Dobránszky, János

Hungarian

Repository of the Academy's Library

Kis falvastagságú, nagy C-tartalmú acélok hegeszthetősége Dobránszky János   Bevezető A vékony (közelebbről: s ≤ 2 mm) acéllemezek hegesztése meglehetősen gyakori feladat. A feladat végrehajtására tipikusan alkalmazott eljárás a védőgázos, fogyóelektródás ívhegesztés (MIG/MAG), az AVI (TIG) hegesz-tés, illetve gyakran az ellenállás ponthegesztés. Rögtön hozzá kell azonban tenni, hogy az ilyen vékony lemezek anyaga az esetek döntő többségében ötvözetlen acél, austenites korrózióálló acél, ritkábban mikroötvözött vagy gyengén ötvözött acél. Ezekben az esetekben az acél karbontartalma olyan kis értékű, hogy ezt valamint a további ötvözők csekély mértékét és a kis falvastagságot is figyelembe véve nem csak a hidegrepedési veszély, de más hegeszthetőségi probléma sem vetődik fel.  A hegeszthetőségi problémákat számos esetben a nagy falvastagságú alapanyag idézi elő annak következtében, hogy a lehűlés sebessége jelen-tősen megnő a falvastagsággal, és ez CE ≥ 0,45-0,50 karbonegyenérték fe-lett megnöveli a hidegrepedési veszélyt. Ennek elhárítására az előmelegítés alkalmazását javasolja a szakirodalom, amely − érthetően − nem a finom-lemezekre összpontosít.   Kivételesen ritkának számít az olyan hegesztett szerkezet, amelynek kis falvastagságú alapanyaga jelentős mennyiségű C-t tartalmaz. Az ilyen, enyhén hipereutektoidos alapanyagokat speciális vágószerszámok (pl. sza-lagfűrészek) anyagaként fejlesztették ki. A végtelenítés során a kis igény-bevételnek kitett, kisméretű lapoknál gyakran alkalmaznak keményforra-tást, de a nagy vágási teljesítményű lapokat hegesztéssel végtelenítik. Ezen acélok hegesztése nem ítélhető meg teljesen azonos módon sem a szerszámacélokéval, amelyek hegesztését (leginkább javítóhegesztés) min-dig hőkezelés követi, sem pedig a nagy karbonegyenértékű, közepesen öt-vözött acélokéval, ezek C-tartalma ritkán haladja meg a 0,4 %-ot.   A kísérletek leírása  A kis falvastagságú, nagy C-tartalmú acéllemezek hegesztés során enyhén hipereutektoidos acéllemezek tompahegesztését végeztük el. A kísérletek során két különböző kémiai összetételű acélt használtunk, melyek vastag-sága 1,0 mm, 1,25 mm és 1,65 mm volt. Kísérleti anyagként CK75 (1.1248) és 75Ni8 (1.2796) acélokat használtuk, melyek kémiai összetétel-ét az I. táblázatban adjuk meg. A szelvényméretek: 110×1,0; 206×1,65; és155×1,25 mm.   C [tömeg %]Si [tömeg %]Mn [tömeg %]Ni [tömeg %]P [tömeg %] S [tömeg %]CK75 0,70 − 0,80 0,15 − 0,35 0,60 − 0,80 − ≤ 0,035 ≤ 0,035 75Ni8 0,75 0,20 − 0,30 0,40 − 0,60   ≅ 2,0 ≤ 0,025 ≤ 0,010 I. táblázat  A hegesztést argon védőgázos fogyóelektródás ívhegesztéssel hajtottuk végre különböző összetételű hegesztőhuzalokkal, ill. AVI hegesztéssel, hozaganyag nélkül és hozaganyaggal egyaránt. Az előmelegítés nélküli hegesztés mellett 350°C és 420°C előmelegítést vizsgáltunk. Hegesztőanyagként egyrészt az EN 440 szerinti G3Si1 jelű, d=0,8 mm-es ötvözetlen hegesztőhuzal szolgált, másrészt pedig egy átmeneti hegesztőanyagként alkalmazott, d=1,0 mm-es austenites huzal, az ELGA Chromamig 309 LSi, melynek tömegszázalékos kémiai összetétele, a varratfém mechanikai jellemzői és a ferritszáma (FN) a II. táblázatban láthatók:  C  Si  Mn  Cr  Ni  Rm  Rp0,2  A5 [%] FN0,02 0,7 1,6 23,0 13,0 650 MPa 450 MPa 35 10 II. táblázat A hegesztéshez ráfutó- és kifutólemezt alkalmaztunk, melyek közül a kifutó-lemez az austenites varratfém dermedésekor több esetben letört: ez a jelen-ség az austenites varratfém másfélszer nagyobb mértékű zsugorodásával és a varrat végénél kialakuló hőtorlódással függ össze; elkerülni helyesen meg-választott méretű (rövid) kifutólemezzel lehet.   Vizsgálati eredmények A hegesztett kötések szilárdságát az MSZ ISO 4136 szerinti szakítóvizsgá-lattal ellenőriztük, melynek eredményeit az 1. ábrán foglaltuk össze:           Miután valamennyi alapanyag/hegesztőanyag kombinációnál a varratban szakadtak a próbatestek, az 1.ábrán jól megjelenik a két hegesztőanyaggal készített varrat mechanikai tulajdonságai közötti különbség: az ötvözetlen hegesztőanyag szilárdsága jóval nagyobb, szívóssága viszont lényegesen kisebb értékű, mint az austenites hegesztőanyaggal készült varraté. Ki kell emelni, hogy az ötvözetlen hegesztőanyag varratának szilárdsága 020040060080010001200050100Rp [MPa] Rm [MPa] Z [%]Ck75 + G3Si1 75Ni8 + 309LSiCk75 + 309LSi Ck75 + 309LSi75Ni8 + G3Si11. ábra  másfélszerese annak az értéknek, amit a katalógusok az ilyen anyagra előírnak, aminek oka nyilvánvalóan a karbon jelentős beötvöződése a var-ratfémbe. Ugyanez a tény valamint a durvaszemcsés ömledék magyarázza a csekély szívósságot is.  A metallográfiai vizsgálatok szerint a varratfém és a hőhatásövezet túlhe-vített zónájának szövetszerkezete a 420°C előmelegítés ellenére erősen in-homogén, az eldurvult austenitből Widmanstätten-ferrit, perlit ill. bainit keveréke alakult ki. Ennek a szerkezetnek valóban kicsi a szívóssága és a kifáradással szembeni ellenállása, míg az austenites anyagú varratfém ki-tűnő szívóssággal és kifáradási jellemzőkkel bír, egyfajta „képlékeny csuk-lóként” működik a hegesztett szerkezetben. Szilárdsága lényegesen elma-rad ugyan az alapanyag és a másik varratfém mögött, de amennyiben az üzemi terhelés nem éri el a folyáshatár felét, szilárdsági, kopási és kifára-dási szempontból egyaránt kiválóan alkalmazható.  350°C előmelegítésnél dominánssá válik az alsó bainit, a túlhevített zónában pedig martensit is kialakul. Az előmelegítés elhagyása a varrat jelentős ré-szében és a hőhatásövezet széles sávjában martensit kialakulását eredmé-nyezi, amely hidegrepedést okoz, gyakran a lehűlés befejeződése előtt, a primer austenit szemcsehatárok mentén terjedve. Mindezen szövetszerkezeti sajátosságokhoz jól illeszkedik a keménység változása. A 2. ábrán látható a különböző módon hegesztett varratok vonalmenti keménységeloszlása. A keménységcsúcsok csak azon esetekben tarthatók HV0,5=450-500 érték alatt, amennyiben az előmelegítés meghaladja a 400°C-ot (a tapasztalat sze-rint az előmelegítés mellett szükség van még utóhőkezelésre is).            2. ábra 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000010020030040050060070080090010001100 TE=350°C  hozaganyag: G3Si1  TE=430°C  hozaganyag: G3Si1  TE=430°C  AVI + G3Si1  TE=350°C  hozaganyag: G3Si1  előmelegítés nélkül  hozaganyag: G3Si1mikrokeménység,  HV 0,5Távolság a varrattengelytől, [µm]   Ezen az ábrán feltüntettük annak a varratnak a mérési adatait is, amelyet különleges AVI-technikával hegesztettünk meg, nevezetesen rés nélküli illesztéssel és kis mennyiségű hozaganyaggal. Az így készült varrat össze-tétele és szövetszerkezete közel esik az alapanyagéhoz, a keménységelosz-lás egyenletes. Minthogy a varrat a nagy alapanyaghányad miatt szilárd és szívós, a szakító próbatesteken a szakadás a hőhatásövezet kilágyult zó-nájába esik. 1192 MPa szakítószilárdság és Z=28% kontrakció mérhető a szakadásnál.  Összegzés A nagy C-tartalmú, kis falvastagságú ötvözetlen acélok hegesztésénél nagy jelentőséggel bír az előmelegítési hőmérséklet helyes megválasztása. Elő-melegítés nélkül a varrat és a hőhatásövezet hidegrepedési hajlama igen nagy. Az előmelegítés hőmérsékletének megválasztásához nem adnak kel-lően megbízható eligazítást a közismert nomogramok, nomogramrendszerek, ill. számítások. A nomogramok általában nem tar-talmaznak 5-10 mm-nél vékonyabb lemezekre vonatkozó részleteket (MSZ6280, ill. MSZ EN 10113, IRSID Atlas, AWS Welding Code). A számí-tási módszerek (Séférian, BWRA, IIW, ASME BPVC) pedig 210-310°C kö-zötti értéket szolgáltatnak, ami a keménységmérési adatok alapján nyil-vánvalóan nem megfelelő. A tapasztalati úton 400-430°C-ban megválasz-tott előmelegítési hőmérséklet, amely egyben a hegesztést követő utólagos hőkezelés hőmérséklete is, jó megoldást jelent. A varratok legnagyobb szí-vóssága az austenites hozaganyaggal való hegesztéssel biztosítható, ilyen-kor viszont kicsi a varrat folyáshatára (a hozaganyag ferrittartalma kb. 10 % kell legyen, hogy a melegrepedési veszély ne lépjen fel). Nagy szilárdság, fáradással szembeni ellenállás és egyben szívósság viszont kis mennyisé-gű, a varrattömeg 10 %-ánál nem nagyobb mennyiségű hozaganyaggal végzett AVI-hegesztéssel biztosítható. Az így készült varrat csaknem ho-mogén kötést biztosít, és a nagyon alacsony hidrogéntartalom miatt a var-rat szívóssága megfelelő marad.  Irodalom 1. D. Séférian: Métallurgie de la soudure, Dunod 1965. 2. P. Seyffarth: Schweiß ZTU-Schaubilder, VEB Verlag Technik, 1982. 3. Bödök K.: Az ötvözetlen, gyengén és erősen ötvözött acélok korrózióálló-sága, különös tekintettel azok hegeszthetőségére, CorWeld 1997. 4. Welding Handbuch vol. 4., AWS 1982.  

Kis falvastagságú, nagy C-tartalmú acélok hegeszthetősége

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Repository of the Academy's Library