Structura otelurilor si fontelor la imbinarile sudate

Structura otelurilor si fontelor la imbinarile sudate .

Materialul de baza este supus in timpul sudarii la actiuni termice si chimice, care provoaca modificari structurale si schimbari ale proprietatilor mecanice ( din vecinatatea cusaturii ). Modificarile structurale depind in mare masura de procedeul de sudare folosit ( sudarea cu flacara oxigaz, cu arc electric, prin presiune etc. ) .

1. Transformari structurale ce se produc la sudarea prin topire .

La sudarea prin topire, sursa de caldura ( arcul electric sau flacara de gaz ) topeste materialul de adaos si partial cel de baza, se formeaza baia de sudura, care dupa solidificare da cusatura. In timpul sudarii, datorita ciclului termic au loc transformari si in zonele invecinate cusaturii, care sunt cu atat mai intense cu cat materialul de baza este mai sensibil fata de tratamentul termic.

Figura 1. Zone caracteristice unei imbinari sudate .

O imbinare sudata prezinta zonele ( figura 1. ) : cusatura ( C ), zona de trecere ( ZT ), zona influentata termic ( ZIT ) si materialul de baza ( MB ) . Functie de temperaturile de incalzire, de durata de incalzire si vitezele de racire, pot apare diferite modificari ce vor afecta atat marimea grauntelui cat si compozitia chimica a imbinarilor sudate ( figura 2 ) .

Datorita volumului mic al baii de sudura, racirea se produce relativ rapid si la solidificare se formeaza cristale columnare orientate in directia gradientului de temperatura. Marimea cristalelor columnare depinde de temperatura si de conditiile de racire. Temperaturile zonei de trecere ( in timpul sudarii ) sunt cuprinse intre T_f si Ac₄ si apar eterogenitati chimice si structurale. In general, zona este ingusta si datorita faptului ca de insusirile ei depinde calitatea imbinarii, trebuie cercetata cu atentie. Partea zonei de trecere dinspre cusatura are o compozitie chimica apropiata de cea a cusaturii, iar cea dinspre materialul de baza similara cu a acestuia.

La otelurile slab aliate si cu continut redus de C , zona de trecere nu se evidentiaza; in schimb, apare foarte bine conturata la fontele sudate cu electrozi de otel. In zona de trecere are loc difuziunea carbonului si a elementelor de aliere dinspre si catre cusatura. In ZIT apar in functie de temperatura de incalzire ( in timpul sudarii ) si viteza de racire, diferite transformari.

Astfel in subzona supraincalzita ( 2 ) ( figura 2. ) se favorizeaza aparitia unei granulatii grosolane.

Figura 2. Campul termic si structura metalografica a imbinarilor sudate

Figura 3. Cusatura a imbinarilor sudate OL37. MOx100 .

De obicei, din austenita supraincalzita se formeaza la racirea mai rapida structura Widmannstätten, care confera imbinari caracteristici scazute (fragilitate ridicata ); in subzona de normalizare ( 3 ) se poate obtine o granulatie fina; in subzona transformarilor incomplete ( 4 ) austenita ramasa se transforma intr-o perlita fina, iar grauntii de ferita proeutectoida nu se modifica.

Granulatia in aceasta subzona este neomogena; in subzona de recristalizare ( 5 ) se refac grauntii deformati sau distrusi la prelucrarea plastica anterioara.

2. Aspecte structurale ale pieselor sudate .

Cercetarea metalografica a imbinarilor sudate in OL 37 ( sudata electric, manual ) evidentiaza o structura grosolana cu cristale columnare orientate in directia evacuarii caldurii ( figura 3. ), o structura mai fina cu cristale ce tind sa aiba forma globulara-formatiuni trostitice ( figura 4. ), o structura ferito-perlitica a materialului de baza ( figura 5. ). Structura unei imbinari din otel aliat ( 0,17% C; 0,1% V; 1,32% Mn; 0,39% Si ) prezinta o cusatura formata din cristale columnare orientate perpendicular pe sanfrenul tablei ( figura 6. ), in zona influentata termic, tendinta de formare a structurii Widmannstätten si de globularizare a grauntilor ( figura 7. ), iar materialul de baza are o structura ferito-perlitica. Zona de trecere nu este clar evidentiata.

Figura 4. OL37, zona influentata Figura 5. OL37, metalul

termic. MOx200 .  baza. MOx200 .

Cercetarea metalografica a fontei cenusii sudata cu electrozi de otel indica :

-cusatura cu structura tipica unui otel hipereutectoid formata prin topirea comuna a materialului de baza si a celui de adaos. Datorita racirii rapide, materialul depus se caleste si e foarte dur;

-zona de trecere ( topire partiala ) apare foarte distinct si se caracterizeaza printr-o neomogenitate structurala si chimica, e decarburata in apropierea cusaturii si totodata se observa formatiuni caracteristice fontelor albe, leburita si cementita;

Figura 8. Fonta cenusie sudata

cu electrozi de otel cusatura. MOx300

-in zona influentata termic se constata o tendinta de globulizare a grafitului si fisuri capilare pe directia de sudare. De asemenea perlita din matrice este fina ( figura 8. ) .

3. Microduritatea imbinarii sudate .

Microduritatea si celelalte caracteristici mecanice variaza in zonele de sudura datorita transformarilor diferentiale ce au loc. Variatia microduritatii din axa cusaturii si a materialului de baza este aratata in figura 9.

Se remarca aparitia unor maxime de duritate in zona influentata termic, fapt ce este in deplina concordanta si cu constituentii structurali observati la cercetarea metalografica.

Figura 9. OL37-evolutia microduritatii cu distanta de la axa cusaturii .