16 grudnia 2017


Kontynuując temat spawania stali wysokowytrzymałych skupimy się na przedstawieniu wytycznych i zaleceń technologicznych oraz na zapobieganiu powstawania różnego rodzaju wad podczas spawania tych stali.

Ryszard Karcz, Sławomir Kwiecień, Marian Godniak, Ryszard Jastrzębski

Wytyczne technologiczne i kolejność spawania
W przypadku stali S1100QL własności mechaniczne złącza spawanego muszą osiągnąć przynajmniej własności mechaniczne materiału podstawowego S960QL. Przy wyborze materiału dodatkowego złączy różnoimiennych należy wybrać stopiwo odpowiednie dla stali o niższej wytrzymałości. Należy stosować tylko materiały dodatkowe z dopuszczeniem przynajmniej jednego uznanego urzędu np.: UDT, DB (Kolej Niemiecka). Stosować wolno tylko przebadane i dopuszczone przez Zakładową Kontrolę Produkcji numery wytopów stopiwa SG 960. Materiał dodatkowy SG 960 (EN ISO 16834-A G 89 6 M Mn4Ni2CrMo) w połączeniu z materiałem podstawowym S960QL, z S1100QL, w złączu spawanym osiąga właściwości mechaniczne S960QL. Należy udokumentować to badaniem metody względnie coroczną próbką roboczą wg Normy EN ISO 15614-1oraz DVS 1702. Należy zwrócić uwagę, aby próba udarności (kształt próbki: próbka Charpy-V wg PN-EN ISO 148-1, położenie próby wg PN-EN ISO 15614-1 i PN-EN ISO 9016) była przeprowadzana w temperaturze –40 °C, przy czym wartość minimalna wynosi 27 J (próbka normalna 10 x 10 mm).
Sczepy muszą być tak położone, aby mogły być przetopione i aby mogły stanowić część składową spoiny. Sczepy ze spoinami pionowymi (wykonywane z góry ku dołowi) są niedopuszczalne przy stalach konstrukcyjnych drobnoziarnistych. Sczepy muszą być wolne od pęknięć (w danym wypadku badanie na pęknięcia powierzchniowe) i mieć minimum 25 mm długości. Pęknięte sczepy należy bezwzględnie wyszlifować. Nie są dopuszczalne sczepy dla blach pomocniczych i usztywnień w miejscach szczególnie mocno obciążonych. Przy usuwaniu blach pomocniczych i usztywnień należy zwrócić uwagę, aby detale nie były odbijane, lecz czysto usuwane (tarcza do cięcia). Nie wolno przy tym podszlifować wymaganej grubości blachy. Brak przetopu (dla klasy C) przy spoinach czołowych ½ V, doczołowych kątowych i teowych h ≤ 0,2 x s, może wynosić max. 3 mm, a długość – nie większa niż 10 mm. Przy wyższych klasach brak przetopu jest niedopuszczalny. Aby uniknąć karbów przy tego typu złączach zaleca się po sczepieniu ze szczeliną 4 mm najpierw napawać blachę niefazowaną a następnie wykonać przetop pomiędzy napawanym ściegiem a fazowaną krawędzią.

rys2_spawanie
Rys. 1  Rama dźwigu (ze stali wysokowytrzymałych) na stanowisku spawalniczym

Przy stalach drobnoziarnistych niedopuszczalne jest spawanie pionowe z góry na dół. Przy wykonywaniu wszelkich spoin ½ V i spoinach czołowych tak dalece jak to jest możliwe należy wykonać podpawkę (a min = 0,3 x s, max. 5 mm, min. 3 mm). Przy czym przetop, jeśli nie został wyżłobiony, winien stopić się z podpawką.
W przypadku spoin ½ V z lub bez podpawki należy przetopić całą grubość blachy lub całą grubość ściany rury.
Na właściwości mechaniczno-technologiczne złącza spawanego i strefy wpływu ciepła (SWC) ma wpływ przebieg cyklu cieplnego (czas chłodzenia t8/5). Jako czas chłodzenia t8/5 rozumiemy czas przy chłodzeniu ściegu spawalniczego, jaki jest potrzebny do przejścia zakresu temperatur między 800 i 500 °C.
Zaleca się aby blachy, w szczególności płyty czołowe w konstrukcjach spawanych, które narażone są na naprężenia skurczowe spawalnicze lub rozciąganie w kierunku grubości, o ile są dostępne od stron czołowych, po spawaniu sąsiednich spoin sprawdzić najpierw wizualnie, a następnie sprawdzić na rozwarstwienia przy pomocy badań na pęknięcia powierzchni (badania magnetyczne MT, badania penetrantami PT).
Podczas budowania konstrukcji spawanej, aby uniknąć nadmiernego usztywnienia złączy zazwyczaj spawa się w kolejności od złączy, które wymagają dużo spawania. Istnieją różne zasady których należy przestrzegać podczas projektowania i wykonywania konstrukcji aby zapobiegać odkształceniom spawalniczym.
Podczas projektowania należy dbać o:
a)    zmniejszenie długości spoin,
b)    zmniejszenie przekroju poprzecznego rowka (obniżenie grubości materiału rodzimego, zmniejszenie kąta rozwarcia rowka, dobór odpowiedniej geometrii rowka),
c)    dobór takiej geometrii rowka aby zachować proporcje pomiędzy objętością spoiny od strony grani i lica,
d)    odpowiednie do odkształceń rozmieszczenie elementów wzmacniających,
e)    takie rozmieszczenie złączy aby zmniejszyć ilość odkształceń,
f)    dobór konstrukcji odpowiedni do odkształceń;

Podczas wykonywania konstrukcji należy:
a)    stosować środki zapobiegające odkształceniom w czasie cięcia materiałów (np. poprzez zastosowanie cięcia plazmowego lub laserowego),
b)    poprawiać dokładność wykonania rowka, elementów głównych oraz tymczasowych,
c)    stosować odkształcenia wstępne,
d)    dobierać taką metodę spawania, w której energia liniowa będzie stosunkowo niska (np. wybrać raczej spawanie MAG niż spawanie elektrodą otuloną),
e)    likwidować nadmierne nadlewy oraz redukować wymiary spoiny pachwinowej (zmniejszenie długości ramion trójkąta jakie tworzy spoina),
f)    usztywniać elementy za pomocą przyrządów,
g)    stosować taką kolejność spawania oraz taka metodę układania poszczególnych warstw aby zmniejszyć odkształcenia,
h)    stosować środki zapobiegające odkształceniom w trakcie transportu i podczas przechowywania materiałów podstawowych;

Aby naprężenia i odkształcenia były niewielkie należy dobrać odpowiednią kolejność spawania, która w miarę możliwości powinna być udokumentowana w planie spawania. Zasadniczo przed położeniem warstw wypełniających przy spawaniu okrągłego sworznia należy najpierw pospawać wszystkie ściegi przetopowe. W przypadku zamkniętych spoin obwodowych (spoin okrężnych) warstwy graniowe oraz pierwsze warstwy wypełniające z powodu wysokich naprężeń skurczowych, i wynikającego stąd zagrożenia powstaniem pęknięć nie powinny być spawane na całym obwodzie. Spawanie należy podzielić przynajmniej na dwie połowy i spawać na zasadzie przesuniętych względem siebie warstw wypełniających. W przypadku stosowania blachy u dołu należy najpierw zespawać maksymalnie trzy strony, czwartą zespawać po schłodzeniu bądź osiągnięciu temperatury podgrzewania wstępnego.