Grupe de sudabilitate pentru oţeluri

1. 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.

2. 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.

3. I a bună necondiţionată se garantează construcţia sudată fără condiţii I b bună condiţionată se garantează numai în anumite condiţii II posibilă nu se garantează construcţia sudată III necorespunzătoare nu se garantează construcţia sudată Grupe de sudabilitate pentru oţeluri

5. 1.      Crater în metalul depus 2.      Fisură transversală în metalul depus 3.      Fisură transversală în ZIT 4.      Fisură longitudinală în metalul depus 5.      Fisură în metalul de bază 6.      Fisură sub cordon în metalul de bază 7.      Fisură în linia de topire 8.      Fisură la rădăcină în metalul topit 9.      Fisură în metalul depus

6. 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%).

7. 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.

8. 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).

9. 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: 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: 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.

10. Conţinutul de hidrogen se determină cu ajutorul graficului de mai jos, în funcţie de carbonul echivalent şi de metoda de sudare.

11. 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.

14. 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.

15. Grosimea epruvetei [mm] Intensitatea curentului [A] Viteza de sudare [mm/min] 20…35 160…190 140…160 peste 35…50 210…240 140…160 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.