajne
používame na finálnu dezoxidáciu ocele. Hliník zoslabuje väzbu medzi uhlíkom a
karbidotvornými prvkami najmä v nízkolegovanej 0,3% Mo oceli. Vyššie obsahy hliníka v
nízkolegovaných oceliach vedú k destabilite špeciálnych karbidov. Keďže prítomnosť
vysokodisperzných karbidov významne prispieva ku creepovej pevnosti ocele,
destabilizácia karbidov vedie k poklesu creepovej pevnosti. Hliník robí oceľ jemnozrnnou.
Jemné zrná však nemajú priaznivý vplyv pri vystavení ocele vysokým teplotám pri nízkom
napätí. Creepové poškodenie môže mať potom tvar intergranulárnej kavitácie, ako vyplýva
z dlhodobých výskumov (Seth, 1980).
V literatúrach už boli zaznamenané prípady grafitizácie nízkolegovaných ocelí, kde
proces grafitizácie sa dáva do súvislosti s vysokým zvyškovým obsahom hliníka v oceli.
Uvádza sa, že prítomnosť nitridov hliníka AlN a oxidov hliníka Al2O3 podporuje nukleáciu
grafitu.
Z toho dôvodu sa odporúča limitovať v žiarupevných oceliach obsah hliníka do 0,015
%. Grafitizáciu môže brzdiť aj vyšší obsah zliatinových prísad. Napr. chróm tvorí oveľa
stabilnejšie karbidy, ktoré väčšmi odolávajú grafitizácii, preto namiesto molybdénom
legovaných ocelí začali používať CrMo ocele všade tam, kde sa pri vyšších teplotách (parné
15
elektrárne) vyžadovala dlhá životnosť. Creepové vlastnosti základných druhov CrMoV ocelí
dokumentuje
Obr. 1 Príspevok spevnenia nízkolegovaných ocelí pri vyšších teplotách
(Bhadeshia,H.K.D.H, 2001).
1.1.4. Aplikácie nízkolegovaných ocelí pre prácu v energetike
Rozsah použitia týchto ocelí v energetike je veľmi široký. Od komponentov pre
turbínové rotory cez celokované rotory pre vysokotlaké a strednotlaké časti parných turbín
až po ocele pre parné kotle, ocele na turbogenerátory. Ďalej sa vyrábajú z nízkolegovaných
ocelí rôzne typy prehrievačových a ohrievačových slučiek, bubne parných kotlov, rôzne
typy potrubí, plynové turbíny, svorníky, ktoré sa používajú na utesnenie turbínových skríň
atď. Napr. do teplôt 550 °C sú to CrMo a CrMoV feriticko - perlitické ocele, legované W
(napr. trieda 13 120), pre prehrievačové rúrky kotlov, potrubia, súčiastky so zaručenou
zvariteľnosťou (napr. triedy 15 110, 15 111, 15 123), pre lopatky parných turbín, súčiastky
armatúr (napr. triedy 15 223, 15 320, 15 335).
1.2. Metalurgické pozadie zvárania a zvariteľnosti nízkolegovaných ocelí
Na zváranie CrMo ocelí možno použiť všetky zváracie procesy, ktoré sa používajú
pri zváraní nelegovaných ocelí. Ide o ručné oblúkové zváranie, zváranie v ochranných
atmosférach, zváranie pod tavivom, elektrotroskové zváranie, zváranie elektrónovým
16
lúčom, laserové zváranie a zváranie trením, alebo elektrickým odporom (Singh Raman,
Muddle, 2000).
Nízkolegované ocele možno aj spájkovať tvrdým spájkovaním, tu však musíme
uvážiť účinok spájkovacieho teplotného cyklu na vlastnosti základného materiálu. Pred
rokmi bolo populárne aj zváranie plameňom, najmä spojov na rúrkach, ale vzhľadom na
obťažnosť kontroly chemického zloženia a celistvosti zvarov, ako aj na neurčitosť
mechanických vlastností zvaru (nahromadenie uhlíka alebo vyhorenie legúr), bol tento
spôsob zvárania nahradený oblúkovými technikami. Najlepšie vlastnosti zvarových spojov
získame po tepelnom spracovaní, ktorým je normalizácia, žíhanie, alebo zušľachtenie.
Zvary môžeme rozdeliť do dvoch základných skupín a to s veľkou hrúbkou a tenké.
Kým pri malých hrúbkach nehrá dôležitú úlohu indukovanie a rozloženie napätí, pri
veľkých hrúbkach môžu pnutia viesť k vzniku trhlín. Bez ohľadu na to, aký proces na
zváranie použijeme, je potrebné minimalizovať obsah vodíka, pretože jeho prítomnosť v
zvare najviac podporuje vznik trhlín alebo aj pórovanie. Elektródy zvyšujúce obsah chrómu
v zvare vyžadujú použitie krátkeho zváracieho oblúka, aby sa zabránilo vyhoreniu chrómu
a nadusíkovaniu zvaru.
Pri zváraní v argóne volfrámovou elektródou sa všeobecne neodporúča negatívna
polarita na elektróde. Pre viac legované chrómové ocele sa neodporúča zváranie striedavým
prúdom. Ako ochranný plyn sa odporúča použitie argónu, hélia alebo ich zmesi, Ar - 2,5 %
CO2 alebo He - Ar - 2,5 % CO2.
Kvapkový prenos vyžaduje použitie malopriemerovej elektródy a nižšie zváracie
napätie, ktoré je vhodné na tenké prierezy. Relatívne nízky tepelný príkon tohto procesu
limituje rast zrna v tepelne ovplyvnenej oblasti. Keďže však takýto proces môže rezultovať
v nedokonalom pretavení, je často obmedzený na nekritické aplikácie.
Možno použiť aj pulzný sprchový prenos pri elektródach väčšieho priemeru s
lepšou kontrolou zvarového kúpeľa. Pulzné zváranie umožňuje použitie menšieho
tepelného príkonu. CrMo ocele možno tiež zvárať pod tavivom na jednu alebo viac vrstiev.
Zvýšenú pozornosť musíme venovať použitiu vhodného taviva, pretože stupeň vyhorenia
legujúcich prvkov závisí od druhu taviva. Aj keď tepelný príkon možno meniť v širokom
intervale, treba starostlivo kontrolovať podmienky zvárania.
17
Zváracie napätie, prúd a rýchlosť zvárania ovplyvňujú množstvo nataveného taviva,
a tým aj chemické zloženie zvarového kovu. Doposiaľ sa odporúčalo použitie
jednosmerného prúdu. So zdokonalením zváracích zdrojov sa však čoraz viac prechádza na
zváranie modulovaným striedavým prúdom, najmä pre lepšiu stabilitu oblúka.
Pre väčšinu CrMo ocelí musíme použiť tavivo na odstránenie oxidov chrómu zo
zvarových hrán a z roztaveného kovu. Oxidy chrómu majú vysokú teplotu tavenia, výrazne
nad teplotou tavenia zváranej ocele. Okrem toho oxidy chrómu, alebo komplexné oxidy
galaxitického typu sú veľmi tenké, takže môžu zostať na povrchu zvaru bez toho, aby sme
ich spozorovali. Preto treba po odstránení trosky ešte povrch húseniek prečistiť oceľovým
kartáčom, alebo zľahka prebrúsiť, aby sme tieto oxidické filmy odstránili. Tento problém je
aktuálny najmä pri obsahoch chrómu okolo a nad 3 %. Je výhodnejšie venovať odstráneniu
povrchových oxidov dostatočnú pozornosť už počas zvárania. Aby sme získali celistvé
zvarové spoje, zvarové hrany musia byť dobre očistené. To isté platí aj pre odporové
bodové alebo švové zváranie. Stupeň očistenia povrchu od oxidov závisí od použitého
spôsobu zvárania a požadovanej kvality zvaru.
Pravdepodobne najjednoduchším typom zvarového spoja je zváranie rúrok.
Pozdĺžne alebo obvodové tupé zvary sú stále dosť kritické. To isté možno povedať aj o
spojoch rúrka - rúrkovnica alebo o návarových vrstvách. Pri zváraní rúrkových spojov sa
niekedy požaduje zvárať rôznorodé ocele. Zvárajú sa aj rotory parných a plynových turbín
z tohto materiálu. Na tenkostenné výmenníky možno použiť aj zváranie TIG s horúcim
drôtom alebo zváranie plazmou, podľa dokumentácie IIW.
Použiť možno aj laserové zváranie. Pri výrobe zvarových spojov rúrka rúrkovnica
sa s úspechom využíva aj zváranie elektrónovým lúčom. Tento spôsob je vhodný aj z
hľadiska ochrany zvarov pred oxidáciou, pretože sa zvára vo vákuu. Výhodou je aj úzka
tepelne ovplyvnená oblasť a nepatrná deformácia oblasti zvaru. Všeobecne húževnatosť
zvarového kovu je nižšia ako základného materiálu. Očakáva sa rozšírenie
elektrónovolúčového zvárania aj pri výrobe tlakových nádob.
Pri výrobe tlakových nádob a kotlových telies s väčšou hrúbkou steny bola úspešne
zvládnutá technológia zvárania do úzkej medzery – z angl. Narrow Gap Welding. Tento
postup nahrádza elektrotroskové zváranie, pretože má viac predností, a to:
18
umožňuje podstatné zníženie tepelného príkonu a tým získanie dobrej
húževnatosti zvaru
malý objem zvarového kovu minimalizuje distorziu a znižuje výrobnú cenu
množstvo difúzneho vodíka je malé, a preto je nižšie aj potenciálne
nebezpečenstvo praskania zvarov.
Vzhľadom na chemické zloženie nízkolegovaných CrMo a CrMoV, ako aj
legovaných CrMo ocelí je ich zvariteľnosť limitovaná. Tieto ocele sú náchylnejšie na
prekalenie, majú vysoký uhlíkový ekvivalent, a preto sú náchylnejšie na vznik prasklín, čo
vyjadruje uhlíkový ekvivalent.
Vplyv chemického zloženia na studené praskanie sa hodnotí tzv. uhlíkovým
ekvivalentom (CE), ktorý nám vyjadruje súhrnný vplyv legujúcich prvkov na zvariteľnosť
ocele. Čím menšia je hodnota uhlíkového ekvivalentu, tým je oceľ zvariteľnejšia a
odolnejšia voči studenému praskaniu. Pre nízkolegované ocele možno použiť tieto uhlíkové
ekvivalenty (Yorioka, 2001).
Hodnoty CE môžeme použiť len do určitého obsahu legujúcich prvkov v oceli,
C:0,07-0,22%, Si0,6%, Mn:0,4-1,4%, Cu0,5%, Ni1,2%, Cr1,2%, Mo0,7%,
19
V0,12%, Ti0,05%, Nb0,04%. Pre vyššie legované ocele už nemáme objektívne
kritérium pre celkové ohodnotenie vplyvu legujúcich prvkov.
Studené praskanie vzniká pri teplotách nižších ako 200 °C. Poznáme dva druhy
studených prasklín. Prvé, ktoré vznikajú počas chladnutia zvaru alebo krátko po ňom.
Druhé, ktoré vznikajú po dlhšom čase (týždňoch, mesiacoch) pri prevádzkovej resp. izbovej
teplote (Yurioka, 1995).
Chrómom legované ocele majú aj vysokú vrubovú citlivosť, preto je potrebné pri
zváraní CrMo a CrMoV ocelí použiť predhrev a často kontrolovať aj celý teplotný režim
zvárania, vrátane predpísaného tepelného spracovania po zváraní (žíhania). Nezriedka sa
odporúča pri zváraní hrubých prierezov použiť aj medzižíhanie po vyplnení napr. ⅓ alebo
½ prierezu zvaru. Viac legované ocele sú tiež náchylné na vodíkové skrehnutie, ak sa
v oblasti zvaru vyskytuje martenzitická alebo dolnobainitická štruktúra. Najvážnejším
typom prasklín sú v tomto prípade studené (vodíkom indukované) praskliny. Môžu vznikať
rovnako v tepelne ovplyvnenej oblasti ako v zvarovom kove.
1.2.1. Príprava pred zváraním
Vzhľadom na chemické zloženie nízkolegovaných ocelí CrMo a CrMoV, ako aj
legovaných CrMo ocelí je ich zvariteľnosť limitovaná. Pri zváraní týchto ocelí treba
kontrolovať teplotný režim zvárania, vrátane tepelného spracovania po zváraní. Na druhej
strane treba uviesť, že dnešná metalurgia nízkolegovaných ocelí ide smerom vývoja ocelí,
u ktorých odpadne potreba predohrevu a tiež aj tepelného spracovania po zváraní.
Z pohľadu možných defektov zvarových spojov sa môžeme stretnúť najmä so studenými
prasklinami.
Nízkolegované ocele sú náchylné na prekalenie, majú relatívne vysoký CE a tým
pádom sú náchylné na studené praskanie. Studené praskanie, nazývané aj vodíkom
indukované praskanie, môže vznikať rovnako v TOO, ako aj v zvarovom kove. Vodíkové
praskanie je ovplyvnené chemickým zložením ocele (hodnoty CE), obsahom vodíka
v základnom materiáli a prídavnom materiáli, zváracím príkonom. Ďalšie dôležité faktory,
ktoré ovplyvňujú studené praskanie sú zvyškové napätia vo zvare, koncentrácia vrubov,
hrúbka materiálu, spôsob kladenia zvarových húseníc a okolitá teplota (Hrivňak, 1989).
20
1.2.2. Kontrola teplotného režimu počas zvárania
Medzivrstvová (interpass) teplota pri zváraní CrMo ocelí má rovnaký význam ako
teplota predhrevu. Zvyčajne sa vzťahuje na teplotu predhrevu, alebo je o niečo nižšia. Nie je
výhodné, ak interpass teplota je príliš vysoká (pri čiare MS, alebo nad MS) pretože pri takýchto
teplotách sa môže stabilizovať austenit. Všeobecný vzorec pre výpočet medzivrstvovej teploty
neexistuje. Interpass teplotu môžeme ju zmerať, rovnako ako teplotu predhrevu, z niektorej
skúšky praskavosti.
Medzioperačná teplota, t. j. teplota medzi operáciou zvárania a žíhania má rovnakú
dôležitosť. Zvarové spoje, ktoré vyžadujú žíhanie, sa neodporúča medziochladiť na teplotu
miestnosti, ak sme neurobili špeciálne opatrenia na zamedzenie vzniku oneskorených trhlín,
alebo lomov.
Súčasti vyššej tuhosti (väčšia hrúbka a zložitejší tvar) predovšetkým zvykneme po
zváraní dohrievať, alebo chladnú v izolačnom zábale. Teplota dohrevu musí byť bezpečne
nad teplotou húževnato-krehkého prechodu zvaru, nad teplotou vrubovej citlivosti ocele a
tiež nad minimálnou teplotou, pri ktorej je ešte zabezpečené difundovanie vodíka.
Nedodržanie tejto zásady môže viesť napr. k vzniku priečnych trhlín (alebo trhliniek)
v zvare. Teplotou dohrevu môže byť 200 až 350°C a dohrev možno kombinovať
s medzioperačnou teplotou, t. j. tou, z ktorej už zvarenec žíhame. Ako medzioperačná
teplota sa používa interval 150 až 250°C. Potreba kontroly teplotného režimu je nutná
z hľadiska vzniku rôznych defektov ako sú horúce praskliny, kryšralizačné praskliny
a žíhacia praskavosť.
1.2.3. Prídavné materiály na zváranie nízkolegovaných ocelí
Primárnymi faktormi na výber prídavného materiálu sú chemické zloženie a
prevádzkové podmienky zvarov. Chemické zloženie prídavného materiálu a mechanické
vlastnosti zvarového kovu musia byť blízke zváranej oceli. V prípade nízkolegovaných
žiarupevných ocelí používaných pri vysokých teplotách v creepovej oblasti musí mať
zvarový kov rovnako dobrú creepovú pevnosť ako zváraná oceľ. Ak je v prevádzke
nebezpečenstvo oxidácie alebo korózie, oxidačné a korózne vlastnosti zvarového kovu
musia byť čo najbližšie týmto vlastnostiam základného materiálu. V prípadoch, v ktorých je
špecifikovaná dovolená maximálna tvrdosť, musí sa použiť nízkouhlíkový prídavný
21
materiál. Vzhľadom na vysokú citlivosť nízkolegovaných ocelí na vodíkové praskanie sa na
zváranie predpisuje použitie nízkovodíkových elektród.
Na zváranie CrMo a CrMoV ocelí sa používajú elektródy rovnakého chemického
zloženia, ako má zváraná oceľ. Pre molybdénom legované ocele (0,25%Mo) sa používajú
elektródy dávajúce nelegovaný zvar alebo 0,5%Mo elektródy 2¼Cr1Mo alebo 5Cr½Mo.
Pre 7 a 9CrMo ocele sa odporúča použitie elektród 9Cr1Mo. Pri zváraní rovnakých ocelí
percento Cr a Mo v zvarovom kove a jeho pevnosť by nemali byť nižšie ako požadované
hodnoty základného materiálu. Pri zváraní rôznorodých ocelí zvarový kov môže mať
nižšie, rovnaké alebo vyššie legovanie ako základný materiál. Ak jeden zo zváraných
kovov je austenitický, možno na zváranie použiť aj austenitický zvar. To isté platí o
poduškovaní. Treba upozorniť, že Cr v prídavnom materiáli zvyšuje pevnosť zvaru. Chróm
ďalej zvyšuje oxidačnú odolnosť zvaru. Vhodnou kombináciou k chrómu je molybdén
(Pilous, 1981).
Prísada chrómu zas zvyšuje tranzitnú teplotu vrubovej húževnatosti a vrubovú
citlivosť. Molybdén zvyšuje rovnako pevnosť zvaru, ale zvyšuje aj vrubovú húževnatosť
zvaru. Molybdén potláča vznik voľného feritu v mikroštruktúre zvaru a podporuje tvorbu
acikulárneho feritu. Na zváranie molybdénom legovaných ocelí pracujúcich pri vyšších
teplotách sa odporúča použitie 0,5%Mo elektródy. Keďže však zvarový kov tejto elektródy
pri dlhodobej prevádzke v oblasti vyšších teplôt má tendenciu ku grafitizácii, častejšie sa
používajú 1Cr½Mo elektródy.
Uvádza sa (Wada, Eldis, 1980). že zvarové kovy tejto skupiny majú vyššiu citlivosť
na vodík ako základný kov, napr. ak na zváranie 2¼Cr1Mo ocele použijeme ½Cr½Mo
prídavný materiál, pevnosť zvaru bude rovnaká ako má základný materiál. Po istom čase
práce v prostredí horúceho vodíka sa zvar bude oduhličovať a začne praskať.
Ďalej sa treba pri zváraní vyhnúť neprievarom a zlému formovaniu zvaru, ako aj
ostrým prechodom zvaru do základného materiálu. Všetky nerovnosti môžu absorbovať
nečistoty, ktoré môžu spôsobovať korózne poškodenie, najmä nízkotaviteľné komponenty,
akými sú oxidy vanádu, sodíka a zinku, môžu spôsobiť rozrušenie ochranného oxidického
povlaku na povrchu kovu. Ostré prechody a zlá kresba môžu mať aj vrubový účinok a
môžu viesť k lokálnej koncentrácii deformácie a nasledujúcemu lomu.
Základné typy elektród podľa [4] na zváranie CrMo možno zhrnúť nasledovne:
22
na zváranie ocelí typu ½ až 1¼CrMo sa odporúča použitie elektród 1¼Cr½Mo
pre 2 až 2¼CrMo ocele sa odporúčajú elektródy 2¼Cr1Mo
pre 3 až 5CrMo ocele možno použiť elektródy nelegované elektródy
o ½ Mo (½ Cr- ½ Mo)
o 1¼Cr - ½ Mo
o 2¼Cr - 1Mo
o 5Cr - ½ Mo
o 9 Cr - 1Mo
Typické chemické zloženie zvarového kovu pre jednotlivé typy CrMo ocelí je
uvedené v tab. 1.
Tab. 1 Typické chemické zloženie zvarového kovu (% hm.)
Typ C Mn S Si Cr Mo
C-Mn 0,06 0,4-0,8 0,02 0,25 - 0,50
1/2Cr 1/2Mo 0,10 0,75 0,02 0,40 0,50 0,50
11/2Cr-1/2Mo 0,06 0,50 0,02 0,50 1,25 0,55
2Cr - 1/2Mo 0,04 0,75 0,02 0,75 2,00 0,50
21/4Cr - 1Mo 0,10 0,75 0,02 0,40 2,25 1,00
Okrem uvedených prídavných materiálov možno použiť aj iné, pokiaľ sú
akceptované. kvalifikačnými a prevádzkovými skúškami.
1.2.4. Tepelné spracovanie po zváraní
Tepelné spracovanie je popri chemickému zloženiu základného materiálu
a zváraného kovu faktorom, ktorý zásadným spôsobom ovplyvňuje úžitkové vlastnosti
zvarového spoja. Zvarové spoje na CrMo oceliach možno uviesť do prevádzky alebo v
stave po zvarení, v stave po žíhaní na odstránenie napätí, alebo po normalizácii a žíhaní.
Tepelné spracovanie po zváraní možno vynechať v prípade použitia vysokej teploty
predhrevu a malých hrúbok. Ocele obsahujúce do 1,25 %Cr a 0,5 %Mo majú dostatočnú
ťažnosť aj v stave po zváraní, najmä ak sa zvárajú prídavným materiálom s nízkym
23
obsahom uhlíka (pod 0,05 %). Zvary na oceliach s vyšším obsahom legúr sa však musia po
zváraní žíhať bez ohľadu na hrúbku steny.
Žíhanie zvarových spojov pod teplotou AC1 má tri účely predovšetkým je to
odstránenie, alebo minimalizácia zváraním indukovaných zvyškových napätí
druhým účelom je optimalizácia mikroštruktúry zvarov, zvlášť, ak obsahujú
tvrdšie rozpadové komponenty. Mikroštruktúra zvarov po žíhaní má byť taká,
aby bola zaručená jej stabilita pri dlhodobej prevádzke zariadenia v oblasti
zvýšených teplôt. Rozpadom presýtených tuhých roztokov vznikajú karbidy
cementitického typu, ktoré sa neskôr môžu transformovať na karbidy chrómu,
alebo molybdénu, prípadne v oceliach legovaných vanádom na karbidy vanádu.
Iba vhodné zloženie karbidov a vhodný stupeň ich disperzie zaručuje zvarom
dostatočné creepové vlastnosti a tým aj požadovanú životnosť zariadenia.
Niektoré karbidy môžu vyvolávať skrehnutie zvarov.
tretím dôvodom žíhania je rozmerová stabilita zvarencov. Najmä zvarové spoje
s bainitickou mikroštruktúrou (horný bainit) môžu obsahovať väčší podiel
zvyškového austenitu, ktorý sa môže v prevádzke pozvoľne rozpadať a
spôsobovať objemové zmeny.
1.2.5. Voľba parametrov tepelného spracovania po zváraní
Po zváraní CrMo a CrMoV ocelí zvyčajne aplikujeme tepelné spracovanie. Teplota
a parametre takéhoto spracovania sú obsiahnuté v predpisoch a kódoch buď pre samotný
materiál, alebo pre isté typy výrobkov. Základným typom tepelného spracovania po zváraní
tejto skupiny ocelí je žíhanie.
Pri žíhaní kombinovaných zvarových spojov, v ktorých spájame ocele rozličného
chemického zloženia, platí všeobecné pravidlo, že parametre žíhania vyberáme podľa
vyššie legovanej ocele. Všeobecne ak robíme opravy zváraním na už žíhanej konštrukcii, je
potrebné vyžíhať ju znovu.
Všade tam, kde je to možné, uprednostňujeme žíhanie celých výrobkov (napr.
tlakových nádob) ako celku, v dielenských podmienkach v peci. Iba tam, kde takýto postup
nie je možný (montážne podmienky), možno použiť lokálne žíhania oblasti zvarov s tým,
24
že šírka žíhanej oblasti je minimálne , kde R je vnútorný priemer nádoby a e hrúbka
steny (všetko v mm).
Pri lokálnom žíhaní musíme kontrolovať teplotné gradienty, aby príliš veľké
rozdiely medzi teplotami dvoch miest neviedli k vzniku veľkých termálnych napätí.
Rýchlosti ohrevu na teplotu žíhania sú pri dielenskom žíhaní zvyčajne nižšie ako pri
lokálnom a nemali by presiahnuť 220°C/h pre hrúbky steny do 25 mm, alebo 6875/e (°C/h)
pre väčšie hrúbky. Pod teplotou ~400°C už môže zvarenec chladnúť na pokojnom vzduchu.
Všeobecne udávané teplotné oblasti žíhania zvarových spojov na CrMo oceliach sú
nasledovné:
1/2Cr - 1/2Mo, 1Cr - 1/2Mo medzi teplotami 550 – 710°C
1-1/4Cr - 1/2Mo v rozmedzí 560 – 740 °C
2-1/4Cr - 1Mo a 3Cr - 1Mo pre teploty 680 – 750°C
5Cr - 1/2Mo, 7Cr - 1/2Mo a 9Cr - 1Mo medzi teplotami 680 – 760°C
Počas žíhania vznikajú rozličné štruktúrne zmeny. Predovšetkým sa rozpadá
martenzit na feriticko-karbidickú zmes. Základná morfológia štruktúry, pozorovaná
svetelným mikroskopom, zostáva však nezmenená. To značí, že metalografickou analýzou
v svetelnom mikroskope väčšinou nevieme posúdiť, či bol zvar žíhaný alebo nie. Súbežne
s rozpadom martenzitu sa vylučuje karbidická fáza. Prvým karbidom je vždy cementit,
M3C. Tento neskôr môže transformovať na Cr7C3, alebo vo zvarovom kove na Mo2C,
prípadne aj v tepelne ovplyvnenej oblasti môže vzniknúť karbid Mo2C. Ďalším štádiom
rozpadu môže byť karbid M23C6, alebo vo vanádom legovaných oceliach predovšetkým
karbid vanádu VC. Pri vysokých teplotách žíhania, alebo po dlhých časoch prevádzky
zariadenia v oblasti vyšších creepových teplôt sa môže vyskytnúť aj M6C.
Pre analýzu produktov žíhania používame parameter žíhania TP (Tempering
Parameter) podľa Hollomona a Jaffeho, alebo Larsen-Millerov parameter (LMP)
TP = T(c + logt)x10-3,
kde T je žíhacia teplota v K, t je čas žíhania v hodinách a c je konštanta, pre
nízkolegované CrMo a CrMoV ocele c=20.
25
Treba upozorniť, že precipitácia karbidov molybdénu môže v istom štádiu vyvolať
zkrehnutie ocele (tzv.590°-ové skrehnutie), preto molybdénom viac legované ocele musíme
pri žíhaní vyhriať nad túto teplotu rýchlejšie. V prípade ocelí legovaných vanádom, možno
v rannom štádiu precipitácie karbidu vanádu zasa pozorovať sekundárne vytvrdzovanie a
s ním spojené skrehnutie, takže aj tomuto stavu sa musíme vyhnúť. Nakoniec treba uviesť,
že viac legované chrómové ocele môžu krehnúť aj pri dlhšom vystavení teplote okolo 475
°C (tzv. 475 °-ové skrehnutie) ako dôsledok usporiadania tuhého roztoku.
Spôsoby tepelného spracovania, používané pre CrMo ocele sú rovnaké, ako pre iné
kaliteľné ocele, menovite: žíhanie, normalizácia a popúšťanie, zušľachťovanie a iba popúšťanie.
Pri normalizačnom spracovaní, alebo zušľachtení je teplotou ohrevu 850-920 C, s
výdržou asi 30 min na 10 mm hrúbky s nasledujúcim rýchlejším ochladením na pokojnom
vzduchu, vodnej pare alebo pri kalení ponorením do vody alebo striekaním vodou. Takéto
spracovanie má za následok spevnenie ocele, ktorá sa potom popúšťa alebo žíha. Žíhacia
teplota (680-730 C) leží pod kritickou teplotou premeny AC1 .
Podľa AWS D 10.8.61 (Welding of Chromium-Molybdenum Steel Piping) sú
odporúčané teploty žíhania kombinovaných zvarových spojov nasledovné (tab. 2). Tieto
teploty nám slúžia na zabránenie poškodenia zvarových spojov v prevádzke vplyvom
termálneho krehnutia.
Tab. 2 Odporúčané teploty žíhania kombinovaných zvarových spojov tlakových potrubí
p.č
.
Označen
ie
Uhlí-
katá
C-
M
o
1/2Cr
-
1/2M
o
1Cr-
1/2
Mo
11/4
Cr-
1/2M
o
2Cr-
1/2
Mo
21/4
Cr-
1Mo
5Cr-
1/2
Mo
7Cr-
1/2
Mo
9Cr-
1Mo
18/8
CrN
i
1 Uhlíkatá - B C C D D D E E E A
2 C-Mo B B C C D D D E E E A
3 Cr-
Mo
C C C C D D D E E E A
4 1Cr- C C C C D D D E E E A
26
sek.
Mo
5 Cr-
Mo
D D D D D D D E E E A
6 2Cr-
Mo
D D D D D D D E E E A
7 Cr-
1Mo
D D D D D D D E E E A
8 5Cr-
Mo
E E E E E E E E E E F
9 7Cr-
Mo
E E E E E E E E E E F
10 9Cr-
1Mo
E E E E E E E E E E F
11 18/8
CrNi
A A A A A A A F F F -
Vysvetlivky
A. Tepelné spracovanie po zváraní sa zvyčajne nevyžaduje.
B. Tepelné spracovanie sa vyžaduje, ak je obsah uhlíka vyšší, ako 0,20% a hrúbka
zvaru prevyšuje 12 mm. Ohrev na 630 až 690 °C so zotrvaním na teplote min.30
min na 10 mm hrúbky steny.
C. 660 až 710 °C, 30 min. na 10 mm hrúbky, s výnimkou armatúr menších, ako 50
mm, rúrok menšieho priemeru, ako 100 mm pri hrúbke steny menšej, ako 12 mm.
D. 700 až 740 °C, 30 min. na 10 mm hrúbky, s výnimkou armatúr menších, ako 50
mm, rúrok menšieho priemeru, ako 100 mm s hrúbkou steny menšej, ako 12 mm.
E. 710 až 740 °C, 30 min. na 10 mm hrúbky, s výnimkou armatúr menších, ako 50
mm, rúrok menšieho priemeru, ako 100 mm s hrúbkou steny menšej, ako 12 mm.
Náchylnosť ocele na termálne krehnutie možno skúšať aj pomocou tzv. stupňového
chladnutia vzoriek. Oceľ sa vyhreje na teplotu 600 C alebo vyššie, a potom sa chladí podľa
predpisov GE (firmy General Electric), Braun (C.F.Braun and Co.), (tab. 3) alebo SOCAL.
27
Tab. 3 Charakteristika troch skrehujúcich spracovaní stupňového ochladzovania
Teplota
(C)
Expozičný čas (h) Rýchlosť chladnutia (C/h)
GE Braun SOCAL GE Braun SOCAL
595 1 1 1 6 6 6
540 15 15 15 6 6 6
525 24 24 24 6 6 6
495 60 60 60 3 3 6
470 125 100 100 28 28 28
315 --- --- --- vzduch vzduch vzduch
Po takomto tepelnom spracovaní sa hodnotí miera poklesu vrubovej húževnatosti.
Posun tranzitnej teploty je jedným z kritérií na hodnotenie náchylnosti ocele alebo zvaru na
termálne krehnutie.
1.2.6.Skúšky zvarových spojov
Kvalita v plnom ponímaní tohto slova je dnes určujúcim faktorom nášho života. V
tomto duchu je tiež potrebné sa pozerať aj na zvárané konštrukcie a hlavne na spoje
vytvorené zváraním. Zvarové spoje z hľadiska kvality zváranej konštrukcie predstavujú
najnebezpečnejšie miesto. Sú určujúcim faktorom životnosti zváraných konštrukcií. Dôraz
na vyhotovenie kvalitných zvarových spojov je teda kľúčovým momentom v našej
každodennej odbornej práci. Nato, aby sme vedeli určiť kvalitu zvarového spoja je potrebné
vyhotoviť odborne vykonané skúšky, ktoré predstavujú kvalitatívne meradlo na ich
posúdenie. Predstavujú kľúčovú etapu na učenie kvality inžinierskeho diela vyhotoveného
zváraním.
Kritériom kvality zvarového spoja je jeho celistvosť, tvar a požadované fyzikálne a
chemické vlastnosti. Na jednotlivé druhy zváraných konštrukcií sú vypracované normy
kvality, v ktorých sa definuje prípustnosť jednotlivých defektov v konkrétnych
prevádzkových podmienkach. Stupne kvality zvaru teda predpisuje konštruktér so
28
zreteľom na umiestnenie zvaru, veľkosť a spôsob namáhania, druh prevádzky a
vyžadovanú bezpečnosť.
Chyby v tavných zvarových spojoch môžu byť:
Povrchové, ktoré často vidieť aj voľným okom, prípadne na ich zistenie sa
využívajú jednoduchšie skúšky, napr. kapilárne;
Vnútorné, ktoré sa zisťujú použitím objemovej defektoskopie, napr. prežiarením
alebo ultrazvukom.
Nedeštruktívna defektoskopia predstavuje v súčasnosti jeden z rozhodujúcich
činiteľov pri zisťovaní akosti vo všetkých etapách výroby a je taktiež dôležitým
pomocníkom pri zaisťovaní prevádzkovej spoľahlivosti chemických, energetických
a strojárenských zariadení.
V praxi nie je možné vyrobiť ideálne dokonalý materiál a z neho dokonalý výrobok.
V celom výrobnom procese sa môžu v materiáloch a výrobkoch vyskytovať poruchy, ktoré
vznikajú vo výrobnom procese alebo počas prevádzky. Defektoskopia sa stáva v súčasnosti
nástrojom kvality výrobku. Podmienka kvality výrobkov je základným predpokladom
úspešnosti ich predaja, pričom účinným nástrojom na kontrolu kvality sú i nedeštruktívne
metódy skúšania materiálov. Ich aplikácia umožňuje zavedenie 100% kontroly kvality
materiálov vstupujúcich do výrobného procesu po vybraných technologických operáciách.
Spoločným znakom všetkých metód využívaných defektoskopiu je aplikácia takých
fyzikálnych princípov, ktoré skúšaný objekt mechanicky ani tepelne nepoškodia. NDT
skúšanie (z angl. Nondestructive Testing) je technický odbor, ktorý aplikovaním vhodných
fyzikálnych princípov umožňuje indikovať chyby (necelistvosti) materiálov.
Súčasťou NDT je aj zisťovanie zámeny materiálov, meranie hrúbok materiálov a
zisťovanie vlastností materiálov.
Nedeštruktívne skúšky sa používajú na kontrolu zvarových spojov na hotovej
konštrukcii, preto je prvoradou podmienkou, aby zvary zostali skúškou neporušené. Pretože
únosnosť a prevádzková spoľahlivosť sú priamo závislé od tvaru a celistvosti zvarových
spojov, nedeštruktívnym skúškam sa v súčasnosti venuje veľká pozornosť" a vyžaduje sa
pri nich vysoká zodpovednosť.
29
Hlavné metódy používané v NDT sa dajú rozdeliť na dve skupiny - povrchové
(chyby sú otvorené na povrch materiálu) a objemové (podpovrchové – chyby sa nachádzajú
v objeme materiálu). Povrchové metódy rozdeľujeme na: kapilárne metódy (PT), metóda
magnetická prášková (MT), metóda vírivých prúdov (ET) a vizuálna metóda (VT). Medzi
hlavné objemové metódy skúšania zaraďujeme: prežarovanie (RT), skúšanie ultrazvukom
(UT) a meranie hrúbok ultrazvukom. V defektoskopii sú používané i ďalšie metódy a to
skúšanie netesností (LT) a akustická emisia (AE).
1.2.6.1. Vizuálna kontrola
Vizuálna kontrola je základná metóda kontroly, vykonaná vždy ako prvá. Vizuálnou
kontrolou zisťujeme vonkajšie chyby zvarov. Metodiku vykonania vizuálnej kontroly
uvádza STN EN 970, kritériá prípustnosti chýb stanovuje STN EN ISO 5817.
Základné druhy vizuálnej kontroly:
- priama vizuálna kontrola (voľným okom alebo pomocou lupy),
- nepriama vizuálna kontrola (pomocou endoskopov – fibroskopov a boroskopov).
-
1.2.6.2. Skúšanie kapilárnymi metódami
Pomocou použitia kapilárnych prostriedkov (penetrant, vývojka) je možné zistiť
necelistvosti vyúsťujúce na povrch – vonkajšie chyby. Využívajú sa na to vhodné vlastnosti
– vzlínavosť a zmáčavosť skúšobných kvapalín – penetrantov. Metodiku vykonania
skúšania kapilárnymi metódami uvádza STN EN 571-1, a kritériá prijateľnosti zistených
indikácií sú uvedené v STN EN 1289. Metóda je vhodná na skúšanie väčšiny materiálov
(kovových, nekovových, keramiky, skla, niektorých plastov). Nie je vhodná pre skúšanie
pórovitých materiálov a materiálov, ktorých povrch môže byť penetrantom poškodený.
Základné metódy PT skúšania:
farebná kapilárna skúška,
fluorescenčná kapilárna skúška.
Pri fluorescenčnej kapilárnej skúške je použitý fluorescenčný penetrant a indikácie
sú hodnotené pod zdrojom ultrafialového žiarenia (pod UV-lampou). Metóda
30
fluorescenčnej kapilárnej skúšky sa vyznačuje vyššou citlivosťou skúšania ako u farebnej
kapilárnej skúške.
Základný postup vykonania kapilárnej skúšky (obr. 3):
očistenie skúšaného povrchu (1)
nanesenie penetrantu (2),
odstránenie prebytku penetrantu zo skúšaného povrchu (3),
nanesenie vývojky (4),
vyhodnotenie indikácií.
Obr. 3 Postup vykonania kapilárnej skúšky (STN EN 571-1; STN EN 1289).
S použitím prostriedkov je možné kontrolovať, či niektoré chyby neprechádzajú
celou hrúbkou skúšaného materiálu. V takomto prípade je penetrant nanášaný z 1 strany
materiálu a vývojka je nanášaná z druhej strany. Povrchy sú kontrolované počas doby
stanovenej rádovo v hodinách.
1.2.6.3. Skúšanie magnetickou práškovou metódou
Metódou je možné zistiť chyby na povrchu a tesne pod povrchom materiálu, ako
napr. trhliny, dutiny, póry a podobne. Chyby v materiáli deformujú magnetický tok šíriaci
sa priamočiaro od jedného pólu k druhému (obr. 4). Siločiary sú deformované a vystupujú
31
na povrch materiálu a vytvárajú na ňom magnetické póly. Prítomnosť pólu a tým vlastne
prítomnosť necelistvosti je zviditeľnená prostredníctvom jemného feromagnetického
prášku rozptýleného vo vhodnej emulzii. Prášok sa usadí na miestach magnetických pólov.
Magnetickou práškovou metódou je možné najlepšie zistiť necelistvosti ležiace
v smere približne kolmom na smer poľa.
Skúšať možno feromagnetické materiály – napr. väčšinu ocelí (okrem
austenitických), liatiny, niklové a kobaltové zliatiny. Skúšanie magnetickou práškovou
metódou sa využíva pri výrobe konštrukcií, tlakových nádob, potrubných trás, pri výrobe
lodí, v leteckom priemysle.
Metodika skúšania magnetickou práškovou metódou je uvedená v STN EN 1290,
požiadavky prijateľnosti zistených indikácií uvádza STN EN 1291.
Obr. 4 Princíp magnetickej práškovej metódy (STN EN 1290; STN EN 1291).
1.2.6.4. Skúšanie prežiarením
Prežiarením je možné zistiť vnútorné objemové chyby zvarových spojov
a materiálov. Princíp spočíva v schopnosti ionizujúceho žiarenia prenikať hmotou výrobku,
pričom dochádza k zoslabeniu intenzity žiarenia (obr. 5). Žiarenie, ktoré prešlo
kontrolovaným výrobkom, je za výrobkom zviditeľnené vhodným detektorom, najčastejšie
rádiografickým filmom. Zmena intenzity žiarenia je spôsobená nehomogenitou skúšaného
materiálu a na filme sa prejaví rozdielnym sčernaním miest s chybami oproti sčernaniu na
miestach materiálu bez chýb.
Metodiku vykonania skúšky prežiarením uvádzajú normy STN EN 1435 a STN
EN 462, požiadavky prijateľnosti (kritériá prípustnosti) chýb sú uvedené v STN EN 12517.
32
Ako zdroje žiarenia sa používajú RTG – zdroje (röntgenky) a zdroje GAMA -
žiarenia – izotopy rádioaktívnych prvkov Irídium, Kobalt, Selén a ďalšie. Voľba
konkrétneho spôsobu prežarovania závisí od viacerých faktorov, medzi ktoré patrí druh
a rozmery (hrúbka) prežarovaného materiálu, podmienky vykonania (montáž, laboratórium
a pod.), požadovaná citlivosť skúšania.
Všeobecne možno konštatovať, že skúškou prežiarením je možné zistiť necelistvosti
rozmerov 2 - 3 % z prežarovanej hrúbky. Z uvedeného vyplýva, že skúška nezaručuje
zistenie chýb, ktorých rozmer v smere pôsobenia žiarenia je menší ako je citlivosť
skúšobnej metódy.
Obr. 5 Schematický princíp skúšky prežiarením a výsledok záznamu (STN EN 1435;
STN EN 462; STN EN 12517).
33
1.2.6.5. Skúšanie ultrazvukom
Ultrazvuk sú mechanické kmity častíc prostredia s frekvenciou vyššou ako 20 kHz,
nad hranicou počuteľnosti. Skúšanie ultrazvukom využíva zákonitosti šírenia
ultrazvukových vĺn v materiáli na zisťovanie plošných a objemových chýb na povrchu i vo
vnútri materiálu. Princíp skúšky je založený na odraze, ktorý nastane pri prechode
ultrazvukových vĺn materiálom na rozhraní dvoch prostredí: materiál – chyba (obr. 6).
Skúškou možno zisťovať chyby typu trhlín, studených spojov, dutín, vtrúsenín a podobne.
Metodika vykonania skúšania ultrazvukom je uvedená v STN EN 1714, požiadavky
prijateľnosti chýb uvádza STN EN 1712.
Základné zariadenie na vykonanie skúšania ultrazvukom sa skladá z:
generátora impulzov
vysielacej a prijímacej sondy
indikačného zariadenia
Vyhodnotenie chýb je založené na vyhodnotení veľkosti a plochy poruchového echa
na echografoch.
Obr. 6 Skúška ultrazvukom (VI – vysielací impulz, PE – poruchové echo, KE –
koncové echo – STN EN 1714; STN EN 1712).
1.2.6.6. Deštruktívne skúšky zvarových spojov
K dosiahnutiu maximálnej kvality výrobku z kovového materiálu, je nutné overiť
jeho mechanické vlastnosti (pružnosť, pevnosť, tvrdosť, húževnatosť atd.), ktoré by mali
spĺňať kritéria dané akosťou materiálu.
34
Podmienky pre vykonanie skúšok postupu zvárania a rozsah kvalifikácie pre postupy
zvárania definuje norma STN EN ISO 15 614-1. Táto norma uvádza požadované
mechanické skúšky k danému typu zvarového spoja a miesta odberu skúšobných telies.
K deštruktívnym skúškam podľa tejto normy patria:
Skúška ťahom v priečnom smere (STN EN 895)
Skúška lámavosti (STN EN 910)
Skúška rázom v ohybe (STN EN 875)
Skúšanie tvrdosti (STN EN 1043-1)
Typy skúšok je možné rozšíriť podľa požiadaviek zákazníka.
1.2.6. 7. Skúška ťahom
Najrozšírenejšou mechanickou skúškou zvarového spoja je statická skúška ťahom
zvarového spoja v priečnom smere, pri ktorej sú získavané niektoré základné hodnoty
potrebné pre výpočet konštrukčných prvkov a voľbu materiálu. Skúšobné telesá sa
zhotovujú buď zo zvarených dosiek, alebo sa vyberajú priamo z hotových zváraných častí.
Podstatou tejto skúšky podľa STN EN 895 je plynulé zaťažovanie skúšobnej tyče (obr. 7),
až do jej pretrhnutia, pričom priebeh tejto skúšky môže byt zaznamenaný do ťahového
diagramu.
35
Obr. 7 Skúšobné tyče pre skúšku ťahom – plochá a s kruhovým prierezom podľa normy
(STN EN 895).
Rozmery skúšobných tyčí sú podľa STN EN 895. Výsledkom je stanovenie pevnosti
ZS (medze pevnosti Rm) - medza pevnosti, informatívne medza sklzu. Pri vzájomnej
dohode s odberateľom sa môže hodnotiť a posudzovať aj vzhľad lomu.
Konečné štádiá prípravy sa uskutočnia mechanickým opracovaním alebo brúsením,
na zamedzenie povrchového mechanického spevnenia alebo nadmerného ohriatia materiálu
treba urobiť vhodné opatrenia. Na povrchoch nemajú by škrabance alebo vruby prične
k smeru skúšobnej tyče v skúšanej dĺžke LC s výnimkou zápalu, ktorý sa nesmie odstrániť,
ak to nevyžaduje príslušná aplikačná norma. Povrchy skúšobnej tyče sa musia mechanicky
opracovať takým spôsobom, aby, pokiaľ to nie je inak špecifikované v príslušnej norme, sa
odstránilo prevýšenie zvaru. Ak nie je učené inak, prevýšenie koreňa sa pri rúrach s plným
prierezom neodstraňuje. Pri výrobe skúšobných tyčí sa povrch trieskovo obrába do
odstránenia povrchových vrubov, zápalov a presadenia až dovtedy, kým nevznikne rovný
povrch po celej činnej ploche skúšobnej tyče o dĺžke Lz, pre ľahšie určenie oblasti
porušenia je vhodné, keď sa okolie zvarového spoja naleptá – napr. v Heynovom leptadle
alebo 10 % roztoku kyseliny dusičnej v alkohole.
1.2.6.8. Skúška lámavosti
Podstatou skúšky lámavosti zvarového spoja voľným ohybom je ohybová deformácia
spoja až do objavenia sa necelistvosti v ťahaných vláknach s veľkosťou 3 mm alebo
dosiahnutia predpísaného uhla ohybu. Je to skúška technologická a používa sa na
zisťovanie
deformačných vlastností zvarového spoja v zmysle normy STN EN 910. Táto skúška slúži
k overeniu tvárnosti zvarového spoja. V strede skúšobnej tyče je umiestnený zvar, ktorý je
zaťažovaný silou pomocou ohýbacieho tŕňa pod uhlom 180°, ako je uvedené na obr. 8. Na
vyskúšanom telese sa nesmú objaviť chyby, ktoré nie sú povolené podľa normy.
Na skúšku sa pripravujú skúšobné tyče
36
tupého zvaru z lícnej strany (FBB – Face bend test specimen of butt weld) – tyč,
ktorej povrch namáhaný ťahom tvorí strana s najväčšou šírkou zvaru alebo
strana, z ktorej sa zvárací oblúk použil najskôr,
tupého zvaru z koreňovej strany (RBB – Root bend test specimen of butt weld)
– tyč, ktorej povrch namáhaný ťahom tvorí strana protiľahlá k povrchu tyče na
skúšku lámavosti tupého zvaru z lícnej strany,
s priečnym tupým zvarom bočným ohybom (SBB – Transverse side bend test
specimen of butt weld),
a ďalšie tyče, napr. návarov ktoré sú špecifikované v norme STN EN 910.
Skúšobná tyč sa odoberie priečne zo zvarového spoja zhotoveného výrobku alebo
zo zvarenej skúšobnej vzorky takým spôsobom, aby po opracovaní zostala os zvaru v strede
skúšobnej tyče alebo v polohe vhodnej na skúšanie. Pri zhotovovaní skúšobných tyčí je
dôležité, aby mechanické a tepelné procesy súvisiace s odberom a prípravou tyče nezmenili
jej vlastnosti – základného materiálu a zvarového kovu. Na celej dĺžke musí by povrch bez
škrabancov alebo vrubov priečne na smer skúšobnej tyče s výnimkou zápalu, ktorý sa
nesmie odstrániť ak to nevyžaduje príslušná norma na výrobok a/alebo dohoda medzi
zmluvnými stranami.
Skúška sa vykoná umiestnením skúšobnej tyče na dva podstavce pozostávajúce z
paralelných valčekov, zvar musí byť v strede vzdialenosti valčekov s výnimkou
pozdĺžnych skúšok lámavosti. Skúšobná tyč sa ohýba postupným a nepretržitým zaťažením
v strede rozpätia pôsobením tŕňa v osi zvaru kolmo na povrch skúšobnej tyče (trojbodový
ohyb) – ako ukazuje obr. 10.
Obr. 18 Skúška lámavosti tyčí s priečnym zvarom z lícnej alebo koreňovej strany
37
(STN EN 910).
Pri zvarových spojov s hrúbkou t < 12 mm musia byť skúšané 2 skúšobné tyče zo
strany koreňa zvaru a 2 skúšobné tyče zo strany zvaru. V prípade odberu skúšobných tyči
zvarových spojov veľkých hrúbok keď t ≥ 12 mm sa vykoná skúška lámavosti bočným
ohybom. Na skúšky lámavosti s priečnym zvarom bočným ohybom sa šírka skúšobnej tyče
b musí rovnať hrúbke základného materiálu zvarového spoja. Tyč musí mať hrúbku
a najmenej (10 ± 0,5) mm a pomer b ≥ 1,5. Pri materiáloch je doporučená skúška lámavosti
bočným ohybom na 4 tyčiach.
Po ohýbaní sa skontroluje vonkajší povrch a strany skúšobnej tyče. Počas skúšky
treba nepretržite pozorovať ťahanú stranu tyče. Ohýbanie sa končí, ak sa dosiahne buď
predpísaný uhol ohybu, alebo sa objaví trhlina nad 3 mm. Po skočení skúšky sa zmeria uhol
ohybu α, ktorý je mierou deformačných vlastností zvarového spoja.
1.2.6.9. Skúška rázom v ohybe
Skúška podľa normy STN EN 875 pozostáva zo zlomenia skúšobnej tyče, ktorá má v
strede vrub a je podopretá na koncoch, jediným nárazom kyvadlového kladiva za
podmienok definovaných ďalej. Absorbovaná energia sa vyjadruje v Jouloch a je mierou
odolnosti materiálu proti rázovému namáhaniu. Normalizovaná skúšobná tyč musí mať
dĺžku 55 mm a štvorcový prierez so stranami 10 mm. V strede dĺžky skúšobnej tyče je
umiestnený vrub.
Podľa normy STN EN 10045-1 sú predpísané dva typy vrubov:
V – vrub s uhlom 45°, s hĺbkou 2 mm a polomerom zakrivenia hrotu 0,25 mm.
Ak sa z materiálu nedá odobrať normalizovaná skúšobná tyč , musí sa použiť
tyč s redukovaným prierezom so šírkou 7,5 mm alebo 5 mm a vrub sa vyhotoví
na jednej s užších strán.
U – vrub, alebo vrub tvaru kľúčovej dierky s hĺbkou 5 mm a polomerom
zakrivenia hrotu vrubu 1 mm.
Označovanie skúšobných tyčí sa zakladá na písmenovom systéme, opisujúcom typ,
umiestnenie a orientáciu vrubu a na číslicovom systéme, udávajúcom vzdialenosť" (v
milimetroch) vrubu od základnej čiary (RL). Spôsob označovania je uvedený v norme
38
STN EN 875. Skúšobná tyč sa odoberie zo zvarového spoja tak, aby jej pozdĺžna os bola
kolmá na pozdĺžnu os zvaru. Skúšobná tyč pre skúšanie zvarového kovu má označenie
VWT, kde V: Charpy V – vrub, W: vrub v zvarovom kove, T: vrub je kolmý k povrchu
zvarového spoja.
Skúšobná tyč pre skúšanie TOO má označení VHT, kde V: Charpy V – vrub, H: vrub
v TOO (1- 2 mm od hranice natavenia), T: vrub je kolmý k povrchu zvarového spoja.
Výsledkom skúšky je hodnota nárazovej práce v K [J] resp. dosiahnutá rázová
húževnatosť zvarového spoja – zvarového kovu pokiaľ sa vrub umiestňuje do stredu osi
zvaru, alebo hodnota húževnatosti v prechode do TOO na HN. K ďalším požiadavkám patrí
aj vyhodnotenie vzhľadu lomovej plochy - povrch lomu sa skontroluje vizuálne v súlade
s STN EN 970. Na zreteľné zistenie a identifikovanie chýb možno použiť lupu s malým
zväčšením (5x). V takomto prípade sa musí sa zaznamenať úplný opis vzhľadu povrchu
lomu, druhu a umiestnenia každej prítomnej chyby. Musí sa uviesť", že kvalita bola
vyhodnotená v súlade s STN EN 5817 alebo STN EN 30042. Úroveň kvality je stanovená
podľa normy na výrobok alebo podľa zmluvy.
1.2.6.10. Skúška tvrdosti
Skúšky tvrdosti sú v technickej praxi veľmi rozšírené. Najčastejšie sa používajú na
doplnenie hodnôt mechanických vlastností, zistených skúškou v ťahu a skúškou rázom v
ohybe. Ich hlavnou prednosťou je jednoduchosť a ďalej to, že v prevažnej väčšine prípadov
nie je potrebné zhotovovať na meranie tvrdosti zvláštne skúšobné telesá, pretože tvrdosť sa
meria priamo na výrobku alebo na už vyhodnotenej skúšobnej tyčke z iných skúšok.
Tvrdosť definujeme ako odpor, ktorý kladie materiál proti vniknutiu cudzieho telesa.
Na tejto definícii je založená väčšina prístrojov na meranie tvrdosti.
Základne skúšky vykonávame podľa Brinella, Rockwella a Vickersa.
Pre skúšanie zvarových spojov podľa STN EN 1043-1 sa používa skúška tvrdosti
podľa Vickersa (HV10).
Skúška Vickers je založená na princípe zaťažovania vnikacieho telieska silou F.
Indentačné teliesko je pravidelný diamantový štvorboký ihlan s vrcholovým uhlom 136°
medzi protiľahlými stenami. Po stanovení predpísanej doby zaťaženia silou F – resp. po
prekročení plastickej deformácie v povrchu a vytvorení trvalého vtlačku sa zmeria stredná
39
dĺžka oboch uhlopriečok vtlačku (obr. 9). Tvrdosť HV sa určí z vypočítanej strednej
hodnoty uhlopriečky a zaťažujúcej sily F [N]. Skúška je normalizovaná podľa STN EN ISO
6507-1.
Obr. 9 Schéma skúšky tvrdosti podľa Vickersa (STN EN ISO 6507-1).
Skúška tvrdosti HV je najrozšírenejšou skúškou pri zvarových spojoch. Umiestnenie
jednotlivých vpichov je uvedené v norme STN EN 1043-1. Vlastné vyhodnotenie priebehu
tvrdostí sa vykonáva naprieč zvarovým spojom, pričom musia byt vykonané tri vpichy
v každej oblasti – ZM, TOO, ZK alebo sa skúša tvrdosť v charakteristických miestach
spoja, ako je uvedené na obr. 10 vo forme radu vpichov R, alebo ako jednotlivé vpichy E.
Skúšanie sa vykonáva aby sa zabezpečilo určenie najvyššej a najnižšej hladiny tvrdosti
základného materiálu a zvarového kovu.
Obr. 10 Rozmiestnenie vtlačkov v priečnom reze tupého zvarového spoja
(STN EN 1043-1).
40
1.2.6.11. Makroskopický a mikroskopický rozbor zvarov
Makroskopický rozbor zvarového spoja v priečnom reze sa používa na stanovenie
kvality vyhotovenia – plného prievaru ako aj dosiahnutia predpísanej geometrie
a vyhotovenia celistvosti spoja tak na tupých, ako aj kútových zvarových spojov podľa
normy STN EN 1321. Používa sa skúmanie skúšobnej vzorky voľným okom alebo pri
malom zväčšení bez leptania alebo s leptaním pomocou mikroskopu so zväčšením od 50x
do 500x. Pre účely makro a mikroskopického rozboru sa podľa normy STN EN 1321
stanovujú nasledovné charakteristiky zvarového spoja napr. horúce, studené trhliny a
lamelárne trhliny, dutiny a vtrúseniny, neprievar a geometrický tvar, šírka tepelne
ovplyvnenej oblasti, húsenice a vrstvy, štruktúra zrna a kryštalizačná štruktúr, segregácia
a precipitácia atď.
Odber vzoriek na analýzu sa vykonáva kolmo na os zvaru (priečne rezy), vrátane
zvarového kovu a teplom ovplyvnených oblastí na oboch stranách. Skúška sa môže
uskutočniť aj pri iných orientáciách, ako určuje norma alebo prijateľný predpis na základe
požiadavky odberateľa.
V skúšobnom postupe sa majú uviesť informácie o základnom a zváracích
materiáloch, zloženie leptadla, príprava metalografického výbrusu, metóda leptania, doba
leptania, dodatočné opatrenie, akékoľvek dodatočné požiadavky a predmet skúšky.
Záznam o skúške musí podľa normy obsahovať nasledujúce údaje:
odkaz na normu STN EN 1321 / ISO 17639,
typ rozboru (makroskopicky alebo mikroskopicky),
s leptaním alebo bez leptania,
predmet skúšky (zvarový spoj a/alebo základný materiál),
zvarové spoje (základný materiál vľavo, základný materiál vpravo, teplom
ovplyvnená oblasť a zvarový kov),
leptadlo.
Príklad makroskopického a mikroskopického rozboru na zvarovom spoji možno
ilustrovať na nasledujúcich obr. 11 až 13.
41
Obr. 11 Makrosnímka kútového zvarového spoja na oceli S235JR
(STN EN 1321/ ISO 17639).
Na obr. 12 je zdokumentovaný kútový zvarový spoj s chybami (trhliny, studený
spoj, zápal a neprievar). Tvar zvarového spoja je asymetrický (5093), miestny zápal v
nadpojení krycej húsenice (5015). Tepelne ovplyvnená oblasť s nerovnomernou šírkou,
počet vrstiev 3. Stojina úkosovaná do polovičného V, neprevarený koreň (4013) s
tavivovým prímestkom (3021). Koreňová húsenica prežíhaná krycou vrstvou, kryštalizačná
štruktúra v krycej húsenici je kolumnárna s orientáciou kryštálov v smere maximálneho
teplotného gradientu. Základný materiál stojiny s vláknitou štruktúrou a nerovnomerným
obsahom fosfidických vtrúsenín. Základný materiál pásnice tvorí rovnomerná feriticko-
perlitická mikroštruktúra s bimodálnou distribúciou feritických zŕn.
Príklad neprievaru v koreňovej časti je uvedený na obr. 13. V tomto prípade sa
jedná o neprípustnú chybu podľa normy STN EN 5817-1, ktorá klasifikuje 3 stupne kvality
– B, C, a D.
42
Obr. 12 Mikroštruktúrna analýza na kútovom zvarovom spoji z ocele S235JR
(STV EN 1321/ ISO 17639).
Z obrázka je vidieť, že v stojine kútového spoja nebol dosiahnutý úplný prievar –
nie je natavená hrana. Detail tejto chyby dokumentuje obr. 13.
Na ďalších obrázkoch je zdokumentovaná mikroštruktúra zvarového spoja na
konštrukčnej oceli S235JR v oblastiach: prechod zo ZM do TOO (obr. 13 vľavo) a na obr.
13 vpravo vidieť HS TOO v ktorej nastalo zhrubnutie pôvodného austenitického zrna.
Mikroštruktúra je tvorená acikulárnym feritom, polyedrickým feritom vylúčeným po
hraniciach pôvodných austenitických zŕn a horným bainitom.
Obr. 13 Mikroštruktúra charakteristických oblastí zvarového spoja oceli S235JR
(STN EN 1321/ ISO 17639).
43
2. Cieľ práce
Diplomová práca bude zameraná na hodnotenie kvality výroby zvarových spojov
z nízkolegovaných CrMo a CrMoV ocelí určených pre prácu vysokonamáhaných súčastí
v energetike navrhovanou technológiou zvárania. Do zváracieho procesu vstupuje okrem
použitej technológie a parametrov zvárania akosť materiálu – ako prídavného tak aj
základného. Ďalej je potrebné poznať podmienky, ktorým je zvarový spoj vystavený –
namáhaniu najmä dynamickým účinkom, teplotnému účinku alebo kombinovaným
účinkom za spolupôsobenia únavového alebo creepového namáhania. Tieto aspekty sa
odsledujú pri tvorbe návrhu a realizácie technologického postupu zvárania na
konštrukčnom uzle zváraného objektu určeného pre energetiku. Uvedený postup zvárania
(WPS) je potrebné prísne dodržiavať na dosiahnutie kvalitného zvarového spoja – musí byť
celistvý a bez neprípustných chýb.
Hlavným cieľom diplomovej práce bude vyhotoviť postup zvárania WPS na nízkolegovanú
oceľ 16Mo3, ktorá sa používa pri výrobe zváraných konštrukcií energetického bloku
paroplynovej elektrárne.
Na základe predbežného postupu zvárania pWPS, budú vyhotovené tupé viacvrstvové
zvarové spoje z ocele 16Mo3 na platniach špecifikovanej hrúbky. Vzorky tupých spojov sa
odskúšajú nedeštruktívnymi a deštruktívnymi metódami na vypracovanie schváleného
postupu zvárania (WPQR) podľa normy STN EN 15 614-1. Cieľom práce bude aplikovať
navrhnuté a odskúšané parametre zvárania na konštrukčnú časť kotlového telesa
pracujúceho v podmienkach kombinovanej teplotnej expozície tak, aby sa dosiahli
vyhovujúce zvarové spoje, ktoré spĺňajú všetky požiadavky z hľadiska kvality zváracieho
procesu stanoveného normou STN EN ISO 3834-2.
44
3. Metodika práce
3.1. Charakteristika experimentálneho materiálu nízkolegovanej ocele
16Mo3
3.1.1. Výroba, popis a použitie ocele 16Mo3
Nízkolegované ocele sú vhodné pre použitie v energetickom a chemickom priemysle do
teploty 530 °C. Majú zvýšenú odolnosť proti korózii v prostredí vodnej pary. Najčastejšie
sa súčasti z tejto ocele aplikujú v energetickom priemysle pre súčasti energetických
zariadení – ako žiarupevné tvárnené oceľové súčasti – rúrky a plechy pracujúce prevažne
v intervale teplôt od 200 °C do 525 °C. Ocele legované len molybdénom sa používajú na
výrobu výparníkov parných kotlov, t. j. na rúrkové membránové steny spaľovacej komory.
Pracovná teplota steny rúrok nepresahuje hodnotu 480 °C.
Nízkolegovanú molybdénovú oceľ 16Mo3 uvádzame podľa značenia STN EN 10028-2,
ekvivalentom tejto ocele podľa STN je oceľ triedy 15 020. Jedná sa o nízkolegovanú oceľ
so zvláštnymi vlastnosťami, pre prácu za zvýšených teplôt namáhania v oblasti medze
sklzu a medze tečenia. Príklad chemického zloženia a mechanických vlastností
mikrolegovanej ocele 16Mo3 uvádza tab. 4.
Tab. 4 Chemické zloženie mikrolegovanej ocele 16Mo3
C Mn Si Mo P S Ni Cu Al
16Mo3 0,12 –
0,20
0,50 –
0,80
0,15 –
0,37
0,25 –
0,35
max.
0,040
max.
0,040
max
0,30
0,30 max
0,040
Re
[MPa]
Rm
[MPa]
A5
[%]
min.
280
450 –
600
min. 22
Tvárnené oceľové súčasti vyhotovené z nízkolegovaných ocelí sa oproti nelegovaným
oceliam líšia predovšetkým vyššími hodnotami medze sklzu a vyššími hodnotami medze
45
pevnosti pri tečení a pre rovnaké podmienky je možné vyrobiť rúrky a plechy s omnoho
tenšou hrúbkou steny a tým aj menšou hmotnosťou ako z nelegovaných uhlíkových ocelí.
Na druhej strane sa ich výroba predražuje, a tým aj využitie v energetických zariadeniach –
z toho dôvodu sa v dnešnej koncepcii výroby týchto nízkolegovaných ocelí aplikujú
techniky mikrolegovania, t. j. obsahy prvkov ako Nb + V + Ti sa pohybujú v rozmedzí 0,02
až 0,25 % a hmotnostný obsah dusíka je daný vzťahom N = [0,52xAl + 0,29xTi + 0,15xNb
+ (0,014až 0,137xV)] % zvyšok tvorí železo a nevyhnutné výrobné nečistoty, ako je
uvedené v patente (SK 287000 B6).Výhodou takéhoto postupu je to, že žiarupevné
tvárnené súčasti dosahujú medzu pevnosti pri tečení za 100 000 hodín pri teplote 450 °C
v rozmedzí 170 až 185 MPa, pri teplote 500 °C hodnoty 79 až 85 MPa a pri okrajovej
teplote použitia 525 °C 60 až 65 MPa. Tvárnená žiarupevná oceľ 16Mo3 sa aplikuje
v oblasti teplôt 410 °C až 520 °C. Hodnota medze sklzu ocele sa v rozsahu teplôt 410 °C
až 475 °C pohybuje od 157 MPa do 148 MPa a medza pevnosti pri tečení za 100 000 hodín
je pri teplote 470 °C cca 176 MPa a pri 500 °C cca 102 MPa. Na druhej strane sa dlhodobá
prevádzka na teplotách nad 500 °C neodporúča, nakoľko prináša so sebou grafitizáciu
cementitu a vylúčený jemný lupienkový grafit podstatne znižuje plastické vlastnosti tejto
ocele. Z toho dôvodu sa pristúpilo na vývoj nových typov nízkolegovaných ocelí, zvlášť
vhodných na dlhodobé teplotné expozície v intervaloch teplôt 500 °C až 530 °C -
výsledkom je oceľ T23 (W), japonská HCM2S a oceľ T24 (Ti), európska 7CrMoVTiB9.
V podmienkach slovenskej a českej energetiky sa oveľa viac uplatnila CrMoV oceľ 15128.
Za vysokú žiarupevnosť vďačí táto oceľ prítomnosti vanádu, ktorého karbidy V4C3
významne prispievajú k precipitačnému spevneniu tuhého roztoku Pretože uhlík má vyššiu
afinitu k vanádu, ostáva väčšie množstvo molybdénu v tuhom roztoku, čo má tiež priaznivý
vplyv na žiarupevnosť.
Z rúrok ocele 16Mo3 v zmysle značenia podľa STN EN 10216-2 budú vyhotovené
zvarence na overenie kvality zvárania v súlade s návrhmi pWPS a skúškami postupov
zvárania WPQR podľa normy STN EN ISO 15614-1.
Hutný atest a výsledné vlastnosti materiálu ocele.
46
3.1.2. Zvariteľnosť a tepelné spracovania po zváraní
Na zváranie CrMo ocelí možno použiť všetky zváracie procesy. tak ako už bolo uvedené.
Veľmi dobre sa tieto ocele zvárajú ručným oblúkovým zváraním, zváraním v ochranných
atmosférach ako aj pri zváraní do úzkej medzery alebo pod tavivom. Pre získanie celistvých
zvarových spojov je dôležité mať dobre očistené zvarové hrany. K tým najjednoduchším
typom zvarového spoja patria rúrky, avšak stále sú kritické pozdĺžne alebo obvodové
zvarové spoje. Taktiež nadpojenia rúrka-rúrkovnica alebo návarové vrstvy. Pri zváraní
rúrkových spojov sa často zvárajú rôznorodé ocele – tam je potrebné používať prechodové
vrstvy formou poduškovania, aby sa zabránilo príliš vysokej heterogenite zvarového
rozhrania, najmä v oblasti hranice natavenia.
Podľa hrúbky zváraných súčastí sa volí teplota predhrevu, medzivrstvová teplota
„interpass“ a teplota dohrevu. Dôležitým faktorom z hľadiska tepelnej bilancie je udržať
obsahy difúzneho vodíka v ml na 100 g zvarového kovu v požadovaných hodnotách. Napr.
pre hrúbky pod 15 mm sa pre obsah difúzneho vodíka v rozsahu 5 ≤ HD ≤ 10 požaduje
teplota min. 100 °C a teplota interpass by nemala klesnúť pod 300 °C. Odporúčania na
návrh teplotného režimu ako aj parametrizácie zvárania uvádza norma STN EN 1011-2.
Na zváranie tvárnených súčastí z ocele 16Mo3 sú vhodné zváracie materiály s chemickým
zložením ocele, pričom primárnym faktorom výberu sú aj prevádzkové podmienky zvarov.
Teda, ak je v prevádzke nebezpečenstvo oxidácie alebo korózie, oxidačné a korózne
vlastnosti zvarového kovu musia byť čo najbližšie týmto vlastnostiam základného
materiálu. Výrobcovia zváracích materiálov ponúkajú široké spektrum zváracích
materiálov, pokiaľ by sme vyberali podľa výrobcu ESAB, tak na ručné oblúkové zváranie
je vhodná obalená elektróda EMoB resp. podľa značenia OK 74.46, pri zváraní spôsobom
MAG zase drôt OK AristoRod 13.09 (GMoSi) alebo pri zváraní spôsobom TIG drôt OK
TIGRod 13.09 (WMoSi).
Tepelné spracovanie po zváraní sa aplikuje na dosiahnutie najlepších vlastností zvarového
spoja – buď normalizáciou, žíhaním alebo zušľachtením. V prípade zvarového spoja ocele
16Mo3, ktorá je podľa ISO/TR 15608 zaradená do skupiny 5.1 sa odporúča voliť teplotu
žíhania v rozmedzí 600 až 700 °C, teda podľa rozsahu hrúbky základného materiálu 620 až
680 °C, pričom výdrž by mala byť min. 5 min na 1 mm hrúbky.
47
3.2. Návrh a vypracovanie technologického postupu zvárania na
nízkolegovanej oceli 16Mo3 pre zvolený typ spoja.
3.2.1. Požiadavky na návrh technologického postupu zvárania podľa STN EN ISO
15607
Špecifikácia požiadaviek na kvalitu zváracích procesov je dôležitá, pretože kvalitu týchto
procesov nemožno overiť spôsobom, ako uvádza literatúra STN EN ISO 3834-1 [10].
Proces, v ktorom sa zhoda (splnenie požiadavky) výsledného produktu nedá ľahko a
ekonomicky overiť (verifikovať), často sa označuje ako špeciálny proces. Preto sa
považujú za špeciálne procesy tak, ako uvádza norma EN ISO 9000 [9]. Kvalitu nemožno
skontrolovať vo výrobku, treba ju do neho začleniť. Ani najrozsiahlejšie a najdokonalejšie
nedeštruktívne skúšanie nezvýši kvalitu výrobku (nedeštruktívnym skúšaním je možné
posúdiť celistvosť zvaru, avšak nie ďalšie úžitkové vlastnosti spoja, napr. mechanické,
chemické, fyzikálne, technologické ako pevnosť, odolnosť voči korózii, žiarupevnosť,
žiaruvzdornosť, lomová a rázová húževnatosť).
Snaha zaistiť požadovanú kvalitu zvarových spojov tak viedla k spracovaniu súboru
predpisov a noriem pre stanovenie a schvaľovanie postupov zvárania pred ich použitím vo
výrobe.
Vhodnosť určených metód a procesu je nutné overiť v súlade s určenými požiadavkami a
normou STN EN ISO 15607, resp. STN EN ISO 15614-1 vykonaním predpísaných
nedeštruktívnych a deštruktívnych skúšok ešte pred začatím výrobného procesu – vykonajú
sa tzv. schvaľovacie skúšky postupu zvárania „WPQR“ [11].
Pri výber materiálu zvažujeme viaceré faktory ako normy, kódy, špecifikácie ako aj
konštrukčná integrita alebo životnosť, či prevádzková spoľahlivosť zváranej súčasti, najmä
ak sa jedná o energetické komponenty pracujúce pri zvýšenom prevádzkovom namáhaní –
teplota a tlak.
3.2.2. Proces schvaľovania postupu zvárania podľa normy STN EN ISO 15614-1
48
Podľa normy STN EN 15607 sa pre oblúkové metódy zvárania má použiť schválenie na
základe skúšky postupu zvárania v zmysle STN EN ISO 15614. Táto norma určuje presné
vykonanie postupu schvaľovania s určenými požiadavkami na vykonanie a posúdenie
deštruktívnych a nedeštruktívnych skúšok pre tavné zvárané spoje z ocele a niklu.
Základnú schému jednotlivých krokov pri schvaľovaní postupu zvárania možno popísať
nasledovne:
- Vychádza z požiadaviek na stanovené vlastnosti subjektu a návrhu pre vyhotovenie
podľa predchádzajúcej skúsenosti,
- výrobca (jeho zváračský technológ) na základe požiadaviek na postup zvárania a s
využitím predchádzajúcich skúseností, spracuje predbežne stanovený postup
zvárania (pWPS – v zmysle STN EN ISO 15607). Dokument pWPS poskytuje
detailné informácie o tom, ako úspešne vykonať zváračské operácie.
- Skúšajúci (skúšobná organizácia), tzv. tretia strana, overí zhotovenie a odskúšanie
vzorky zvarového spoja podľa pWPS s cieľom schváliť navrhnutý postup zvárania.
Skúšajúci overí zhodu všetkých vykonaných činností s príslušnou normou a
predpismi na schválenie postupu zvárania.
- Po vykonaní všetkých skúšok predpísaných normou a získaní vyhovujúcich
výsledkov skúšok, skúšajúci (skúšobná organizácia) spracuje protokol o schválení
postupu zvárania (WPQR – vychádzajúc z normy STN EN ISO 15607). Protokol o
schválení postupu zvárania obsahuje prehľad hodnotenia každej skúšobnej vzorky,
vrátane opakovacích skúšok, údaje o zistených chybách a rozsahu oprávnenia.
- Spracujú sa stanovené postupy zvárania (WPS – podľa STN EN ISO 15607) v
súlade s WPQR a predpismi, resp. technickými postupmi a požiadavkami pre všetky
zvary v rozsahu schválenom skúškou postupu zvárania.
V súčasnosti je postupne prijímaný celý rad noriem používaných pri schvaľovaní postupov
zvárania, ktoré sú platné pre širokú škálu technológii zvárania a budeme ich využívať aj v
experimentálnej časti diplomovej práce.
Zváranie a skúšanie skúšobných vzoriek je potvrdzované skúšajúcim alebo skúšobnou
organizáciou ako sme už uviedli v rozpise. Požiadavkou normy je stanovené, že skúšobné
vzorky zvárajú zvárači s oprávnením podľa príslušnej časti STN EN 287 [12]. Protokol o
schválení postupu zvárania – vydaný dokument už obsahuje prehľad hodnotenia každej
49
skúšobnej vzorky, vrátane opakovacích skúšok ako aj údajov o zistených chybách. Tvary a
rozmery skúšobných vzoriek, ďalej typ zvarového spoja a voľba úkosov má čo najbližšie
reprezentovať zváranie a podmienky požadované pre výrobu. Aplikačné normy môžu
špecifikovať aj ďalšie podmienky vykonania skúšok – teda pokiaľ nie je stanovené inak.
Na základe uvedeného prehľadu sme zostavili návrh pre vypracovanie postupu zvárania na
nami zvolenom zvarovom spoji na nízkolegovanej molybdénovej oceli 16Mo3.
3.2.3. Vypracovanie predbežne stanoveného postupu zvárania – pWPS v súlade s
normou STN EN ISO 15609
Podľa údajov z literatúry (Leždík, 2006) boli pripravené všetky podklady potrebné
k vyhotoveniu predbežne stanoveného postupu zvárania – návrhu pWPS.
Ako vstupné údaje pre vypracovanie pWPS boli použité:
- hutný atest tavby ocele 16Mo3 – rúry priemeru 168 mm s hrúbkou steny 25 mm,
chemické zloženie a pevnostné charakteristiky
- výber spôsobu a polohy zvárania
- výber prídavného materiálu výrobcu zn. ESAB
- voľba tvaru zvarových plôch
- zváracie parametre, ktoré tvoria druh prúdu, polarita a rozsah prúdu podľa
odporúčaní výrobcu zváracieho materiálu
- teplotný režim zvárania, resp. tepelného spracovania po zváraní.
50
Atest základného materiálu nízkolegovanej ocele 16Mo3
51
Atest prídavného materiálu výrobcu zn. ESAB Obalená elektróda E-B 321/ EN1599: EZ CrMoV B22, Ø 2,5 mm
52
Atest prídavného materiálu výrobcu zn. ESAB Vyrovnávajúci drôt GI 321 / EN 12070 : WMoVSi / Ø 2,5 mm
53
V praxi je bežnou pomôckou, keď sa pri návrhu pWPS vo veľkej miere využívajú
skúsenosti z predchádzajúcich návrhov. Postup zvárania pWPS nízkolegovanej ocele
16Mo3 bol navrhnutý na skutočnú hrúbku steny rúry.
Postupnosť pri vyhotovení skúšobných vzoriek je nasledovná: skúšajúci, alebo skúšobná
organizácia stanoví počet skúšobných vzoriek vyhotovených podľa navrhnutej pWPS.
Zváranie vykonáva zvárač, s platným certifikátom podľa STN 287-1 a osvedčením pre
danú metódu. Skúšobný orgán potom dozoruje a overuje priebeh zvárania formou zápisu
priebehu zvárania a kontroly dodržania postupu pWPS.
Po vykonaní a zaprotokolovaní skúšok podľa definovaných kritérií sú tieto zvarené vzorky
vyhodnotené. Musia vyhovovať stanoveným kritériám podľa požadovaných noriem
a špecifikácii, pričom do pWPS sa uvádzajú výsledky získané zo skúšok. Nezávislý
subjekt, napr. autorizovaná tretia strana následne schvaľuje dokumentáciu pWPS.
Postup zvárania pWPS, ktorý sme navrhli pre zváranú rúru z nízkolegovanej oceli 16Mo3
je uvedený v protokole.
54
PREDBEŽNE STANOVENÝ POSTUP ZVÁRANIA (pWPS)podľa STN EN ISO 15609-1
Výrobca:Manufacturer
Siemens s.r.o,Stromová 9, BA
Spôsob zvárania: Welding process 141/111
Základný materiál: Parent metal
15 020 STN 41 512816Mo3 / 5.1 TR/ISO 15608
Druh zvarového spoja: Type of welded joint
tupý zvar rúr BW / T
Priemer rúry [mm]: Pipe diameter (mm) 168 mm
Hrúbka materiálu [mm]: Thickness (mm) 25 mm
Poloha zvárania: Welding position H-L 045Tvar spoja: Shape of Joint
Postup zvárania:Welding sequence
Príprava zvarových plôch /Preparation of welded joint/: brúsenie , odmastenie
PARAMETRE ZVÁRANIA / Welding parameters
1.1.1.1.1.1.1Vrstva /Layer/
Spôsob zvárania
/Welding process/
Prídavný materiál ø
Filler metal[mm]
Zváracíprúd
Welding Current[A]
ZváracienapätieVoltage
[V]
Druhprúdu/polarita
Voltage Polarity
Rýchlosť zvárania
Welding rate[mm/min]
Tepelný príkon
Heat input[kJ/mm]
1 141 2,5-3,2 80-100 - = / - - -2-3 111 2,5 85-100 - = / + - -
4-10 111 3,2 100-120 - = / + - -Označenie podľa výrobcu:Marking of producer
Označenie podľa:Marking according to
Sušenie:Drying
1.1.1.1.1.1.2 Prídavný materiál
Filler metal
141 : ESAB GI 321 141 : EN 12070 : ~WMoVSi -
111 : ESAB E – B 321 111 : EN1599: EZ CrMoV B22 100ºC/1hod.250+350ºC/
2 hod.
11-20°
4-5
40-45°
1-22-4
10 9 8 7 6
431 2
5
55
1.1.1.1.1.1.3 1.1.1.1.1.1.4
Označenie podľa:Marking according to
Prietok:Gasflowrate
Sušenie:Drying
1.1.1.1.1.1.5 Ochranný plyn pre spôsob 141
1.1.1.1.1.1.6 Shielding gas
Priama ochrana : EN 439 : I 1Koreňová ochr. : -
Priama och.: 10-12 l/min. Koreňová o.: - -
Wolfrámová elektróda:Tungsten electrode
WTh ø2,4 mm
Výlet wolfrámovej elektródy:Electrode set-out
5 mm Počet zváracích drôtov:Number of weld wires
1Sklon horáka [o] :Torch inclination -
TEPLOTNÝ REŽIM /Thermal parameters
Teplota predohrevu
Preheat temperature
Medzihús. teplotaInterpass
temperature
DohrevPost heating
Tepelné spracovanie po zváraníPost weld heat treatment
[oC] [oC] TeplotaTemperature[oC]
Zotrv.Dwell time[min.]
ProstredieEnvironment
TeplotaTemperature[oC]
Zotrv.Dwell time[min.]
Rýchl. ohrevuHeating Rate[oC/h]
Rýchl. chladuCooling Rate[oC/h]
250-300 ºC min. 250 ºC - 700 až 710ºC
180-200 min.
100- 130ºC/h
max 50 ºC/hod.
Iné informácie /Other data: -
Vzorka zvarená dňa: 25.03.2010 Skúšajúci: Milan MatyašSpecimen welded on Examiner
PREDBEŽNE STANOVENÝ POSTUP ZVÁRANIA (pWPS)
56
4. Vlastná práca4.1. Vyhotovenie tupého zvarového spoja na oceli 16Mo3 podľa návrhu
pWPS
Na základe návrhu a s ohľadom na hutný atest zváranej ocele bol vyhotovený
zvarový spoj na rúre priemeru 168 mm s hrúbkou steny t = 25 mm predpísaných rozmerov
dĺžky 300 mm.
Skúšobnú vzorku tvoria dva odrezky rúry s priemerom DN a dĺžkou 150 mm,
zvarové hrany sú upravené podľa pWPS. Na zváranie boli pripravené dve vzorky
zvarencov z ocele 16Mo3.
Skúšobné vzorky boli zvárané v areáli výstavby paroplynovej elektrárne CCPP 400
MW v Malženiciach pre firmu Siemens, s.r.o. Bratislava. Skúška zvárania bola dozorovaná
skúšajúcim zváračským technológom Ing. Miloslavom Krivošíkom, IWE z certifikačného
strediska CZO – Cech zváračských odborníkov Trnava.
Kontrola vyhotovenia zvarového spoja sa vykonala pred samotným zváraním,
počas zvárania ako aj po zváraní. Zvarový spoj vyhotovil zvárač, ktorého certifikát je
súčasťou.
Po zvarení skúšobného kusa a podľa pWPS boli zvarence rúr tepelne spracované žíhaním.
Záznam o priebehu tepelného spracovania je uvedený nižšie.
57
Protokol o žíhaní
58
Certifikát zvárača
59
Po vychladnutí zvarencov na teplotu okolia boli vyhotovené nasledovné skúšky:
- vizuálna kontrola, ktorá je súčasťou nedeštruktívnej skúšky predpísanej podľa STN
15 614-1. Nedeštruktívne skúšky sa vykonali priamo na mieste, kde boli
vyhotovené zvarence. Uvedená norma stanovuje, že kompletné nedeštruktívne
skúšanie sa musí vykonať na skúšobných vzorkách pred rezaním na odber
skúšobných tyčí. Akékoľvek tepelné spracovanie po zvarení, ktoré je stanovené, sa
musí ukončiť pred nedeštruktívnym skúšaním.
- Ďalšie predpísané skúšky nedeštruktívnej kontroly – kapilárna kontrola (skúška na
povrchové trhliny) a objemová kontrola (skúšanie ultrazvukom) sa vykonalo
v laboratóriách mechanických skúšok a defektoskopie SKTC-109 v Trnave.
- Na deštruktívne skúšanie bol vybraný zvarenec rúry, ktorý sa rozrezal mechanicky
v pozdĺžnom smere na predpísaný počet vzoriek pre deštruktívne skúšanie –
overenie kvality pevnostných charakteristík zvarového spoja.
- Všetky skúšky boli vykonané v súlade s normou STN EN 15614-1.
4.2. Nedeštruktívne skúšky tupého zvarového spoja s plným prievarom
na oceli 16Mo3
4.2.1. Vizuálna kontrola
Vizuálna skúška bola vykonaná v súlade s normou STN EN 970. Kontrolovaný bol
povrch zvaru – tupý zvarový spoj (BW) rúry a priľahlé okolie od stredu zvaru do šírky 25
mm. Kontrolované miesta v šírke 50 mm po oboch stranách zvaru boli pred skúškou
mechanicky očistené do kovového lesku, odmastené a pripravené na kontrolu. Dôležitým
faktorom vykonania VT kontroly je intenzita osvetlenia, na skúšobnú vzorku dopadalo
prirodzené svetlo a umelé biele svetlo s intenzitou 1200 lx. Intenzita osvetlenia bola
zmeraná luxmetrom značky ELIX LX 6610. V rámci výkonu vizuálnej kontroly sme
použili pomôcky, ako pásové meradlo, posuvné meradlo a kontrolné mierka INOX a V-
VAC. Kritéria prípustnosti boli stanovené v kategórii B, čo z hľadiska vyhodnotenia podľa
STN EN ISO 5817 vyhovuje. Výsledky skúšky – vizuálnej kontroly boli zaznamenané do
protokolu.
60
61
62
4.2.2. Skúška na povrchové trhliny – kapilárna kontrola
Skúšobný zvar bol kontrolovaný na prítomnosť chýb ústiacich na povrch
kapilárnou metódou podľa STN EN 571-1. Skúška bola vykonaná v celom rozsahu povrchu
bez hodnotenia koreňovej strany. Aj v tomto prípade je dôležité osvetlenie, ktorého
intenzita nesmie byť menšia ako 500 lx, nakoľko nálezy (indikácie) kapilárnej kontroly sa
vyhodnocujú vizuálne. V našom prípade sme namerali na vzorke dostatočnú intenzitu 1170
lx. V zmysle postupu PT kontroly sa najskôr povrch očistí – chemicky čističom zn. MR 88,
následne po očistení sa nanesie penetračná kvapalina, použili sme penetračný prostriedok
červený zn. MR 68 v aerosolovom balení. Penetračný čas bol 5 min. Po uplynutí
penetračného času sme zvyšok penetrantu odstránili z kontrolovanej plochy handričkou,
zvyšok penetrantu handričkou zvlhčenou čističom a dosucha vyutierali. Na takto
pripravený povrch sme aplikovali vývojku zn. MR 70 tiež v aerosolovom balení. Vývojka
je tvorená plavenou kriedou, po rovnomernom nanesení na povrch sa za určitý čas nosná
látka vyparí a na povrchu zostane biela farba. Hodnotenie vzorky prebiehalo ihneď po
nanesení vývojky, následne po 10 min. od nástreku. Zistili sme, že pomocou kapilárnej
metódy neboli zistené žiadne relevantné indikácie. Výsledok skúšky s týmto
konštatovaním sme uviedli do protokolu. Vzorku sme po skúške očistili od vývojky
a pripravili na objemovú kontrolu – skúškou ultrazvukom.
63
64
4.2.3. Skúška ultrazvukom
Skúšobný zvar rúry sme ďalej skontrolovali ultrazvukovou metódou podľa STN
EN 1712. Na tento účel sme použili meraciu sondu MWB 45-4 a MWB 60-4
a ultrazvukový prístroj zn. Panametrics EPOCH III. Akustickú väzbu tvoril atestovaný
väzobný prípravok zn. Sonotech 218. Pred samotnou skúškou je potrebné celé prístrojové
zariadenie nakalibrovať, t. j. nastaviť časovú základňu. Prístroj bol nakalibrovaný na
kalibračnej mierke K2 a na časovú základňu 125 mm uhlovou sondou, na umelej chybe
veľkosti 0,5x0,5 mm. Úroveň citlivosti pre registráciu bola stanovená pomocou DAC
krivky -6dB. Zvar bol kontrolovaný zo všetkých strán povrchu polkrokom a krokom
vzhľadom k pohybu sondy. Orientácia sondy bola 90° a 45° vzhľadom na zvar.
Kontrolovaný zvarový spoj nevykazoval žiadne indikácie presahujúce registračnú úroveň
stupňa prípustnosti 2 podľa STN EN 1712. Trieda skúšania bola stanovená podľa
aplikačnej normy STN EN 1714. Výsledky skúšky ultrazvukovej kontroly boli
zaznamenané do protokolu.
65
66
Po vykonaní predpísaných nedeštruktívnych skúšok – dve povrchové a jedna
objemová metóda bol zvarenec pripravený na odber skúšobných tyčí pre deštruktívne
skúšky v súlade s požiadavkami normy STN EN ISO 15614-1.
4.3. Deštruktívne skúšky tupého zvarového spoja s plným prievarom na
oceli 16Mo3
Skúšobné tyče pre deštruktívne skúšky boli odobrané v súlade s normou STN EN
ISO 15614-1.
Všetky odobrané skúšobne tyče boli mechanicky opracované v predpísaných toleranciách a
riadne označené – použili sme systematiku značky CCP a príslušného poradia, napr. CCP
0110). Odrezky rúry boli odoberané kolmo na smer zvárania nasledovne:
- 2 skúšobné tyče na skúšku ťahom a štyri skúšobné tyče na skúšku lámavosti bočným
ohybom (4xSBB),
- 2 sady skúšobných tyčí na skúšku rázom v ohybe – 3 tyče typu VWT a 3 tyče typu
VHT,
- 1 skúšobná tyč na makroskopické posúdenie,
- 1 skúšobná tyč na skúšku tvrdosti HV 10.
4.3.1. Skúška ťahom v priečnom smere
Na skúšku ťahom v priečnom smere boli použité 2 skúšobné tyče (označené 2.1
a 4.1) s plochým prierezom a rozmermi: a = 10 mm, b = 25 mm, dĺžka L0 = 110 mm.
Skúška bola vykonaná na skúšobnom stroji EDZ 40 dyn pri statickom zaťažení v súlade s
normou STN EN 895. Výsledky zo skúšky ťahom v priečnom smere sú uvedené v
protokole TAH_CCP 0110. Pri skúške ťahom sa dosiahli vyhovujúce výsledky, lom nastal
mimo zvarový kov a to v základnom materiáli pri priemernej pevnosti 530MPa. V takomto
prípade sa lomová plocha ďalej neposudzovala.
67
68
Skúška ťahom zvarového spoja v priečnom smere STN EN 895
4.3.2. Skúška lámavosti v priečnom smere
Skúška lámavosti bola vykonaná v súlade s normou STN EN 910 na 4 tyčiach
(2.2, 2.3 a 4.2, 4.3) s rozmermi 25x10 mm ohybom – namiesto dvoch tyčí z povrchovej
časti FBB a dvoch tyčí z koreňovej časti (RBB) sme zvolili prísnejší spôsob hodnotenia,
a to skúšku lámavosti bočným ohybom SBB štyroch tyčí na skúšobnom stroji EDZ 40 dyn
trojbodovým ohybom. Priemer tlačného tŕňa bol 40 mm a vzdialenosť medzi spodnými
podperami (vypočítaná podľa STN EN 910) bola 75 mm. Výsledok skúšky bol vyhovujúci,
pri ohybe tyče na 180° neboli zaznamenané v oblastiach ZK a TOO žiadne povrchové
necelistvosti typu trhlín. Výsledok skúšky je uvedený v protokole L_CCP 0110.
69
70
Skúšky lámavosti STN EN 910
4.3.3. Skúška rázom v ohybe
Na skúšku rázom boli použité dve sady skúšobných tyčí s normovaným prierezom
10x10x55 mm podľa STN EN 10045-1; pričom 3 tyče boli s ostrým vrubom kolmo na
povrch vo ZK – VWT (označené 3.1, 3.2 a 3.3) a ďalšie 3 tyče s ostrým vrubom kolmo na
povrch v TOO – VHT (označené 3.4, 3.5 a 3.6). Skúška sa vykonala na rázovom kladive
Charpy s max. využiteľnou energiou 300 kJ. Pri skúške sa okrem nárazovej práce KV
určovala rázová húževnatosť podľa normy STN EN 875. Skúšobné vzorky vyhoveli
podmienkam skúšky, priemerná hodnota rázovej húževnatosti vo ZK bola 190,0 kJ/ cm² a v
TOO sa dosiahla priemerne 303,8 kJ/ cm². Zistili sme, že hodnoty nárazovej práce boli
prechodovej oblasti spoja vyššie, ako pri ZM, čo je vyhovujúce. Výsledok skúšky je
zaznamenaný v protokole KCV_CCP 0110.
71
72
Skúška razom v ohybe STN EN 875
73
4.3.4. Skúška tvrdosti HV 10
Skúška tvrdosti podľa Vickersa zo zaťažením HV 10 bola vykonaná v súlade s
normou STN EN 1043-1. Tvrdosť sa skúšala v dvoch líniách prechádzajúcich cez všetky
oblasti tepelného ovplyvnenia a ZK v hĺbke 2 mm pod horným povrchom zvarového spoja,
ako aj v hĺbke 2 mm pod dolným povrchom zvarového spoja (koreňová časť).
Každá línia obsahovala tri samostatné vpichy, pričom prvý vpich TOO bol umiestňovaný
čo najbližšie k oblasti stavenia – HN TOO. Výsledok skúšky tvrdosti HV 10 na odobranej
vzorke s označením CCP 0110 sú uvedené v protokole T_CCP 0110. V jednotlivých
oblastiach spoja boli zmerané hodnoty, ktoré neprevyšujú maximálne hodnoty tvrdosti HV
10 tepelne spracovanej ocele – norma STN EN ISO 154614-1 uvádza v tabuľke 2
maximálna hranica hodnotou 320 HV 10 pre tepelne spracované zvarence.
74
75
Skúšanie tvrdosti STN EN 1043-1
76
4.3.5. Makroskopické posúdenie
Makroskopická analýza bola vykonaná na naleptanej skúšobnej tyči podľa normy
STN EN 1321 tak, aby bola jasne odhalená hranica natavenia, TOO a vyplnenie medzery
spoja jednotlivými vrstvami ZK. Ako leptadlo sa použil roztok HNO3 a HCl
v zmiešavacom pomere 3:2, ktorý sa označuje ako lúčavka kráľovská. Doba leptania
v takomto horúcom roztoku bola 10 s. Záznam o makroskopickom posúdení s popisom
oblastí spoja je uvedený v protokole M_CCP 0110.
77
78
4.4. Protokol o schválení postupu zvárania – WPQR
Podľa požiadaviek norma STN EN ISO 15614-1 a na základe splnenia všetkých kritérií z
pWPS bol vystavený protokol o schválení postupu zvárania. Dokument WPQR obsahuje
zoznam všetkých protokolov, ktoré tvoria jeho neoddeliteľnú súčasť:
- návrh pWPS
- VT_CCP 0110 protokol z vizuálnej kontroly
- PT_CCP 0110 protokol z kapilárnej kontroly
- UT_CCP 0110 protokol zo skúšky ultrazvukom
- TAH_CCP 0110 protokol zo skúšky ťahom
- L_CCP 0110 protokol zo skúšky lámavosti
- KCV_CCP 0110 protokol zo skúšky rázom v ohybe
- T_CCP 0110 protokol zo skúšky tvrdosti
- M_CCP 0110 protokol z makroskopickej skúšky
- TS_CCP 0110 protokol zo žíhania
- Atest ZM
- Atest PM
- certifikát zvárača
- dokument WPS
Cieľom diplomovej práce bolo aplikovať navrhnuté a odskúšané parametre
zvárania na konštrukčnú časť kotlového telesa pracujúceho v podmienkach kombinovanej
teplotnej expozície tak, aby sa dosiahli vyhovujúce zvarové spoje, ktoré spĺňajú všetky
požiadavky z hľadiska kvality zváracieho procesu stanoveného normou STN EN ISO 3834-
2.
79
Obr. 14 kotlové teleso (Malženice CCPP 400MW).
80
5. DISKUSIA
Hlavným cieľom diplomovej práce bolo navrhnúť postup zvárania WPS pre rúry
tlakovej časti kotla elektrárne vyhotovené z molybdénovej nízkolegovanej ocele 16Mo3.
Táto nízkolegovaná oceľ sa používa pri výrobe zváraných konštrukcií energetického bloku
paroplynovej elektrárne CCPP 400 MW Malženice.
Na základe predbežného postupu zvárania pWPS boli vyhotovené 2 skúšobné
vzorky tupých viacvrstvových zvarových spojov na rúrach z ocele 16Mo3 priemeru 168
mm a hrúbky steny 25 mm v polohe PA. Vzorky tupých spojov sa ďalej hodnotili
predpísanými skúškami podľa normy STN EN 15 614-1 na vypracovanie schváleného
postupu zvárania (WPS) - nedeštruktívnymi a deštruktívnymi metódami.
Vzhľadom na to, že sa jedná o zvárané zariadenia používané v energetike na sústavu
rúrových komponentov, je potrebné vo výrobe stanoviť a presne dodržiavať nielen použitú
technológiu zvárania – zváračský dozor, ale aj vyhotovovať kvalitné zvarové spoje ktoré
spĺňajú požiadavky z hľadiska celistvosti spojov a prevádzkovej životnosti. Predovšetkým
v takých podmienkach, ako je vyššia teplota, tlak alebo pôsobenie rôznych degradačných
mechanizmov – opotrebenie, korózia, únava a creep, resp. kombinácia uvedených
mechanizmov.
Z toho dôvodu sme v teoretickej časti práce podali prehľad nielen o použití a
základných charakteristikách tejto kategórie ocelí, ale zamerali sme sa aj na isté problémy,
ktoré súvisia zo zváraním a zvariteľnosťou nízkolegovaných ocelí, obzvlášť tých pre
energetiku. Pretože zváranie patrí medzi technológiu, pri ktorej sa využívajú metalurgické
reakcie a teplo z elektrického oblúka, je nesmierne dôležité zamedziť vznik takých chýb,
ktoré sú kritické z hľadiska celistvosti – ako trhliny, studené spoje a neprievary. Chyby
zvarových spojov z toho dôvodu tvoria významnú časť tejto práce, pričom iba včasným
odhalením nielen pred zváraním, ale aj počas zvárania dokážeme zabrániť ďalším
vynúteným opravám alebo poškodeniam v dôsledku nedodržania podmienok zvárania. Pre
tento účel boli za posledné obdobia rozvinuté rôzne metódy nedeštruktívnej kontroly,
pomocou ktorých dokážeme zodpovedne a včas odhaliť chybu nielen v samotnom
základnom materiáli, ale aj v priľahlých oblastiach zvarového spoja a nakoniec aj vo
81
zvarovom kove. Tieto postupy sa nedajú aplikovať bez poznania stavu a správania sa
materiálu počas zvárania, vhodnej voľby prídavného materiálu a podmienkami ďalšieho
spracovania zvarových spojov.
Podmienky vyhotovenia kvalitných zvarových spojov sa určujú celým radom
noriem, počínajúc od STN EN 287-1, ktorá pojednáva o skúšaní zváračov až cez normy
STN EN 15609 a STN EN 15614, ktoré určujú podmienky stanovenia postupu zvárania –
pWPS a požiadavky na stanovenie postupu zvárania – WPQR. Formulár WPQR je
dokumentom, ktorý podrobne popisuje výsledky postupu skúšok zvárania. Tento dokument
sa schváli iba v takom prípade, ak sa nevyskytnú žiadne odmietavé vlastnosti alebo
neprijateľné výsledky skúšok.
Na základe týchto skutočností sme v práci hodnotili kvalitu zvárania na tupom
viacvrstvovom zvarovom spoji rúr z molybdénovej ocele 16Mo3. Podľa podmienok
zvárania pWPS boli vyhotovené skúšobné zvarence s predpísanými rozmermi. Parametre
zvárania sme navrhli podľa vstupných údajov, ktoré sme získali jednak z materiálových
charakteristík základného a prídavného materiálu a katalógov výrobcu zváracích materiálov
ESAB ako aj z dostupnej literatúry. Počas zvárania rúr sme postupovali v súlade
s požiadavkami normy STN EN 15609. Po ukončení zvárania a vyžíhaní vzoriek zvarencov
boli vykonané nedeštruktívne a deštruktívne skúšky podľa usmernení normy STN EN ISO
15614-1.
Všetky skúšky boli vykonané v súlade s platnými normami, pričom z každej
skúšky sme zostavili protokoly, potrebné na schválenie postupu zvárania WPQR. Postup
zvárania vzoriek a samotná WPQR je uvedená ďalej.
Na základe dosiahnutých výsledkov konštatujeme, že zvarový spoj bol vyhovujúci pri
splnení podmienok dokumentácie pWPS. Nevyhnutnou podmienkou pri hodnotení kvality
je potreba vychádzať zo stanovených podmienok zvárania schválených z výsledkov skúšok
a prijatím dozorujúcim orgánom alebo treťou stranou.
82
6. ZÁVER V práci sme uviedli praktický príklad aplikácie zvariteľných materiálov na výrobu
konštrukčných celkov pre oblasť energetiky. Zamerali sme sa na hodnotenie kvality
zvárania molybdénovej nízkolegovanej ocele 16Mo3, ktorá sa používa na kotlové súčasti
paroplynovej elektrárne CCPP 400MW v Malženiciach.
Pri konštrukčnom návrhu sa vychádza z určitých charakteristických vlastností, ktoré
podmieňujú voľbu materiálu, ako aj návrh zvarového spoja – typu a vykonania samotného
procesu zvárania. Jednak je to voľba základného materiálu, ktorý musí spĺňať požiadavky
kladené na spôsob exploatácie v danom prostredí. Uviedli sme, že pre oblasť energetiky sú
vhodným materiálom nízkolegované zvariteľné ocele. V experimente sme použili
nízkolegovanú molybdénovú oceľ 16Mo3, ktorej ekvivalentom je podľa STN 42 0000
oceľ triedy 15 020.
Požiadavky na zváranie materiálov tejto kategórie sme uviedli na základe literárneho
prehľadu problematiky zvariteľnosti nízkolegovaných ocelí. Možno skonštatovať, že pri
striktnom dodržaní podmienok zvárania – voľby parametrov (metóda, poloha, teplotný
príkon a pod..) vieme vyhotoviť celistvé zvarové spoje, nakoľko ocele sa súčasnou
metalurgiou vyrábajú vo vysokej metalurgickej čistote a s problémami, ktoré súviseli so
zvariteľnosťou nízkolegovaných ocelí predchádzajúcich generácií – studené trhliny,
likvačné trhliny a praskanie zvarových spojov v dôsledku prítomnosti zvýšených obsahov
nečistôt sa Takmer vôbec nestretávame.
Veľmi dôležitou súčasťou vyhotovenia zvarového spoja podľa zvolenej technológie je
postup zvárania, v našom prípade sme na základe vstupných údajov vyhotovili postup
zvárania pre rúry z ocele 16Mo3 priemeru 168 mm a hrúbky steny 25 mm.
Postup zvárania WPS zaručí, že ak sa bude zvárať podľa stanovených parametrov, kvalita
zvarového spoja bude spĺňať požadované kritéria z hľadiska prevádzkovej spoľahlivosti a
životnosti. Pri komplexnom hodnotení experimentálnej činnosti sú do praxe zvárania
uvedené metodiky, umožňujúce navrhnúť, dozorovať a kontrolovať zvarové spoje na veľmi
vysokej úrovni kvality. Tento spôsob určovania kvality sa týka vstupnej kontroly ako aj
prevádzkových kontrol zvarových spojov, ktoré sú namáhané vysokými teplotami a tlakmi.
83
7. Zoznam použitej literatúry
[1.] BHADESHIA, H. K. D. H.: Design of ferritic creep-resistant steels. In: ISIJ
International, roč. 41, 2001, č. 6, s. 626-640.
[2.] CASTRO, R. – CADENET, J.J. de: The Welding Metalurgy of Stainless and Heat
Resisting Steels. Paris, Dunod 1965.
[3.] SINGH RAMAN, R. K. – MUDDLE, B. C.: Role of high temperature corrosion in life
assessment and microstructural degradation of Cr-Mo steel weldments. In: International
Journal of Pressure Vessels and Piping, 2000, č. 70, s. 117-123.
[4.] HRIVŇÁK, I.: Teória zvariteľnosti kovov a zliatin. Bratislava : VEDA, 1989.
[5.] OKUMURA, M. – IMAI, K. – NAKAMURA, H.: Effect of vanadium on the properties
of 2¼ Cr – 1 Mo electroslag weld metals. In: Transactions of JWS, roč. 16, 1985, č. 1,
s. 50-56.
[6.] VISWANATHAN, R. – BAKKER, W. T.: Materials for boilers in ultra supercritical
power plants. In: International Joint Power Generation Conference : Miami Beach,
2000, s. 1-22.
[7.] HRIVŇÁK, I.: Zvariteľnosť súčasných vysokopevných ocelí. In: Pokroky fyzikální
metalurgie. Brno : VSNK-ÚFM-VUT Brno, 1996, s. 1-11.
[8.] FRANZONI, W. et al.: Efect of Residual Imurities on Creep Embrittlement in a 2,25Cr-
1Mo Steels. Finsider, spec. issue, 1985, Sept. Dec., s. 98.
[9.] HRIVŇÁK, I.: Segregačné procesy vo zvarových spojoch ocelí. In: Segregácia. Košice,
2000, s. 18-25.
[10.] SETH, B.B.: Proc. “Engineering aspects of creep“, Sheffield 1980, vol. 1, s.25.
[11.] BARDGETT, W.E. – GEMMIE, M.B.:J. Iron Steel Inst., 1955, s. 211.
[12.] HIGGINS , G.T. – JEMINSON, G.V.: J. Iron Steel Inst.., 1965, s. 146.
[13.] Guide to the Welding and Weldability of CrMo and CrMoV Heat Resisting Steels. Doc.
IIW-IX-1485-87.
84
[14.] Welding Technique Extra Issue. J. of the Japan Weld. Eng. Soc., Welding in Japan ‘86.
[15.] YURIOKA, N.: Physical metallurgy of steel weldability. In: ISIJ International, roč. 41,
2001, č. 6, s. 566-570.
[16.] YURIOKA, N.: TMCP steels and their welding. In: Welding in the World, roč. 35, 1995,
č. 6, s. 375-390.
[17.] PILOUS, V.et.al.: Štruktúrna stabilita nízkolegovaných CrMoV zvarových spojov po
dlhodobej prevádzke. In: Zborník VI. Medzinárodného sympózia o žiarupevných
materiáloch. 1981, subl.,s.242.
[18.] WADA, T. – ELDIS, G.T.: Application of 2.25Cr-1Mo Steel for Thick-wall Pressure
Vessels. ASTM STP, 755, 343, 1980.
[19.] ŠINTÁL, J. – ZAPLETÁLEK, A..: Vplyv striedavého ohrevu a ochladzovania na
životnosť zvarových spojov rôznorodých ocelí. Doc. IIW-IX.1046-77.
[20.] REGENBOOG, T.P.R. – TORRE, D.. van der: Investigation of 40-years exposed Pípe
Material. Doc. IIW-IX-887-74.
[2.] VODSEĎÁLEK, J. – VYSTYD, M. – PECH, R.: Vlastnosti a použití žáropevných ocelí
a slitin. SNTL – Praha. 1974. ISBN 04-201-74
[3.] Hutné výrobky – oceľové bezšvíkové rúry pre vyššie pracovné teploty.
[4.] Hutné výrobky – značenie.
[5.] Patent SK 287000 B6
[6.] STN EN 1011-2
[7.] Katalóg ESAB
[8.] TNI CEN ISO/TR 15608: 2008. Zváranie. Pokyn pre skupinový systém kovových
materiálov.
[9.] STN EN ISO 15607: 2004 Stanovenie a schválenie postupov zvárania kovových
materiálov. Všeobecné zásady.
[10.] STN EN ISO 9000:2005 Systémy manažérstva kvality. Základy a slovník.
[11.] STN EN ISO 3834-1:2005 Požiadavky na kvalitu pri tavnom zváraní kovových
materiálov.: Časť 1: Kritéria na výber primeranej úrovne požiadaviek na kvalitu.
85
[12.] STN EN ISO 15 614-1: 2004 Stanovenie a schválenie postupov zvárania kovových
materiálov. Skúška postupu zvárania Časť 1: Oblúkové a plameňové zváranie ocelí a
oblúkové zváranie niklu a zliatin niklu.
[13.] STN EN 287-1: 2004. Kvalifikačné skúšky zváračov. Tavné zváranie. Časť1: Ocele.
[14.] STN EN ISO 15609.
[15.] LEŽDÍK, V. et all: Tvorba postupov zvárania kovových materiálov. EDIS 2006. ISBN
80-969599-0-5
[16.] STN EN 970: 2001. Nedeštruktívne skúšanie tavných zvarov. Vizuálna kontrola.
[17.] STN EN ISO 5817: 2008. Zváranie. Zvarové spoje ocelí zhotovené oblúkovým
zváraním.
[18.] STN EN 571-1. Nedeštruktívne skúšanie. Kapilárna skúška. Časť 1: Všeobecné zásady.
[19.] STN EN 1289 Nedeštruktívne skúšanie zvarov. Skúšanie zvarov kapilárnymi metódami.
Úrovne prípustnosti.
[20.] STN EN 1714. Nedeštruktívne skúšanie zvarov. Skúšanie zvarových spojov
ultrazvukom.
[21.] STN EN 1712. Nedeštruktívne skúšanie zvarov. Skúšanie zvarových spojov
ultrazvukom. Úrovne prípustnosti.
[22.] STN EN 895 Deštruktívne skúšky zvarov kovových materiálov. Skúška ťahom zvarového
spoja v priečnom smere.
[23.] STN EN 910. Deštruktívne skúšky zvarov kovových materiálov. Skúšky lámavosti.
[24.] STN EN 875. Deštruktívne skúšky zvarov kovových materiálov. Skúška rázom v ohybe.
Umiestnenie skúšobných tyčí, orientácia vrubu a skúšanie.
[25.] STN EN 1043-1. Deštruktívne skúšky zvarov kovových materiálov. Skúšanie tvrdosti.
Časť 1: Skúšanie tvrdosti spojov zhotovených oblúkovým zváraním.
[26.] STN 10045-1 Skúška rázom v ohybe.
[27.] STN EN 1043-1 Deštruktívne skúšky zvarov kovových materiálov. Skúšanie tvrdosti.
Časť 1: Skúšanie tvrdosti spojov zhotovených oblúkovým zváraním.
[28.] STN EN ISO 6507-1. Skúška tvrdosti podľa Vickersa.
[29.] STN EN 1321: 2001 Deštruktívne skúšky zvarov kovových materiálov. Makroskopický
a mikroskopický rozbor zvarov.
86