Spawanie wysokowytrzymałościowych stali hartowanych i odpuszczanych (S690–S960): czas stygnięcia decyduje o wszystkim

Co wyróżnia te stale

Stale S690QL, S890QL i S960QL (EN 10025-6) osiągają granice plastyczności 690–960 MPa dzięki mikrostrukturze hartowanej i odpuszczanej, a nie dzięki bogactwu składników stopowych — ich równoważniki węgla są zaskakująco umiarkowane. Problem spawalności ma zatem charakter termiczny, a nie chemiczny: niewłaściwy cykl stygnięcia albo utwardza strefę wpływu ciepła (SWC) do stanu podatnego na pękanie, albo odpuszcza ją do strefy miękkiej, która staje się najsłabszym ogniwem.

Pojęcie t8/5

Stygnięcie spoiny w tych stalach określa się za pomocą t8/5: czasu, w którym obszar spoiny stygnie od 800 °C do 500 °C. Przedział ten obejmuje zakres przemian fazowych decydujący o twardości i udarności SWC.

• Zbyt krótki (bardzo niska energia liniowa, brak podgrzewania wstępnego przy grubej blasze): twarda, krucha SWC, ryzyko pęknięć wodorowych.
• Zbyt długi (wysoka energia liniowa, nadmierne podgrzewanie wstępne / temperatura międzyściegowa): rozrost ziarna i nadmierne odpuszczenie — zmiękczenie SWC i utrata udarności.

Producenci stali zazwyczaj zalecają okno t8/5 rzędu 5–20 sekund (węższe dla S960), osiągane poprzez wspólne skoordynowanie trzech zmiennych: temperatury podgrzewania wstępnego, energii liniowej i grubości blachy. Procedury kwalifikuje się względem tego okna, a nie względem samej energii liniowej.

Energia liniowa i temperatury

Praktyka orientacyjna (decydują arkusze danych producenta):

• Energia liniowa zazwyczaj ograniczona do mniej więcej 0.5–1.5 kJ/mm, malejąca wraz ze wzrostem poziomu gatunku.
• Podgrzewanie wstępne jest skromne — często brak do ~125 °C w zależności od grubości i łącznej grubości złącza — ponieważ nadmierne podgrzewanie wstępne wydłuża t8/5 i zmiękcza SWC.
• Temperatura międzyściegowa ma ustalony limit, często na poziomie 150–250 °C w zależności od gatunku; złącze, którego temperatura rośnie ścieg za ściegiem, wypada z okna.

Materiał dodatkowy: dopasowany czy niedopasowany w dół?

Obie filozofie są uzasadnione:

• Materiały dodatkowe dopasowane (np. druty klasy 690 lub 890) stosuje się tam, gdzie złącze musi osiągnąć pełną wytrzymałość materiału rodzimego, przy ścisłej kontroli wodoru (materiały dodatkowe klasy H5, czyste i suche przechowywanie).
• Materiały dodatkowe niedopasowane w dół (miękkie) są szeroko stosowane do spoin pachwinowych i złączy o niepełnej wytrzymałości: ciągliwe stopiwo rozluźnia naprężenia utwierdzenia i jest znacznie bardziej odporne na niedopasowanie i ryzyko pękania, przy zaakceptowanym obniżeniu wytrzymałości, które projektant musi zatwierdzić.

Niezależnie od wyboru niski poziom wodoru nie podlega negocjacjom — gatunki te pękają przy poziomach wodoru, które stal S355 zniosłaby bez problemu.

Dyscyplina warsztatowa

• Należy przestrzegać zakwalifikowanej instrukcji WPS z zapisanymi rzeczywistymi parametrami istotnymi dla t8/5; nie należy pozwalać spawaczom na "przyspieszanie" poprzez zwiększanie prądu — prędkość przesuwu bezpośrednio wpływa na energię liniową.
• Podgrzewanie wstępne należy wykonywać równomiernie i mierzyć; temperaturę międzyściegową należy monitorować między ściegami, a nie tylko na początku.
• Brak obróbki cieplnej po spawaniu, chyba że producent ją zatwierdzi: konwencjonalny cykl odprężający odpuści cały element poniżej jego dostarczonej wytrzymałości.
• Krawędzie po cięciu termicznym powinny zostać obrobione, a spoiny sczepne wykonane przy tym samym podgrzewaniu wstępnym i tymi samymi materiałami dodatkowymi co samo złącze — zbyt małe, niepodgrzane spoiny sczepne to klasyczne źródło pęknięć.