Zvariteľnosť materiálov

Zvariteľnosť je definovaná ako spôsobilosť materiálu vytvoriť zváraním pri určitých technologických podmienkach, zvarové spoje požadovaných vlastností. Zvariteľnosť sa všeobecne hodnotí posudzovaním degradácie celistvosti a vlastností zvarového spoja v porovnaní s neovplyvneným základným materiálom. Vlastnosti, ktoré sú pre hodnotenie degradácie smerodajné sa považujú za ukazovatele zvariteľnosti.

Na hodnotenie zvariteľnosti používajú dve skupiny ukazovateľov:

• Ukazovatele celistvosti zvarových spojov, charakterizujúce odolnosť zvarových spojov voči vzniku trhlín a iných neprípustných chýb.
• Ukazovatele vlastnosti zvarových spojov, charakterizujúce zmeny jednotlivých vlastností kovu v oblasti zvarového spoja v dôsledku zvárania.

Ukazovatele celistvosti zvarových spojov rozlišujeme podľa štyroch základných typov trhlín na:

a) Horúce trhliny, označované tiež ako trhliny za tepla, sú trhliny, ktoré vznikajú pri ochladzovaní zvarových spojov pri vysokých teplotách. V oceliach vznikajú nad teplotou  850 °C. Podľa súčasnej klasifikácie rozlišujeme tri typy horúcich trhlín vo zvarových spojoch. 

1.  kryštalizačné (solidifikačné) vznikajú vo zvarovom kove v priebehu jeho tuhnutia (kryštalizácie),
2.  likvačné - vznikajú vo vysoko vyhriatom (podhúsenicovom) pásme teplom ovplyvnenej oblasti základného materiálu, alebo aj zvarového kovu pri viac húsenicovom zvare,
3.  polygonizačné, označované tiež ako trhliny z poklesu ťažnosti, môžu vznikať rovnako ako likvačné v teplom ovplyvnenej oblasti základného materiálu alebo zvarového kovu a pri nižšej   teplote (~850°C).   Polygonizačné   trhliny   sú   však   charakteristické   len pre vysokolegované austenitické ocele a Ni-zliatiny.

b) Studené trhliny nazývané tiež vodíkom indukované trhliny, ak vznikajú po určitom čase od skončenia zvárania nazývajú sa oneskorené trhliny) – vznikajú pri teplotách pod 300°C v TOO a v jedno a viac vrstvových spojoch vyššej pevnosti. Pravdepodobnosť ich vzniku stúpa prítomnosťou martenzitických a bainitických štruktúr vo zvarovom kove či TOO. Ich vzniku pomáha vysoká koncentrácia vodíka v ZK a TOO, do ktorých sa H dostáva z tuhosť upnutia, ktorá po zváraní vyvolá vznik kontrakčných napätí vo zvarovom spoji.

c) Lamelárne trhliny sú typom defektu v oblasti zvarového spoja, ktorý sa môže vyskytnúť vtedy, ak je oblasť TOO namáhaná pri zváraní v smere hrúbky plechu. Tieto trhliny sa väčšinou vyskytujú na konci TOO alebo v základnom materiáli. Trhliny majú kaskádovitý (stupňovitý) tvar, väčšinou rovnobežný s povrchom plechu. Môžu v oblasti zvarových spojov iniciovať dvoma spôsobmi: 

1        exogénne, z defektu iného typu, napr. z horúcej mikrotrhliny,

2        endogénne, ak vzniká následkom vysokého namáhania v smere osi z štiepenia.

d) Žíhacie trhlinysú interkryštálové trhliny vo vysokovyhriatom pásme teplom žíhania zvarových spojov na zmenšenie vnútorných napätí. Rozlišujú sa dva základné typy žíhacích trhlín:

1.nízkoteplotné – (vyskytujú sa v rozsahu 200°C až 300°C) ,

2.vysokoteplotné - (vyskytujú sa pri teplotách nad 300°C), ich príčinou je vyčerpanie plasticity kritickej zóny teplom ovplyvnenej oblasti v priebehu žíhania, presnejšie, v priebehu relaxácie zvyškových napätí. Špeciálnym prípadom vysokoteplotných žíhacích trhlín sú podnávarové trhliny, ktoré sa prednostne vyskytujú v hrubozrnnej teplom ovplyvnenej oblasti vyhriatej vplyvom susedného návaru na teplotu tesne pod A_Cl. Sú orientované pod uhlom 45 až 90° k smeru navárania. Vznikajú počas navárania páskovou austenitickou elektródou.

Vo zvarových spojoch vznikajú prevažne kombinácie trhlín napr. likvačné + studené, likvačné + žíhacie alebo studené a lamelárne. Aké ukazovatele celistvosti zvarových spojov je potrebné skúšať pre jednotlivé triedy tvárnych ocelí (tr. 10 až 17) a odliatky, (tr. 42 6 až 42 9).

Ukazovatele mechanických vlastnosti zvarových spojov sú:

1. pevnosť zvarového spoja,
2. vrubová húževnatosť a jej prechodová teplota v teplom ovplyvnenej oblasti,
3. tvrdosť zvarového spoja.

Okrem ukazovateľov mechanických vlastností sem patria aj ukazovatele špeciálnych vlastnosti zvarových spojov:

-          odolnosť proti krehkému lomu,

-          únavové charakteristiky,

-          korózna odolnosť,

-          odolnosť proti radiačnému poškodeniu,

-          žiaropevné a žiaruvzdorné vlastnosti a pod.

Zvarové spoje musia byť celistvé. Najnebezpečnejšími necelistvosťami sú trhliny, ktoré pôsobia svojím vrubovým účinkom ako koncentrátory napätia a môžu sa šíriť ďalej náhle (krehký lom) alebo postupne (únavový lom).

Zvariteľnosť ocele je veľmi dobrá, ak je možné jednoducho, bez obmedzujúcich podmienok získať zvarové spoje požadovaných vlastností. Naopak, ak pri zváraní musíme použiť obmedzujúce podmienky (predhrev, limitovanie merného tepelného príkonu atď.), hovoríme, že materiál má obmedzenú zvariteľnosť.

Zvariteľnosť je možné rozdeliť na:

• Metalurgickú – z hľadiska fyzikálnych, chemických, metalurgických a metalografických zmien, vyvolaných zváracím tepelným cyklom. Rozhodujúci vplyv na zvariteľnosť má chemické zloženie zváraného materiálu.
• Technologickú – vplyv konkrétnej zváračskej technológie a jej parametre (spôsob zvárania, prídavné materiály, tepelný príkon, postup kladenia vrstiev zvaru, tepelný režim zvárania, tepelné spracovanie zvarového spoja).
• Konštrukčnú – patrí sem hrúbka zváraného materiálu, umiestnenie, veľkosť, tvar zvaru, tvar a príprava zvarových plôch, podmienky stavu napätosti, deformácií, pnutí a pod.
• Operatívna – napr. možnosti manipulácie so zvarencom. Skompletizovanie konštrukčného uzla až na mieste jeho inštalácie (časti mostov, lodí a pod.).