Tehnične novice Preiskave zvarjenih spojev na pločevini Nioval 47 Stojan Mihael Proizvodnja finozrnatih mikrolegiranih jekel v Železarni Jesenice že dosegla tak obseg in kvaliteto, da se poraja zahteva po proučevanju uporabnih lastnosti teh jekel. Ena izmed zelo važnih lastnosti je dobra varivost teh jekel in ker razvoj dodajnega materiala stalno napreduje, moramo za uvajanje v prakso določiti in podati rezultate, ki potrošnika najbolj zanimajo. Jeklo Nioval 47 je mikrolegirano konstrukcijsko jeklo s povišano mejo plastičnosti z nazivno vrednostjo 47 kp/mm2 in dobro žilavostjo. Enako dobre vrednosti želimo doseči tudi v zvarnem spoju. Ker predpisano trdnost zvarjenega spoja lahko dosežemo bodisi pri ročnem varjenju z elektrodo ali z avtomatskim varjenjem pod praškom, jo v tem članku ne bomo navajali. Zanimiva pa je žilavost zvarjenega spoja, kajti pogosto se izdeluje iz pločevine Nioval 47 objekte, kjer je žilavost velike važnosti, posebno še pri nizkih temperaturah. 1. Ročno varjenje z elektrodo Priprava robov pločevine vzorcev je bila strojna in sicer za 15 mm »V« zvar s kotom 60°. Robovi ob korenu so ostri. Do debeline 10 mm ni potrebno predgrevanje, za večje debeline pa je pripravljeno predgrevanje od 150 do 200° C, odvisno od debeline. Te temperature predgrevanja so bile določene računsko in praktično. Po zavaritvi zvarni spoj izpostavimo različnim toplotnim obremenitvam, da lahko tako določimo, oziroma damo podatke o najrazličnejših pogojih pod katerimi se zvar nahaja. Rezultati žilavosti so v varjenem stanju, staranem stanju (5 °/o hI. defor., 1/2 ure na 250° C), napetostno žarjenje (580° C s hitrostjo ogrevanja 80°/h), napetostno žarjenje in staranje obenem. Po zavaritvi so vzorci počasi ohlajeni na zraku. Rezultati z elektrodo EVB Ni: V vodoravni legi je uporabljena elektroda 0 3,25 mm za korenske varke, za ostale varke pa 0 5 mm. Pri ver- Zvar it: A Zl 270 150 -zgornji rob ----spodnji rob \ v / i \ \ A \ i i \ ti A v i i • 1 \ !J Js .J f — — / S Oddaljenost od sredine zvara v mm tikalnem in nadglavnem položaju varjenja pa so polnilni varki iz elektrode premera 4 mm. Varilni pogoji za elektrode: 0 3,25 0 4 0 5 mm Jakost toka A 110—130 130—175 220 Napetost toka V 20 22 24 Hitrost varjenja cm/min 10 12—15 25—30 Med varjenjem je potrebno držati temperaturo varjenca 200° C. Varjenje je bilo izvršeno z istosmernim tokom na agregatu Elin. žilavost V-Notch [7] zareza v zvaru vodoravna lega temperatura preizkušanja °C +20 0 —20 ^10 —60 VS stanje 155 136 120 126 86 VS - 5 144 123 113 48 35 NS 158 142 130 122 92 NS - 5 149 106 92 86 28 vertikalna lega varjenja VS 144 132 125 130 86 VS - 5 94 66 57 45 27 NS 134 102 94 86 66 NS - 5 126 78 46 26 25 nadglavna lega varjenja VS 156 152 156 125 108 VS - 5 112 102 98 92 70 NS 158 150 152 123 140 NS - 5 142 122 123 116 48 VS: varjeno stanje VS - 5: varjeno stanje + 5 % starano NS: napetostno žarjeno 580° C NS - 5: napetostno žarjeno 580°C +5% starano Žilavost V-Notch [7] zareza v prehodni coni vodoravna lega temperatura preizkušanja "C varjenja + 20 0 —20 ^10 —60 VS 102 92 62 39 31 VS - 5 94 66 42 33 28 NS 96 66 45 34 30 NS - 5 57 37 32 28 27 Slika 1 Prečni presek preko zvara izvedenega ročno z elektrodo EVB Ni in potek trdot Stojan Mihael je diplomirani inženir metalurgije in strokovni sodelavec v raziskovalnem oddelku Železarne Jesenice Poleg žilavosti si oglejmo še porazdelitev trdot preko zvara na pločevini debeline 35 mm (slika 1). Maksimalne trdote v prehodni coni so v mejah dovoljenega na obeh straneh zvara. Sredina vara se po trdoti zelo ujema z osnovnim materialom, torej je elektroda EVB Ni zelo primerna kot dodajni material pri varjenju jekla Nioval 47. Slika 2 Upogib zvara izvedenega ročno z elektrodo EVB Ni Tudi upogibni preizkus da dobre rezultate, torej je zvar dovolj plastičen tako v prehodni coni, kot v varu. Na debelini pločevine 15 mm pri obliki žleba »V« je potek trdot preko zvara podoben. Razlika je samo v tem, da se na strani korenskega varka v prehodni coni pojavijo trdote do 320 HB z razliko od temenske strani, kjer je maksimalna trdota prehodne cone do 250 HB. 2. Avtomatsko varjenje pod praškom Najprimernejši taljeni prašek za avtomatsko varjenje jekla Nioval 47 je EP 40 ob dodatku različnih vrst žic, odvisno od zahtev in namenov uporabe. Rezultati žilavosti veljajo za žice EPP 3, EPP 2 Mo, EPP 2 Ni. Priprava robov pločevine je strojna. Na debelini pločevine 35 mm je 2/3 x s kotoma 60» in nosom 4 mm. Glede predgrevanja in ohlajanja je isto kot pri ročnem varjenju z elektrodo. Vzorci so bili varjeni z izmeničnim tokom. Varilni pogoji za žico premera 4 mm: korenski var Jakost toka A: 580 Napetost V: 32 Hitrost varjenja cm/min.: 45 žilavost V-Notch [7] — zareza v zvaru temperatura preizkušanja °C fcFP 3 + 20 0 —20 -40 —60 vs 110 74 65 59,6 48 VS-5 92 44 28 19,6 25,5 NS 88 66 34,5 33 31 NS-5 68 42 27,5 15,6 14 EPP 2 Mo VS 74 50 36 31 23,5 VS-5 43 31 27,5 15,6 14 NS 55 46,8 33 32,5 23 NS-5 40,5 36,8 27 25,5 12 EPP 2 Ni VS 123 84 73 66,5 36,5 VS-5 117 74 65 47 27 NS 103 80 66 55 36,8 NS-5 104 76 68 50 27,4 Žilavost V - Notch [/] zareza v prehodni coni FPP 3 temperatura preizkušanja °C + 20 0 —20 ^10 —60 VS 62 61 27,5 15,7 6,2 VS-5 31 28 23,5 11,8 4,7 EPP 2 Mo VS 65 62 41 31 18,8 VS-5 35 27,5 26,5 15,5 7,8 EPP 2 Ni VS 78 65 39 35 18,8 VS-5 43 31 27 25 15,3 polnilni varki Oddaljenost od sredine zhtu v mni Slika 3 Prečni presek preko zvara izvedenega z avtomatskim varjenjem pod praškom z žico vrste EPP 2 Ni Rezultati žilavosti prehodnih con so vzeti iz diagramov žilavosti po Cabelki in sicer najnižje vrednosti v prehodni 792 - zvar Nioval 50 , 35mm, EVB Ni u&fe__ ^ '70 60 NDT-ŠČ0 empervtura {'C ) Slika 4 Drop Weight test, vzorec zavarjen ročno z elektrodo EVB Ni 791 - prehodna cona Nioval 50 , 35mm, EVBNi ujetje / ! zlom 1 -ao -70 NDT-73 -60 -50 -tO -30 Temperatura ('C) coni. Pri debelini 15 mm se žilavosti skoraj povsem ujemajo z rezultati iz pločevine debeline 35 mm. Vzorci za žilavost so vzeti na temenski strani zvara. Pri avtomatskem varjenju pod praškom pri vseh treh vrstah žic EPP 3, EPP2Mo in EPP2Ni dobimo skoraj enake rezultate za vrednosti trdot v zvaru. Maksimalna trdota v prehodni coni ne presega 280 HB. Najugodnejši potek trdot pa se pojavlja na zvaru varjenem z žico EPP 2 Ni. (slika 3). Na debelini 15 mm so trdote pri obliki žleba »V« na korenski strani nekoliko višje, vendar ne presegajo 340 HB v prehodni coni. Nagnjenost zvara in prehodne cone napram krhkosti in razširjatiju krhkega loma Za kriterij določanja odpornosti nekega zvarnega spoja proti dinamičnim obremenitvam je važen podatek o nagnjenosti zvara in prehodne cone napram krhkosti in razširjanju krhkega loma. Te lastnosti ocenjujemo po Drop weight testu in Pellinijevi teoriji. Določamo NDT temperaturo, ki podaja tisto temperaturo, pri kateri vzorec še ravno krhko poči. Razlika med NDT (Nil Ductility Transi-tion) in CAT (Crack Arresting temperature) temperaturo je v diagramu Pellinija ca. 33° C. Zato lahko rečemo, da v primeru, če leži delovna temperatura varjenca 30° C in več nad NDT, ni nevarnosti, da bi nastopil krhki lom. V diagramih 4, 5, podajamo rezultate za ročno varjenje vzorca z elektrodo EVB Ni in avtomatsko varjene vzorce pod praškom EP 40 in žico EPP 2 Ni. Omenjeni rezultati so le delni korak k namenu železarne, da v bodoče obdela in poda industriji podatke o vari-vosti mikrolegiranih jekel s povišano mejo plastičnosti. Objava rezultatov naj bo v bodoče naša vsakdanja praksa. zvar, Nioval 43 , 35mm , EPP2Ni, EP 40 ujetje 0 1 l. o. zlom £ _i_i__i_i— -80 -60 -40 -20 Temperatura ('C) prehodna cona , Nioval 47, 35mm , EPP 2 Ni, EP 40 ujetje zlom l i -80 ^60 -40 -20 NDT-40 _ < • Temperatura (°C ) Slika 5 Drop VVeight test vzorec zavarjen avtomatsko pod praškom EP 40 in žico EPP 2 Ni