2.10 ΛΕΠΣΟΚΟΚΚΟΘ ΤΓΚΟΛΛΗΘΜΟΘ ΥΑΛΤΒΕ

Transcript

1 2.10 ΛΕΠΣΟΚΟΚΚΟΘ ΤΓΚΟΛΛΗΘΜΟΘ ΥΑΛΤΒΕ 1. ΕΘΑΓΧΓΗ Οι λεπτόκοκκοι ςυγκολλιςιμοι χάλυβεσ fine grain weldable steels - (πολλζσ φορζσ ονομάηονται και High Strength Low Alloy Steels -HSLAι microalloyed) είναι ςχεδιαςμζνοι ϊςτε να προςφζρουν καλφτερεσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ από τουσ ςυμβατικοφσ καταςκευαςτικοφσ χάλυβεσ χωρίσ ςθμαντικι αφξθςθ τθσ περιεκτικότθτασ τουσ ςε κραματικά ςτοιχεία. είναι καταςκευαςμζνοι ϊςτε να χαρακτθρίηονται κυρίωσ από ςυγκεκριμζνεσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ αντί από τθν χθμικι τουσ ςφςταςθ. Σφμφωνα με τα ευρωπαϊκά πρότυπα καταςκευισ τουσ οι λεπτόκοκκοι ςυγκολλιςιμοι χάλυβεσ ξεκινάνε από όρια διαρροισ μεγαλφτερα των 275 MPa. Οι λεπτόκοκκοι ςυγκολλιςιμοι χάλυβεσ είναι κατά κφριο λόγο ςχεδιαςμζνοι για τθ χριςθ ςε ςυγκολλθτά μζρθ που υπόκεινται ςε υψθλά φορτία όπωσ γζφυρεσ, αντιπλθμμυρικά κυροφράγματα, δεξαμενζσ αποκικευςθσ, δεξαμενζσ νεροφ, κινθτοί γερανοί κλπ. ςε κερμοκραςίεσ περιβάλλοντοσ και ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ. Στθν Ευρϊπθ αυτοί οι χάλυβεσ παραςκευάηονται κυρίωσ ςφμφωνα με τα παρακάτω πρότυπα: ΕΝ "Hot rolled products of structural steels. Part 3: Technical delivery conditions for normalized/normalized rolled weldable fine grain structural steels" EN ,4 "Hot rolled products of structural steels. Part 4: Technical delivery conditions for thermomechanical rolled weldable fine grain structural steels" EN "Flat products made of steels for pressure purposes. Part 3: Weldable fine grain steels, normalized" ΕΝ "Flat products made of steels for pressure purposes. Part 5: Weldable fine grain steels, thermomechanically rolled" 2. ΚΑΣΗΓΟΡΟΘΟΠΟΘΗΗ Η ονομαςία των χαλφβων ςτο ΕΝ , 4 ςφμφωνα με όςα ζχουν ιδθ αναφερκεί για το ΕΝ αποτελείται από τα ακόλουκα μζρθ: Ονομαζία (i.e. S 355NL) Πρϊτο γράμμα S, P or L : structural, pressure vessel ή piping steel τρία νοφμερα XXX: ελάχιςτο εγγυθμζνο όριο διαρροισ ςε N/mm2 δεφτερο γράμμα M ή N :κατάςταςθ παράδοςθσ thermomechanically treated ι normalized τρίτο γράμμα: L, L1, L2, H όπου: /18

2 L ζχει εφαρμογι ςτουσ καταςκευαςτικοφσ χάλυβεσ και κακορίηει τθν ελάχιςτθ απαίτθςθ τθσ ενζργειασ ςε κροφςθ ςε κερμοκραςίεσ όχι χαμθλότερεσ των -50 C L1 ζχει εφαρμογι ςτουσ χάλυβεσ για εφαρμογζσ εξοπλιςμοφ υπό πίεςθ και κακορίηει τθν ποιότθτα χαλφβων με εγγυθμζνεσ μζχρι τουσ -40 C L2 ζχει εφαρμογι ςτουσ χάλυβεσ για εφαρμογζσ εξοπλιςμοφ υπό πίεςθ και κακορίηει τθν ποιότθτα χαλφβων με εγγυθμζνεσ μζχρι τουσ -50 C H ζχει εφαρμογι ςτουσ χάλυβεσ για εφαρμογζσ εξοπλιςμοφ υπό πίεςθ και κακορίηει τθν ποιότθτα χαλφβων με ιδιότθτεσ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. Οι πίνακεσ 1-16 δείχνουν τισ απαιτιςεισ χθμικισ ςφςταςθσ και μθχανικϊν ιδιοτιτων των λεπτόκοκκων ςυγκολλιςιμων χαλφβων που αναφζρονται ςτο EN , 4 και EN , 5. Πίνακας 1.Χθμικι ανάλυςθ (προϊόντοσ) για τουσ χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN /18

3 Πίνακας 2.Μζγιςτο CEV για τουσ εξομαλυμζνουσ (normalized) χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN Πίνακας3.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ για τουσ εξομαλυμζνουσ (normalized) χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN /18

4 Πίνακας4.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ κροφςθσ ςτθν επιμικθ διεφκυνςθ για τουσ εξομαλυμζνουσ (normalized) χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN Πίνακας 5.Χθμικι ανάλυςθ (προϊόντοσ) για τουσ χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN /18

5 Πίνακας 6.Μζγιςτο CEV για τουσ χάλυβεσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ (thermomechanically rolled) που περιζχονται ςτο EN Πίνακας 7.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ για τουσ χάλυβεσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ (thermomechanically rolled) που περιζχονται ςτο EN /18

6 Πίνακας 8.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ κροφςθσ ςτθν επιμικθ διεφκυνςθ για τουσ χάλυβεσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ (thermomechanically rolled) που περιζχονται ςτο EN Πίνακας 9.Χθμικι ανάλυςθ (χφτευςθσ) για τουσ χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN /18

7 Πίνακας 10.Μζγιςτο CEV για τουσ για τουσ εξομαλυμζνουσ (normalized) χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN Πίνακας11.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ για τουσ εξομαλυμζνουσ (normalized) χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN /18

8 Πίνακας 12.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ κροφςθσ για τουσ εξομαλυμζνουσ (normalized) χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN Πίνακας 13.Χθμικι ανάλυςθ (χφτευςθσ) για τουσ χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN /18

9 Πίνακας 14.Μζγιςτο CEV για τουσ χάλυβεσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ (thermomechanically rolled) που περιζχονται ςτο EN Πίνακας 15.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ για τουσ χάλυβεσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ (thermomechanically rolled) που περιζχονται ςτο EN Πίνακας 16.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ κροφςθσ για τουσ χάλυβεσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ (thermomechanically rolled) που περιζχονται ςτο EN /18

10 3. ΜΕΣΑΛΛΟΤΡΓΘΑ ΣΧΝ ΛΕΠΣΟΚΚΟΚΧΝ ΤΓΚΟΛΛΗΘΜΧΝ ΥΑΛΤΒΧΝ Όπωσ ζχει ιδθ αναφερκεί οι λεπτόκοκκοι ςυγκολλιςιμοι χάλυβεσ είναι κράματα χαλφβων που προςφζρουν καλφτερεσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ από τουσ απλοφσ ανκρακοφχουσ χάλυβεσ, χωρίσ να ζχουν προςκικεσ ςθμαντικοφ ποςοςτοφ κραματικϊν ςτοιχείων. Όλοι οι λεπτόκοκκοι δομικοί χάλυβεσ ζχουν μία ςχετικά χαμθλι περιεκτικότθτα άνκρακα που προκειμζνου να μθν επθρεάηει τθν ςυγκολλθςιμότθτα τουσ δεν πρζπει να υπερβαίνει το 0.2 % C. Έχουν περιοριςμζνεσ προςκικεσ κραματικϊν ςτοιχείων, τα οποία περιλαμβάνουν μικρζσ ποςότθτεσ Al,Cu, Ni, Nb, N, V, Cr, Mo, Ti και Ca. Αυτά τα μικροκραματικά ςτοιχεία και ιδιαίτερα ο χαλκόσ, το τιτάνιο, το βανάδιο και το νιόβιο ζχουν ζνα μεγαλφτερο ι μικρότερο αποτζλεςμα ςκλιρυνςθσ λόγω κατακριμνιςθσ ςτο υλικό, ενϊ ταυτόχρονα ςχθματίηουν και ζνα μικρό μζγεκοσ κόκκου που ςχθματίηεται από τθν αλλθλεπίδραςθ κατακρθμνίςεων που υποβοθκοφν τθν πυρθνοποίθςθ και κερμικισ κατεργαςίασ. Οι κατακρθμνίςεισ είναι ενϊςεισ μεταξφ των μικροκραματικϊν ςτοιχείων όπωσ το βανάδιο, το νιόβιο, το τιτάνιο, και το αργίλιο και το είτε παρόν ι ειδικά προςτικζμενο άηωτο. Το αποτζλεςμα είναι ο ςχθματιςμόσ καρβονιτριδίων (ςε μεγαλφτερο βακμό) και καρβιδίων τα οποία δεν διαλυτοποιοφνται ςτο χαμθλότερο κερμοκραςιακό εφροσ του ωςτενίτθ, με αποτζλεςμα κατά τθ διάρκεια μιασ κερμικισ κατεργαςίασ όπωσ θ ομαλοποίθςθ, από τθ μία πλευρά να υπθρετοφν ωσ ςθμεία πυρθνοποίθςθσ και από τθν άλλθ πλευρά να μειϊνουν και τθν ταχφτθτα ανάπτυξθσ του κόκκου του ωςτενίτθ. Επιπλζον τυπικά μικροκραματικά ςτοιχεία είναι το ηιρκόνιο και το βόριο που προςτίκενται ςυγκεκριμζνα για ρφκμιςθ του κείου και αφξθςθ τθσ αντοχισ, αντιςτοίχωσ. Όπωσ φαίνεται κα από τθν μελζτθ των προτφπων που αναφζρονται ςτθν προθγοφμενθ ενότθτα οι λεπτόκοκκοι ςυγκολλιςιμοι χάλυβεσ χωρίηονται ςε δφο κατθγορίεσ. Σε αυτοφσ που επιτυγχάνουν τισ ιδιότθτεσ τουσ μζςω μίασ διαδικαςίασ ζλαςθσ εξομάλυνςθσ (normalising rolling) και ςε αυτοφσ που επιτυγχάνουν τισ μθχανικζσ τουσ ιδιότθτεσ μζςω μιασ διαδικαςίασ κερμομθχανικισ ζλαςθσ (thermomechanical rolling). Κατά τθν ζλαςθ εξομάλυνςθσ θ τελικι παραμόρφωςθ πραγματοποιείται ςε ζνα οριςμζνο εφροσ κερμοκραςίασ οδθγϊντασ ςε μία κατάςταςθ υλικοφ ιςοδφναμθ με αυτι που ζχει αποκτθκεί μετά τθν εξομάλυνςθ. Ο ςυμβολιςμόσ για αυτό το ςτάδιο επεξεργαςίασ είναι N. Αντίκετα κατά τθν διαδικαςία τθσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ το τελικό ςτάδιο τθσ ζλαςθσ γίνεται ςε ςθμαντικά χαμθλότερεσ κερμοκραςίεσ (ςυνικωσ κάτω από 900 C) με αποτζλεςμα να αποφεφγεται θ ανακρυςτάλλωςθ των κόκκων του ωςτενίτθ και ςε ςυνδυαςμό με τθν δράςθ των νιτριδίων που αναφζρκθκε παραπάνω να επιτυγχάνεται ζνα πολφ μικρό μζγεκοσ κόκκου. Περιλθπτικά, τα κφρια χαρακτθριςτικά τθσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ είναι τα παρακάτω: /18

11 Η κερμοκραςίεσ των διαφόρων ςταδίων τθσ ζλαςθσ κρατοφνται χαμθλζσ, με αποτζλεςμα, ςε ςυνδυαςμό με τθν δράςθ των μθ διαλυτϊν νιτριδίων, να αποφεφγεται θ μθ επικυμθτι διαπλάτυνςθ του κόκκου του ωςτενίτθ. Τα αρχικά ςτάδια τθσ ζλαςθσ πραγματοποιοφνται αρκετά πάνω από τουσ 900 C, με αποτζλεςμα να πραγματοποιείται ανακρυςτάλλωςθ για το ςχθματιςμό μιασ πιο λεπτόκοκκθσ ωςτενιτικισ δομισ. Η χαμθλι κερμοκραςία του τελικοφ ςταδίου τθσ ζλαςθσ εμποδίηει τθν ανακρυςτάλλωςθ των κόκκων του ωςτενίτθ Η καταςτολι τθσ ανακρυςτάλλωςθσ υποςτθρίηεται και από τθν κατακριμνιςθ ενδομεταλλικϊν ενϊςεων του νιόβιου το οποίο υπάρχει ςτθν βζλτιςτθ περιεκρικότθτα του 0.04% ςε όλουσ τουσ χάλυβεσ που ζχουν υποςτεί κερμομθχανικι ζλαςθ. Σχήμα 1.Θερμομθχανικι ζλαςθ ςυγκρινόμενθ με τθν ομαλοποιθμζνθ ζλαςθ. Οι χάλυβεσ που προορίηονται για κερμοδυναμικι ζλαςθ ζχουν ςθμαντικά μειωμζνο ποςοςτό άνκρακα ςε ςχζςθ με αυτοφσ που προορίηονται για ζλαςθ εξομάλυνςθσ. Αυτό ζχει ςαν αποτζλεςμα θ δομι τουσ να παρουςιάηει πολφ μικρό ποςοςτό περλίτθ και να /18

12 αποτελείται κυρίωσ από μια φερριτικι δομι με πολφ μικρό μζγεκοσ κόκκου που ζχει διάςπαρτα καρβίδια και άλλεσ ενδομεταλλικζσ ενϊςεισ. Το μικρό μζγεκοσ κόκκου και θ ςκλιρυνςθ λόγω κατακριμνιςθσ που προςφζρουν οι ενδομεταλλικζσ ενϊςεισ υποκακιςτοφν τθν αντοχι που χάνει ο χάλυβασ λόγω του μικροφ ποςοςτοφ περλίτθ, ενϊ παράλλθλα θ ζλλειψθ του περλίτθ βελτιϊνει τθν ολκιμότθτα και τθν αντοχι ςε κροφςθ του υλικοφ και μειϊνει επίςθσ ςθμαντικά τα προβλιματα ρθγμάτωςθσ που μπορεί να παρουςιαςτοφν κατά τθν ςυγκόλλθςθ. Ο πίνακασ 17 δείχνει τισ τυπικζσ χθμικζσ ςυςτάςεισ χαλφβων που χρθςιμοποιοφνται ςε κερμομθχανικι ζλαςθ, ςε ςφγκριςθ με τθν χθμικι ςφςταςθ ενόσ χάλυβα που χρθςιμοποιείται ςε μία διεργαςία ζλαςθσ εξομάλυνςθσ. Πίνακας 17. Τυπικζσ χθμικζσ ςυςτάςεισ χαλφβων που χρθςιμοποιοφνται για κερμομθχανικι ζλαςθ /18

13 4. ΤΓΚΟΛΛΗΕΘΣΧΝ ΛΕΠΣΟΚΚΟΚΧΝ ΤΓΚΟΛΛΗΘΜΧΝ ΥΑΛΤΒΧΝ Οι λεπτόκοκκοι ςυγκολλιςιμοι χάλυβεσ, δεν περιζχουν ςθμαντικζσ ποςότθτεσ κραματικϊν ςτοιχείων και ωσ εκ τοφτου θ ευαιςκθςία τουσ ςτθν κερμι και τθν ψυχρι ρθγμάτωςθ είναι παρόμοια με αυτι των μθ κραματωμζνων χαλφβων. Όλοι οι χάλυβεσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ που αναφζρονται ςτθν παραπάνω παράγραφο με μειωμζνθ περιεκτικότθτα περλίτθ ζχουν πολφ καλι ςυγκολλθςιμότθτα. Η πολφ χαμθλι περιεκτικότθτα ςε άνκρακα μειϊνει τθ αφξθςθ τθσ ςκλθρότθτασ ςτθ κερμικά επθρεαηόμενθ ηϊνθ μιασ ςυγκόλλθςθσ ακόμα και ςε χαμθλζσ κερμικζσ παροχζσ. Συνεπϊσ, ο κίνδυνοσ μιασ ρθγμάτωςθσ ςτθν ΘΕΖ που ςυνδζεται με αυτό το πρόβλθμα είναι επίςθσ πολφ χαμθλόσ. Εξαιτίασ του γεγονότοσ ότι θ διάχυςθ του υδρογόνου ςτον φερρίτθ είναι πολφ πιο γριγορθ από ότι ςε ςκλθρζσ φάςεισ όπωσ ο μαρτενςίτθσ, το υδρογόνο που ενιςχφει τθν ψυχρι ρθγμάτωςθ, μπορεί να διαχυκεί τόςο γριγορα που θλεκτρόδια με επικάλυψθ κυτταρίνθσ μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν για ςυγκόλλθςθ. Συγκολλθμζνα με τζτοιο τρόπο, αυτοί οι χάλυβεσ ζχουν αποδειχκεί κατάλλθλοι ςε μεγάλθσ κλίμακα καταςκευι δικτφων αγωγϊν μεταφοράσ φυςικοφ αερίου και άλλων καυςίμων. Το ςχιμα 2 δείχνει μία ςφγκριςθ τθσ ευαιςκθςίασ ςτθν αφξθςθ τθσ ςκλθρότθτασ και τθσ τάςθσ ςε ψυχρι ρθγμάτωςθ ςτθν ΘΕΖ ενόσ χάλυβα S355J2G3 και ενόσ χάλυβα χαμθλοφ περλίτθ. Σχήμα 2.Σκλθρότθτα και ευαιςκθςία ςε ψυχρι ρθγμάτωςθ ςτθν ΘΕΖ ςε δοκίμια μονοφ κορδονιοφ ςε ζνα χαμθλοφ περλίτθ χάλυβα με όριο ελαςτικότθτασ περίπου 500 N/mm² και ζνα χάλυβα αναφοράσ S355J2G3 Με δεδομζνο ότι οι μθχανικζσ ιδιότθτεσ των χαλφβων που ζχουν υποςτεί κερμομθχανικι ζλαςθ οφείλονται ςτο μικρό μζγεκοσ των κόκκων, γίνεται φανερό ότι οποιαδιποτε κερμικι /18

14 παροχι κατά τθν ςυγκόλλθςθ που κα μποροφςε να οδθγιςει ςε μεγζκυνςθ των κόκκων του υλικοφ μπορεί να οδθγιςει ςε ςθμαντικι μείωςθ των μθχανικϊν ιδιοτιτων. Αυτό ουςιαςτικά είναι και το ςθμαντικότερο πρόβλθμα κατά τθν ςυγκόλλθςθ των λεπτόκοκκων ςυγκολλιςιμων χαλφβων. Στισ παρακάτω παραγράφουσ αναλφονται με μεγαλφτερθ λεπτομζρεια όλα τα προβλιματα που μπορεί να προκφψουν κατά τθν ςυγκόλλθςθ αυτι τθσ κατθγορίασ χαλφβων. 4.1 Αλλαγές ηης Μικροδομής ζηην Θερμικά Επηρεαζμένη Ζώνη Γενικά καμία ςυγκόλλθςθ δεν μπορεί να πραγματοποιθκεί χωρίσ τθν δθμιουργία μίασ κερμικισ διαβάκμιςθσ ςτο μθτρικό μζταλλο. Η διάχυςθ τθσ κερμότθτασ ςτο μθτρικό μζταλλο, επθρεάηεται ςθμαντικά από τθν κερμοκραςία του λουτροφ τθσ ςυγκόλλθςθσ και τθν ταχφτθτα τθσ ςυγκόλλθςθσ. Τα ςθμεία τθσ ΘΕΖ που βρίςκονται ακριβϊσ ζξω από τθν γραμμι τιξθσ μιασ ςυγκόλλθςθσ κερμαίνονται πολφ γριγορα ςε μία κερμοκραςία κοντά ςε αυτι του ςθμείου τιξθσ και ςτθν ςυνζχεια ψφχονται γριγορα. Η δομι του υλικοφ ςε αυτι τθν περιοχι γίνεται ωςτενιτικι και κατά τθν ψφξθ μπορεί να περιζχει ςκλθρζσ μαρτενςιτικζσ δομζσ ενϊ παράλλθλα θ κζρμανςθ ςε τόςο υψθλι κερμοκραςία οδθγεί και ςε αφξθςθ του μεγζκουσ του κόκκου. Αντίκετα οι περιοχζσ τθσ ΘΕΖ που κερμαίνονται ςε χαμθλότερεσ κερμοκραςίεσ, κοντά ςτθν κερμοκραςία εξομάλυνςθσ χαρακτθρίηονται από ςμίκρυνςθ του μεγζκουσ του κόκκου. Σε ακόμα μεγαλφτερεσ αποςτάςεισ δεν υπάρχει καμία μεταβολι ςτθν αρχικι δομι του υλικοφ. Αν και αυτζσ οι αλλαγζσ ςτθν ΘΕΖ ζχουν μελετθκεί εκτεταμζνα για τουσ ανκρακοφχουσ χάλυβεσ θ παρουςία των μικροκραματικϊν ςτοιχείων κάνουν πιο περίπλοκουσ τουσ μθχανιςμοφσ που δρουν ςτθν δομι των λεπτόκοκκων χαλφβων και δθμιουργοφν διαφορετικά κζματα. Στισ περιοχζσ κοντά ςτθν γραμμι τιξθσ (>1100 C) οι ενδομεταλλικζσ ενϊςεισ (ειδικά αυτζσ που ςχθματίηονται από το Nb και το V) διαλυτοποιοφνται ςτθν φάςθ του ωςτενίτθ και κατακρθμνίηονται ξανά μετά τθν ψφξθ. Αυτόσ ο μθχανιςμόσ οδθγεί ςε ςθμαντικι αφξθςθ του κόκκου και οδθγεί ςε απϊλεια μθχανικϊν ιδιοτιτων και ιδιαίτερα ςε μείωςθ των ιδιοτιτων κροφςθσ οι οποίεσ οφείλονται ςτο μικρό μζγεκοσ του κόκκου αυτϊν των υλικϊν. Η μόνθ ενδομεταλλικι ζνωςθ που δεν διαλυτοποιείται ςε αυτζσ τισ υψθλζσ κερμοκραςίεσ είναι τα TiN και ωσ εκτοφτου είναι τα μόνα που είναι διακζςιμα για να εμποδίςουν τθν ανάπτυξθ των κόκκων. Για αυτό τον λόγο, θ παρουςία Ti ςε περιεκτικότθτα τουλάχιςτον 0.04% είναι απαραίτθτθ για τθν ςυγκολλθςιμότθτα αυτϊν των χαλφβων. Σε λίγο χαμθλότερεσ κερμοκραςίεσ, γφρωςτουσ1000 C, θ ενοποίθςθ και μεγζκυνςθ των υπαρχόντων ενδομεταλλικϊν ενϊςεων οδθγεί επίςθσ ςτθν μείωςθ των ιδιοτιτων κροφςθσ τθσ ΘΕΖ. Τα προβλιματα που περιγράφονται παραπάνω είναι πολφ πιο ζντονα ςε ψθλζσ τιμζσ κερμικισ παροχισ και για αυτό τον λόγο θ εφαρμογι αυτόματων μεκόδων υψθλισ κερμικισ παροχισ όπωσ θ μζκοδοσ βυκιςμζνου τόξου και electroslag welding δεν /18

15 προτείνονται για χριςθ ςτισ ςυγκολλιςεισ των λεπτόκοκκων χαλφβων. Σε γενικζσ γραμμζσ οι μζκοδοι ςυγκόλλθςθσ με μία κερμικι παροχι πάνω από 4kJ/mm κεωροφνται ότι μειϊνουν ςθμαντικά τισ μθχανικζσ ιδιότθτεσ ςτθν ΘΕΖ των λεπτόκοκκων χαλφβων και ωσ εκ τοφτου πρζπει να αποφεφγονται. Το ςχιμα 3 δείχνει μία μεταλλογραφικι απεικόνιςθ των αλλαγϊν ςτθν δομι τθσ ΘΕΖ ενόσ τζτοιου χάλυβα. Σχήμα 3.Αλλαγζσ τθσ μικροδομισ ςτθν ΘΕΖ ενόσ λεπτόκοκκου χάλυβα. 4.2 Θερμή Ρηγμάηωζη (solidification cracking) Οι λεπτόκοκκοι ςυγκολιςιμοι χάλυβεσ ζχουν τθν ίδια ευαιςκθςία ςτθν κερμι ρθγμάτωςθ όςο και οι μθ κραματωμζνοι καταςκευαςτικοί χάλυβεσ. Η παρουςία των μικροκραματικϊν ςτοιχείων δεν παίηει κάποιο ρόλο ςτον μθχανιςμό τθσ κερμισ ρθγμάτωςθσ ςτο μζταλλο τθσ τθσ ςυγκόλλθςθσ και αν λάβουμε υπόψθ μασ ότι οι λεπτόκοκκοι ςυγκολλιςιμοι χάλυβεσ ζχουν γενικά μικρότερεσ ποςότθτεσ ανεπικφμθτων μετάλλων όπωσ το κείο τότε καταλαβαίνουμε ότι ο κφριοσ λόγοσ για τθν εμφάνιςθ κερμισ ρθγμάτωςθσ ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ ςε αυτοφσ τουσ χάλυβεσ, είναι παρουςία υψθλϊν τάςεων και θ χριςθ ακατάλλθλων παραμζτρων ςυγκόλλθςθσ. Ειδικά για τουσ λεπτόκοκκουσ ςυγκολλιςιμουσ χάλυβεσ θ μικροδομι του μετάλλου τθσ ςυγκόλλθςθσ και ακολοφκωσ οι μθχανικζσ ιδιότθτεσ εξαρτϊνται από τα εγκλείςματα που βρίςκονται ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ. Έρευνεσ ζχουν δείξει ότι προκειμζνου τα εγκλείςματα ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ να ζχουν το απαιτοφμενο μζγεκοσ και κατανομι ϊςτε να ςχθματιςτεί θ επικυμθτι μικροδομι βελονοειδοφσ φερρίτθ (acicular ferrite) ο λόγοσ του Mn/Si και το περιεχόμενο του Al πρζπει να ελζγχονται με ακρίβεια ϊςτε να επιτυγχάνονται οι απαιτοφμενεσ αποξειδϊςεισ. Εκτόσ από το κζμα με τθν μικροδομι του μετάλλου τθσ ςυγκόλλθςθσ και τισ μθχανικζσ ιδιότθτεσ αυτοφ θ μείωςθ του ρίςκου για κερμι ρθγμάτωςθ εξαρτάται από παράγοντεσ /18

16 παρόμοιουσ με αυτοφσ που ιςχφουν για τουσ μθ κραματωμζνουσ χάλυβεσ όπωσ ο ςωςτόσ ςχεδιαςμόσ των ςυγκολλθτϊν ςυνδζςεων ϊςτε να κρατιζται θ ακαμψία ςτο ελάχιςτο, απόκεςθ των κορδονιϊν τθσ ςυγκόλλθςθσ με ςωςτό λόγο πλάτουσ προσ βάκοσ και χριςθ μετάλλου πλιρωςθσ με το μικρότερο δυνατό κερμοκραςιακό εφροσ ςτερεοποίθςθσ. 4.3 Φστρή Ρηγμάηωζη Τδρογόνοσ Αυτοφ του είδουσ οι ρθγματϊςεισ ςυμβαίνουν ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ και μπορεί να επθρεάςουν είτε τθν ΘΕΖ είτε το μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ. Οι ρωγμζσ αυτζσ εμφανίηονται ϊρεσ ι ακόμα και μζρεσ μετά τθν ολοκλιρωςθ τθσ ςυγκόλλθςθσ και ςε ςυνδυαςμό με το γεγονόσ ότι πολλζσ φόρεσ θ μορφολογία τουσ κάνει δφςκολο τον εντοπιςμό τουσ είναι ζνα πολφ ςθμαντικό πρόβλθμα για τθν ακεραιότθτα μιασ ςυγκολλθτισ καταςκευισ. Η δθμιουργία ρωγμϊν υδρογόνου είναι αποτζλεςμα τθσ παρουςίασ των παρακάτω παραγόντων: τθν φπαρξθ διαλυτοποιθμζνου ατομικοφ υδρογόνου ςε επαρκι ςυγκζντρωςθ τθν φπαρξθ ςκλθρϊν φάςεων ςτθν μικροδομι του υλικοφ τθν φπαρξθ τάςεων ςτθ περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ. Αυτοί οι παράγοντεσ πρζπει να είναι παρόντεσ ταυτόχρονα αλλά θ επιρροι τουσ είναι ακροιςτικι, δθλαδι θ παρουςία μιασ δομισ με πολφ μεγάλθ ςκλθρότθτα και μία μικρι ςυγκζντρωςθ υδρογόνου μπορεί να ζχουν τον ίδιο κίνδυνο ρθγμάτωςθσ υδρογόνου με μία λιγότερο ςκλθρι δομι με μεγαλφτερθ ςυγκζντρωςθ υδρογόνου. Κάκε ζνασ από αυτοφσ τουσ παράγοντεσ μπορεί να επθρεάηεται από επιμζρουσ παραμζτρουσ τθσ ςυγκόλλθςθσ όπωσ φαίνεται και ςτο ςχιμα 4. Σχήμα 4. Παράμετροι που επθρεάηουν τθν τάςθ για δθμιουργία ψυχρϊν ρωγμϊν υδρογόνου /18

17 Οι λεπτόκοκκοι ςυγκολλιςιμοι χάλυβεσ αν και πολλζσ φορζσ ζχουν πολφ μικρζσ τιμζσ ιςοδυνάμου άνκρακα, και ςαν αποτζλεςμα όχι μεγάλθ τάςθ ςτθν δθμιουργία ςκλθρϊν φάςεων, ζχουν πολφ περιςςότερα ςθμεία ςτθν μικροδομι τουσ ςτα οποία το ατομικό υδρογόνο το οποίο διαλυτοποιείται κατά τθν διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ μπορεί να επανενωκεί ςχθματίηοντασ κερμοδυναμικά ςτακερά μόρια του αερίου. Τα ςθμεία αυτά περιλαμβάνουν όρια κόκκων και κατακρθμνίςεισ (καρβίδια, νιτρίδια, καρβονιτρίδια και ςαν αποτζλεςμα οι χάλυβεσ αυτοί μποροφν να παρουςιάςουν ψυχρζσ ρθγματϊςεισ υδρογόνου από το εςωτερικό τουσ. Ένασ από τουσ πιο αποτελεςματικοφσ τρόπουσ προκειμζνου να εμποδιςτεί θ εμφάνιςθ αυτϊν των ρωγμϊν είναι να εφαρμοςτεί μία προκζρμανςθ πριν τθν ςυγκόλλθςθ προκειμζνου να κακυςτεριςει θ ψφξθ του μετάλλου τθσ ςυγκόλλθςθσ. Με αυτό τον τρόπο δίνεται περιςςότεροσ χρόνοσ για τθν διάχυςθ του ατομικοφ οξυγόνου μακριά από τθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ. Σε περιπτϊςεισ ςυγκολλιςεων πολλαπλϊν πάςων είναι δυνατόν να μθν χρθςιμοποιθκεί προκζρμανςθ εάν με τθν χριςθ μίασ κατάλλθλθσ αλλθλουχίασ ςυγκόλλθςθσ μπορεί να επιτευχκεί μία αρκετά υψθλι κερμοκραςία ανάμεςα ςτα πάςα τθσ ςυγκόλλθςθσ (interpass temperature). Η αποφυγι ψυχρϊν ρθγματϊςεων αυτοφ του τφπου μπορεί να γίνει με τον υπολογιςμό του χρόνου t 8/5 όπωσ αυτό περιγράφεται ςτθν οδθγία SEW 088 και ζχει ιδθ αναλυκεί ςτο κεφάλαιο Συμπεριφορά καταςκευαςτικϊν χαλφβων κατά τθν ςυγκόλλθςθ. Ταυτόχρονα και το ΕΝ δίνει δφο τρόπουσ υπολογιςμοφ τθσ κερμοκραςίασ προκζρμανςθσ όπου για τθν περίπτωςθ των λεπτόκοκκων ςυγκολλιςιμων χαλφβων προτείνει τθν χριςθ τθσ παρακάτω εξίςωςθσ όπου Τ p = Θερμοκραςία προκζρμανςθσ ςε C CET = Ιςοδφναμο άνκρακα d= Συνδυαςτικό Πάχοσ Υλικϊν προσ ςυγκόλλθςθ Q= Θερμικι παροχι ςε kj/mm Η επιλογι των θλεκτροδίων που χρθςιμοποιοφνται για τθν ςυγκόλλθςθ των λεπτόκοκκων ςυγκολλιςιμων χαλφβων γίνεται με κριτιριο τθν ικανότθτα τουσ να δϊςουν ζνα μζταλλο ςυγκόλλθςθσ με παρόμοιεσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ με αυτζσ του μετάλλου βάςθσ. Με δεδομζνο ότι ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ δεν υπάρχει θ δυνατότθτα πραγματοποίθςθσ των μεταλλουργικϊν διεργαςιϊν τθσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ, το μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ ζχει πολφ μεγαλφτερο κραματικό περιεχόμενο με ςτοιχεία όπωσ Ni, Cr, και Mo. Αυτι θ αυξθμζνθ τάςθ για ςκλιρυνςθ των μετάλλων ςυγκόλλθςθσ που χρθςιμοποιοφνται ςε /18

18 αυτοφσ τουσ χάλυβεσ κάνει τθν εμφάνιςθ ρωγμϊν υδρογόνου ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ πιο πικανι ςε αυτοφσ τουσ χάλυβεσ ςε ςφγκριςθ με τουσ μθ κραματωμζνουσ καταςκευαςτικοφσ. Για αυτό τον λόγο πζρα από τα μζτρα αποφυγισ των ρθγματϊςεων υδρογόνου που επιβάλλονται από το βαςικό μζταλλο πρζπει να γίνεται προςπάκεια ςυνολικισ μείωςθσ των παραγόντων που μποροφν να προκαλζςουν ρθγματϊςεισ υδρογόνου ςυμπεριλαμβανομζνου τθσ χριςθσ μεκόδων ςυγκόλλθςθσ με χαμθλά επίπεδα υδρογόνου και τθν μείωςθ των τάςεων ςτθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ /18