Stronger with Castolin Eutectic. Underhållssvetsning Hans Liljenfeldt, civ ing IWE

Transkript

1 Underhållssvetsning Hans Liljenfeldt, civ ing IWE

2 Reparation & underhåll

3 Svetsning För ett lyckat svetsresultat ska hänsyn tas till: - Grundmaterialets beskaffenhet Förhöjd arbetstemperatur? Värmebehandling? Tillsatsmaterial? Grundmaterial - Svetsens utformning Arbetsstyckets geometri - Svetsmetod och utförande Svetsens utformning Svetsmetod och utförande

4 Reparation & underhåll Skarvsvetsning Påsvetsning

5 Svetsprogram Över 180 st. olika tillsatsmaterial till förfogande för reparation- och underhållssvetsning MMA-elektroder, ca 60 st TIG-trådar, ca 35 st MIG/MAG - solida trådar, ca 35 st EnDOtec - gasskyddande rörelektroder, ca 40 st TeroMatec - självskyddande rörelektroder, ca 10 st

6 Svetsmetoder MMA TIG MIG/MAG TIG solida trådar rörelektroder gasskyddande självskyddande

7 Svetsprogram Skillnad mellan MMA och MIG med solid- resp. rörelektrod 200 A Svetsprofil Smal penetration = liten tolerans Bred penetration = stor tolerans

8 Metodöversikt Metod InsvetstalUppblandning Nyttotal Mekaniserbar Antal Castolin kg/h % material MMA ,6-0,8 Nej 62 st. Gas ,9-1,0 Nej 9 st. TIG ,9-1,0 Ja 35 st. MIG/MAG Rörelektrod gasskyddande MIG/MAG Rörelektrod självskyddande ,9-0,97 Ja 27 st ,8-0,9 Ja 15 st. PTA 1,5-2, ,9-1,0 Ja 42 st. Termisk Sprutning ,8-0,9 Ja 16 st. Eutalloy Termisk Sprutning DS ,8-0,9 Ja 33 st.

9 Svetsprogram Tillsatsmaterial för O-, låg-, höglegerade stål samt rostfria stål Gjutjärn Aluminium och dess legeringar Nickel och dess legeringar Koppar och dess legeringar Magnesium och dess legeringar Kobolt och dess legeringar Titan och dess legeringar

10 Aluminium och dess legeringar Den vanligaste lättmetallen Densitet: 2,7 kg/dm 3, 1/3 jämfört med stål Smältpunkt: 660ºC Aluminium är starkt vissa legeringar har en draghållfasthet av upp till 600 N/mm 2 Korrosionsbeständigheten är god den naturliga oxidhinnan ger ett gott skydd från angrepp. Den elektriska ledningsförmågan är god ca 60 % av kopparns Aluminium är lättarbetat alla vanliga skärande och plastiska bearbetningsmetoder, gjutning, svetsning, lödning kan tillämpas.

11 Aluminium Svetsning De flesta aluminiumlegeringar kan svetsas och lödas. Värmeledningsförmågan hos Al är ca 4 gånger så stor som hos stål En förhöjd arbetstemperatur på ºC rekommenderas därför vid bågsvetsning. Svetsar normalt med artlikt material För MMA skiljer man om det är valsat eller gjutet material Före svetsningen skall oxidhinnan på fogytorna slipas bort. MMA, TIG och MIG är vanliga svetsmetoder för aluminium

12 Aluminium - Svetsning Vid motsvetsning lutas pistolen mot den färdiga svetsen under svetsningens gång. Mycket värme tillförs då smältan och inträngningen blir djup. Frånsvetsning används i aluminium för tunnare plåttjocklekar.

13 Gjutjärn - strukturer De två viktigaste typerna av gjutjärn är grått gjutjärn och segjärn Grått gjutjärn Struktur: Grafitflingor i en matris av Fe Segjärn Struktur: Kulgrafit i en matris av Fe

14 Stål Dragprov Belastning Spännings-töjningsdiagram Brottgräns RM Spänning MPa Provstav Övre sträckgräns RE Undre sträckgräns Brott Belastning 20% Förlängning A %

15 Gjutjärn Spännings-töjningsdiagram Dragprov Belastning Spänning, MPa Provstav Brottgräns, RM Sträckgräns, RE Brott Belastning Förlängning A, %

16 Mekaniska egenskaper Typ Kod Rm MPa A 5 % ca Struktur Grått gjutjärn SS 0125 SS Segjärn SS 0727 SS 0737 SS

17 Gjutjärn Tre huvudtyper Procedur Förvärmning Tillsatsmaterial Kallsvetsning Halvvarm svetsning Varmsvetsning Ingen förvärmning: vilket innebär 10 till 50 C Förvärmning: 150 till 300 C, lokalt eller hela arbetsstycket Förvärmning: 550 till 700 C Ej artlikt tillsatsmaterial Ni eller Ni/Fe Ej artlikt tillsatsmaterial Ni eller Ni/Fe Artlikt tillsatsmaterial

18 Gjutjärn Kallsvestning teknik Applikationer: - För svetsning av delar som inte kan utvidga sig fritt. - För svetsning av delar som inte tolererar någon formförändring - För svetsning där det inte går att förvärma. Typiska applikationer: - Reparation av motorblock - Reparation av kugghjul Brott

19 Gjutjärn Sprickor vid gjutjärnssvetsning I grått gjutjärn och segjärn, kan krympspänningarna ofta överskrida draghållfastheten. I detta fall både sprickor och brott Risken för sprickor ökar, om det kvarstår struktuella defekter från gjutningen, sugningar eller porer. Krympspricka Porer Lösning: Korta strängaroch hammring av av svetsen.

20 Gjutjärn Kallsvetsning teknik Svetsning: - Välj lämpligaste klena elektroddiameter - Svetsa korta strängar, 25 mm, (lägsta möjliga strömstyrka) - Sträck varje svetssträng - Luftkyl till c:a. 50 C (handvarmt) - Lägg nästa svetssträng i motsatt riktning Detta tillvägagångssätt begränsar värmetillförseln betydligt och minskar risken för sprickor och formförändringar. Fördelar: - Snabbt reparationsförfarande - Ingen deformation - Begränsat demontage

21 Gjutjärn Kallsvetsning teknik Korta svetssträngar (25 mm) : Pilgrimssvetsning: Reparation av sprickor: konvex Krater: konvex för att minska svetsspänningar och sprickbildning

22 Gjutjärn Varmsvetsning Varmsvetsning utföres på arbetsstycken förvärmda från 550 till 700 C. De mekaniska egenskaperna och färgen är lika grundmaterialet. Vid reparationssvetsning, används varmsvetsning där arbetsstycket utsättes för stora spänningar. Denna teknik kan medföra deformation och oxidation, vilket oftas medför en efterföljande bearbetning av arbetsstycket. Den höga värmeutvecklingen kan vara obekväm för svetsaren.

23 Rostfria stål Inlegeringar av 13% Cr gör ett stål rostfritt Tillsatser av Ni och Mo ökar korrosionsresistensen. Rostfri stålen delas in flera undergrupper beroende på legeringstillsatsernas mängd och art. Ferritiska stål Martensitiska stål Austenitiska stål Ferrit-austenitiska stål, sk Duplex-stål

24 Rostfria stål Austenitiska rostfria stål Som en allmän regel gäller att stålen aldrig ska förvärmas utan ska svetsas kallt. Detta beror på att många av stålen (>0,05%) är känsliga för sensibilisering. Vanligt stål är det sk 18/8-stålet, AWS 304. Tillsatser av Mo ökar korrosionsbeständigheten, AWS 316 Ferritiska rostfria stål De ferritsika stålen har sämre svetsbarhet än de austenitiska. Svetsas vanligen med austenitiska elektroder utan förhöjd arbetstemperatur. Martensitiska rostfria stå Alla stål inom denna grupp kräver en förhöjd arbetstemperatur på C utom SS2302 som kan svetsas kallt. Efter svetsning bör en glödgning utföras vid ca 700 C under två timmar. Ferrit-austenitiska stål, sk Duplex-stål, Väl svetsbara

25 Grundmaterialet Är materialet benäget att ta härdning?! Struktur Avsvalningshastighet ºC Hårdhet Struktur Avsvalningshastighet ºC Hårdhet Martensit 200 ºC/sek 500 HV Bainit 60 ºC/sek 300 HV Ferrit + Perlit 10ºC/sek 200 HV Martensit 10 ºC/sek 650 HV Bainit 5 ºC/sek 600 HV Ferrit + Perlit 0,5ºC/sek 200 HV 0,2 C, 1,5 Mn, 0,5 Si 0,4 C, 0,8 Mn, 1,2 Cr, 0,2 Mo Förhöjd arbetstemperatur används för att undvika martensitbildning samt för att minska risken för kvarstående spänningar i grundmaterialet.

26 Grundmaterialet Lämplig förhöjd arbetstemperatur fås ur ett TTT-diagram Mellan ºC i de flesta fall. Exempel: Seghärdningsstål SS 2541 Avspänningsglödgning, ºC. För härdade- och seghärdade stål; 25-50ºC lägre än anlöpningstemperaturen. Följ stålleverantörens anvisningar

27 Svetsning Underhållssvetsning innebär i många fall att man svetsar i okända och artskilda stål. När man svetsar i artskilda material spelar uppblandningsfaktorn en viktig roll eftersom många orsaker till svetsdefekter och efterföljande haverier beror på ogynnsam mikrostruktur i blandsvetsgodset. B B A Uppblandning = A / (A + B) x 100 %

28 Svetsning Schaeffler diagrammet används som ett verktyg för att få en indikation av mikrostrukturen i svetsgodset vid svetsning av höglegerade stål. Svets Tillsatsmaterial 70 % Tillsatsmaterial 70 % 30 % Grundmaterial Metall A 15 % Metall B 15 % Grundmaterial

29 Schaeffler Diagram Nickel ekvivalent A Austenit M Martensit F Ferrit A + M M A A + F Ferrit innehåll A +M + F 0 Cr-ekv. Hans Liljenfeldt = abskissa 2011 Ni-ekv. = ordinata F+M 0 M + F F Krom ekvivalent

30 Schaeffler diagram Krom ekvivalenten beräknas utifrån viktsprocenten av de ferrit stabiliserande elementen: Cr-ekv = %Cr + 1.5x%Si + %Mo + 0.5x%Nb + 0,5x% Ti Nickel ekvivalenten beräknas utifrån viktsprocenten av de austenit stabiliserande elementen: Ni-ekv =%Ni + 30x%C + 0.5x%Mn + 0.5x%(Cu+Co) + 30x%N Varje elements stabiliserande inverkan indikeras av koefficienten i ekvationen. Mikrostrukturen i svetsgodset är undersökt genom metallografiska metoder. Referens: Jahrbuch Stahl, Stahl und Eisen, 1990

31 Schaeffler Diagram 20 Martensit Nickel ekvivalent 10 A Austenit M Martensit F Ferrit A + M M A A + F Ferrit innehåll A +M + F 0 F+M 0 M + F F Krom ekvivalent

32 Schaeffler Diagram Austenit Nickel ekvivalent A Austenit M Martensit F Ferrit A + M M A A + F Ferrit innehåll A +M + F 0 F+M M + F F Krom ekvivalent

33 Schaeffler Diagram Ferrit Nickel ekvivalent A Austenit M Martensit F Ferrit A + M M A A + F Ferrit innehåll A +M + F 0 F+M M + F F Krom ekvivalent

34 Olika grundmaterial Verktygsstål Grundmaterial: exempel Krom ekvivalent Nickel ekvivalent Kallarbetsstål X 42 Cr 13 (EN 96-79) Varmarbetsstål X 37 CrMoV 5 1 (EN 96-79) Nitrerstål 31CrMo 12 (EN 85-70) Sätthärdningsstål: 16MnCr 5 (EN 84-70)

35 Val Val av av tillsatsmaterial 20 Xuper S Tillsatsmaterial 70 % 30 % Grundmaterial Nickel ekvivalent X42Cr13 X37CrMoV CrMo MnCr F+M 0 A Austenit M Martensit F Ferrit A + M M M + F A Mikrostruktur för 680S, Uppblandning 30% A +M + F A + F Krom ekvivalent F Ferrit innehåll

36 Tillsatsmaterial Nickel-bas elektroder För stål med dålig svetsbarhet t ex verktygsstål och nickellegeringar Mycket god beständighet mot korrosion och värme Mycket hög förlängning 1. Längdutvidgningskoefficient 2. Uppblandning 3. Inga spröda faser

37 Påsvetsning Svetsning av ett skikt på ytan för att ändra ytegenskaperna. SLITAGE Analysera slitageorsakerna före svetsning Alla former av slitage innebär en kontinuerlig förlust av material från en aktiv yta orsakat av rörelser från en annan kropp på den utsatta ytan

38 Påsvetsning Friktion // adhesion Kraft Abrasion Erosion Kavitation Ytutmattning Kombinerat slitage Motsatt kropp Mellanliggande kropp Grundmaterial Driftsmiljö Rörelse

39 Slitage- hårdheter

40 Adhesion/Friktion Slitage pga friktion uppträder när två ytor rör sig mot varandra Även den jämnaste ytan har ojämnheter Kontaktområden Kontaktpunkterna hettas först upp vilket resulterar i: ytoxidation, mikrosvetsning.

41 Adhesion/Friktion

42 Ytutmattning Utmattning av en yta är resultatet av cyklisk belastning som försvagar materialets struktur. ytan under cyklisk belastning glidning sprickor Mekanismer: Växlande belastningar resulterar antingen i eleastisk- eller plastisk deformation och framkallar bildandet av sprickor under ytan När dessa sprickor förbinds med varandra frigörs metallpartiklar. Detta fenomenon startar efter en viss tid.

43 Ytutmattning

44 Abrasion Abrasion är den vanligaste formen av slitage Orsakas av att främmande kroppar rör sig på ytan I allmänhet består dessa kroppar av mineraler (malm, sand, oxider etc) Dessa partiklar är vanligtvis hårdare än materialets ythårdhet

45 Abrasion

46 Påsvetsning Inbördes jämförelse mellan några olika hårdsvetslegeringar Slag Tryck 1 Abrasion Abrasion N 102 N N 700 Slag

47 Svetsapplikation Löpring till cementugn Industri: Cement Genomgående spricka Bredd 800 mm, höjd 450 mm 500 kg svetsmaterial Ni-bas elektroder, Castolin 2222 Detaljerad svetsbeskrivning

48 Svetsapplikation Löpring till cementugn

49 Reparationssvetsning - kugghjul Industri: Off Shore Del: Kugghjul till ankarspel Dimension: Ø 2800 mm Grundmaterial: Segjärn Åtgärd: Reparationssvetsning enligt procedur. Tillsatsmaterial: Castolin 2230 XHD

50 Beprövade applikationer

51 Tack för mig