KONSTRUKCE Media, s. r. o.Com4In Group
ISSN 1803-8433
English - Google Translate Česky - Překladač Google French - Google Translate Italian - Google Translate German - Google Translate Polish - Google Translate Spanish - Google Translate Swedish - Google Translate   |   Přihlásit se   
Nacházíte se:  Úvod    Svařování a dělení    Svařitelné oceli podle EN, AISI, ASTM pro stavební svařované konstrukce

Svařitelné oceli podle EN, AISI, ASTM pro stavební svařované konstrukce

Publikováno: 3.12.2010
Rubrika: Svařování a dělení

Článek pojednává o ocelích podle EN, AISI, ASTM. Jsou uvedeny postupy svařování vybraných ocelí, zařazených do skupin nízkouhlíkových, nízkolegovaných a korozivzdorných ocelí austenitické báze. Dále je pojednáno o hlavních zásadách a požadavcích na realizaci svařovaných konstrukcí se zaměřením na stavbu mostů svařované koncepce jak ve státech EU, tak v USA. Ve shodě s eurokódy EN 1990, 1991 a 1993 jsou uvedeny požadavky kladené na konstrukce vyráběné ve státech EU a v USA. Přitom materiál, proces výroby a montáže, kontroly, zkoušení, povrchové úpravy a prohlášení o shodě musí být v souladu s požadavky EN 1090-1, 2 a USA.

TECHNICKÉ NORMY
V rámci svařovaných konstrukcí jsou technické normy rozděleny do oblastí materiálů, jmenovitě do oblasti ocelí, ocelových odlitků (výkovků), svařovacích materiálů, mechanických spojovacích součástí, stavebních ložisek, přípravy výroby, svařování, zkoušení, montáže, protikorozní ochrany a tolerancí (včetně tvaru a polohy).

Ve vlastním návrhu konstrukce musí být uvedeny základní požadavky na konstrukce během předpokládané životnosti, jmenovitě návrhová životnost, trvanlivost s tím, že musí být připojena specifikace konstrukce včetně dokumentace. Musí být stanoveny třídy proveditelnosti pro mosty podle EN 1090-2, tj. kupř.:

  • EXC4 – výrobní kategorie,
  • CC3 – třídy následků,
  • PC2 – kriteria pro výrobní kategorie,
  • SC2 – kategorie použitelnosti.

Porovnáme-li evropské normy systému řízení jakosti výroby podle požadavků norem EN 1090-1, 2: 2010 pro třídu provedení ocelových konstrukcí EXC1 až EXC4 s tím, že splňují požadavky dosud ještě používané harmonizované normy ČSN 732601-Z2:1994 k výrobě a montáži ocelových konstrukcí v rozsahu prvního stupně způsobilosti podle čl. 203 s rozšířením na čl. 205 na speciální typy nosných konstrukcí s americkými normami, potom dojdeme k závěru, že s výjimkou případného označení hodnot v palcích (inchech) není velkých rozdílů při plnění požadavků daných normou ČSN EN 3834-2. Mezi speciální typy konstrukcí jsou zařazeny ocelové konstrukce silničních a železničních mostů a další únavově a dynamicky namáhané konstrukce.

JAKOST MATERIÁLŮ PODLE USA STANDARDŮ
V USA jsou normy pro svařování používány v ucelené formě od roku 1933 (Enlarget Edition – Lincoln Electric Copany – postupy svařování [1]).

Ve shodě s EN potom vyplývá, že konstrukční dílce musí být vyrobeny z oceli, jejíž vlastnosti jsou v souladu s evropskými normami nebo s normami AWS – ASTM, které poskytují informace o pevnostních vlastnostech, svařitelnosti a vrubové houževnatosti (lomové houževnatosti v ohybu) oceli.

Obdobné je tomu při svařování konstrukcí z ocelí označených podle jakosti AISI, případně dodávaných do USA, kde je nutné dodržet ASA Standardy (klasifikace postupů). V tabulkách jsou uvedeny nejčastěji používané svařitelné oceli AISI podle ASTM s tím, že jsou vzájemně porovnány postupy svařování spolu s EN.

OZNAČENÍ OCELÍ A POSTUPŮ SVAŘOVÁNÍ V USA
V USA jsou oceli a postupy svařování (normy) dány kodexy (právními zákoníky), předpisy (směrnicemi) a specifikacemi, vypracovanými k tomu vládou pověřenými společnostmi [1, 2]. Jde o společnosti:

  • ASME. (American Society of Mechanical Engineers)
  • API (American Petroleum Institute)
  • GPO (Government Printing Office)
  • ASA (American Standard Association)
  • AWS (American Welding Society)
  • AISI (American Iron and Steel Institute)
  • ASTM (American Society for Testing and Materials)
  • SAE (Standard society American Engineering).

Normy jsou specifikovány do výrobních oblastí, jmenovitě do výroby ocelových konstrukcí mostů, lodí, tlakových nádob (ASME Power Boiler Code for welding of power boilers), zásobníků, potrubních systémů, leteckých konstrukcí, dopravy a elektrotechnického průmyslu.

Vlastní výrobkové normy jsou vypracovány společností AWS, jako je tomu kupř. v normě AWS Standard Qualification Procedure (Standard – kvalifikace postupu).

Základní konstrukční údaje svařovaných konstrukcí jsou v USA dány ve standardech:

  • AWS kodex silničních a železničních mostů
  • ASME kodex stavebních konstrukcí
  • AISC kodex ocelových konstrukcí
  • AWS kodex ocelových stabilních nádob
  • ASME kodex netopených tlakových nádob

V USA je označení vybraných jakostních tříd svařitelných ocelí řízeno standardy označovanými ve většině případů podle normalizačních společností AISI, API, ASTM, SAE.

Označení ocelí podle SAE standardu
Označení podle SAE standardu oceli vyjadřuje číselné vyjádření chemického složení tvářených (litých) nebo válcovaných ocelí s tím, že číslo:

1 – označuje uhlíkovou ocel
2 – označuje niklovou ocel
3 – označuje nikl chromovou ocel

V případě slitinové oceli druhé číslo všeobecně označuje procentní obsah slitinového prvku. Běžně poslední dvě nebo tři čísla označují obsah uhlíku v desetinách nebo v setinách hmot. %. Označení 2320 vyjadřuje niklovou ocel s přibližně 3 hmot. % Ni (3,25 až 3,75) a 0,20 hmot. % uhlíku (0,18 až 0,23 hmot. %).

Tab. 1 – Jakost ocelí podle základního označení SAE (Procedure Handbook of Arc welding, LEC, Cleveland I. Ohio, USA [1]):    
Jakost oceli chemické složení (hmot. %)  Číslo zařazení SAE  Jakost oceli chemické složení (hmot. %)  Číslo zařazení SAE 
Uhlíkové oceli   1xxx  Chromové oceli  5xxx 
Uhlíkové oceli nelegované  10xx  Cr oceli nízkolegované do 0,7 % Cr  50xx 
Uhlíkové oceli pro stavbu lodí  11xx  Cr oceli středně legované do 1,5 % Cr  51xx 
Manganové oceli (do 1,75 % Mn)  13xx  Cr oceli vzdorující korozi  514xx 
Niklové oceli  2xxx  Chrom-vanadové oceli nízkolegované  61xx 
Ni 3,50 %  23xx  Oceli odolné korozi  60xxx 
Nízkolegované Ni-Cr oceli  303xx až 3312  Žáruvzdorné oceli  70xxx 
Molybdenové oceli (Mo do 0,60 %)  40xx  Křemík-manganové oceli  9xxx 
Chrom molybdenové nízkolegované oceli  41xx  Nízkolegované středně pevné oceli  950x 
Ni Cr Mo nízkolegované oceli  43xx  Oceli o vysoké pevnosti  01xx 
Ni Mo nízkoleg. oceli  46xx     

 

Tab. 2 – Chemické složení ocelí podle SAE Standardu (norem jakosti) s vyjádřením číselného označení a korespondujícím označením podle AISI.   
Jakost oceli podle SAE  Obsah uhlíku (hmot. %)  Odpovídající jakost podle AISI 
1006  max. 0,08  C1006 
1010  0,08 - 0,13  C1010 
1020  0,18 - 0,23  C1020 
1030  0,28 - 0,34  C1030 
1040  0,37 - 0,44  C1040 

Označení ocelí podle AISI Standardu
Označení se liší od SAE identifikací metalurgického procesu, vyznačeného písmenem před číselným označením jakosti oceli. V současné době jsou oceli vyráběny metalurgickým pochodem v elektrické obloukové peci (označení E) a v kyslíkových konvertorech (LD proces). Numerické označení vyjadřuje čtyřmi čísly chemické složení oceli s tím, že poslední dvě čísla udávají střední obsah uhlíku v setinách %. První dvě čísla udávají následující charakteristiky uhlíkových ocelí (v případě chemického složení hmot. %).

AISI Standard

10xx Konstrukční oceli s nezaručeným obsahem síry
11xx Konstrukční oceli se zaručeným obsahem síry
13xx Oceli s obsahem manganu do 1,75 % včetně
23xx Niklové oceli s obsahem do 3,5 % niklu včetně
25xx Niklové oceli s obsahem do 5 % niklu včetně
31xx Ni 1,25 %, Cr od 0,65 do 0,80 %
33xx Ni 3,5 %, Cr 1,55 %
40xx Mo 0,25 %
41xx Cr 0,95 %, Mo 0,20 %
43xx Ni 1,80, Cr 0,50% – 0,80 %, Mo 0,25 %
----
50xx Cr 0,30 – 0,60 %
61xx Cr 0,80 – 0,95 %, V 0,10 – 0,5 %
86xx Ni 0,55, Cr 0,50 – 1,00, Mo 0,20 %
92xx Mn 0,85, Si 2,00 %
93xx Ni 3,25, Cr 1,20 %, Mo 0,12 %
----
98xx Ni 1,00, Cr 0,80 %, Mo 0,25 %

Ušlechtilé a korozivzdorné oceli jsou rozděleny do třech skupin s tím, že jsou označeny třemi čísly s následujícím významem:

3xx CrNi oceli – nekalitelné, paramagnetické
4xx Cr oceli – kalitelné, martenzitické a magnetické
4xx Cr oceli – nekalitelné, feritické (ferit delta) a magnetické
5xx Cr oceli – žáruvzdorné

Porovnání SAE a AISI standardů
Viz tabulka 2.

JAKOST MATERIÁLŮ PODLE USA STANDARDŮ
Označení ocelí podle ASTM standardu
Označení podle ASTM standardu má základ v označení podle AISI s tím, že rozdělení ocelí podle trojmístného číselného označení je uvedeno za úvodním písmenem (A – ocel). Jakost oceli (Grade) zůstává shodná s označením podle AISI.

ASME CODE IX (Sekce IX) – Quality Welding
Článek I.
Všeobecné požadavky – popis zkoušek – vlastní zkoušky (vše v palcích) – zkoušky vrubové houževnatosti lze uskutečnit pouze ve vybraných autorizovaných zkušebnách.

Článek II. Klasifikace svářečských postupů je nutné odsouhlasit zákazníkem zda je možné uskutečnit zkoušky jakosti ku příkladu podle EN 15614-1. Při tom je nutné dodržet postup transformace pWPS na WPQR a poté na WPS – Welding Procedure Specification podle Work Procedure s dodržením (a odsouhlasením zákazníkem):

  • velikosti zkušebního kusu – materiálu, druhu svarového spoje,
  • druhu přejímky materiálu podle 10204 – podle 3.1 nebo 3.2, 2.2 svarový kov,
  • metody svařovaní a parametrů svařování (dojednat platnost WPS).

Článek III. Osvědčení kvalifikace svářečů – zda požadavek je v souladu s ČSN EN 287-1

Článek IV. Svařovací údaje
Důležité informace o označení materiálů

P – základ
F – přídavný materiál atd.

Článek V. Vlastní kvalifikace svářečských postupů – doporučit zkoušky podle ČSN EN 15614-1- obdobně jako č. II

Důležité je projednat platnost všech zkoušek v metrických mírách (jmenovitě KCV – vrubovou houževnatost). Konstrukce musí spadat do oblasti norem materiálů, používaných pro svařování ocelových konstrukcí.

OZNAČENÍ OCELÍ PODLE ČSN EN 10027
Zkrácené označení – ČSN EN 10027–1
Podle této normy se označují oceli charakteristickými písmeny a čísly. Písmena a čísla jsou volena tak, aby vyjadřovala základní charakteristické značky, např. hlavní oblasti použití, mechanické, fyzikální vlastnosti (1. skupina) nebo chemické složení (2. skupina).

Skupina 1 – Značky vytvořené na základě použití mechanických nebo fyzikálních vlastností: S = oceli pro ocelové konstukce, P = oceli pro tlakové nádoby atd. …s tím, že následuje číslo, odpovídající hodnotě meze kluzu ReH (N/mm2).

Příklad označení oceli z 1. skupiny: S 235 JR G3, kde S označuje ocel pro ocelovou konstrukci, 235 je minimální mez kluzu Re 235 MPa, JR G3 přídavný symbol dle ČSN CR.

Skupina 2 – Značky tvořené na základě chemického složení ocelí.

  • a) Nelegované oceli se středním obsahem Mn okolo 1 hmot. % a legované oceli s obsahy jednotlivých prvků pod 5 %. Značka se skládá z písmen a čísel v pořadí: 1. Čísel, která odpovídají stonásobku středního obsahu uhlíku 2. Chemických symbolů pro legující prvky oceli, zařazených podle klesajících obsahů prvků. 3. Čísel, která jsou stanovena podle obsahu charakteristických legujících prvků, vynásobených následujícími koeficienty: .4 – Cr, Co, Mn, Ni, Si, W .10 – Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr .100 – Ce, N, P, S .1 000 B – Čísla se oddělují spojovacími čárkami.
  • b) Legované oceli s obsahem min. jednoho legujícího prvku ≥ 5 %. Značka se skládá z: 1. Charakteristického písmene X. 2. Čísla, které odpovídá stonásobku středního obsahu uhlíku. 3. Chemických symbolů pro legující prvky oceli, zařazených podle klesajících obsahů prvků. 4. Čísel, která udávají obsahy charakteristických legujících prvků v daném pořadí s tím, že představují střední obsah legujícího prvku zaokrouhlený na nejbližší vyšší celé číslo. Čísla jsou oddělena spojovacími čárkami.

Příklad označení oceli z 2. skupiny: C 16 E, kde C označuje nelegovanou ocel s obsahem Mn pod 1 hm. % a 16 odpovídá stonásobku hodnoty rozsahu předepsaného pro uhlík C = 0,16 hm. %, E dle ČSN CR 10260 – určuje předepsaný maximální obsah síry. U nízkolegovaných slitinových ocelí označení vyjadřuje kromě obsahu uhlíku též označení obsahu slitinových prvků v desetinách procenta, u ocelí jakostní třídy 17 vyjadřuje za písmenem X obsah uhlíku ve stonásobku hodnoty (X5 – 0,05 hm. % C) a za označením prvků jejich obsahy (Cr13 – 13 hm. % Cr).

Tab. 3 – Porovnání označení vybraných ocelí podle AISI, ČSN EN 10027–1, ČSN CR 10260 a ČSN EN 10027-2 a zařazení do skupin podle ISO TR (ČSN EN) 15608
AISI  ČSN EN 10027-1 a ČSN CR 10260  ČSN EN 10027-2  ČSN EN 15608-skupina 
St 37-2  S 235JRG3  1.0037  1.1 
Ck 15  C15E  1.1141  1.1 
14 220  16 MnCr5  1.7131  4.1 (6.1) 
15 020  16 Mo3  1.5415  4.1 (6.1) 
TStE 690 V A  S690QL  1.8928  3.1 
403 (410)  X6Cr13  1.4000  7.2 
304  X5CrNi18-10  1.4301  8.1 
321  X12CrNiTi18-10  1.4878  8.1 
316  X4CrNiMo17-12-2  1.4401  8.1 

 

Tab. 4 – Příklad zařazení ocelí do skupin (podskupin) jakosti podle ČSN EN 15608, podle USA standardu včetně stupně jakosti a podle ČSN EN 10027-1 a 10027-2      
Skupina  Podskupina  AISI Standard  Stupeň jakosti  ČSN - EN 10027-1  ČSN - EN 10027-2 
AISI  1027  28Mn6  1.1170 
AISI  301  X9CrNi18-8  1.4310 
AISI  X70  S460N  1.8905 
AISI  X85  S690Q  1.8931 

 

Tab. 5 – Závislost předehřívání nízkouhlíkových ocelí na chemickém složení     
SAE 1022-AISI 
AISI C1022 
Tloušťka (mm):    
do 12  12-25  25-50  více než 50 
Předehřev  20 °C  100 °C  150 °C  200 °C 

Číselné označování – ČSN EN 10027-2
Podle této normy se označují oceli pouze čísly a tato čísla pak platí jako doplňková ke značkám ocelí podle ČSN EN 10027–1. Čísla ocelí se tvoří následovně:

1.xxxx, kde číslo 1 je určeno pro označení ocelí, další dvě čísla se určují z tabulky z výše uvedené normy podle druhu materiálu.

Poslední dvě čísla jsou pořadová.

Příklad: 1.0036, kde 1 znamená ocel, 00 ocel obvyklých jakostí, 36 pořadové číslo.

Porovnání označení podle EN (ČSN EN 10027-1,-2), AISI a ASTM
Porovnání je doplněno zařazením ocelí do skupin a podskupin podle ČSN EN 15608 z důvodu, že v případě svařování uvedených ocelí, oceli může svařovat pouze svářeč, který má v osvědčení (čtvrtý sloupec) uvedenu skupinu (podskupinu), do které je svařovaná ocel zařazena.

Tabulka 3 uvádí příklady porovnání značek vybraných ocelí. Nové konstrukční nízkouhlíkové svařitelné oceli jsou vyráběny v současné době v USA moderními metalurgickými procesy s cílem dosáhnout vysokou čistotu oceli, požadované mechanické, fyzikální, chemické a technologické vlastnosti v oceli i ve svarovém spoji. Úkolem je získat co nejúčinnější příspěvek zpevnění oceli v návaznosti na metalurgické procesy, kterými lze dosáhnout mikrolegované jemnozrnné oceli v jakosti [3]:

  • normalizované oceli – proces N
  • termomechanicky zpracované oceli – proces M
  • zušlechtěné oceli – proces Q
  • precipitačně vytvrzené (zpevněné) oceli – proces QA

Zařazení do skupin (podskupin) jakosti podle ČSN EN 15608, označení podle USA standardu včetně stupně jakosti a podle ČSN EN 10027-1 a 10027-2 je v tabulce 4.

Doporučené technologie svařování uhlíkových, nízkolegovaných a středně legovaných ocelí ve shodě s SAE – AISI (Procedure Handbook)
V USA jsou postupy svařování vypracovány především společností AWS a v oblasti ocelí jsou rozděleny do sektorů ocelí s nízkým a středním obsahem uhlíku, nízkolegovaných ocelí, korozivzdorných ocelí a ocelí s vyšším obsahem manganu.

Obloukové svařování nízkouhlíkových ocelí podle SAE – AISI Do skupiny nízkouhlíkových ocelí SAE jsou zařazeny oceli s označením 1008 s korespondujícím označením C1008 (C max.
0,10 hmot. % a Mn do 0,50 max. hmot. %) a 1010 s označením C1010 (C max. 0,13 hmot. %, Mn do 0,5 hmot. %). Oceli se svařují podle klasifikace „zaručeně svařitelné oceli“.

Nízkouhlíkové oceli
V původním označení SAE 1015 až 1024 (X1015 až X1024) s korespondujícím označením AISI C1015 až C1024, jsou doporučovány pro svařování technologickým postupem, jenž odpovídá postupu uvedenému v ČSN EN 1011-2.

Nízkouhlíkové oceli se předehřívají v závislosti na chemickém složení (obsahu uhlíku, manganu) a na svařované tloušťce. Oceli SAE X1020, 1022-AISI C1022 (C 0,18 až 0,23 hmot. %) se svařují v závislosti na tloušťce s následujícími teplotami předehřevu (tabulka 5).

Oceli se středním obsahem uhlíku
SAE 1025 až 1030 s korespondujícím označením AISI 1025 až 1030 jsou klasifikovány jako dobře svařitelné s tím, že je nutné sledovat v závislosti na svařované tloušťce plechů možnost vzniku trhlin za studena. Je upozorněno na vodíkem indukované trhliny za studena s tím, že je nutné vysušovat elektrody před svařováním. Vzniku trhlin za studena lze předejít předehřevem 150° (přibližně 300 °F). [Přepočet T°C = 0,555. (T°F – 32)].

U koutových svarů redukujeme náchylnost k trhlinám snížením rychlosti svařování. Důležitá je poznámka o nutnosti předehřevu při svařování za teplot nižších než 5 °C s tím, že před svařováním je nutné konstrukci předehřát a po svařování ji na teplotě 23 °C (vyšší) ponechat po dobu ukončení transformačních procesů (1 hodina a více).

Oceli s obsahem manganu
SAE 1320 s korespondujícím označením AISI A1320 (Mn 1,60 až 1,90 hmot. %) jsou svařitelné do obsahu uhlíku 0,25 hmot. % včetně. Vyšší obsah uhlíku výrazně zvyšuje tvrdost v tepelně ovlivněné oblasti (TOO) svarového spoje. Oceli lze poté svařovat, v závislosti na obsahu uhlíku, s teplotou předehřevu 100 až 250 °C.

U svařovaných konstrukcí složitých tvarů a velkých tlouštěk se doporučuje po svařování tepelné zpracování ke snížení stavu napjatosti za teplot 580 až 650 °C s dobou výdrže na teplotě přibližně 1 hodinu na 25 mm tloušťky konstrukčního prvku.

Slitinové nízkolegované niklové oceli
SAE 2315 až 2515 s korespondujícím označením AISI A2315(7) až A2515 s obsahem niklu 3,25 až 5,25 hmot. % jsou svařitelné v závislosti na obsahu uhlíku a tloušťce s teplotou předehřevu 120 °C (C 0,15) až 365 °C (C 0,40, Ni 3,75 hmot. %). Svarové spoje jsou náchylné k tvorbě trhlin a je nutné je po svařování popouštět v rámci teplot třetího až čtvrtého stádia rozpadu martenzitu.

Nízkolegované oceli s nízkým obsahem chrómu
(0,40 až 0,90 hmot. %), molybdenu (0,20 až 0,60 hmot. %), niklu (1,65 až 3,75 hmot. %) s obsahem uhlíku 0,13 až 0,23 hmot. % jakosti SAE 4615 s korespondujícím označením AISI4615 jsou dobře svařitelné v závislosti na tloušťce s předehřevem v rozsahu teplot 200 až 350 °C. Při svařování tlouštěk větších než 15 mm se doporučuje tepelné zpracování za teploty 645 až 660 °C. Svařovat je nutné přídavnými materiály s velmi nízkým obsahem vodíku.

Nízkolegované vysokopevné oceli vzdorující atmosférické korozi
S obsahem chrómu 0,50 až 1,50 hmot. %, mědi 0,30 až 0,50 hmot. % s malým obsahem niklu o názvu Corten, Cromansil, Hi-Steel, Centralloy jsou dobře svařitelné v menších tloušťkách plechu (do 3 mm) bez předehřevu. Důležité je podřídit proces svařování technologii, za které nedojde k precipitaci Cu fází z tuhého roztoku. Znamená to svařovat malými tepelnými příkony elektrodami obdobné báze se sníženým obsahem difúzního vodíku.

Svařování mikrolegovaných jemnozrnných ocelí
Všeobecně při výrobě konstrukcí z vysokopevných ocelí (X70, X80, X100) dodržujeme doporučení daná normami, které souvisejí se svařováním a s vyráběnou konstrukcí z jemnozrnných ocelí. Jmenovitě lze doporučit při svařování konstrukcí, dodávaných podle AWS dodržovat pravidla uvedená v normách:

ČSN P ENV 1090-1 a ČSN 73 2601 Zm. 2: Provádění ocelových konstrukcí, DIN 18 800-7, ČSN EN 1011-2, které velmi podrobně pojednávají o svařování ocelových konstrukcí a jsou uznávaná americkými odborníky.

Z hlediska stupňů jakosti svarových spojů jednoznačně lze respektovat ČSN EN 5 817, podle které kontrolujeme jakost svarů. Správnost technologického postupu svařování vysokopevných jemnozrnných ocelí lze teoreticky kontrolovat ve shodě s AWS výpočtem teploty předehřevu podle vzorce

Tp = Ti = 700 . CET + 160 . tanh (d/35) + 62 . HD0,35 + (53 . CET – 32) . Q – 330,

platného pro tloušťku od 10 do 80 mm, ekvivalent uhlíku CET=C+(Mn+Mo)/10+ (Cr+Cu)/20+Ni/40 od 0,2 do 0,5 hmot. %, HD = 4 ml/100 g a pro tepelný příkon 10 kJ/cm. Teploty předehřevu jsou rovněž ve shodě s AISI 1022 C.

Dosud uskutečněné studie v SDP-KOVO Plzeň potvrzují, že jemnozrnné oceli S460Q (X70) s hodnotou meze kluzu Re 460 MPa lze při CET 0,29 hmot. % svařit do tloušťky 15 mm s předehřevem 50 °C, to jest o 50 °C nižším, než uvádí standard AISI 1022 C. Výjimku tvoří mikrolegované termomechanicky zpracované oceli S 460M (kupř. S480.7TM (X70) – produktovody), které lze úspěšně svařovat bez předehřevu bazickými (spádovými) elektrodami nebo metodou 135 do tloušťky 15 mm.

Všeobecně lze konstatovat, že svařování mikrolegovaných jemnozrnných vysokopevných ocelí vyrobených technologií M – Q – QA v důsledku nízkých hodnot ekvivalentů uhlíku CET probíhá bez obtíží s tím, že se doporučuje svařovat s tepelným příkonem do 10 kJ.cm–1 a svarový spoj umístit do míst, kde je možno pro svařování použít ve shodě s AWS přídavných materiálů v jakosti SG3. Postupy AWS se liší od EN vyšší teplotou předehřevu (o 20 až 50 °C) a důslednou kontrolou svařovacího procesu.

Svářecí pozice podle EN (ISO) a ASME
Při svařování je důležitá poloha elektrody (svařovacího drátu), která musí být ve shodě se zkouškami svářečů podle EN 287-1. Vzájemné porovnání polohy elektrod je uvedeno v tabulce 6.

Nízkolegované oceli
Oceli feritické báze P91, P911 a P92 jsou podle ASTM, AISI zařazeny do stupně jakosti A335 a podle ISI TR 608 do skupiny 6.4 (tabulka 7).

Svařování nízkolegovaných ocelí
Postupy svařování nízkolegovaných ocelí podle AWS odpovídají velmi přísným požadavkům, daných normou EN o názvu: Doporučení pro svařování kovových materiálů ČSN EN 1011-2: Svařování feritických ocelí. V dodatku C3 jsou podle metody B doporučení ke snížení vzniku trhlin za studena indukovaných vodíkem v nízkolegovaných ocelích s obsahem (hm. %) C max. 0,32, Mn max. 1,9, Si max. 0,8, Cr max. 1,5 (2,5), Cu max. 0,7, Mo max. 0,75, Ni max. 2,5, Ti max. 0,12, V max. 0,18.

Výslednou teplotu předehřevu (Tp) lze ve shodě s AWS vyjádřit z teplot uvažujících vliv ekvivalentu uhlíku (TpCET), tloušťky (Tpd), obsahu difúzního vodíku (TpHD), tepelného příkonu (TpQ), včetně stavu vnitřních napětí (dvou nebo tří rozměrného odvodu tepla) matematicky nebo lépe s využitím diagramů izotermního rozpadu austenitu obdobně, jako je tomu při svařování ocelí skupiny 4 (Q).

Z rozboru diagramů anizotermického rozpadu podchlazeného austenitu nízkolegovaných ocelí s hodnotou meze pevnosti 600 MPa, kupříkladu oceli AISI A508 Cl3 – 15CrMoV5.10 a výše legovaných ocelí vyplývá, že struktura TOO bude po svařování v návaznosti na základní parametry (CET, d, HD, Q), martenziticko-bainitická, případně při vyšších teplotách předehřevu bainiticko-feritická. Z toho je zřejmé, že výše legované feritické oceli mohou být náchylné na vodíkem indukované trhliny zákalného charakteru vzniklé mechanismem vzniku trhlin za studena.

Tab. 6 – Svařecí pozice podle EN (ISO) a ASME  
EN  ASME 
PA (BW – tupý spoj), FW (koutový spoj)  1G (tupý spoj), 1F (koutový spoj) 
PB (FW)  2F, 2FR 
PC (BW)  2G 
PD (FW)  4F
PE (BW)  4G 
ASME:
F – koutový spoj
G – tupý spoj
FR – koutový spoj trubka – plech
GR – tupý spoj příruby v šikmé poloze (poloviční V spoj)  

 

Tab. 7 – Osvědčení nízkolegovaných oceli podle AISI a EN norem     
Standard AISI Stupeň jakosti  Skupina ISO 15608  ČSN EN 10027-1  ČSN EN 10027-2 
AISI A508 CI.3  6.2  15CrMoV5-10  1.6310 
AISI A533  BCL.1  3.1 (reaktory)  15NiCuMoNb5  1.6368 
AISI A335  T/P11  6.2  10CrMo9-10  1.7335 
AISI A335  T/P22  6.2  10CrMoWV  1.7380 
AISI A389  T/P23 (C23)  6.2  7CrMoV(TiB)  1.7733 
AISI A405  T/P 24  6.2  G17CrMoV  1.7715 

 

Tab. 8 – Chemické složení austenitických ocelí AISI skupiny 8 – podskupiny 8.1       
AISI  C hmot. %  Mn (max.) hmot. %  Si (max.) hmot. %  Cr hmot. %  Ni hmot. %  Jiné prvky hmot. % 
301  0,08  2,00  1,00  16,0-18,0  6,0-8,0   
302  0,08  2,00  1,00  17,0-19,0  8,0-10,0   
302B  0,08  2,00  2,50  17,0-19,0  8,0-10,0   
303  0,15  2,00  1,00  17,0-19,0  8,0-10,0   
304  0,08  2,00  1,00  18,0-20,0  8,0-11,0   
305  0,12  2,00  1,00  17,0-19,0  10,0-13,0   
308  0,08  2,00  1,00  19,0-21,0  10,0-12,0   
309  0,20  2,00  1,00  22,0-24,0  12,0-15,0   
310  0,25  2,00  2,00  24,0-26,0  19,0-22,0   
314  0,25  2,00  2,50  23,0-26,0  19,0-22,0   
316  0,10  2,00  1,00  16,0-18,0  10,0-14,0  Mo 2,0-3,0 
317  0,10  2,00  1,00  18,0-20,0  11,0-14,0  Mo 3,0-4,0 
321  0,08  0,08  1,00  17,0-19,0  8,0-11,0  Ti 5xC 
347  0,08  0,08  1,00  17,0-19,0  9,0-12,0  Nb 10xC 

 

Tab. 9 – Austenitické korozivzdorné oceli s Cr ≤ 19 hmot. % zařazené do skupiny (podskupiny) 8.1    
ASTM AISI  Skupina EN 15608  ČSN EN 10027-1  ČSN EN 10027-2 
304  8.1  X5CrNi18-10  1.4301 
304L  8.1 (8.2)  X2CrNi19-11  1.4306 
316  8.1  X5CrNiMo17-12-2  1.4401 
316L  8.1  X2CrNiMo17-12-2  1.4404 
321  8.1  X6CrNiTi18-10  1.4541 
347  8.1  X6CrNiNb18-10  1.4550 
316Cb  8.1  X6CrNiMoNb17-12-2  1.4580 
316Ti  8.1  X6CrNiMoTi17-12-2  1.4571 

 

Tab. 10 – Chemické složení austenitických ocelí AISI skupiny 8 – podskupiny 8.2 (Cr > 19 hmot. %)    
ASTM AISI  Skupina EN 15608  ČSN EN 10088-1  ČSN EN 10027-2 
309  8.2  X15CrNiSi20-12  1.4828 
314  8.2  X15CrNiSi25-20  1.4841 

 

Tab. 11 – Manganové austenitické korozivzdorné oceli se 4,0 hmot. % < Mn ≤ 12,0 hmot. %    
ASTM AISI  Skupina EN 15608  ČSN EN 10027-1  ČSN EN 10027-2 
8.3  X12CrMnNiN18-9-5  1.4373 

Tepelné zpracování po svařování musí být provedeno v souladu s ČSN EN a AWS tak, že teplota žíhání nesmí být vyšší než skutečná popouštěcí teplota nízkolegovaných ocelí feritické báze skupiny 6. U ocelí se teploty popuštění po svařování pohybují 30 °C pod teplotou popuštění základních materiálů s výdrží na teplotě po prohřátí oceli 60 minut na 25 mm tloušťky oceli v místě svarového spoje.

Korozivzdorné oceli austenitické báze
Austenitické korozivzdorné oceli jsou podle AWS rozděleny na nestabilizované a stabilizované oceli. U nestabilizovaných (i stabilizovaných Ti a Nb /USA-Cb/) ocelí určených pro svařování se podle AWS doporučuje použít oceli po rozpouštěcím žíhání. AWS zdůrazňuje, že austenitické oceli jsou paramagnetické (téměř nemagnetické) a tudíž není možné kontrolovat svarové spoje magnetickými metodami.

Zařazení AISI ocelí do skupin a podskupin podle IS0 TR 15601:

8.1 Austenitické korozivzdorné oceli s Cr ≤ 19 hmot. %,
8.2 Austenitické korozivzdorné oceli s Cr > 19 hmot. %,
8.3 Manganové austenitické korozivzdorné oceli se 4,0 hmot. % < Mn ≤ 12,0 hmot. %.

Ve shodě s EN TR 15608 lze do skupiny 8 – podskupiny 8.1 zařadit oceli: AISI 301, 302, 302B, 303, 304, 305, 316, 317, 321, 347. Do skupiny 8 – podskupiny 8.2 lze dále zařadit oceli: AISI 308, 309, 310, 314, 317.

V podskupině 8.3 jsou dále oceli, označení podle ČSN: 417481: X12CrMnNiN17-7-5 :1.4372, X2CrMnNiN17-7-5: 1.4371.

Svařování korozivzdorných ocelí jakosti Cr-Ni ve shodě s SAE – AISI
Pro svařování austenitických ocelí, ve shodě s AWS, jsou doporučeny oceli tepelně zpracované rozpouštěcím žíháním (1 050 °C – 20 min. s následným prudkým ochlazením). U nestabilizovaných austenitických ocelí (kupř. AISI 321 – 1.4541) lze aplikovat stabilizační žíháním za teploty 850 °C s mírnou degradací vlastností oceli. Austenitické korozivzdorné oceli se svařují v zásadě bez předehřevu s cílem vyloučit vznik trhlin za horka v TOO (tepelně ovlivněné oblasti) a ve svarovém kovu. U ocelí s vyšším obsahem Cr, Mo a Si je nutné upozornit na možný výskyt intermetalických fází, jmenovitě fáze sigma. Náchylnost k tvorbě karbidů po hranicích zrn a tím i k mezikrystalové korozi lze snížit redukcí obsahu uhlíku (max. 0,03 hm. %) astabilizací struktury (Ti, Nb, Ta). Z důvodu potlačení nauhličení lze doporučit používat ochranné plyny s obsahem CO2 do 2,5 obj. %. Podle AWS norem a předpisů je nutné upozornit na vyšší teplotní roztažnost austenitických ocelí v porovnání s feritickými ocelemi. Standardní austenitické oceli mají k potlačení vzniku trhlin za horka obsah feritu ≥ 3 FN (měřeno podle EN ISO 8249). Pro svařování standardních korozivzdorných ocelí je rovněž vhodné použít svařovací materiály s obsahem feritu ve svarovém kovu mezi 3 a 15 FN a zajistit minimální tuhost upnutí spoje. Austenitické korozivzdorné oceli se po svařování tepelně nezpracovávají.

Zvláštnosti při svařování austenitických ocelí
Závažným problémem austenitických ocelí a svarových spojů je jejich odolnost proti mezikrystalové korozi, jmenovitě za vyšších teplot. Dalším problémem při svařování je jejich náchylnost ke vzniku karbidických a intermetalických fází v TOO, kde může rovněž dojít při svařování k mikrosegregaci fosforu a síry podél dendritů a hranic zrn.

Z porovnávacích zkoušek náchylnosti svarových spojů nestabilizovaných austenitických ocelí ke strukturnímu zcitlivění vyplynulo, že kritické jsou v ovlivněných zónách teploty 480 až 650 °C a je nutné při svařování volit postupy a metody, zaručující nejmenší dobu setrvaní v uvedeném rozsahu teplot (teplotní příkon ≤ 1,5 kJ.mm–1).

ZÁVĚR
V pojednání je zdůrazněno, že konstrukční dílce v zakázkách pro USA musí být vyrobeny z oceli, jejíž vlastnosti jsou v souladu s normami AWS – ASTM, nebo s evropskými normami EN (ČSN EN), které poskytují informace o pevnostních vlastnostech, svařitelnosti a vrubové houževnatosti (lomové houževnatosti v ohybu) oceli.

Obdobné je tomu při svařování konstrukcí z ocelí označených podle jakosti AISI, dodávaných do USA, kde je nutné dodržet AWS Standardy (klasifikace postupů). V práci jsou uvedeny nejčastěji používané svařitelné oceli podle AWS – ASTM feritické a austenitické báze, využitelné pro výrobu svařovaných konstrukcí (mostů) s tím, že jsou vzájemně porovnány postupy svařování podle AWS a EN.

Autor děkuje Mgr. Janu Krotkému za spolupráci při zpracování projektu ZČU FPE KAT.

LITERATURA:
[1] Procedure Handbook of Arc welding, LEC, Cleveland I. Ohio, USA, AIC, 1200 s.
[2] ASM Handbook Volume 06: Welding, Brazing and Soldering, Hard, ASM, 1993, Hardbound, ASM, 1993, 1299 s.
[3] Barták, J. a kolektiv, (Kapitola 5 – V. Pilous): Goldhöfer, Praha 2010, ISSN 1803–2834

Weldable Steels According to EN, AISI, ASTM for Engineering Welded Structures
The article deals with steels according to EN, AISI, ASTM. It includes the welding procedures of selected steels included into the groups of low-carbon, low-alloyed and corrosion-resistant steels on austenitic basis. It also deals with the main principles and requirements for welded structure execution with focus on the bridge construction of welded concept in the EU states as well as in the USA. In compliance with the Eurocodes EN 1990, 1991 and 1993, the included requirements are imposed on the structures produced in the EU states and in the USA. The material, production process and assembly, control, testing, surface adjustments and declaration of conformity shall be in compliance with the EN 1090-1, 2 and USA requirements.

Bookmark
Ohodnoďte článek:

Fotogalerie
Nosný rám drtiče stavebního materiálu včetně násypky (svařeno v SDP-KOVO)Silo pro zpracování vápence (svařeno v SDP-KOVO)Součást rámu manipulačního zařízení pro stavbu větrné elektrárny (svařeno v SDP-KOVO)Výložník jeřábu (svařeno v SDP-KOVO)Táhla přístavních jeřábů (svařeno v SDP-KOVO pro firmu Kalmar)Podvozek nosiče kontejneru svařované koncepce (svařeno v SDP-KOVO)

NEJčtenější souvisejicí články (v posledních 30-ti dnech)

Svařování slabých plechůSvařování slabých plechů (452x)
Nejprve to hlavní – co si představit pod pojmem slabý plech. Je to tenký plech válcovaný za studena plech tloušťky 0,6 –...
Pájení kovůPájení kovů (142x)
Pájení je několik tisíciletí stará metoda spojování materiálů, od počátku 20. století využívaná průmyslově. Výhodou je m...
Použití ocelí normalizačně tepelně zpracovaných S355NL a termomechanicky zpracovaných S355MLPoužití ocelí normalizačně tepelně zpracovaných S355NL a termomechanicky zpracovaných S355ML (95x)
Při návrhu svařované mostní konstrukce pro městkou komunikaci v Praze Troji byla posuzována možnost použít místo klasick...

NEJlépe hodnocené související články

První jeřábový hák na světě vyrobený 3D tiskemPrvní jeřábový hák na světě vyrobený 3D tiskem (5 b.)
První jeřábový hák na světě vyrobený technikou 3D tisku úspěšně prošel zátěžovými testy na 80 tun a souvisejícími kontro...
„Robotické nahrazení svářeče u našich aparátů pro nejbližší budoucnost nevidím jako možné,“„Robotické nahrazení svářeče u našich aparátů pro nejbližší budoucnost nevidím jako možné,“ (5 b.)
uvedl v rozhovoru pro časopis KONSTRUKCE Ing. Lumír Al-Dabagh, generální ředitel ZVU STROJÍRNY, a. s....
Eurazio center – největší předváděcí centrum laserů a CNC strojů zahájilo výstavbuEurazio center – největší předváděcí centrum laserů a CNC strojů zahájilo výstavbu (5 b.)
Časům nakupování průmyslových strojů na slepo, bez osobního vyzkoušení a podrobné znalosti strojů, provozních nákladů a ...

NEJdiskutovanější související články

Použití ocelí normalizačně tepelně zpracovaných S355NL a termomechanicky zpracovaných S355MLPoužití ocelí normalizačně tepelně zpracovaných S355NL a termomechanicky zpracovaných S355ML (3x)
Při návrhu svařované mostní konstrukce pro městkou komunikaci v Praze Troji byla posuzována možnost použít místo klasick...
Varianty obalených elektrod – obalené elektrody s dvojitým obalemVarianty obalených elektrod – obalené elektrody s dvojitým obalem (3x)
Svařování obalenou elektrodou rozhodně nepatří mezi zastaralé metody. Použití kvalitní obalené elektrody umožňuje vytvoř...
Kvalitní řez oceli rozhodujeKvalitní řez oceli rozhoduje (1x)
Vyřešit řeznou hranu ocelových desek či profilů znamená následné ušetření nákladů i starostí, spojených s dalším opracov...