Factori Fragilizanti

8/18/2019 Factori Fragilizanti

1/13

C-4-4 FACTORI FRAGILIZANTI

Metoda plăcii etalon Această metodă constă în realizarea unui ZIT pe o placă de dimensiuni etalon din oţel cercetat,

prin sudare electrică cu o tehnologie etalon. În felul acesta se obţine un acelaşi ZIT de către tot cei ce faccercetarea şi rezultatele se pot compara între ele.

in metalul de bază al cărui ZIT trebuie cercetat se ia o tablă cu dimensiunile !"" # $%" # !"

mm, pe care se depune o cusătură cu un electrod în&elit a&'nd diametrul d e( ) mm, compatibil cumetalul de bază. *arametrii de sudare sunt+

Is ( $" - $" A/s ( $%" -$" mm0min. 1!.$%2Tabla nu este preîncălzită şi nici nu i se aplică tratamente termice ulterioare.În cazul produselor laminate se &or face depuneri pe direcţie de laminare 132 şi perpendicular pe

acestea 1T2. 4e realizează asemenea depuneri pe cel puţin patru table, a&'ndu5se gri6ă ca să se păstrezecondiţii identice pentru fiecare dintre ele.

upă răcirea plăcilor la T ( !"78, se efectuează prele&ări, conform celor arătate în figura !..

Fig.2.7. Placă cu zonă influenţată termic ZIT etalon prelevările şi măsurătorile care se fac.

9ăsurătorile ce se fac pe secţiunile prele&ate din probele cu cusături sunt următoarele+a2 *e cele pentru macrostructuri 1c'te un pe secţiunea 4 $ şi 4: şi două la secţiunea 4!2 se

determină elementele geometrice ale cusăturii şi anume+ lăţimea b, pătrunderea p şi supraînălţarea h. 4e


2/13

urmăreşte de asemenea defectele de macrostructură 1fisuri de racordare $ sau sub cusatura !2, orientareadendritelor cusăturii şi altele.

b2 8ele patru secţiuni se pregătesc apoi pentru microstructură şi se determină constituenţiistructurali ai cusăturii şi ZIT5ului. 4e estimează e&entualele defecte microstructurale, printre care suntimportante în primul r'nd microfisurile. Acestea pot fi microfisuri sau fisuri de racordare 1$2, respecti&microfisuri sau fisuri sub cusătură 1!2, aşa cum este arătat în figura )$. 4e consideră că ZIT nu s5afragilizat în mod periculos dacă în ZIT cantitatea de martensită este sub $";.1figura !.. 4e &or face determinări în lungul a cel puţin : direcţii 1astfel ca distanţa întreamprente să fie cea mai mică permisă în 4TA42, cuprinz'nd 9?, ZIT, cusătură şi ZT 1fig. )$2.

4e reţine ca &aloare importantă duritatea ma#imă din ZIT, notată cu @9. 3a oţelurile carbon şislab aliate trebuie să se satisfacă relaţia+

@9 @/:%" $" 1!.$23a oţelurile menţionate, @9 se poate estima şi din calcul cu relaţia+

@9 ( 8e B )", în @/ $" sau @/ % 1!.$2In care 8e este un carbon echi&alent de duritate şi se e#primă în funcţie de elementele de aliere

din oţeluri cu relaţia+8 8

4i 9n >i 8r 9o /e

!) A )" % ) $); 1!.$


3/13

d2 in secţiunile 4) şi 4% se prele&ează epru&eta de rezilienţă şi de înco&oiere statică 1fig. )$2ambele cu secţiunea $" # $" mm.

Dundul cusăturii la epru&eta de rezilienţă se plasează la ",% mm sub linia de separaţie dintrecusătură şi ZIT, iar în cazul epru&etei de înco&oiere statică, fundul cusăturii stă pe zona de trecere.

• Eezilienţa F8/ în ZIT, la temperatura minimă la care &a lucra structura trebuie să fie mai

mare dec't :,% da>m0cm!.,

• 3a încercarea de înco&oiere statică condiţia este α G !"78.

*entru oţelurile ne aliate cu puţin carbon şi slab aliate, α trebuie să se plaseze deasupra curbei deacceptare dată în fig. !.C. 8arbonul echi&alent în funcţie de care este calculat a este dat de relaţia+

8 8 9n / 8r 9o 8u >i

e

C $" !" < :" )"; 1!.!"2

α


4/13

Fig.2.#. $urbe pentru %eterminarea plasticităţii &n ZIT cu a'utorul &ncercării %e &ncovoiere statică.

Efectele factorilor fragilizaniÎn structurile sudate fenomenul cel mai periculos este ruperea fragilă, adică ruperea ce are loc

brusc, fără deformaţii plastice prealabile şi &izibile, la încercări ale structurii sub sarcina nominală.Euperea fragilă se produce dacă metalul de bază şi5a pierdut plasticitatea şi dacă tensiunile care

acţionează depăşesc local limitele de rezistenţă ale metalului. acă tensiunile locale sunt de întindere şiînt'lnesc concentratori de tensiune 1încrestări sau microfisuri, etc.2, acestea iniţiază fisuri care se pot propaga, conduc'nd la rupere fragilă. acă materialul are o plasticitate suficientă ca prin deformărlocale să limiteze &'rfurile de tensiune create, atunci generarea fisurii nu are loc. *ierderea locală a plasticităţii constituie fenomenul care face posibilă generarea fisurii sub acţiunea concentratorilor detensiune.

În structurile sudate e#istă însă întotdeauna concentratori de tensiune a căror ni&el nu se poatecalcula cu suficientă e#actitate dec't în cazuri relati& simple. În consecinţă, pre&enirea generării fisurilorse poate face numai prin e&itarea pierderii plasticităţii 1fragilizarea2 materialului. in acest moti&, la

cercetarea comportării metalurgice la sudare a metalului de bază estimarea factorilor fragilizanţi este deo e#tremă importanţă.

*ierderea plasticităţii sub acţiunea factorilor fragilizanţi se poate produce în două moduri+a2 *ierderea re&ersibilă a plasticităţii, numită fragilitate, care se petrece în modul următor+ at'ta

timp c't factorul acţionează, metalul de bază se comportă fragil. În momentul în care factorul nu maiacţionează, metalul de bază îşi recapătă plasticitatea şi se comportă normal. Dactorii ce producfragilitatea la metale sunt+ scăderea temperaturii, creşterea &itezei de solicitare şi creşterea tria#ialităţiitensiunilor.

b2 *ierderea ire&ersibilă a plasticităţii, numită fragilizare, la care după ce factorii nu maiacţionează, metalul răm'ne fragil. Dactorii ce produc fragilizarea la metale şi alia6e metalice sunt+♦ tratamente mecanice+

• deformarea la rece• îmbătr'nirea tensometrică

♦ tratamente termice+• detensionare• re&enirea structurilor călite• creşterea grăunţilor cristalini

♦ tratamente %iferite+• saturarea cu hidrogen• saturarea cu azot

",$ ",! ",: ",) ",% ", ;8e

α"

"

%"

)"

:"

!"

$"

acceptat

neacceptat


5/13

• coroziunea.Înclinaţiile metalului sau alia6ului metalic spre fragilitate sau fragilizare este efectul factorului

respecti& asupra sa şi se numeşte tendinţă spre fragilizare. 3a diferite intensităţi ale factorilor defragilizare sau fragilitate, pierderea plasticităţii unui metal sau alia6 metalic poate fi mai mică sau maimare. H#istă o anumită &aloare critică peste sau, sub care fragilitatea de&ine periculoasă pentru structurasudată. /aloarea critică ce determină admiterea sau refuzul metalului sau alia6ului metalic de a de&enifragil este importantă pentru elaborarea tehnologiilor de sudare. in acest moti&, în cele ce urmează seface o prezentare a factorilor ce produc fragilizarea şi fragilitatea la oţelurile pentru structuri sudate şi la

fiecare factor se descrie metode de estimare a înclinaţiei metalului spre fragilizare sau fragilitate şi sedau &alorile critice acolo unde ele e#istă şi măsurile tehnologice indicate pentru ca pierderea plasticităţiisă nu fie noci&ă structurii sudate.

Fragilizarea prin !"#ătr$nireÎmbătr'nirea este fenomenul de pierdere în timp a plasticităţii la oţeluri. *erioada de timp în care

pierderea plasticităţii poate a&ea loc, depinde de natura oţelului şi &ariază între c'te&a luni şi zeci de ani.Îmbătr'nirea se datorează mai ales gazelor din oţel ce răm'n în soluţii suprasaturate şi care, în

decursul timpului, se dispersează submicroscopic căut'nd mai ales defectele reţelei cristaline. *rezenţaatomilor de gaze în reţelele cristaline blochează dizlocaţiile şi creează tensiuni la ni&elul reţelelor.?locarea dizlocaţiilor împreună cu tensiunile din reţea produc fragilizarea oţelului. ?locarea dizlocaţiilor

împreună cu tensiunile din reţea produc fragilizarea oţelului. 3a aceste fenomene submicroscopice seadaugă o#idările în profunzime, coroziunile e&entuale, deformările plastice la rece cauzate desuprasarcini accidentale şi altele.

in punct de &edere tehnic este important să se aprecieze dacă oţelul folosit în structurăîmbătr'neşte repedeJ sau are o perioadă de îmbătr'nire mai lungă dec't durata totală de e#ploatare astructurii. *entru aceasta, fenomenele de îmbătr'nire trebuie accelerate artificial, lucru realizat prinîmbătr'nirea tenso5termică sau îmbătr'nirea artificială 1Î.T.T2.

Îmbătr'nirea tenso5termică constă din deformarea la rece a oţelului cre'ndu5se defecte de reţea şiîncălzirea sa în &ederea măririi &itezei de precipitare submicroscopică a gazelor din oţel. *arametrii Î.T.Tsunt+

deformarea plastică la temperatura mediului J δ K temperatura la care oţelul este încălzit după deformarea plastică K T K durata încălzirii la temperatura T L K t K.

Încercarea fragilizării datorită Î.T.T se face cu a6utorul rezilienţei. in oţelul cercetat se prele&ează bara cu secţiunea pătrată ce&a mai mare dec't secţiunea epru&etelor de rezilienţă. 3ungimea barelor trebuie să permită prele&area a cel puţin % epru&ete. 4e pot folosi epru&ete FM sau F/ şiîncercarea se poate face at't la temperatura ambiantă c't şi la temperaturi scăzute.

*arametrii de lucru sunt+• δ ( $"; T ( :""78 t ( $,% ore

Nrdinea de lucru este următoarea+• se pregătesc bare din oţeluri cu dimensiuni astfel alese înc't după ÎTT să se poată pregăti

cel puţin % epru&ete FM• o parte din bare se supun ÎTT la parametrii indicaţi• din barele îmbătr'nite şi ne îmbătr'nite se pregătesc epru&ete de rezilienţă FM, acestea se

încearcă la temperatura de B!"78.rept estimator al îmbătr'nirii se foloseşte raportul dintre rezilienţa FM după ÎTT şi rezilienţa

FM, fără ÎTT, estimatorul a&'nd &aloarea critică de ",%.

%,""

≥ ()

() 1!.:$2

Dragilizarea prin îmbătr'nire se înt'lneşte la cazane. 3a îndoirea &irolelor la rece se producdeformaţii plastice şi defecte în reţeaua cristalină. 4udarea şi e#ploatarea cazanului pot încălzi &irolele latemperaturi în 6ur de !""5)""78 cre'nd astfel condiţii pentru ÎTT.


6/13

În general în toate situaţiile în care se sudează piese a căror formă s5a obţinut prin deformare plastică la rece, metalul de bază trebuie cercetat la ÎTT dacă în timpul funcţionării sunt create condiţifa&orabile fenomenului.

Dragilizare prin imbaranire 1micoscopie electronica2

Fragilizarea prin deten%ionare 3a sudarea oţelurilor cu grosime ≥ :"mm este posibil ca în ZIT să apară o cantitate de austenită

reziduală, cantitate ce depinde de tipul oţelului şi de regimul de sudare. Austenita reziduală conţine maimult carbon 1p'nă la !,$$;82 în raport cu structurile de transformare şi este dispusă sub formă delanţete la marginea grăunţilor cristalini. 4ub această formă austenita reziduală din ZIT este o structură bine &enită, ea a&'nd o plasticitate mare.

acă structura se detensionează, austenita reziduală începe să se descompună chiar latemperatura de detensionare Td deoarece ea este o structură de neechilibru. Diind bogat aliată mai ales în8, austenita reziduală se &a transforma astfel+5 mai înt'i &or precipita carburile de De 1De:82, 1cementita2, iar apoi austenita se descompune în ferită şi perlită. 8arburile precipitate la marginea grăunţilor şi transcristalin &or reduce plasticitatea ZIT5ului. Încazul în care detensionarea se face în cuptoare fără atmosferă controlată, atunci carburile precipitate dinaustenita reziduală se &or o#ida, carbonul a&'nd mare afinitate faţă de o#igen. În acest caz, din cauzao#izilor formaţi, pe l'ngă pierderea de plasticitate &a a&ea loc şi o reducere locală a însuşirilor derezistenţă în oţeluri.

3a detensionare, &'rfurile de tensiuni la întindere se rela#ează prin deformări plastice locale.acă aceste &'rfuri înt'lnesc o structură fragilă şi e&entual o rezistenţă mecanică redusă, fisurile seformează c'nd structura este încă în cuptorul de detensionare şi astfel ea este practic inutilizabilă.

Denomenul de fragilizare la detensionare a pro&ocat o serie de accidente în special la recipientelesub presiune cu pereţi groşi. În unele cazuri reparaţiile repetate ale recipienţilor nu au dat rezultate,


7/13

fisurile apăr'nd de fiecare dată după detensionare. 45au putut e&ita fisurile la detensionare, fie renunţ'ndla tratament, fie schimb'nd metalul de bază, materialul de adaos şi regimul de sudare, concomitent cureducerea &itezei de încălzire a structurii în cursul detensionării.

Metoda de !ncercare prin deten%ionare pe pro#e %&date Această metodă constă în realizarea unor îmbinări sudate cap la cap din perechi de table din

oţelul de analizat, pregătite conform figurii !.$:. În rostul mic se depune un cordon de sudură numitcusătură de încercare cu materialul de adaos şi regimul de sudare corespunzător metalului de bază şi

formei rostului. În continuare, se depun în rostul mare cusăturile $,!,:...1fig. !.$)2, ce introduc tensiunide întindere în cusătura de încercat, ni&elul acestora estim'ndu5se cu a6utorul unghiului α.

upă sudare se controlează dacă în cusătura de încercat nu au apărut fisuri superficiale. În cazulîn care sunt fisuri, proba se reia modific'nd regimurile de sudare, aplic'nd preîncălziri şi alte măsuri,astfel că, după sudare să nu e#iste fisuri.

Fig.2.*+. Forma epruvetei pentru estimarea sensibilităţii faţă %e fragilizarea prin %etensionare ,!F-.

Fig.2.*/. 0o%ul %e su%are şi eventualele fisuri ce pot să apară &n cusătura %e &ncercare la proba pentruestimarea !F-.

*roba sudată şi fără fisuri se tratează termic astfel1ciclul termic din figura !.$%2+

!% !% !% !% !%

$C"


8/13

5 încălzire la :""78 încălzire de la :""la ""78 cu &iteză de %"780h menţinere: ore la ""78 răcire de la "" la :""78cu &iteză de %"780h şi de la :""78 răcireîn aer liniştit.

upă tratament se pregătesc % epru&ete prin secţionarea probei la lăţime de !% mm 1fig. !.$:2 şise cercetează ad'ncimea fisurilor la detensionarea care, e&entual, au apărut în cusătura de încercare 1fig.!.$:2. Hstimatorul 4D3 este+

h

hh!F-esti

!$ +

= 1!.:!2

şi rezultatul cercetării se dă sub forma unei curbe+

estimator 4D ( f1α2

1imita graunti oi%ati la %etensionare

Fragilizarea !nt$rziată 'FI( Hste cunoscută şi sub denumirea de fisuraţie înt'rziatăJ sau la receJ, este un fenomen periculos

care apare după un timp mai lung sau mai scurt de la terminarea operaţiei de sudare. Mneori a&ariereastructurii sudate datorită DI s5a înt'mplat după $...! zile de la terminarea sudurii. Disurile şi ruperile ceapar ca urmare a DI sunt localizate mai ales în ZIT, adică sub cusătură, moti& pentru care unii numescfenomenul fisurare sub cordonJ, Disurile tipice care sunt generate de DI sunt prezentate în fig. !.$.

3a baza fragilizării înt'rziate stau trei fenomene+ fragilizarea ZIT5ului datorită constituenţilor structurali acumularea de tensiuni datorită procesului de sudare e&entuala rigiditate e#agerată a structurii şi de componente cu grosimi mari

Fig.2.*3. -iagrama ciclului termic la %etensionare.

TP"8Q

""

:"" : ore

%""80h %""80h

Timp h


9/13

Fig.2.*7. Fisuri generate %e fragilizarea &nt4rziată ,FI.

8auza care conduce la fenomenul de fragilizare înt'rz'iată este pătrunderea hidrogenului în ZIT

prin înt'rzierea transformării γ α faţă de cusătură, hidrogenul atomic @ din spaţiul arcului electric sedizol&ă în metalul topit 1fig. !.$


10/13

În &ederea reducerii tendinţei spre fragilizare înt'rziată 1TDI2 sunt necesare luarea unor măsuritehnologice cum ar fi+• aplicarea preîncălzirii sau mărirea energiei liniare H$ la sudare, pentru reducerea constantă a

constituenţilor structurali fragili din ZIT• micşorarea tensiunilor reziduale din zona sudurii• utilizarea de materiale de adaos cu conţinut redus de hidrogen, adică materiale de sudare 1electrozi,

s'rme, flu#uri2 ce introduc în cusătură c't mai puţin hidrogen difuzibil.intre metodele e#istente la ora actuală pentru estimarea TDI se &or descrie două+ metoda

implanturilor şi metoda carbonului echi&alent.

Fragilizare %atorita hi%rogenului

Feno"en&l de de%tră"are la"elară )*L*Apare în ZIT5ul sudurilor de colţ între componente de grosime mare 1g G :" mm2 şi se manifestă

sub forma unor fisuri sub formă de trepte, în terase de5a lungul şirurilor de laminare şi cu pereţi deforfecare perpendiculari pe terase 1fig. !.!!2.

Fig.2.22. 5spectul şi mo%ul %e propagare al fisurilor &n cazul %estrămării lamelare -.1.8aracteristic pentru destrămarea lamelară sunt următoarele+

• fenomenul .3. apare numai în ZIT5ul sudurilor de colţ şi în general, la sudurile la care procesul de sudare generează tensiuni de întindere pe direcţia grosimii laminatului

• apare numai la componentele laminate• apare imediat după sudare, înainte de răcirea pieselor• fenomenul este mai frec&ent la îmbinările sudate cu arc electric cu electrozi în&eliţi şi mai

rar la cele sudate în medii protectoare de gaze sau sub flu#.

Disuri 3

laminare


11/13

Denomenul se numeşte destrămare lamelară după felul cum se propagă fisurile. Hl este foarte periculos deoarece nu în toate cazurile fisurile a6ung la suprafaţă şi soluţiile tehnologice pentru e&itareaefectului factorilor fragilizanţi nu sunt aplicabile în acest caz.

*rincipala cauză care conduce la apariţia acestui fenomen o constituie anizotropia laminatelorcare se manifestă prin reducerea plasticităţii pe direcţia grosimii z. anizotropia tablelor în direcţiagrosimii este determinată de tehnologia de laminare prin gradul de deformare folosit şi de cantitatea deincluziuni în şirurile de laminare.

N influenţă semnificati&ă asupra creşterii anizotropiei tablelor o au şi temperatura de laminare

recomand'ndu5se o creştere a temperaturii la sf'rşitul laminării care este fa&orabilă, plasticitateasulfurilor la temperaturii 1> $""""c2 fiind mai puţin importantă.

8ele mai dăunătoare incluziuni ce pot conduce la apariţia acestui fenomen sunt+• sulful. conţinutul de sulf nu trebuie să depăşească ","$%; pe produs, unii cercetătorii

preconizează acest conţinut sub ","$; P)Q• aluminiul. e#cesul de aluminiu poate conduce la un e#ces de incluziuni de tipu

aluminatelor, care diminu'nd conţinutul de o#igen al incluziunilor prin formarea Al!N:acestea de&in mai plastice în timpul laminării c'nd se alungesc mult, cauz'nd astfel osporită susceptibilitate la apariţia fenomenului d.l.

• hidrogenul. fa&orizează segregarea în momentul solidificării şi în acest fel se e#plică o

mai bună comportare la acest fenomen a oţelurilor de con&ertizor în raport cu celesimens5martin. se consideră că menţinerea conţinutului de hidrogen sub :ppm o dată cumenţinerea conţinutului de sulf sub ","$%;, se asigură oţelului insensibilitate la apariţiafenomenului dl.

• cerium. prin prezenţa sa în alia6, acţionează fa&orabil asupra formării sulfurilor şi deci astării incluziunilor.

45a constatat în urma a numeroase cercetări, că tratamentul termic de detensionare, denormalizare, sau de recoacere şi normalizare nu reduc dec't în mică măsură anizotropia laminatelor îndirecţia grosimii, deci influenţează nesemnificati& apariţia fenomenului de .3.

intre metodele pentru determinarea tendinţei metalului de bază spre destrămare lamelară 1T532 se prezintă cele mai des folosite. *rima metodă stabileşte &alori critice pentru determinarea T53

iar celelalte sunt metode tehnologice la care T53 se estimează numai prin comparare cu un oţel la careaceastă tendinţă este redusă.

estramare lamelara

+ncercarea Cranfield8onstă în realizarea unei îmbinări, în cornişă, între două table, din materialul de cercetat aşezate

la un unghi de )%7 1fig. !.!)2. 4e depun cordoane de sudură cu electrozi ce produc foarte puţin hidrogenîn ZIT, compatibile cu metalul de bază.

8urenţii de sudare, Is recomandaţi în funcţie de numărul de straturi sunt+


12/13

• $% A pentru primele trei• !!" A pentru următoarele două• :"" A pentru ultimele : straturi.

4e recomandă ca în timpul sudării să se pre&adă o protecţie cu argon la rădăcina cusăturii pentru a se feride a o#ida regiunea în care are loc fisurarea datorită .3.

upă fiecare strat se face o e#aminare ultrasonoră 1MM42 a regiunii sensibile la .3. şi, c'ndfisura a apărut, sudarea este oprită. Tendinţa spre destrămare lamelară T53, se estimează după numărulde straturi p'nă la apariţia fisurii şi după amploarea acesteia.

Fig.2.2/. 6ncercarea $ranfiel% pentru %eterminarea -.1.

in punct de &edere al concepţiei structurii şi al tehnologiei de sudare, trebuie a&ute înconsideraţie următoarele măsuri tehnologice menite să reducă la minim T53+

a) Înlocuirea îmbinărilor sudate ce produc solicitări în direcţia grosimii cu îmbinări cee&ită asemenea solicitări, cu alte cu&inte înlocuirea îmbinărilor de colţ cu îmbinări decap la cap. Astfel de e#emple sunt arătate în figura !.!


13/13

Fig.2.2#. 8emple %e proiectare a rostului la &mbinări %e colţ &n ve%erea re%ucerii solicitărilor &n%irecţia Z a laminatelor.

b2 3a îmbinările de colţ ce nu pot fi înlocuite cu îmbinări cap la cap se recomandă măsurile+5 proiectarea rostului astfel ca solicitările în direcţia grosimii să fie mai reduse 1fig. !.!C25 alegerea con&enabilă a ordinii trecerilor la îmbinări de colţ astfel ca să reducă solicitările din

direcţia Z 1fig. !.:"2

Fig.2.+9. 5legerea or%inii %e su%are la o &mbinare %e colţ pentru a re%uce solicitările &n %irecţia Z alaminatelor.

5 depunerea pe piesa în care fenomenul 3 poate apare a unor cusături cu plasticitate foarte mare,iar cusătura de îmbinare se face între acest strat moale şi celălalt laminat.

c2 9ărirea aportului de căldură dat de procesul de sudare în regiunea îmbinării prin+• înlocuirea sudării electrice manuale cu electrozi în&eliţi cu procedee la care aportul de căldură

este mai mare+ sudare 9IR, 9AR, sub flu#, sau în baie de zgură• preîncălzirea componentelor şi păstrarea unei temperaturi între treceri mai mare dec't normal• utilizarea unor materiale de sudare ce produc în cusătură şi ZIT c't mai puţin hidrogen difuzibil.

$ :

)

%

!

Z

Factori Fragilizanti

Documents

Transcript of Factori Fragilizanti