16 października 2021



Temperatura międzyściegowa
Wytyczne dotyczące górnej granicy temperatury międzyściegowej podczas spawania stali ulepszanej cieplnie (S355J2, S460J5) oraz stali superwytrzymałych: mikroskopowych ( S690QL, S960QL, S110QL) i termoplastycznie walcowanych (S700MC, S960MC) przedstawiono poniżej.
Stale ulepszone cieplnie (S355J2, S460J5) są stalami, które zostały wyprodukowane przy pomocy hartowania i odpuszczania, czyli ulepszania cieplnego. Są to stale, które posiadają strukturę martenzytyczną o bardzo dobrej udarności co wiąże się z tym, że twarda po hartowaniu struktura martenzytyczna ulega rozdrobnieniu w wyniku odpuszczania. Jeśli temperatura odpuszczania będzie zbyt wysoka to ziarna krystaliczne ulegną powiększeniu i nastąpi zmniejszenie twardości oraz pogorszenie udarności. Odpowiednia temperatura odpuszczania jest ważnym czynnikiem wpływającym na kontrolowanie twardości i udarności. W czasie produkcji stali odpuszczanie przeprowadza się zazwyczaj w temperaturze ok. 600 °C, zachowując wytrzymałość i udarność. Jeśli w czasie spawania temperatura międzyściegowa będzie zbyt wysoka, to strefa wpływu ciepła podgrzana do temperatury wyższej od temperatury odpuszczania ulegnie rozszerzeniu i powiększy się strefa, w której udarność i twardość będą gorsze. Może się to stać przyczyną niewystarczającej wytrzymałości złącza oraz pogorszenia udarności. Jeśli w czasie spawania stali ulepszanej cieplnie z energią liniową powyżej 40 kJ/cm zwiększymy temperaturę międzyściegową do temperatury w przedziale 300-600 °C, to z jej wzrostem spada udarność oraz wytrzymałość na rozciąganie.
Stale wysokowytrzymałe mikroskopowe i termoplastycznie walcowane (S690QL, S960QL, S110QL i S960MC) wymagają całkiem odmiennego podejścia. Jeżeli temperatura międzyściegowa będzie zbyt wysoka to nastąpi powiększenie ziaren struktury w obrębie linii wtopienia, która została wystawiona na działanie wysokich temperatur przez długi czas i stal stanie się bardziej krucha. Ponadto, jeżeli temperatura chłodzenia strefy wpływu ciepła oraz spoiny, które zostały podgrzane do temperatury powyżej przemiany austenitycznej, będzie zbyt niska (np. czas chłodzenia od 800 °C – 500 °C będzie długi), to może to przyczynić się do obniżenia wytrzymałości i udarności. Zgodnie z powyższymi wyjaśnieniami temperatura międzyściegowa powinna być niska, jednakże w przedziale nie przyczyniającym się do powstawania pęknięć zimnych.
Na szczególną uwagę zasługuje to, że elementów spawanych ze stali konstrukcyjnych drobnoziarnistych Rp0,2>460 N/mm2 nie wolno cynkować ogniowo (rozrost ziaren) ani galwanicznie (nawodorowanie), ani też poddawać nitrokarburyzacji gazowej.
Przy stalach drobnoziarnistych konstrukcyjnych ulepszanych cieplnie wodą i termomechanicznie należy odstąpić od prostowania ogniowego odkształconych elementów konstrukcji stalowych, ponieważ przy temperaturach w granicach 600 °C i ponad, osiągana jest temperatura odpuszczania stali drobnoziarnistych konstrukcyjnych ulepszanych cieplnie (wodą), względnie wyraźnie jest ona przekraczana, i prowadzi to do silnego zmniejszenia właściwości mechanicznych (Rp0,2). Obowiązuje to również przy stalach drobnoziarnistych konstrukcyjnych termo-mechaniczne walcowanych, gdyż tu silne wprowadzenie ciepła przy temperaturze około 600 °C i więcej, również prowadzi do silnego zmniejszenia właściwości mechanicznych (Rp0,2).
Czas chłodzenia t8/5 , jaki należy zachować przy procesie spawania, jest w procesie prostowania ogniowego (szczególnie w obszarze temperatury wyżarzania) wyraźnie przekroczony. Ma to wpływ na powstanie dużych ziaren, przez co maleje odporność na obciążenia mechaniczne i wytrzymałość.

Wygrzewanie po spawaniu
Jest to obróbka termiczna, która polega na utrzymywaniu po spawaniu temperatury 200-350 °C przez 1/2 do kilku godzin, w celu usunięcia ze stali wodoru atomowego. Im niższa temperatura, im wilgotniejsze powietrze, im grubsza blacha, tym dłużej należy wygrzewać, nawet ponad cztery godziny. Wodór atomowy powstający w łuku spawalniczym z pary wodnej, znajdującej się w powietrzu, przechodzi do jeziorka spawalniczego, a następnie dyfunduje do miejsc, gdzie powstają naprężenia spawalnicze. Celem wygrzewania po spawaniu jest usunięcie wodoru dyfundującego ze spoiny oraz zmiękczenie elementów utwardzonych w efekcie spawania.
Wygrzewania po spawaniu nie można stosować do stali ulepszanej cieplnie o podwyższonej wytrzymałości na rozciąganie, stali Cr-Mo i stali niskostopowej. Podczas wygrzewania po spawaniu należy utrzymywać temperaturę tak, aby nie opadała poniżej temperatury podgrzania wstępnego elementu spawanego. W przypadku wygrzewania miejscowego należy zwrócić uwagę na gradient temperatury, aby nie powstawały zbyt duże naprężenia termiczne. Przy niższej temperaturze wygrzewania wydłużamy czas wygrzewania.

rys_3
Rys. 2  Wieża obrotowa (górka)

Powyżej 8 mm stale wysokowytrzymałe mikroskopowe i termoplastycznie walcowane należy podgrzewać do temperatury min. 120 °C i przetop wykonać drutem miękkim G4Si1. Po usztywnieniu przyrządami sczepy po podgrzaniu też wykonuje się drutem miękkim. Sczepów nie wykonuje się w miejscach najbardziej wytężonej pracy. W środku belki nie powinno być sczepów oraz ingerencji cieplnej łuku elektrycznego od spawania zastrzałów blach pomocniczych. Stal S960 jest bardziej sztywna niż S690QL i przez to bardziej wrażliwa na pęknięcia. Przyczyną pęknięć wodorowych jest wodór atomowy, naprężenia związane ze sztywnością i krucha struktura (zahartowanie lub przegrzanie). Dlatego zaraz po spawaniu należy spoinę zaizolować kocami termicznymi i jak najszybciej przystąpić do wygrzewania. Stal S1100QL jest jeszcze bardziej sztywna i tak wrażliwa na pęknięcia, że obowiązkowo należy podgrzewać, utrzymywać temperaturę międzyściegową, nie przegrzewać, chronić spoinę w czasie spawania przed nadmiernym stygnięciem kocami termicznymi i zaraz po spawaniu musi nastąpić wygrzewanie. Ostatni ścieg musi być w środku spoiny i nie może przylegać do materiału podstawowego. Największa skłonność do pękania jest na wiosnę i na jesieni, czyli w okresie największej wilgotności powietrza.