Ett av de största problemen vid svetsning av höghållfasta finkorniga stål är kallsprickning. I allmänhet är kallsprickningstendensen hos mikrolegerat finkornigt stål låg [1].

Men om det finns högre kolinnehåll kan vätgunstiga kalla sprickor uppstå i den värmepåverkade zonen. Kallsprickningsbeteendet hos svetsade fogar beror främst på de påverkande faktorer som anges i tabellen till höger [2].

Påverkande faktorer för kallsprickningsbeteende hos stål

  • Kemisk sammansättning
  • Arbetsstyckets tjocklek i sömområdet
  • Vätehalten i svetsmetallen
  • Värmeintag under svetsning
  • Konstruktionens restspänningsnivå
  • Förvärm temperatur / mellanlagertemperatur 

Den kemiska sammansättningens inverkan anges av kolekvivalenten CET. Det bör noteras att grundmaterialets kolekvivalenten endast används om svetsmetallens kolekvivalent är minst 0,03% lägre än grundmaterialets. I annat fall ska svetsmetallens kolekvivalent ökas med en säkerhetsmarginal på 0,03%.

Vätet i svetsmetallen och i den värmepåverkade zonen härrör huvudsakligen från väteinnehållande komponenter i svetsfyllnadsmetaller och svetsförbrukningsmaterial. Dessutom kan väte komma in i svetsmetallen genom fukt som finns på arbetsstyckena, t.ex. kondensvatten.

En mycket effektiv åtgärd för att undvika kallsprickor är därför förvärmning, vilket fördröjer kylningen av svetsområdet under och efter svetsningen för att ge vätet en möjlighet till effusion [3]. Försiktighet bör därför iakttas för att säkerställa att den rekommenderade minsta förvärmningstemperaturen bibehålls under hela svetsprocessen. Temperaturen mäts normalt på arbetsstyckets yta vänd mot svetsaren på ett avstånd från svetsspårets längsgående kant med A = 4 * arbetsstyckets tjocklek (men högst 50 mm) [4]. Detta måste användas för arbetsstyckets tjocklekar upp till en svetsfogtjocklek på 50 mm. Om tjockleken överstiger 50 mm ska den erforderliga temperaturen återfinnas på ett avstånd på minst 75 mm i basmetallen i varje riktning för svetsberedning, om inte annat överenskommits. Dessutom bör värmetillförseln väljas tillräckligt högt, särskilt i rotskiktet, för att undvika mycket små strängar och extrema härdningar. Speciellt med tjockväggiga arbetsstycken är det lämpligt att svetsa fogen i en omgång. Om avbrott är oundvikliga bör nedkylningen fördröjas och förvärmningen bör utföras igen [5]. Vid flerskiktssvetsning blir interpass-temperaturen istället för förvärmningstemperaturen allt viktigare. Förvärmning innan svetsning av den första strängen kan undvaras om den efterföljande strängen svetsas i värmen från den första strängen så att övergångstemperaturen inte sjunker under den förvärmningstemperatur som krävs för kallsprickbeständig svetsning. Förvärmning ska inte utföras om den maximalt tillåtna nedkylningstiden t8 / 5 för den svetsade fogen skulle överskridas för en given energi per längdenhet och tjocklek. Denna tid måste iakttas i synnerhet vid svetsning av tunna plåtar och för läges- och stödsvetsning [6].

Innehållet av diffunderbart väte, omvandlat till standardförhållanden 0 ° C och 1,013 bar, anges i cm3 / 100 g pålagd metall (HD) eller i cm3 / 100 g svetsmetall (HF). Detaljerade bestämmelser om bestämning av det diffunderbara vätgasinnehållet i svetsmetallen finns i DIN 8572, del 1 och 2 [7].

Svetsmetallens karaktäristiska väteinnehåll, bestämt i enlighet med DIN 8572, visas i tabellen nedan som exempel för vissa svetsmetoder [8].

Karaktäristiskt väteinnehåll och dess utvärdering (DIN 8572) 
Svetsmetod Väteinnehåll HD Utvärdering
Bågsvetsning med    

Stavelektrod B 

 > 5 till <= 10 

<= 5

 låg

mycket låg

Stavelektrod R 

 cirka 25 hög
Stavelektrod C  cirka 40 låg mycket hög
Gasmetallbågsvetsning, GMAW <= 5 mycket låg
Nedsänkt bågsvetsning SAW > 5 till <= 10 

<= 5

 låg

mycket låg

Restspänningarna i en svetsad konstruktion beror på materialet, svetsförhållandena och den strukturella konstruktionen. Risken för sprickor i den svetsade fogen som ett resultat av inre spänningar är särskilt hög när svets-tvärsnittet endast är delvis fyllt. Den resterande spänningsnivån kan med fördel påverkas genom valet av en svetsmetall som inte är för stark och av sömmens form och svetssekvensen.

Värmetillförseln under svetsning kan betraktas som en annan huvudsaklig påverkan på svetsarnas egenskaper. Den påverkar temperatur-tidcykeln under svetsningen. Vid behov kan värmeingångsvärdet Q beräknas enligt följande [9].  

Q = k (U * I) / v [kJ/mm] 

Om inte annat anges, ska svetsmetodernas (k) värmeeffektivitet baseras på följande tabell.

Termisk effektivitet för svetsprocesser
Process Faktor k
SAW med trådelektrod 1,0
Manuell metallbågsvetsning (MMAW) 0,8
MIG-svetsning 0,8
MAG-svetsning 0,8
Metallbågsvetsning med fylld trådelektrod 0,8
Metall aktiv gassvetsning med fylld trådelektrod 0,8
Metall inert gassvetsning med fylld trådelektrode 0,8
Metall aktiv gassvetsning med metallfylld trådelektrod 0,8
Metall inert gassvetsning med metallfylld trådelektrod 0,8
TIG-svetsning 0,6
Plasma svetsning 0,6

Sammantaget orsakar förvärmningen en förändrad värmetransport genom värmeledning och leder därmed

  • att förlänga nedkylningstiden och därmed till en modifierad mikrostruktur och till mer gynnsamma diffusions- och effusionsförhållanden för väte, och
  • att ändra restspänningstillståndet i den svetsade fogen eller komponenten. 

Förhållandet mellan de olika påverkande faktorerna och den lägsta förvärmningstemperaturen beskrivs i den intilliggande formeln [10]. Kolekvivalenten CET i%, plåtens tjocklek d i mm, svetsmetallens väteinnehåll HD i cm3 / 100 g och värmeintaget i kJ / mm ska anges. Det bör noteras att om grundmaterialets och den rena svetsmetallens kolekvivalenterna skiljer sig åt, måste det högre bestämda värdet beaktas.

Ekvation

T0 = 700 CET + 160 tanh (d/35) + 62 HD0,35 + (53 CET - 32) Q - 330

Ovanstående formel gäller stål med sträckgränser upp till 1000 N / mm2, med en kolekvivalent CET på 0,2 till 0,5%, en plåttjocklek d av 10 till 90 mm, en vätehalt av HD 1 till HD 10 och en värmeingång Q på 0,5 till 4,0 Kj / mm. Ytterligare gränsvillkor är [2], [3]:

Mellanskiktstemperaturen sjunker inte under den lägsta förvärmningstemperaturen och överstiger inte 300 ° C.

  • Kälsvetsar i ett lager, häft- och rotsvetsar har en längd på minst 50 mm. Om plåttjockleken överstiger 25 mm, svetsas häft- och rotpass i två lager med en mindre fast svetsmetall.
  • För påfyllningssvetsar, det gäller även kälsvetsar i flera lager, sker ingen mellankylning så länge svetstjockleken är mindre än en tredjedel av plåtens tjocklek. I annat fal ska en låg väteglödgning utföras.
  • Svetssekvensen ska väljas så att en överdriven plastisk deformation av den enda delvis fyllda svetsen undviks

Litteratur: 
[1] Dilthey, U.:
Schweißtechnische Fertigungsverfahren Band 2, Verhalten der Werkstoffe beim Schweißen, 2. Auflage, 1995, VDI Verlag, Düsseldorf 
[2] Uwer, D. und Wegmann, H.:
Anwendung des Kohlenstoffäquivalents CET zur Berechnung von Mindestvorwärmtemperaturen für das kaltrißsichere Schweißen von Baustählen, DVS-Jahrbuch Schweißtechnik 96, Deutscher Verband für Schweißtechnik, S. 46 - 55 
[3] Stahl-Eisen-Werkstoffblatt 088:
Schweißgeeignete Feinkornbaustähle, Richtlinien für die Verarbeitung, besonders für das Schmelzschweißen, 4. Ausgabe, April 1993, Verlag Stahleisen, Düsseldorf 
[4] DIN EN ISO 13916:
Anleitung zur Messung der Vorwärm-, Zwischenlagen- und Haltetemperatur
Deutsches Institut für Normung, November 1996 
[5] Stahl-Eisen-Werkstoffblatt 063:
Empfehlungen für das Umformen und Schweißen von Stahlrohren für den Bau von Fernleitungen, 1. Ausgabe, April 1987, Verlag Stahleisen, Düsseldorf 
[6] Merkblatt DVS 0918:
Unterpulverschweißen von Feinkornbaustählen, Okt. 1988, DVS-Verlag GmbH, Düsseldorf 
[7] DIN 8572, Teil 1 + 2:
Bestimmung des diffusiblen Wasserstoffs im Schweißgut, Teil 1: Lichtbogenhandschweißen, Teil 2: Unterpulverschweißen Deutsches Institut für Normung, März 1981 
[8] Beiblatt zum Stahl-Eisen-Werkstoffblatt 063:
Empfehlungen für das Umformen und Schweißen von Stahlrohren für den Bau von Fernleitungen; Kaltrißsicherheit, 1. Ausgabe, April 1987, Verlag Stahleisen, Düsseldorf 
[9] DIN EN 1011-1: Empfehlung zum Schweißen metallischer Werkstoffe, Teil 1: Allgemeine Anleitungen für Lichtbogenschweißen, Apr. 1198, Beuth Verlag GmbH, Berlin 
[10] Uwer, D. und Höhne, H.:
Ermittlung angemessener Mindestvorwärmtemperaturen für das kaltrißsichere Schweißen von Stählen. Schweißen und Schneiden 43 (1991), Heft 5, S. 282 - 286