Transcript Curs9

Sudabilitatea este o caracteristică tehnologică
complexă a materialelor, care arată aptitudinea de
a putea realiza construcţii sudate din materialul
respectiv, printr-o metodă dată de sudare, cu metal
adaos dat, pentru un anumit scop, în anumite
condiţii, în aşa fel ca construcţia sudată să satisfacă
toate cerinţele de siguranţă în execuţie şi
exploatare.
Sudabilitatea este o însuşire complexă determinată
de: proprietăţile materialului de bază şi de cele
ale materialului de adaos, de tehnologia de
sudare şi de nivelul solicitărilor în exploatare.
Metodele de încercare, utilizate în prezent pentru
determinarea sudabilităţii, sunt numeroase şi
variate, fără să se fi ajuns la standardizarea
unor metode unice. Pentru aprecierea sudabilităţii
se fac încercări laborioase asupra materialului de
bază, asupra zonei influenţată termic (ZIT),
asupra sudurii propriu-zise şi asupra îmbinărilor
sudate.
•comportarea metalurgică la sudare (compoziţie chimică, caracteristici
metalografice, caracteristici mecanice, tendinţa de fisurare la cald sau la rece),
definită de modul cum reacţionează oţelul faţă de acţiunea unui anumit proces
de sudare, acţiune localizată în zona de trecere şi în zona influenţată termic;
•comportarea tehnologică la sudare, definită ca posibilitatea de a se realiza
îmbinări printr-un anumit procedeu de sudare, în vederea realizării anumitor
cerinţe;
•comportarea în construcţia sudată, definită de capacitatea oţelului de a
prelua încărcări în anumite condiţii de exploatare.
Grupe de sudabilitate pentru oţeluri
Ia
bună necondiţionată
se garantează construcţia sudată fără
condiţii
Ib
bună condiţionată
se garantează numai în anumite condiţii
II
posibilă
nu se garantează construcţia sudată
III
necorespunzătoare
nu se garantează construcţia sudată
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Crater în metalul depus
Fisură transversală în metalul depus
Fisură transversală în ZIT
Fisură longitudinală în metalul depus
Fisură în metalul de bază
Fisură sub cordon în metalul de bază
Fisură în linia de topire
Fisură la rădăcină în metalul topit
Fisură în metalul depus
Sudabilitatea unor oţeluri pe baza factorului metalurgic
Metode indirecte
Comportarea metalurgică la sudare se poate determina având în vedere
compoziţia chimică a oţelului şi tendinţa de fisurare la cald şi la rece.
Influenţa compoziţiei chimice asupra sudabilităţii oţelurilor nealiate şi slab aliate
se exprimă cu ajutorul conceptului de carbon echivalent, determinat după relaţia:
American Welding Society (CE > 0.4 % risc de fisurare in ZIT)
Institutul International de Sudura
Formula Deardon-O'Niell ptr. Oteluri cu Mn
grupa Ia - sudabilitate bună necondiţionată (Ce< 0,25%);
grupa Ib - sudabilitate bună condiţionată (0,25% < Ce < 0,5%);
grupa II – sudabilitate posibilă (0,5% < Ce < 0,65%);
grupa III – sudabilitate necorespunzătoare ( 0, 65 < Ce < 1%).
Cu măsuri tehnologice speciale (preîncălzirea pieselor, folosirea unor anumite
materiale de adaos, folosirea unor procedee speciale adecvate), se pot suda şi oţeluri
cu Ce > 0,65%.
Oţelurile care se încadrează în grupa Ia de sudabilitate pot fi sudate prin toate
procedeele de sudare prin topire sau prin presiune fără restricţii speciale.
Grupa Ib se referă la categoria oţelurilor la care garantarea calităţii îmbinării sudate
se face numai în anumite condiţii. Astfel, se limitează grosimea maximă sudabilă, se
prescriu metode de sudare adecvate, preîncălziri, tratamente termice, se interzice
sudarea la temperaturi sub 5ºC, în vânt sau în ploaie, etc.
Cu oţelurile din grupa II se pot realiza construcţii sudate de calitate
corespunzătoare numai în anumite condiţii, fără a se garanta calitatea şi siguranţa în
exploatare. Condiţiile restrictive se referă la preîncălziri, tratamente termice, metoda
de sudare, parametrii regimului de sudare, etc.
Oţelurile care se încadrează în grupa II de sudabilitate, în general, nu permit
realizarea de îmbinări sudate de calitate bună.
Fisurarea datorată factorilor metalurgici se produce în cursul
procesului de cristalizare-răcire a cusăturii din cauza micşorării
scăderii plasticităţii materialului cu conţinut mare de elemente
însoţitoare sau de impurităţi.
Cel mai frecvent se pot produce fisuri în mijlocul cusăturii (1),
în zona de diluare (2), în zona de racordare (3), sub cordon (4)
sau în zona influenţată termic (5).
Cele mai periculoase sunt cele de racordare şi de sub cordon deoarece sunt greu
de identificat şi produc desprinderea cusăturii după contur. Din punct de vedere
metalurgic fisurile se pot forma la cald sau la rece.
Fisurile la cald apar la sfârşitul procesului de recristalizare şi formarea lor este
favorizată la oţelurile şi aliajele cu interval mare de solidificare. În scopul
aprecierii comportării oţelurilor din acest punct de vedere se foloseşte noţiunea
de indice de sensibilitate la fisurare la cald HCS, care poate fi determinat cu
ajutorul relaţiei:
Si Ni 

3
C S  P 

  10
25 100
HCS  
3Mn  Cr  Mo  V
Oţelul prezintă sensibilitate redusă
la fisurare la cald dacă indicele
determinat rezultă sub 4.
Fisurile la rece se formează în cursul răcirii cusăturii, un rol important avându-l
conţinutul de hidrogen difuzibil. Pentru aprecierea sensibilităţii la fisurare la
rece se foloseşte determinarea parametrului de fisurare P, cu relaţia:
Si Mn V
s
H
PC

 

30 20 10 600 60
Cu cât valoarea lui P este mai mică
sensibilitatea la fisurare la rece
scade.
H este conţinutul de hidrogen, în cm3/100g; s, grosimea materialului, în mm.
Conţinutul de hidrogen se determină cu ajutorul graficului de mai
jos, în funcţie de carbonul echivalent şi de metoda de sudare.
Sudabilitatea oţelurilor în raport cu susceptibilitatea de fisurare la rece datorită
hidrogenului este invers proporţională cu călibilitatea oţelului, care măsoară formarea
martensitei după tratamentul termic. Călibilitatea depinde de compoziţia chimică, conţinutul de
carbon şi alte elemente de aliere care micşorează astfel sudabilitatea.
Pentru a evalua sudabilitatea acestor oţeluri se calculează conţinutul de carbon echivalent şi se
compară cu cel al oţelurilor carbon.
Oţelurile slab aliate au fost special concepute pentru a putea fi utilizate în construcţii sudate,
prezentând bune proprietăţi mecanice de rezistenţă, fiind uşor sudabile.
Oţelurile inoxidabile se comportă diferit datorită conţinutului ridicat de crom. Oţelurile austenitice
au sudabilitatea cea mai bună, dar prezintă risc ridicat la deformare datorită coeficientului ridicat
de dilatare termică (micşorarea energiei introduse pe mL).
O problemă este asigurarea rezistenţei la coroziune şi riscul de fisurare la cald, fiind necesar
controlul conţinutului de ferită din cusătura sudată (diagrama Schaeffler, un mic conţinut de ferită
este necesar ptr. împiedicare fisurării la cald).
Oţelurile feritice şi martensitice se sudează mai dificil, fiind necesară preîncălzirea lor şi utilizarea
unor electrozi speciali.
Oţelurile duplex au fost create pentru a combina proprietăţile oţelurilor austenitice şi feritice. Risc
de formare a fazei intermetalice sigma, fiind necesar controlul de energie termică pe mL.
Încercarea la îndoire pe probă cu sudură longitudinală a fost introdusă de
Kommerell la verificarea construcţiilor de poduri metalice.
Aprecierea are la bază capacitatea de oprire a fisurilor în zona influenţată termic şi
în zonele adiacente. Metoda încercării la îndoire a epruvetei încărcate longitudinal prin
sudare face parte din categoria încercărilor tehnologice ale materialelor şi este descrisă
în standardul STAS 7748-85, scopul încercării fiind aprecierea comportării metalurgice
la sudarea manuală cu arc electric cu electrod învelit, a oţelurilor.
Încercarea se aplică produselor din oţeluri carbon şi slab aliate, cu grosimi de minim 20
mm şi constă în deformarea plastică prin îndoire lentă şi continuă a unei epruvete
încărcate cu sudură longitudinală în jurul unui dorn până la apariţia unei fisuri de 3
mm lungime în zona influenţată termic sau pana la realizarea unui anumit unghi
prescris în standardul de produs, fără ca epruveta să fisureze sau să se rupă.
Sudura se depune într-o singură trecere, fără întreruperi pe lungimea prescrisă
(ls) în canalul semicircular. Încercarea se execută la temperatura ambiantă, după
sudare nu se aplică nici un fel de tratament termic sau mecanic.
Grosimea epruvetei
[mm]
Intensitatea curentului
[A]
Viteza de sudare
[mm/min]
20…35
160…190
140…160
peste 35…50
210…240
140…160