Studii Privind Influența Preîncălzirii Aspura Eliminării Riscului de Fisurare la Rece la Sudarea Oțelurilor pentru Construcții

Abstract This paper work propose to study cold cracking phenomenon about unalloyed construction steels and determination of optim preheating temperature to eliminate this risk. In welding construction cracking are unwanted defects, no matter in what quality class welded joint are framed from one structure. Cold cracking, from own formation mechanism (character appearance delayed), is most afraid imperfection. Because of that is necessary a fair cold cracking evaluation of steels sensitivity, this analyzes beeing one of the steels weldability checking. Preheating represent one of the cold cracking elimination method, way and determination preheting temperature correctness representing an important decisional step from view point of corresponding elaboration welding proceeding.

Keywords: preheating, construction steel, cold cracking, unalloyed steels.

1. Introducere

Această lucrare are ca prim scop analiza sensibilităţii oţelurilor nealiate asupra fenomenului fisurării la rece, iar după determinarea oţelurilor ce sunt predispuse la acest risc, se va folosi preîncălzirea ca metodă de combatere a apariţiei acestora.

Studiul se va desfăşura pentru cazul sudării cu electrozi înveliţi a oţelurilor de construcţii nealiate cu grosimi de până la 16 mm. Oţelurile folosite pentru studiu sunt, conform STAS SR EN 10025-2, următoarele:

S235JR, S235J0, S235J2, S275JR, S275J0, S275J2, S355JR, S355J0, S355J2, S355K2, S450J0.

Dintre toate aceste oţeluri, pentru acelea ce au fost determinate ca având sensibilitate de fisurare la rece, se va determina o temperatură minimă de preîncălzire cu ajutorul unui program, în care se vor introduce parametrii de sudare şi compoziţia chimică pentru fiecare tip de oţel în parte.

2. Consideraţii teoretice

I. Fenomenul de fisurare la rece

Fisurile la rece se produc la răcirea sudurilor la temperaturi sub 200C, dar cel mai adesea la răciri sub 20C. Ele pot avea caracter întârziat şi pot să apară la câteva ore sau zile de la terminarea sudării. Fisurile se localizează cel mai des în zona influenţată termic.

În cazul oţelurilor carbon sau slab aliate, apariţia fisurilor la rece se datorează acţiunii corelate a următorilor factori:

• fragilizare prin constituenţi structurali duri;

• acumulare de tensiuni ridicate, ca urmare a procesului de sudare şi a rigidităţii structurii sudate;

• prezenţa hidrogenului dizolvat.

Pentru estimarea susceptibilităţii la fisurarea la rece a materialelor, au fost elaborate o serie de criterii, sub forma unor expresii. Astfel:

 pentru oţeluri slab aliate cu mangan se calculează carbonul echivalent:

(1)

Dacă Ce  0,33%, se consideră că materialul nu este susceptibil la fisurare la rece.

 pentru oţeluri carbon-mangan, se calculează parametrul de fisurare PNB:

(2)

Dacă PNB  0,25% , se consideră că materialul nu este sensibil la fisurare la rece.

 pentru oţeluri slab aliate, se calculează parametrul de fisurare Pcm:

(3)

Cu cât Pcm are valori mai mici, cu atât materialul este mai puţin sensibil la fisurare la rece.

În cazul unui material sensibil la fisurare la rece, pentru eliminarea riscului de fisurare, se poate aplica o preîncălzire la temperatura de fisuraţie nulă. Pentru oţeluri slab aliate cu conţinut scăzut de sulf, aceasta se calculează cu relaţia:

(4)

unde:

Pc – parametru de fisurare:

(5)

unde:

H – conţinutul în hidrogen difuzibil, [cm3 / 100 g];

s – grosimea materialului, [mm].

Pericolul de fisurare la rece se poate reduce prin următoarele măsuri tehnologice:

 evitarea formării unor constituenţi fragili, prin reducerea vitezei de răcire a sudurii prin reîncălzire, sudare cu energie liniară mare, tratament termic după sudare;

 alegerea unor condiţii de sudare care să reducă cât mai mult tensiunile proprii (ordine de sudare, procedeu de sudare, tratament termic după sudare);

Pentru aprecierea practică a susceptibilităţii la fisurarea la rece se utilizează diferite tipuri de încercări, dintre care majoritatea constau în realizarea unor suduri solicitate fie cu ajutorul unui montaj special, fie prin însăşi forma structurii sudate şi urmărirea apariţiei fisurilor. Dintre încercările consacrate se menţionează următoarele:

o încercarea pe probă sudată cap la cap (Tekken);

o încercarea pe probă sudată în colţ cu eclisă (CTS);

o încercarea pe probe cu implant cu crestătură circulară.

II. Preîncălzirea

La sudarea unor anumite categorii de oţeluri apare pericolul fisurării din cauza răcirii cu viteze mai mari decât viteza critică de răcire. Una din măsurile care se iau în vederea reducerii pericolului de fisurare este micşorarea vitezei de răcire prin ridicarea temperaturii iniţiale a piesei, operaţie denumită preîncălzire. Temperatura de preîncălzire trebuie stabilită astfel încât să fie asigurată viteza de răcire corespunzătoare pentru evitarea fenomenului de fisurare, apariţia structurilor dure, a diminuării tensiunilor interne.

Preîncălzirea este operaţia prin care se ridică temperatura componentelor la o valoare Tpr, numită temperatură de preîncălzire, care se menţine pe toată durata sudării.

Preîncălzirea se face integral sau local atunci când componentele sunt prea voluminoase pentru cuptoarele de tratamente termice. Atunci când este posibil, preîncălzirea integrală este de preferat celei locale.

În cazul preîncălzirii locale fiecare componentă se va încălzi şi menţine la o temperatură Tpr, pe o fâşie cu lăţimea de 6-12 ori grosimea lor, dar nu mai mică de 70-80 mm.

Preîncălzirea reduce vitezele de răcire în cusătură şi în ZIT, respectiv măreşte vitezele de încălzire în acestea. Efectele acestor fenomene fizice sunt:

1. Câmpul termic se uniformizează, în sensul că variaţiile temperaturilor în diferite puncte din cusătură şi ZIT se reduc. Prin aceasta deformaţiile şi tensiunile reziduale se micşorează.

2. Transformările structurale în cusătură şi în ZIT sunt mai lente şi deci produsele lor sunt mai apropiate de cele de echilibru. Se obţin astfel structuri cu fragilitate mai mică, ceea ce reduce probabilitatea de fisurare.

3. Viteza de solidificare a cusăturii scade şi deci gazele aflate în soluţie suprasaturată se ridică mai uşor la suprafaţa cusăturii. Este micşorată astfel probabilitatea formării porilor şi a fisurilor întârziate.

4. Temperaturile maxime în cusătură şi în ZIT cresc, ceea ce determină o creştere a fluidităţii băii de sudură, fapt ce complică sudarea în poziţie. Totodată grăunţii cristalini în ZIT vor fi ceva mai mari.

5. Cresc consumurile energetice la sudare, ceea ce afectează costul operaţiei şi productivitatea muncii se reduce. Totodată condiţiile de lucru ale sudorului sunt mai grele fiindcă radiaţia termică asupra sa este intensificată.