ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: Mechanika z. 49
_______ 1972 Nr kol. 358
Piotr Adamiec Jerzy Dziubiński Marceli Mazur
Instytut Metaloznawstwa i Spawalnictwa
BADANIE KRUCHOŚCI POŁĄCZEŃ ZE STALI 18G2VA SPAWANYCH RECZNIE ELEKTRODAMI OTULONYMI I AUTOMATYCZNIE ŁUKIEM KRYTYM
Streszczenie. Przeprowadzono badania kruchości połączeń ze stali 18GŚVa spawanych ręcznie elektrodami otulonymi i automatycznie łukiem krytym. Spoiny wykonano stosując dla danych warunków minimalną i maksymalną energię liniową łu- ku. W oparciu o badania udarności i próbę Niblink ustalo
no, że ze względu na odporność połączeń spawanych na kru
che pękanie stal- 18G2VA najkorzystniej jest spawać możli
wie niskimi energiami liniowymi łuku.
Wstęp
Stosowanie w przemyśle stali o podwyższonej wytrzymałości (SPWj stwa
rza konieczność zwrócenia uwagi na problem kruchości połączeń spawanych.
Pękanie kruche zachodzi na ogół przy bardzo małych odkształceniach pla
stycznych i często przy naprężeniach niższych od granicy plastyczności.Po
łączenie spawane bardzo często spełnia warunki niezbędne do zapoczątkowa
nia pęknięcia kruchego (karb, wieloosiowy stan naprężeń, obniżona tempera
tura). W przypadku stali SPW wrażliwych na procesy wytwarzania i przetwór
stwa problem odporności połączeń spawanych na pęknięcia kruche jest szcze
gólnie ważny.
Istnieje szereg prób oceny skłonności na kruche pękanie, lecz żadna z nich nie uwzględnia wszystkich czynników występujących w rzeczywistych kon
strukcjach [i, 2].
Najczęściej spotykaną metodą oceny kruchości jest próba udarności sto
sowana przez wszystkie towarzystwa klasyfikacyjne. Do oceny kruchości po
łączeń spawanych, zwłaszcza w warunkach laboratoryjnych, stosuje się rów
nież próbę Niblink (3 , 4]. Te dwie próby zastosowano w niniejszych bada
niach do oceny kruchości połączeń ze stali 18G2VA spawanych przy krańcowo różnych energiach liniowych łuku.
Badania uzupełniono zmodyfikowaną próbą Sabelki w celu umiejscowienia obszaru o podwyższonej kruchości w strefie wpływu ciepła (SWC).
Składchemicznyi własności mechaniczneblach i materiałówdodatkowychdospawania
•rtiH
&
ECOh
Uwagi Atest hutn. 10618 wg ana lizy
3 P . NO CO G <•
03 +3 MD P 3 CA
<< -G wg ana lizy J---!
O
\ A O- A MD A 1 MD B i 4 wg atestu
0) P O
1 H cO o O
•H C X J -H o 1 i co
bO cd O G co T~
N g •rJ T*“
o A LA
O CM " N O O
^ QCM t—
i o e i— • MD • o A A
OJ \ s » LA •* CA 1 i 1 03 a> *
G > a a md a t- LA CM r~ x —
N W O }ą «
O LA T”
•H G
IA CA
,G « 1
o A 1 1 i CO
o j CM CM
B A co A
•H O O T— r —
O C\J CM MD LA CM 1 1
'ŁQ g § O o o o *3- ^ rH
O 03 B c • CA - o 1 i * 1 <«; t— t—
G O r - LA O O
03 o a LA w LA w ■H- A
CO ^ ¡2; A
rH
'-N O
CM CM C— MD CM CA MD
g g LA O ^ A A PM r— o.
0 H E «* O •» LA 1 1 CO 1 o
f i \ \ O CO CM O 1 i CM O O A
o s MD 0 - O- A t —
v_-- -_»• A
v— ---
LA C— o o
CA T— CM CM A
O O O O O
co •> *
O o O O O O J O
f - MD A -M- •H 1 •>
CM CM T— CM A EH MD A
PM O O O O O
O O o O O
LA
CM r —
O 1 1 1 1
•> A
o O
LA 1 ? CM
H O T—
> 3 C 1 1 1 1
G O
MD A
O o LA O T~ a,
•rH CM T- 1 1 1 co | CM
a > * m o CM
03 o O r —
(~j
O CM o J* . C—
•H LA o o A
CO •> •> a.
rMCO O O o o O O CO A
X C— MD MD £ 1
A MD
CO ■M- A O ?— T —
•> m
T~ T— CM i — ł— O
A A
CM 1
0 - T- t - CM CO O MD 0 -
o T— CM O r — o •H CM CM
•» CO
O O c T O o
rM CO
•H MD o T—
«* T- A P
03 CM PM CO
P O I OD pp c
CO pp Eh
1
a t- bO
Warunki spawaniapłyt próbnych
Badanie kruchości połączeń ze stali 18G2YA,. 39
oj
ocd
•HrH rOcd E-ł
•f~3 •> | 'O
cd 3 pi'co N T i ho O
Ti a? cd £
O Js -H O
K O ^ r O £
>3
0 0
c 0
0 CD
•H •H
>5 s f i
rM ■M CD CD
cd 5 cd = CJ N
P + p + Ph Pt
CO = co = P< Qi
cd cd
•H £
bo O-H 3
aj O M
G -H 3
W HrM
o
, i
G 'o 55 ara
>s'03 cd cd 03 \
N o g
c o ^ r a c o
OJ O
OJ
o
03r—
o
co
CO
I
C, 0) ^
cd -h C
& O rM co
0)I
•N pi ^
av P CD Cif V—
Cd-H u H
S A P ,
oco o03
vo I
*03 0 O -H £ H 0*0 M *03 t>Q
•A i
CD S ICD w-
f-i cd C H
^ O-P (DSl
OJ
co
,o cd
'O £co o cd
*H
r\łcd O
cd rO o •o
o O v— r-
LO -O P P
T— *— CO 'ti- CO
P3 C Ph < ! Ph
w w e h co Eh CO
I P>J-P I CD rM Cd <D P cd £ cd-H o o
a Pt Ti JW
cd lI c CD CD tJ CŚJ -H
O O C
Badania własne
Badania przeprowadzono na blachach w gatunku 1ŁSG2VA o grubości 16 mm spawanych ręcznie i automatycznie przy zastosowaniu maksymalnej i miminat nej energii liniowej łuku. Do spawania ręcznego zastosowano elektrody EB150, do spawania automatycznego drut SP4 i topnik TAStl.Skład chemicz
ny i własności mechaniczne blach i materiałów dodatkowych podano w tabl.1.
Przygotowanie i wykonanie płyt próbnych
Z arkusza blachy o grubości 16 mm wycięto poprzecznie do kierunku wal
cowania płyty o szerokości 200 mm i długości 1500 mm. Blachy do spawania przygotowano na 1/2 V z odstępem 3 mm. Spawanie ręczne i automatyczne wy
konano na podkładce miedzianej. Warunki spawania płyt próbnych podano w tablicy 2.
Zmodyfikowana próba Sabelki
Z płyt spawanych ręcznie i atuomatycznie przy maksymalnej i minimalnej energii liniowej łuku wycięto próbki udarnościowe w różnej odległości od osi spoiny (rys. 1 ).
=*3 T 3
E
g i~r « |
Rys. 1. Próba udamości złącza spawanego - zmodyfikowana próba Cabelki
Badanie kruchości połączeń ze stali 1SG2VA.. 41
Rys. 2. Udarność KV 20°C z^3°za spawanego ręcznie elektrodami J3B150
Rys. 3. Udarność KV_„^Oę złącza spawanego łukiem krytym (SP4 + TAStl)
£B150E'12H0Dńń E8130 [■ 17300 &
■ e n j STAc#TE'^999*
Rys. 4. Wyniki badań udarności spoiny
Rys. 5. Wyniki badań udarności SWC
Badanie kruchości połączeń ze stali 18G2YA.. 43 Dla każdego punktu wykonano 3 pomiary udarności. Udarność badano na próbkach Charpy V w temperaturze -20°C. Dodatkowo wycięto z materiału trzy próbki, które łamano w identycznych warunkach. Otrzymane wyniki (średnie z trzech pomiarówj przedstawiono na rys. 2 i 3.
Wyznaczenie krzywych przejścia w stan kruchości
Badania udarności przeprowadzono na próbkach typu Charpy V zgodnie z normą PH-69/H-04370 w temperaturach +20, 0, -20 i -40°C. Sposób pobrar.xa próbek do badania udarności spoiny i SWC jak również wyniki badań udarno
ści przedstawiono na rys. 4 i 5.
Badanie kruchości metodą Wiblink
Badania przeprowadzono na próbkach typu T zgodnie z dokumentem MIS-IIC -334-70. Karb o promieniu r = 0,2 mm nacinano w spoinie oraz w SWC w od
ległości 2 mm od linii wtopienia. Wymiary próbek oraz sposób wykonania kar
bu pokazano na rys. 6. Próbki zginano udarowo w różnych temperaturach.
b)
50
_L
Rys. 6. Próba Niblink
a) karb w spoinie, b) karb w strefie wpływu ciepła, c) szczegół nacię
cia karbu
Rys. 7. Wykresy zginaria udarowego próbek Niblink z karbem w spoinie
COOCmni.lO3
Rys. 8. Wykresy zginania udarowego próbek Hiblink z karbem w SWG
Badanie kruchości połączeń ze stali 18G2YA.. 45
R y s . g. Temperatury przejścia w stan kruchości spoin wyznaczone próbą
Niblink
Rys. 10. Temperatury przejścia w stan kruchości SWC wyznaczone próbą Niblink
Wyniki przedstawiono w postaci wykresów COD = f(H} (rys. 7 1 8 } przedsta
wiających odkształcenie plastyczne w obrębie szczeliny (COD - crack ope
ning displacement} w funkcji zaabsorbowanej energii.Na podstawie tych da
nych sporządzono wykresy COD = f(T}. Porównując wartości COD z COD kry
tycznym otrzymanym przy zginaniu statycznym (COD krytyczne przyjmuje się 0,06 mm Q0 ), można wyznaczyć temperatury przejścia w stan kruchości (ta
blica 3}.
Tablica 3 Temperatury przejścia w stan kruchości spoin
i strefy wpływu ciepła wyznaczone próbą Hiblink Materiały dodatkowe Temperatury przejścia ( ° c ;
łuku spoina SWC
EB150 E = 12,5 (M)
' cm -19 -15
EB150 E = 17,3 ( M ;
' cm -13 -17
SP4 + TAStl E = 14,0 ( M ;
' cm -29 -30
SP4 + TAStl E = 35,2 ( M j
' cm -12 -12
Analiza wyników i wnioski
Na podstawie przeprowadzonych badań nie stwierdzono obecności wyraźne
go progu kruchości w badanych czterech przypadkach (rys. 2 i 3 }.Kryterium Sabelki 50% u damości materiału rodzimego zostało spełnione dla wszyst
kich płyt w całym zakresie. Należy zwrócić uwagę na bardzo niską udarność badanej blachy KV = 1 ,9 kGm/cm2 w temperaturze -20°C, gdy wymagania ŁRS dla tej grupy stali wynoszą KV_2Qoc = 5 kG/m/cm2. Porównując wynik udan- ności spoiny (rys. 4 } w badanych czterech przypadkach stwierdzono korzyst
ny wpływ małych energii liniowych łuku i to zarówno w przypadku spawania ręcznego, jak i automatycznego.
Różnice udamości SWC w analizowanych przypadkach są niewielkie (rys.
5}. Wyższe nieco udarności połączeń spawanych automatycznie tłumaczyć moż
na korzystniejszym cyklem cieplnym. Próby Niblink potwierdziły korzystny wpyw małych mocy liniowych łuku przy spawaniu stali 18G2VA.Najniższe tern-
Badanie kruchości połączeń ze stali 18G2VA.. 47
peratury przejścia stwierdzono w przypadku połączenia spawanego łukiem kry
tym drutem 3P4 i topnikiem TAStl (rys. 9 i 10, tabl. 3) przy energii li
niowej łuku E = 14000 J/cm. Należy przy tym zaznaczyć, że tak niskie pa
rametry ze względów ekonomicznych nie będą stosowane w praktyce przemysło
wej.
Temperatury przejścia w stan kruchości wyznaczono na podstawie wyników o
próby Charpy V (rys. 4 i 3) przyjmując kryterium KY = 5 k(kn/cm .Wyniki ze
stawiono w tablicy 4. Nie stwierdzono ścisłej korelacji pomiędzy wynikami podanymi w tablicach 3 i 4. Szczególnie istotne różnice temperatur przej
ściowych można zauważyć w przypadku strefy wpływu ciepła.
Tablica 4 Temperatury przejścia w stan kruchości spoin
i strefy wpływu ciepła wyznaczone próbą Charpy V Materiały dodatkowe
i energia liniowa łuku
Temperatury przejścia (°C )
spoina swe
EB150 E r 12,5 ( M )
' cm -40 -5
EB1 50 E = 17,3 ( M ;
' cm -31 +2
SP4 + TAStl
O
^ł-
IIW
( M ;
cm 1 O 0
SP4 + TAStl E = 35,2 ( U )
'cm -26 -22
Z przeprowadzonych badań wynika ogólny wniosek, że przy spawaniu stali 18G2VA należy stosować możliwie małe energie liniowe łuku i to zarówno przy spawaniu ręcznym, jak i automatycznym łukiem krytym.
LITERATURA
1. Mryka J. - Materiały konferencji na temat! Stale apawalne o podwyż
szonej wytrzymałości, Gdańsk-Gliwice, czerwiec 1971.
2. Baranowski B. - Sprawozdanie IMŻ Nr B-942, 1959.
3. Węgrzyn J., Kraszewski S. - Biuletyn Instytutu Spawalnictwa Nr 48,1971.
4. Dureń C. - Behaviour of Brittle Fracture of Manual Welded Joints on 25 mm thick Plates of Steels St. E36 and St. E51, - Doc. IIW IIC-378-72.
5. Simplified procedure for Niblink dropweigt testing of weldments, Doc.
HW-IIC-334-70.
6. Program produkcji elektrod, drutów, prętów i pałeczek do spawania i na
pawania, WEMA, W-wa 1970.
LOCJI ĘH03AHLE XPyiIKüO TK C3APHUX COĘHLHEHKL L3 CTAJH1 18G2VA BLUIOJIHEHHfciX a p y H líy a IIOKPHTtíM s jie k t p o s o m
K A3T0MATLhECKL HOE '©JIDCOIJ
P e 3 a m e
L c n i j T u a a J i a c b x p y n i c o c T ł C B a p H b n c c o e s H H e H n i i B u n o J i K e H H u x H a c t u h h 18G2VA
p y H H O H C B a p K O i i n o K p U T H M B J t e K T p o s O M H a B T O M a T H U e C K O M C B a p K o f l n o x 4)JIEC0M . C B a p H u e DLBH BhUIOJIHHJIUCb I l p p H C I10J I b3 0B a H H H M H H H M a U b H o ñ H U a K C H t t a j i b H O H I I I - H e Ü H o i i m o u h c c t h x y r n . G n u p a a c b H a m c i u j i t a n u a y j a p H o f t b h3K o c t h m h c i u j i t a H H e H h C J I H H K , CbUIO y C T S H O B J i e H O , H T O , C TOVJCH 3p e H H H n p O T H B O C T O H H H H C B a p H O T O c o e j . H H e H H H x p y n K o u p a c T p e c K H B a H H H M d a u b 18G2VA u e J i e c o o6p a3HO c s a p u B a x b 0 n p H M e H H e M B0 3M0XCH0 HH3K0Ü J I H H e Ü H o ñ U o m H O C T H C B a p O U H O i i A y r H .
BRITTLE FRACTURE TESTS FOR JOINTS OF 18G2VA STEEL ARC AND SUBMERGED WELDED
S u m m a r y
Brittle fracture tests for joints of 18G2VA steel arc and submerged welded has been carried out. Welded joints has been produce using minimum and maximum input energy. On a base Niblink test and impact strenght has settled that on regard brittlness resistance welded joints of 18G2VA steel the best profitable is welding with possible low input energy.
