Defektreduktion vid svetsning av ho gha llfasta sta l

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Defektreduktion vid svetsning av ho gha llfasta sta l"

Margareta Engström
för 8 år sedan
Visningar:

1 Defektreduktion vid svetsning av ho gha llfasta sta l Höghållfasta stål används mer och mer i olika konstruktioner, för att spara material och vikt. Ur miljösynpunkt är det alltså viktigt att trenden att använda mer höghållfast material fortsätter och förstärks. Svetsning av höghållfasta stål kräver mer kunskap av den svetsande personalen än vid svetsning av mer vanliga stål. Det finns olika faktorer som påverkar hur bra en svetsad konstruktion i höghållfast stål blir, beroende på konstruktionens användningsområde. Ett stål beskrivs oftast genom sina hållfasthetsegenskaper, det vill säga sträckgräns och brottgräns. Inom bilindustrin går gränsen för ett höghållfast stål vid cirka 450 MPa i sträckgräns. Stål med över 600 MPa i sträckgräns kallas Extra höghållfasta (EHSS) och stål med över 800 MPa i sträckgräns kallas Ultrahöghållfasta (UHSS). För grövre plåt (över cirka 10 mm i tjocklek) räknar man stål med sträckgräns över 700 MPa till höghållfasta stål. Det finns också många andra egenskaper som är viktiga, till exempel seghet, formbarhet, slagseghet och utmattningsegenskaper. Ofta är det några av dessa egenskaper som sätter gränsen för användbarheten av ett stål, snarare än hållfastheten. Att uppnå hög hållfasthet är relativt lätt, men att kombinera det med goda värden på de andra egenskaperna är vanligen mycket svårt. Höghållfasta stål framställs ofta genom termo-mekanisk valsning eller genom seghärdning. Genom att använda sådana tillverkningsprocesser kan man åstadkomma hög hållfasthet utan att behöva legera stålet allt för mycket. När sträckgräns och brottgräns ökar, försämras andra egenskaper som seghet och formbarhet. Man får använda andra formningsmetoder än vad man är van vid för att forma dessa stål. För tunnplåt i de allra mest höghållfasta stålen, de så kallade borstålen med brottgränser omkring 1500 MPa och uppåt, tillämpar man presshärdning, det vill säga man formar materialet varmt och sedan får det härda när det sitter i verktyget. För andra höghållfasts stål kan man använda rullformning. Svetsning av höghållfast tunnplåt är relativt okomplicerad. Man kan använda de vanliga svetsmetoderna, som punktsvets, lasersvetsning och bågsvetsning. Vissa av stålen är belagda med en aluminium-kisel-beläggning, som i vissa fall kan vara lite problematisk. Man skall vara medveten om att det i den värmepåverkade zonen vid sidan av själva svetsförbandet finns en zon som är mycket mjukare än stålet och svetsen för övrigt. Normalt är zonen ganska smal och orsakar ingen hållfasthetsnedsättning. Om man använder gas-metall-bågsvetsning, som tillför relativt sett hög energi kan den mjuka zonen bli så bred att den behöver beaktas. För grövre tjocklekar har bristen på tillsatsmaterial med lika hög sträckgräns och brottgräns som stålen varit en begränsande faktor för användning av höghållfast stål. Under den senaste tiden har det emellertid skett en stark utveckling av tillsatsmaterialen, så att de har en sträckgräns upp mot 1000 MPa och därtill en slagseghet som uppfyller kraven till exempel för användning inom offshoreindustrin. Högskolan Väst har tillsammans med SSAB, Esab och Aga genomfört en stor

Svetsning av höghållfasta stål kräver mer kunskap av den svetsande personalen än vid svetsning av mer vanliga stål.

undersökning av svetsning av två höghållfasta stål: Weldox 700 och Weldox 1100, med en rad olika svetsmetoder (manuell bågsvets, gas-metall-båg-svetsning, plasmasvetsning, MIG- laser hybridsvetsning

2 undersökning av svetsning av två höghållfasta stål: Weldox 700 och Weldox 1100, med en rad olika svetsmetoder (manuell bågsvets, gas-metall-båg-svetsning, plasmasvetsning, MIG- laser hybridsvetsning och pulverbågsvetsning). Resultatet av undersökningen är inte helt klart ännu och kan därför inte presenteras. Några preliminära figurer visas nedan. Tvärsnitt av svets, svetsad med pulverbågsvetsning i stål Weldox 700.

3 Tvärsnitt av svets, svetsad med laser-mag hybridsvetsning i Weldox 700 Snabb svalning Långsam svalning Sammanfattning av hållfastheten (sträckgränsen) i svetsgodset vid svetsning i olika höghållfasta stål och med olika höghållfasta tillsatsmaterial. Med ökad kolekvivalent i svetsgodset ökar hållfastheten,

svetsgodset vid svetsning i olika höghållfasta stål och med olika

4 men är också beroende på hur snabbt materialet svalnar efter svetsningen. Svalningshastigheten är beroende av både värmetillförsel, godstjocklek och svetsförbandets utformning. Ett annat område som är mycket viktigt när det gäller ökad användning av höghållfasta stål är konstruktioner utsatta för utmattning. Genom att använda höghållfasta stål i till exempel en hjullastare eller en dumper kan själva fordonsvikten hållas nere och den nyttiga lasten ökas. Eftersom dessa fordons livslängd i huvudsak bestäms av utmattning, är det nödvändigt att utmattningsegenskaperna ökar i samma grad som den statiska hållfastheten. Tyvärr får man inte någon ökad utmattningshållfasthet med ökad statisk hållfasthet i svetsade konstruktioner. Svetsförbandet i sig bygger in förhållanden som motverkar förbättrad utmattningshållfasthet. Detta förhållande motverkar således den önskade utvecklingen mot större användning av mer höghållfasta stål. En rad projekt har drivits under de senaste decennierna, där syftet har varit att finna metoder att förbättra utmattningshållfastheten i svetsade konstruktioner och därmed kunna öka hållfastheten i stålen. Högskolan Väst har deltagit i detta arbete, genom studier av hur små defekter (kallade coldlaps ), som misstänks kunna tjäna som startpunkter för utmattningssprickor, bildas. Förhoppningen har varit, att genom att förstå mekanismen för bildandet, kunna förstå hur defekterna skall undvikas. Studierna visar att ett fullständigt undvikande av cold-laps sannolikt är omöjligt. Defekterna bildas förmodligen genom en samverkan mellan oxider som flyter ovanpå svetssmältan och fastnar vid fattningskanten och plötsliga kraftiga rörelser i svetssmältan, som gör att den rinner ut ovanpå plåtytan. Finns det då oxidöar närvarande kommer inte svetssmältan att smälta samman med plåten, utan en cold-lap bildas. Även om man inte helt kan undvika cold-laps, kan man minska antalet, främst genom att se till att den plåt man svetsar i är ren från glödskal och i övrigt så slät som möjligt. Man bör vidare svetsa med så stabil ljusbåge som möjligt. Ett schematiskt exempel på en cold-lap och hur den kan tänkas bildas visas i bilderna nedan. Cold lap Schematisk bild som visar hur cold-laps ligger vid fattningskanten, i detta fall i en kälsvets.

Genom att använda höghållfasta stål i till exempel en hjullastare eller en dumper kan själva fordonsvikten hållas nere och den nyttiga lasten ökas.

5 Filler wire Droplet Filler wire Droplet Arc Arc Transfered droplet droplet Weld pool Weld pool Workpiece a Workpiece b Schematisk bild som skall illustrera hur oxider förs från dropparna av den smälta tråden, till svetsgodset och sedan av strömningar i smältan

Schematisk bild som skall illustrera hur oxider förs från

Relevanta dokument

Stål ett tidlöst material i ständig utveckling Jan-Olof Sperle, SSAB Tunnplåt AB

1 Nordiska Svetsmötet i Stockholm 3-5 september 2003 Stål ett tidlöst material i ständig utveckling Jan-Olof Sperle, SSAB Tunnplåt AB Järn och stål har under lång tid varit det utan jämförelse mest använda