Zona pod utjecajem topline u zavarivanju

Što je ZUT u zavarivanju?

Zona pod utjecajem topline (eng. HAZ) u zavarivanju je onaj dio osnovnog metala koji leži uz liniju taljenja zavara, koji se nije rastalio, ali čija su mehanička svojstva ili mikrostruktura promijenjena unosom topline kod zavarivanja.

ZUT je izložen ekstremnim toplinskim razlikama u ciklusu zavarivanja (brzo zagrijavanje i hlađenje nakon zavarivanja), gdje su uključene sve temperature u rasponu od krutog stanja pa gotovo do točke taljenja. To rezultira različitim veličinama čestica, mikrostrukturama i svojstvima u sićušnom ZUT području.

Zavarivanje ZUT Struktura

Tipičan primjer zone unosa topline u ugljičnom čeliku može se podijeliti u četiri različita područja prema maksimalnoj postignutoj temperaturi. Ova područja zajedno s odgovarajućim faznim dijagramom željezo-ugljik prikazana su na donjem dijagramu.

Zona 1 (zona rasta čestica)

Područje 1, koje je u kontaktu s linijom taljenja, bilo je zagrijano na visoke temperature u granici djeljenja čestica željeza i ugljika i stoga je izuzetno grubo zrnato.

To je normalno zona visoke tvrdoće i, ako je vrijeme hlađenja prebrzo, može se lako skrutiti te je podložan pucanju. Ovo je potencijalno najopasnije područje ZUT-a.regija 2 (zona rekristalizacije)

Zona 2 je zagrijana malo iznad A3 u potpuno austenitnom području. Obično je sitnozrnat, umjerene tvrdoće i nije vjerojatno da će se transformirati u martenzit.

Zona 3 (djelomično transformirana zona)

Područje 3 je zagrijavano između A2 i A3, tj. djelomično u područje austenita i tako dobiva mješovitu strukturu.

U njemu se može stvoriti mala količina martenzita, ako je brzina hlađenja dovoljno visoka. Obično nije vrlo tvrd, ali može biti kruti te sklon pucanju ako je prisutan martenzit.

Zona 4 (Kaljena zona)

Regija 4 nije bila dovoljno zagrijana da bi se formirao martenzit, ali je toplina zavarivanja bila dovoljna za taljenje metala do mekog stanja.

Čimbenici koji kontroliraju mikrostrukturu ZUT-a

Mikrostruktura ZUT-a određena je sastavom čelika i toplinskim ciklusom zavarivanja.

Što je veći sadržaj ugljika, to će transformirana ZUT mikrostruktura biti tvrđa i podložnija pucanju.

Veći sadržaj legirajućih elemenata povećat će sposobnost prokaljivanja, omogućujući da se očvrsla ZUT lakše oblikuje; pojedini legirajući elementi također mogu utjecati na osjetljivost na pucanje.

Cjelokupni faktor ugljika i legirajućih elemenata može se izraziti kao ugljikov ekvivalent, što je dano sljedećom formulom

CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15

Brzina hlađenja ZUT-a ovisi o debljini materijala koja se zavaruje (čija debljina povećava brzinu hlađenja), veličini zavarenog spoja (unos topline) i temperaturi predgrijavanja (povećanje obje će smanjiti brzinu hlađenja).

Tvrdoća

Tvrdoća ZUT-a obično je dobar pokazatelj prisutnosti martenzita, a time i mogućeg pucanja. Općenito se može reći da do pucanja rijetko dolazi kada je tvrdoća ZUT-a 250 HV (mjerna jedinica za tvrdoću po Vickersu) ili manje, ali je uobičajeno kada se HV približava 450.

Maksimalna tvrdoća koja se može tolerirati u ZUT-u bez pukotina izazvanih vodikom u danim uvjetima zavarivanja naziva se kritična tvrdoća.

Za ugljično-manganske konstrukcijske čelike predložena je kritična tvrdoća od 350 HV pri zavarivanju s rutilnim elektrodama i 400 HV s dobro osušenim bazičnim elektrodama.

Pretpostavimo da ste napravili tri zavara na čeličnoj ploči od 0,25% C debljine 25 mm koja je prošla tri različita toplinska režima.

Prvi zavar napravljen je bez predgrijavanja i unosom niske razine topline, stoga je sklon stvaranju tvrdog martenzita u ZUT-u. Možete očekivati ​​tvrdoću u rasponu od 250 HV.

Drugi zavar napravljen je s dovoljno predgrijavanja da se smanji brzina hlađenja i eliminira martenzit. Možete očekivati ​​tvrdoću u rasponu od 220- 230 HV.

Treća ploča je zavarena uz prethodno zagrijavanje i također je naknadno zagrijana na 600°C kako bi se ponovila operacija smanjenja naprezanja. Možete očekivati ​​tvrdoću u rasponu manjem od 200 HV.

Vrijednosti tvrdoće za tri zone svakog zavara govore o povoljnim i nepovoljnim mikrostrukturama koje se formiraju u svakom od navedenih primjera.