Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

Transkriptio

1 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus KUUMAVALSSATUT TERÄSLEVYT JA -KELAT

2 Sisältö 0 Johdanto 1 Kulumista hyvin kestävät Raex-teräkset 2 Kulutusterästen hitsattavuus 2.1 Kylmähalkeilualttius Kylmähalkeamien sijainti Kylmähalkeilua aiheuttavat tekijät Hitsausliitoksen mikrorakenne Hitsausliitoksen kriittinen vetypitoisuus Hitsausliitoksen lujuus ja jännitystaso Kolmen tekijän yhteisvaikutus 2.2 Hitsausliitoksen optimaaliset ominaisuudet 3 Hitsausarvot ja niiden vaikutus hitsausliitoksen ominaisuuksiin 3.1 Tärkeimmät hitsausarvot 3.2 Hitsausarvojen vaikutus hitsausliitoksen ominaisuuksiin 4 Hitsausaineet ja niiden valinta 4.1 Ferriittiset hitsausaineet Alilujat eli pehmeät ferriittiset hitsausaineet Lujat ferriittiset hitsausaineet Ultralujat ferriittiset hitsausaineet Suositeltavat ferriittiset hitsausaineet Ferriittisten hitsausaineiden käsittely 4.2 Austeniittiset ruostumattomat hitsausaineet 4.3 Kovahitsaukseen tarkoitetut hitsausaineet 5 Kylmähalkeilun ehkäisykeinot 5.1 Hitsausliitoksen mikrorakenteen karkenemisen rajoittaminen 5.2 Hitsausliitoksen vetypitoisuuden rajoittaminen 5.3 Hitsausliitoksen jännitystilan alentaminen 5.4 Käytännön vinkkejä hitsauksen suunnitteluun ja suoritustekniikkaan 5.5 Hitsaaminen oikeassa työlämpötilassa 6 Optimaalisen ominaisuusyhdistelmän saavuttaminen hitsausliitokseen 6.1 Suositeltavat lämmöntuontiarvot 6.2 Pehmeä vyöhyke hitsausliitoksessa 7 Lämpökäsittelyt 8 Teräksen käyttäytyminen termisessä leikkauksessa 8.1 Terminen leikkaustapahtuma 8.2 Pintakovuuden rajoittaminen työlämpötilaa korottamalla 8.3 Pehmenemisen rajoittaminen termisessä leikkauksessa 8.4 Käytännön vinkkejä termiseen leikkaukseen 2 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

3 0 Johdanto Raex on kulutusta ja pintapainetta erinomaisesti kestävä erikoisteräs, joka tarjoaa asiakkailleen korkean lujuuden ja hyvät konepajaominaisuudet. Teräslajit Raex 300, Raex 400, Raex 450 ja Raex 500 on kehitetty energiatehokkuutta parantaviin rakenteisiin, joissa hyödynnetään innovatiivista suunnittelua. Tyypillisissä käyttökohteissaan Raex altistuu maa-ainesten, kivien, betonin ja/tai muiden materiaalien hankaavalle kulutukselle. Valitsemalla Raexin valmistat kestäviä ja entistä kevyempiä tuotteita. Ruukin Raexia saa kvarttolevyinä, nauhalevyinä, putkituotteina sekä asennusvalmiina osina. Raex-kulutusterästen käyttökohteita Murskaimet, kauhat ja huulilevyt Lavat ja alustarakenteet Materiaalien ja jätteiden käsittelykoneet, säiliöt ja kuljettimet Siilot, suppilot, seulat ja sekoittimet Erikoiskontit Kulutusosat ja leikkuuterät Raex-terästen erinomainen kulumiskestävyys perustuu teräksen seostukseen ja karkaistuun toimitustilaan. Runsas seostus, korkea kovuus ja suuri lujuus tekevät kulutusterästen hitsauksesta ja termisestä leikkauksesta vaativampaa kuin tavallisen rakenneteräksen käsittely. Kulutusterästen hitsaustyön suunnittelussa on kaksi päätavoitetta. Ensimmäiseksi on ennalta ehkäistävä kylmähalkeamien synty, mikä vaatimus korostuu hitsattaessa paksuja levyjä. Toiseksi hitsausliitokseen on saatava optimaaliset mekaaniset ominaisuudet. Näiden kahden, perusainetta koskevan, tavoitteen ohella on vaativassa hitsaustyössä täytettävä työkohtaiset vaatimukset kuten hitsiluokka. Termisessä leikkauksessa on estettävä säröjen synty leikkauspintaan samoin kuin leikkausalueen liiallinen pehmeneminen. Tämä ohjelehti antaa teräslajeille Raex 400, Raex 450 ja Raex 500 käytännön hitsausohjeet sekä esittää niiden termisen leikattavuuden erityispiirteet. Hitsauksessa avainasemassa ovat oikea työlämpötila ja lämmöntuonti sekä huolellinen esivalmistelu. Hitsattavien railopintojen on oltava kuivat ja puhtaat. Hitsiaineeseen liukenevan vedyn pitoisuus on pidettävä erityisen matalana, koska kyseessä on erittäin luja teräs. Matala vetypitoisuus saavutetaan oikeiden hitsausparametrien ohella käyttämällä asianmukaisia hitsausaineita. Ohjelehdellä annetaan hitsausainesuositukset kaasukaarihitsaukseen, puikkohitsaukseen ja jauhekaarihitsaukseen. Hitsaustyön ja termisen leikkauksen kaikissa vaiheissa, suunnittelusta viimeistelyyn, on noudatettava huolellisuutta, jotta paras mahdollinen lopputulos saavutetaan. 3 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

4 1 Kulumista hyvin kestävät Raex-teräkset Raex on kova ja luja teräs, joka erinomaisen hyvin kestää hankaavaa kulutusta ja kovaa pintapainetta. Raexin käyttö pidentää koneiden, laitteiden ja tuotantoprosessien käyttöikää sekä säästää kustannuksia. Teräslajivalikoimaan kuuluvat Raex 300, Raex 400, Raex 450 ja Raex 500. Terästen keskimääräinen kovuus on vastaavasti 300/400/450/500 HBW. Teräksen kulumiskestävyys yleistä abrasiivista kulumista vastaan paranee kovuuden noustessa. Kuva 1 esittää Raex 400, Raex 450 ja Raex 500 terästen suhteellista kestoa eräässä abrasiivisessa kulutuskokeessa. On muistettava, että materiaalin kuluminen on aina tapauskohtainen ja riippuu lukuisista erilaisista tekijöistä. Kuva 1. Raex 400, Raex 450 ja Raex 500. Abrasiivinen kulumiskoe. Kestoiän suhteellinen pidentyminen teräksen kovuuden noustessa. Tavanomaisen S355-rakenneteräksen kestoikä on mukautettu vertailuarvoksi 1. Suhteellinen kestoikä % Raex Raex 450 Raex S Kovuus HBW 2 Kulutusterästen hitsattavuus Kulutusterästen suuri lujuus ja korkea kovuus aikaansaadaan seostuksella ja karkaisulla. Teräksen oikea karkenevuus on sopivan seostuksen ansiota. Runsaan seostuksen takia on kulutusterästen hitsaus vaativampaa kuin tavanomaisen rakenneteräksen hitsaus. Kulutusterästen hitsauksessa on erityishuomio kiinnitettävä kahteen tavoitteeseen: Kylmähalkeilun ehkäisy hitsausliitoksessa Optimaalisten ominaisuuksien saavuttaminen hitsausliitoksessa. 2.1 Kylmähalkeilualttius Lujien kulutusterästen yleisin hitsattavuutta rajoittava tekijä on kylmähalkeilu. Kylmähalkeamat syntyvät yleensä hitsin jäähdyttyä noin +150 C:n alapuolelle, mistä nimitys kylmä. Kylmähalkeilua kutsutaan vaihtoehtoisesti vetyhalkeiluksi tai viivästyneeksi halkeiluksi. Vedyn haitallinen vaikutus voi nimittäin ilmetä halkeiluna vasta useiden vuorokausien kuluttua hitsauksesta. Kylmähalkeamien syntyviive on otettava huomioon suunniteltaessa hitsatun rakenteen NDT-tarkastusta. 4 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

5 2.1.1 Kylmähalkeamien sijainti Kuvassa 2 on esitetty kylmähalkeilulle kriittiset alueet hitsiaineessa, sularajalla ja muutosvyöhykkeellä. Kuva 2. Kylmähalkeilulle alttiita paikkoja lujien kulutusterästen hitsausliitoksissa Levyn reuna-alueet perusaineessa, hitsin lähellä Hitsipalon vierusalueet, sivuilla ja alla, perusaineessa Hitsiaine, pitkittäissuunta Hitsiaine, poikittaissuunta Kylmähalkeilua aiheuttavat tekijät Kylmähalkeilu edellyttää kolmen osatekijän samanaikaista, epäedullista yhteisvaikutusta. Nämä tekijät ovat kuvan 3 mukaisesti 1) hitsausliitoksen mikrorakenne, 2) hitsausliitoksen vetypitoisuus ja 3) hitsausliitoksen jännitystila. Kuva 3. Hitsausliitoksen kylmähalkeilualttius on kolmen osatekijän epäedullinen yhteisvaikutus Mikrorakennetekijä Vetytekijä Jännitystekijä Kylmähalkeilualttius Hitsausliitoksen mikrorakenne Hyvän kulumiskestävyyden perusta on martensiittinen mikrorakenne niin perusaineessa, hitsiaineessa kuin hitsausliitoksen muutosvyöhykkeellä. Mikäli liitos jäähtyy liian nopeasti, voi martensiitti muodostua haitallisen kovaksi ja sitkeydeltään heikoksi. Tällainen mikrorakenne on halkeilualtis. Teräksen ja hitsausaineen karkenevuutta kuvataan seostukseen perustuvilla hiiliekvivalenttikaavoilla. Kulutusteräksille käytetään yleisesti esitettyjä kaavoja CEV ja CET. Kaavasta CEV käytetään myös lyhennettä CE. Teräksen ja hitsausaineen karkenevuutta kuvaavia hiiliekvivalenttikaavoja Hiiliekvivalentin eli karkenevuuden nousu johtaa kovempaan mikrorakenteeseen. 5 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

6 Hitsausliitoksen kriittinen vetypitoisuus Vety on erittäin kevyt kaasu, joka liukenee teräkseen atomeina tai molekyyleina. Teräslevy sisältää jo valmistuessaan pienen määrän vetyä. Raex-terästen valmistusprosessi on kehitetty sellaiseksi, että levyjen oma luontainen vetypitoisuus jää turvallisen pieneksi. Niinpä, hitsauksessa, kylmähalkeilulle altistava vety pyrkii liitokseen teräslevyn ulkopuolelta. Kriittinen vetypitoisuus ei ole mikään tietty vakio, vaan sen arvoon vaikuttaa etenkin teräksen mikrorakenne. Kulutusteräksen mikrorakenteessa esiintyy martensiittia, ferriittiä ja austeniittia, riippuen teräksen lämpötilasta ja käsittelytilasta. Martensiittiseen ja ferriittiseen mikrorakenteeseen mahtuu vetyä erityisen niukasti; austeniittiseen sitä vastoin olennaisesti enemmän. Hitsauksen aikana vetykaasua liukenee teräkseen eniten niissä korkeissa lämpötiloissa, joissa teräksen mikrorakenne on austeniittinen. Hitsausliitoksen jäähtyessä muuttuu teräksen mikrorakenne ferriittiseksi ja/tai martensiittiseksi. Näissä mikrorakenteissa on vedyn liukoisuus vähäinen, ja vetyatomien fyysiselle sijoittumiselle tarvittava turvallinen tila on rajallinen. Tämän vuoksi, hitsausliitoksen mikrorakenteeseen puristuksiin jääneet vetyatomit voivat aiheuttaa paikallista sisäistä jännitystä sekä säröilyä eli kylmähalkeilua Hitsausliitoksen lujuus ja jännitystaso Hitsaus ja muu konepajatyö jättävät liitokseen jännityksiä. Hitsausliitoksen lujuuden ja jäännösjännitysten tason määrää pääasiassa hitsausaineen lujuus. Jäännösjännitystilaan vaikuttavat lisäaineen lujuuden lisäksi rakenteen jäykkyys ja levyn paksuus. Korkeimmillaan jännitystila hitsausliitoksessa nousee teräksen myötörajan suuruiseksi. Jännitystilan nousu lisää kylmähalkeilualttiutta Kolmen tekijän yhteisvaikutus Hitsausliitoksen mikrorakenteella, vetypitoisuudella ja jännitystilalla on kylmähalkeamien synnyssä keskinäinen riippuvuus. Esimerkiksi, mikäli samalla hitsausmenettelyllä liitoksen jännitystaso nousee, johtaa jo alhaisempi vetypitoisuus kylmähalkeiluun. Vastaavasti kovempi ja hauraampi mikrorakenne on halkeilualtis pienemmällä vetypitoisuudella. Kylmähalkeilun torjunnassa on ennakoitava näiden kolmen tekijän yhteisvaikutus ja suunniteltava hitsaus sen mukaisesti. 2.2 Hitsausliitoksen optimaaliset ominaisuudet Kulutusteräksille ei aseteta yhtä monipuolisia ominaisuusvaatimuksia kuin rakenneteräksille. Sama koskee kulutusteräksistä valmistettuja hitsausliitoksia ja hitsattuja rakenteita. Tästä tosiasiasta huolimatta, kulutusterästen hitsausta suunniteltaessa kannattaa liitosta arvioida taulukon 1 ominaisuuksien suhteen. Taulukko 1. Optimaalinen ominaisuusyhdistelmä kulutusterästen hitsausliitoksessa Ominaisuusyhdistelmä Kovuus Kulumiskestävyys Lujuus Iskusitkeys Kulumista kestävien rakenteiden suunnittelussa hitsit sijoitetaan mahdollisuuksien mukaan paikoille, joihin ei lujuusvaatimuksen kannalta kohdistu suurin kuormitus. Mikäli hitsaussaumalta vaaditaan erityisen hyvää kulumiskestävyyttä, on käytettävä sopivasti seostettuja lujia hitsausaineita. Niissä rakenteissa, joissa hitsausliitoksilta edellytetään iskusitkeyden numeraalisia arvoja, on sitkeillä hitsausaineilla ja oikeilla hitsausarvoilla saavutettavissa perusaineen tasoiset arvot. Taulukon 1 ominaisuuksilla on keskinäinen riippuvuus. Esimerkiksi kovuuden ja lujuuden kasvattaminen vaikuttaa iskusitkeyteen alentavasti. Optimaaliset ominaisuudet hitsausliitoksen alueella varmistetaan oikeilla hitsausarvoilla ja suositusten mukaisella työlämpötilalla. Kulutusterästen hitsausliitosten ominaisuuksille ei yleensä esitetä numeroarvoja kovuutta ja mahdollisesti lujuutta lukuun ottamatta. Eikä näitä ominaisuuksia myöskään testata. 6 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

7 3 Hitsausarvot ja niiden vaikutus hitsausliitoksen ominaisuuksiin Hitsauksen aikana teräs kokee voimakkaan lämpövaikutuksen. Liitoksen lämpötila kohoaa nopeasti käytetystä työlämpötilasta korkeimmillaan sulan teräksen yli C:n lämpötilaan. Hitsauksen lämmöntuonti ja liitoksen jäähtymisnopeus ovat tärkeimmät suureet, joilla hitsaustapahtumaa hallitaan. 3.1 Tärkeimmät hitsausarvot Hitsauksessa käytettävä lämpöenergia ilmaistaan käsitteillä lämmöntuonti (Q) ja hitsausenergia (E). Lämmöntuonnin suhdetta hitsausenergiaan kuvaa hitsausmenetelmäkohtainen terminen hyötysuhde k. Enimmillään k=1, jolloin terminen hyötysuhde on 100 % eli kaikki kaarienergia saadaan hyödynnettyä lämmöntuonniksi. Tärkeimmät hitsausarvot ja suureet on esitetty kuvassa 4. Taulukossa 2 on esitetty kulutusterästen hitsauksessa käytettävien menetelmien tyypillinen terminen hyötysuhde. Kuva 4. Hitsauksen lämmöntuonti ja hitsausenergia sekä muut hitsaussuureet Q = k x 60 x U x I 1000 x v E = 60 x U x I 1000 x v Q = k x E Q = lämmöntuonti eli hitsauksessa hitsiin siirtynyt lämpömäärä hitsin pituusyksikköä kohti (kj/mm) E = kaarienergia eli hitsausmenetelmän luovuttama energia hitsin pituusyksikköä kohti (kj/mm) k = terminen hyötysuhde eli lämmöntuonnin (Q) suhde kaarienergiaan (E) U = kaarijännite (V) I = kaarihitsausvirta (A) v = hitsausnopeus (mm/min) Taulukko 2. Tyypillinen terminen hyötysuhde hitsausmenetelmittäin Hitsausmenetelmä Terminen hyötysuhde, k Kaasukaarihitsaus, MAG-menetelmät 0,8 Puikkohitsaus 0,8 Jauhekaarihitsaus 1,0 Plasmahitsaus ja TIG-hitsaus 0,6 3.2 Hitsausarvojen vaikutus hitsausliitoksen ominaisuuksiin Lämmöntuonnilla ja liitoksen jäähtymisnopeudella on suora riippuvuus. Suurella lämmöntuonnilla liitos jäähtyy hitaasti, kun taas pienellä lämmöntuonnilla nopeasti. Hitsausliitoksen muutosvyöhykkeen (HAZ) mikrorakenteen kannalta ratkaisevinta on jäähtymisaika lämpötilasta +800 C lämpötilaan +500 C eli t 8/5, kuva 5. Hitsausliitoksen jäähtymisnopeuteen vaikuttavat tekijät on esitetty taulukossa 3. Kuva 5. Hitsaustapahtuman lämpötila vs. aika kaaviollisesti esitettynä T max Lämpötila C ΔT t 8/5 t 800 t 500 Aika s ΔT=800 C 500 C t 8/5 = jäähtymisaika +800 C:sta +500 C:een 7 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

8 Taulukko 3. Hitsausliitoksen jäähtymisnopeuteen vaikuttavat tekijät Hitsausenergia Levypaksuus / levypaksuudet Liitosmuoto Railomuoto Työlämpötila Hitsausjärjestys Lämmöntuonnin lisäämisen ja vähentämisen periaatteelliset vaikutukset karkaistujen kulutusterästen hitsauksessa on esitetty kuvassa 6. Suuri lämmöntuonti merkitsee pitkää t 8/5 -aikaa, kun taas pieni lämmöntuonti lyhyttä t 8/5 -aikaa. Kuva 6. Lujat ja kovat karkaistut kulutusteräkset Lämmöntuonnin lisäämisen ja vähentämisen periaatteelliset vaikutukset hitsauksessa LÄMMÖNTUONTI KASVAA Kovuus alenee Leveämpi HAZ Laajempi pehmeä vyöhyke Suuremmat muodonmuutokset Kylmähalkeilualttius vähenee LÄMMÖNTUONTI PIENENEE Kovuuden aleneminen vähäisempää Kapeampi HAZ Kapeampi pehmeä vyöhyke Vähäisemmät muodonmuutokset Kylmähalkeilualttius lisääntyy Kaarihitsauksessa lämmöntuonnin lisäämistarve perustuu hitsauksen tehokkuuden parantamiseen. Lämmöntuonnin lisäämistä ohuiden kulutuslevyjen hitsauksessa rajoittaa sen teräksen kovuutta heikentävä vaikutus. 4 Hitsausaineet ja niiden valinta Raex-terästen hitsausainevalikoima koostuu neljästä eri vaihtoehdosta: 1) Alilujat ferriittiset, myötölujuus enintään noin 500 MPa 2) Lujat ferriittiset, myötölujuus enintään noin 700 MPa 3) Ultralujat ferriittiset, myötölujuus noin 900 MPa 4) Alilujat austeniittiset ruostumattomat, myötölujuus noin 500 MPa 5) Kovahitsaukseen tarkoitetut, kovuus noin HBW. Alilujat ferriittiset hitsausaineet (1) ovat tavanomaisen S355-rakenneteräksen hitsausaineita. Ne ovat ylivoimaisesti käytetyimmät kulutusterästen hitsausaineista, ja niitä suositellaan kaikille kovuusluokille. Lujat ferriittiset hitsausaineet (2) ovat puolestaan erikoislujan S690-nuorrutusteräksen hitsausaineita. Niitä voi käyttää, mikäli tarvitaan lujempaa hitsiä tai kovempaa pintaa kuin mihin alilujalla päästään. Ultralujat hitsausaineet (3) on kehitetty ultralujien rakenneterästen tasaluja-hitsaukseen, ja kulutusteräksillä niitä käytetään vain erikoistapauksissa. Alilujat austeniittiset hitsausaineet (4) on tarkoitettu austeniittisten ruostumattomien terästen hitsaukseen. Ne ovat turvallinen valinta etenkin kovimmille kulutusteräksille ja paksuille levyille sekä korjaushitsaukseen. Kovahitsaukseen tarkoitettuja hitsausaineita (5) voi käyttää sellaisiin pintapalkoihin, joiden muodostaman hitsisauman pinnan on oltava erityisen kulumiskestävä. Kovahitsausaineet ovat lähes tasalujia (tasakovia) karkaistujen kulutusterästen kanssa ja niitä käytetään erikoistapauksissa. 8 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

9 4.1 Ferriittiset hitsausaineet Ferriittisen hitsausaineen vetypitoisuus vaikuttaa korostuneesti kylmähalkeilutaipumukseen. Kylmähalkeilualttius voi kulutusteräksen lujassa hitsiaineessa olla suurempi kuin perusaineen muutosvyöhykkeellä. Niinpä ferriittisten hitsausaineiden on ehdottomasti oltava niukkavetyisiä. Suositeltavimpia ovat hitsausaineet, joilla hitsiaineen vetypitoisuus on HD 5 ml/100 g (vetypitoisuusluokka H5). Käyttökelpoiset ferriittiset hitsausaineet jaetaan lujuusluokkansa perusteella alilujiin ja lujiin hitsausaineisiin, kuva 7. Kuva 7. Raex-terästen myötölujuus ja ferriittisten hitsausaineiden puhtaan hitsiaineen myötölujuus Hitsatun liitoksen myötölujuus asettuu lujan kulutusteräksen myötölujuuden ja puhtaan hitsiaineen myötölujuuden väliin Raex 500 Raex 450 Raex 400 Ultraluja hitsausaine Tyypillinen myötölujuus MPa Aliluja hitsausaine Luja hitsausaine Alilujat eli pehmeät ferriittiset hitsausaineet Alilujaksi määritellään hitsausaine, jonka tuottama puhdas hitsiaine on oleellisesti pehmeämpi kuin teräs. Alilujan lisäaineen tuottaman puhtaan hitsiaineen myötölujuus on noin 500 MPa ja sitkeys hyvä. Alilujaa lisäainetta suositellaan kulutusterästen hitsaukseen monien etujensa takia, taulukko 4. Taulukko 4. Alilujien eli pehmeiden hitsausaineiden edut verrattuna lujempiin hitsausaineisiin Edut Hyvät hitsausominaisuudet Laaja valikoima ja hyvä saatavuus Taloudellisuus hankinnassa ja käytössä Matalampi jännitystila hitsissä Sitkeä ja muodonmuutoskykyinen hitsiaine kestää hyvin jännityksiä vastaan Pienempi hiiliekvivalentti ja vastaavasti vähäisempi karkenevuus Pienempi kylmähalkeilualttius hitsausliitoksessa Sietää paremmin vetyä kuin lujempi hitsausaine Vähäisempi työlämpötilan korottamistarve kuin lujemmalla hitsausaineella Lujat ferriittiset hitsausaineet Lujien hitsausaineiden puhtaan hitsiaineen lmyötöujuustaso on noin 700 MPa, kuva 7. Niillä hitsattaessa saadaan hitsiaineen lujuus lähemmäksi teräksen lujuutta kuin mihin aliluja yltää. Lujien hitsausaineiden suurehkon karkenevuuden takia on kylmähalkeilun torjuntaan kiinnitettävä erityishuomio. Lujia hitsausaineita suositellaan vain erityiskohteisiin. Esimerkiksi, mikäli hitsausliitos altistuu kovalle kulutukselle. Luja hitsausaine soveltuu paremmin ohuen kuin paksun levyn hitsaukseen, koska ohut levy jäähtyy hitaasti ja koska ohut levy on kylmähalkeilun kannalta turvallisempi. 9 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

10 Hitsauksen työlämpötila valitaan hitsausaineen hiiliekvivalenttiarvon mukaan, mikäli se on suurempi kuin perusaineen hiiliekvivalentti. Tämä on yleinen pääsääntö. Työlämpötilan määritys on kuitenkin aina tapauskohtainen, ja tarvittaessa kannattaa hitsausaineen työlämpötilan korottamistarpeesta keskustella hitsausaineen valmistajan kanssa Ultralujat ferriittiset hitsausaineet Ultralujat ferriittiset hitsausaineet on kehitetty ultralujien rakenneterästen hitsaukseen rakenteissa, joissa vaaditaan tasalujuutta. Puhtaan hitsiaineen myötölujuus on tasolla 900 MPa. Valikoima on rajallinen. Esabin tarjonnasta löytyvät: MAG-umpilanka OK AristoRod 89 (luokittelut EN ISO A G Mn4Ni2CrMo ja SFA/AWS A5.28 ER120S-G) sekä MAG-metallitäytelanka Coreweld 89 (luokittelut EN ISO A T 89 4 Z M M 3 H5 ja SFA/AWS A5.28 E120C-G H4). Ultralujia hitsausaineita suositellaan vain erikoiskohteisiin kulutusteräskäytössä; esimerkiksi rakenneosan vaatiessa ultralujaa liitosta Suositeltavat ferriittiset hitsausaineet Suositeltavat alilujat ja lujat hitsausaineet yleisimmille hitsausprosesseille on esitetty taulukoissa 5a, 5b, 5c ja 5d. Taulukko 5a. Raex 400/450/500. Suositeltavimmat, ferriittiset alilujat, hitsausaineet. Esimerkkejä. EN-luokitus Mukana vastaavat tai likimäärin vastaavat tuotemerkit (Esab). Puhtaan hitsiaineen myötölujuus enintään noin 500 MPa. Taulukon standardimerkinnässä oleva X voi tarkoittaa yhtä tai useampaa tarkennusmerkintää. MAG-umpilankahitsaus (hitsiaine) MAG-täytelankahitsaus: Metallitäytelanka MAGtäytelankahitsaus: Rutiilijauhetäytelanka Jauhekaarihitsaus: Lanka+jauhe (hitsiaine) Puikkohitsaus EN ISO 14341: G 46 X EN ISO 17632: T 46 X EN ISO 17632: T 46 X EN ISO S 46X EN ISO 2560: E 46 X OK Autrod (G 46 3 M G4Si1, G 42 2 C G4Si1)) OK AristoRod (G 46 4 M G4Si1, G 42 2 C G4Si1)) EN ISO 14341: G 42 X PZ6102 (T 46 4 M M 2 H5) OK Tubrod (T 46 2 P M 2 H5, T 46 2 P C 2 H5) OK Autrod OK Flux (S 46 4 AB S3Si) OK (E 46 5 B 32 H5) EN ISO 16834: T 42 X EN 756 S 38 X EN ISO 2560: E 42 X OK Autrod (G 42 3 M G3Si1, G 38 2 C G3Si1) OK Tubrod (T 42 2 M M 1 H10, T 42 2 M C 1 H10) OK Autrod OK Flux (S 38 4 AB S2Si) OK (E 42 4 B 42 H5) Taulukko 5b. Raex 400/450/500. Suositeltavimmat, ferriittiset alilujat, hitsausaineet. Esimerkkejä. AWS-luokitus Mukana vastaavat tai likimäärin vastaavat tuotemerkit (Esab). Puhtaan hitsiaineen myötölujuus enintään noin 500 MPa. Taulukon standardimerkinnässä oleva X voi tarkoittaa yhtä tai useampaa tarkennusmerkintää. MAGumpilankahitsaus MAG-täytelankahitsaus: Metallitäytelanka MAG-täytelankahitsaus: Rutiilijauhetäytelanka Jauhekaarihitsaus: Lanka+jauhe Puikkohitsaus AWS A5.18 ER70S-X AWS A5.18 E70C-X AWS A5.20 E71T-X AWS A5.17 F7X AWS A5.1 E7018X OK Autrod (ER70S-6) OK AristoRod (ER70S-6) OK Tubrod (E70C-6M, E70C-6C) PZ6102 (E70C-6M H4) OK Tubrod (E71T-1, E71T-1M) OK Autrod OK Flux (F7A5-EM12K) OK (E7018) OK (E7018-1) 10 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

11 Taulukko 5c. Raex 400/450/500. Ferriittiset lujat hitsausaineet, esimerkkejä. EN-luokitus Mukana vastaavat tai likimäärin vastaavat tuotemerkit (Esab). Puhtaan hitsiaineen myötölujuus vähintään noin 690 MPa. Taulukon standardimerkinnässä oleva X voi tarkoittaa yhtä tai useampaa tarkennusmerkintää. MAGumpilankahitsaus (hitsiaine) MAGtäytelankahitsaus: Metallitäytelanka MAGtäytelankahitsaus: Rutllijauhetäytelanka Jauhekaarihitsaus: Lanka+jauheitsiaine) (hitsiaine) Puikkohitsaus EN ISO 16834: G 69 X EN ISO 12535: T 69 X EN ISO 12535: T 69 X EN ISO 26304: S 69 X EN ISO 18276: E 69 X OK AristoRod 69 (G 69 4 Mn3Ni1CrMo) OK Tubrod (T 69 4 Mn2NiMo M M 2 H10) OK Tubrod (T 69 4 Z P M 2 H5) OK Autrod OK Flux (S 69 6 FB S3Ni2,5CrMo) OK (E 69 4 Mn2NiCrMo B 42 H5) Taulukko 5d. Raex 400/450/500. Ferriittiset lujat hitsausaineet, esimerkkejä. AWS-luokitus Mukana vastaavat tai likimäärin vastaavat tuotemerkit (Esab). Puhtaan hitsiaineen myötölujuus vähintään noin 690 MPa. Taulukon standardimerkinnässä oleva X voi tarkoittaa yhtä tai useampaa tarkennusmerkintää. MAGumpilankahitsaus MAGtäytelankahitsaus: Metallitäytelanka MAGtäytelankahitsaus: Rutiilijauhetäytelanka Jauhekaarihitsaus: Lanka+jauhe Puikkohitsaus AWS A5.28: ER100S-X AWS A5.28: E110C-X AWS A5.29: E111T1-X AWS A5.23: F11X AWS A5.5: E11018X OK AristoRod 69: ER100S-G OK Tubrod 14.03: E110C-G OK Tubrod 15.09: E111T1-K3MJ-H4 OK Autrod OK Flux 10.62: F11A8-EG-G OK 75.75: E11018-G Ferriittisten hitsausaineiden käsittely Matalan vetypitoisuuden ferriittiset hitsausaineet ovat yleensä emäksisiä, kuten jauhekaarihitsauksen jauhe, täytelangan jauhe tai puikon päällyste. Nämä hitsausaineet ovat ns. hygroskooppisia eli ne imevät itseensä herkästi kosteutta ja samalla vetyä. Kostumisen estämiseksi tulee hitsausaineita säilyttää ja käsitellä hitsausaineiden valmistajan ohjeiden mukaisesti. Mikäli on vaara, että lisäaine on kostunut, tulee se hylätä tai asianmukaisesti uudelleen kuivata. Näin varmistetaan hitsausaineiden asianmukainen kuivuusaste ja matala vetypitoisuus. Samalla ennalta estetään korkean vetypitoisuuden aiheuttama kylmähalkeiluvaara hitsausliitoksessa. 4.2 Austeniittiset ruostumattomat hitsausaineet Austeniittinen mikrorakenne sietää merkittävästi paremmin vetyä kuin ferriittinen mikrorakenne. Tämän ominaisuuden ansiosta voi karkaistuille teräksille vaihtoehtoisesti käyttää austeniittisia hitsausaineita. Niiden myötölujuus on korkeintaan noin 500 MPa, joten ne ovat selvästi alilujia hitsausaineita. Pehmeytensä ja edullisen mikrorakenteensa ansiosta on austeniittisilla hitsausaineilla monia etuja, taulukko 6. Taulukko 6. Austeniittisten ruostumattomien terästen hitsausaineiden edut ja ominaisuudet kulutusterästen hitsauksessa Hyvät hitsausominaisuudet Hyvä valikoima ja saatavuus Korkea hankintahinta Tuottaa matalan jännitystilan hitsin Erittäin sitkeä ja muodonmuutoskykyinen hitsiaine Austeniittinen mikrorakenne liuottaa vedyn ilman kylmähalkeilualttiutta Ei yleensä työlämpotilan korottamistarvetta Kestää ehyenä hitsausjännityksiä vastaan Austeniittisten hitsausaineiden edut tulevat parhaiten esille korjaushitsauksissa, työmaaoloissa ja muissa vaikeissa tilanteissa. Ne sopivat erityisen hyvin juuripalkojen ja pohjapalkojen hitsaukseen sekä silloitukseen. Austeniittisilla hitsausaineilla voi yleensä välttää työlämpötilan korottamisen. Edut tulevat parhaiten esille kovimman teräslajin Raex 500 hitsauksessa vaikeissa oloissa. Suositeltavat austeniittiset hitsausaineet on esitetty taulukoissa 7a ja 7b. 11 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

12 Taulukko 7a. Raex 400/450/500. Austeniittiset alilujat hitsausaineet, esimerkkejä. EN-luokitus Mukana vastaavat tai likimäärin vastaavat tuotemerkit (Esab). Puhtaan hitsiaineen lujuusluokka enintään noin 500 MPa. Taulukon standardimerkinnässä oleva X voi tarkoittaa yhtä tai useampaa tarkennusmerkintää. MIGumpilankahitsaus MIGtäytelankahitsaus: Metallitäytelanka MAGtäytelankahitsaus: Rutiilijauhetäytelanka Jauhekaarihitsaus: Lanka+jauhe Puikkohitsaus EN 12072: G 18 8 Mn OK Autrod (G 18 8 Mn) EN 12073: T 18 8 Mn X OK Tubrod (T 18 8 Mn M M 2) EN 12073: T 18 8 Mn X EN 14700: T Fe 10 OK Tubrodur (T Fe 10) EN 12072: S 18 8 Mn OK Autrod (S18 8 Mn) + OK Flux EN 1600: E 18 8 MnX OK (E 18 8 Mn B 4 2) Taulukko 7b. Raex 400/450/500. Austeniittiset alilujat hitsausaineet, esimerkkejä. AWS-luokitus Mukana vastaavat tai likimäärin vastaavat tuotemerkit (Esab). Puhtaan hitsiaineen lujuusluokka enintään noin 500 MPa. Taulukon standardimerkinnässä oleva X voi tarkoittaa yhtä tai useampaa tarkennusmerkintää. MIGumpilankahitsaus MAGtäytelankahitsaus, Metallitäytelanka MAGtäytelankahitsaus, Rutiilijauhetäytelanka Jauhekaarihitsaus lanka+jauhe Puikkohitsaus AWS 5.9 ER307 AWS 5.9 EC307 AWS 5.22 EC307T-x AWS 5.9 ER307 AWS 5.4 E307-X OK Autrod (ER307) OK Tubrod OK Tubrodur OK Autrod OK Flux OK Kovahitsaukseen tarkoitetut hitsausaineet Mikäli hitsisauman pinnan on oltava kulumiskestävä, voi pintapalot hitsata kovahitsausaineilla. Tarkoitukseen soveltuvien hitsauspuikkojen tuottaman puhtaan hitsiaineen kovuus on luokkaa HBW (30-45 HRC). Nämä puikot ovat yleensä kromiseosteisia (3-15 % Cr). Erityissovelluksissa voi kulutusteräs suunnitellusti altistua voimakkaammalle kulutukselle kuin muu osa rakennetta. Tässä tapauksessa on perusteltua tehdä paikallinen kovahitsauspinnoite kulutusteräksen pintaan. Kovahitsausaine valitaan siten, että hitsiaineelle saadaan jopa suurempi kovuus kuin kulutusteräspinnan kovuus. Kovahitsattu kulutuspinta saavuttaa korkean kovuutensa ( HBW) jo hitsausliitoksen jäähtymisen aikana, koska kovahitsausaine on ilmassa karkenevaa. Kovuustaso HBW vastaa hitsiaineen ilmoitettua kovuustasoa HRC. Kulutusterästen kovahitsaukseen sopivien puikkojen perusseostus on esimerkiksi: Kovahitsauspuikko, seostus 0,4%C 6%Cr-0,6%Mo Kovahitsauspuikko, seostus 0,7%C 10%Cr Kovahitsauspuikko, seostus 4,5%C 33%Cr. Kovahitsausaineita käytettäessä on hitsiaineen kylmähalkeilun torjuntaan kiinnitettävä erityishuomio. Kylmähalkeilu voidaan estää paitsi esikuumennuksella, myös hitsaamalla ensin puskurikerros käyttäen pehmeää ja sitkeää austeniittista ruostumatonta hitsausainetta, kuva Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

13 Kuva 8. Sitkeän puskurikerroksen käyttö kovahitsauksessa Kovahitsauspinta Puskurikerros Kulutusteräs Puskurikerroksen ja kovahitsauspinnan hitsauksessa tarvittava työlämpötila määritetään sekä kulutusteräksen että kovahitsausaineen perusteella. Kovahitsausaineiden valinnasta kannattaa keskustella joko lisäaineen tai teräksen valmistajan kanssa. On korostettava, ettei kovahitsausaineita ole tarkoitettu liitoshitsaukseen. 5 Kylmähalkeilun ehkäisykeinot Ulkopuolelta hitsausliitokseen tulevan vedyn määrän pitäminen alhaisena on ratkaisevaa kylmähalkeilun estossa. Niukkavetyisten hitsausmenetelmien ja hitsausaineiden käyttö on perusedellytys, jotta pysytään kriittisen vetypitoisuuden alapuolella. Tämän lisäksi on noudatettava Ruukin hitsausohjeita. Avainasemassa ovat oikea työlämpötila ja sopiva lämmöntuonti, joilla liitoksen jäähtymisnopeus saadaan sopivaksi. Monipalkohitsauksessa on käytettävä riittävän korkeaa palkojen välistä lämpötilaa eli välipalkolämpötilaa. Kylmähalkeilun ehkäisytarve korostuu teräksen kovuuden ja levypaksuuden lisääntyessä. Kylmänä varastoidun levyn on lämmettävä läpikotaisin vähintään huoneenlämpötilaan (+20 C) ennen hitsauksen tai muun konepajatyön aloittamista. 5.1 Hitsausliitoksen mikrorakenteen karkenemisen rajoittaminen Martensiittinen mikrorakenne merkitsee hyvää kulumiskestävyyttä. Mikäli liitos hitsauksen jälkeen jäähtyy liian nopeasti, voi martensiitti muodostua haitallisen kovaksi ja sitkeydeltään heikoksi hitsiaineessa ja/tai hitsausliitoksen muutosvyöhykkeellä. Kylmähalkeilu torjutaan rajoittamalla mikrorakenteen karkenemista oikeilla hitsausparametreilla. Teräksen ja hitsausaineen karkenevuus selviää niiden hiiliekvivalenttiarvoista. 5.2 Hitsausliitoksen vetypitoisuuden rajoittaminen Vetypitoisuuden pitäminen alhaisena hitsiaineessa ja muutosvyöhykkeellä on ratkaisevaa kylmähalkeilun estossa. Suositeltavaa on käyttää niukkavetyistä hitsausmenetelmää ja niukkavetyisiä hitsausaineita, joilla hitsiaineen vetypitoisuudeksi tulee enintään 5 ml/100 g. Tämä niukkavetyisuusvaatimus täyttyy oikeilla hitsausaineilla esimerkiksi kaasukaarihitsauksessa (MAG) umpilangalla ja täytelangalla, jauhekaarihitsauksessa sekä puikkohitsauksessa emäspäällysteisillä puikoilla. Hitsausaineiden valinnassa, käytössä ja varastoinnissa on noudatettava niiden valmistajan ohjeita. Vedyn pääsyä hitsausliitokseen lisäävät railon pinnan kosteus sekä liat ja epäpuhtaudet kuten rasva ja maali. Kylmähalkeilualttiuden minimoimiseksi on railopinnat pidettävä täysin kuivina ja metallisen puhtaina ennen hitsauksen aloittamista ja hitsauksen aikana. 5.3 Hitsausliitoksen jännitystilan alentaminen Jäännösjännitystason alentamisella ehkäistään tehokkaasti kylmähalkeilua. Luontevin tapa alentaa Raex-terästen hitsausliitoksen jäännösjännityksiä on käyttää alilujia ferriittisiä tai austeniittisia hitsausaineita. Hitsausteknisin keinoin voi myös alentaa jännitystilaa. Etenkin ohuita levyjä hitsattaessa on hitsien koko optimoitava, ja tarpeettoman suuria hitsejä on vältettävä. Hitsaustyön eri vaiheissa on pidettävä tasainen lämpötila rakenteen eri osissa. Tarvittaessa on hitsattava rakenne tuettava tai kiinnitettävä silloituksen ja hitsauksen aikana. 13 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

14 5.4 Käytännön vinkkejä hitsauksen suunnitteluun ja suoritustekniikkaan Taulukossa 8 on esitetty keinoja alentaa hitsausjännityksiä ja parantaa hitsatun rakenteen kestävyyttä. Taulukko 8. Käytännön keinoja hitsausjännitysten alentamiseksi Vähennä jo suunnitteluvaiheessa hitsausjännityksiä Minimoi jäykkyyserot rakenteen eri osissa Optimoi hitsien koko Ennakoi ja hallitse muodonmuutokset Käytä suurten rakenteiden hitsauksessa esijännitystä Suosi pieniä ilmarakoja hitsattavassa railossa Käytä paksuja levyjä hitsatessasi kaksipuolisia läpihitsattavia railoja Hio hitsatusta teräsrakenteesta reunat ja kulmat juoheviksi Viimeistele väsymiskriittisen rakenteen hitsaustyö hiomalla hitsausliitosten liittymät perusaineeseen juoheviksi 5.5 Hitsaaminen oikeassa työlämpötilassa Sopivan korkea työlämpötila ja riittävä lämmöntuonti hidastavat hitsausliitoksen jäähtymisen oikeaan nopeuteen. Näiden toimien ansiosta kylmähalkeilua ei esiinny. Oikea työlämpötila määritetään seuraavien tekijöiden perusteella: teräslaji ja sen hiiliekvivalenttiarvo yhdistetty levypaksuus lämmöntuonti hitsiaineen vetypitoisuus hitsausaineiden hiiliekvivalenttiarvo hitsausaineiden lujuustaso (aliluja / luja) hitsausaineiden tyyppi (ferriittinen / austeniittinen). Työlämpötilan korottamistarve lisääntyy teräslajin hiiliekvivalentin, kovuuden ja levypaksuuden kasvaessa. Raexterästen tyypilliset hiiliekvivalentin arvot paksuuksittain on esitetty niiden ohjelehdellä. Ainestodistuksella on ilmoitettu levykohtainen hiiliekvivalenttiarvo, jota voi hyödyntää tarkan hitsaussuunnitelman laatimisessa. Hitsaukseen suositeltavat työlämpötilat teräslajeille Raex 400, Raex 450 ja Raex 500 on esitetty kuvassa 9. Suositukset perustuvat standardiin EN Työlämpötilat koskevat hitsausta alilujilla ferriittisillä hitsausaineilla, joiden vetypitoisuus on enintään 5 ml/100 g. Kuva 9. Raex-teräkset. Suositeltavat työlämpötilat ( C) hitsaukseen, kun lämmöntuonti valitaan kuvan 10 suositusten mukaisesti Ruukki Raex Levyn paksuus, mm Raex Raex Raex Työlämpötilan korottaminen tehdään yleensä esikuumennuksella. Monipalkohitsauksessa voi edellisen palon liitokseen tuoma energia riittää ylläpitämään oikean työlämpötilan ennen seuraavan palon hitsausta, jolloin ulkopuolista kuumennusta ei hitsauksen aikana enää tarvita. Monipalkohitsauksessa työlämpötilasuositukset pätevät palkojen väliseksi vähimmäislämpötilaksi. Välipalkolämpötila ei saa alittaa työlämpötilasuositusta eikä ylittää +220 C:a. Työlämpötilan korottamistarve on sitä vähäisempi mitä pienempi on hitsausmenetelmän tuottama hitsiaineen vetypitoisuus. Mikäli joudutaan käyttämään hitsausaineita HD>5 ml/100 g, on työlämpötilaa nostettava taulukkoarvoja suuremmaksi. Työlämpötilan korottamistarve vähenee lisättäessä lämmöntuontia. 14 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

15 Työlämpötilan korottaminen on erityisen tärkeää silloituksessa ja korjaushitsauksessa, koska pieni ja paikallinen hitsauskohta jäähtyy nopeasti ja karkenee vastaavasti voimakkaasti. Rakenteen nurkissa on vältettävä hitsipalon aloitusta ja lopetusta. Kokemus karkaistujen terästen hitsauksesta kertoo esikuumennuksen selkeistä hyödyistä. Jo lievä esikuumennus alle +100 C:n lämpötiloissa vaikuttaa hitsattavuuteen edullisesti niilläkin levypaksuuksilla, jotka ohjeiden mukaan eivät varsinaista esikuumennusta tarvitse. Järeiden ja monimutkaisten rakenteiden hitsauksessa samoin kuin erityisen vaikeissa oloissa on käytettävä taulukkoarvoja korkeampaa, mutta korkeintaan +220 C:n työlämpötilaa. Tätä korkeampaa työlämpötila tai palkojen välistä lämpötilaa ei tule käyttää, koska ne heikentävät hitsausliitoksen kovuutta. 6 Optimaalisen ominaisuusyhdistelmän saavuttaminen hitsausliitokseen Kulutusterästen hitsausliitoksilta vaaditaan lujuutta, kovuutta ja kulumiskestävyyttä. Käyttökohteesta ja käyttöoloista riippuen voidaan lisäksi vaatia iskusitkeyttä ja tapauskohtaisia ominaisuuksia. Kovuutta lukuun ottamatta ei numeraalisia yleisvaatimuksia ole. Optimaaliset ominaisuudet hitsausliitoksen alueella varmistetaan oikeilla hitsausarvoilla ja suositusten mukaisella työlämpötilalla. 6.1 Suositeltavat lämmöntuontiarvot Suositeltavat hitsausarvot määritetään suureen t 8/5 avulla. Optimaalisten ominaisuuksien saavuttaminen hitsausliitokseen edellyttää lämmöntuonnin valitsemista vastaamaan jäähtymisaikaa t 8/5 = sekuntia. Käytännön hitsaustyössä jäähtymisaika 10 sekuntia vastaa lämmöntuonnin vähimmäisarvoa ja jäähtymisaika 20 sekuntia lämmöntuonnin enimmäisarvoa. Liian pieni t8/5 (nopea jäähtyminen) lisää HAZ:n karkenemista ja kylmähalkeilualttiutta. Liian suuri t 8/5 (hidas jäähtyminen) alentaa liitoksen kovuutta, lujuutta ja iskusitkeyttä. Kuvassa 10 on esitetty Raex-teräksille suositeltavat lämmöntuonnin vähimmäis- ja enimmäisarvot. Lämmöntuontirajojen määrityksessä on otettu huomioon kuvan 9 työlämpötilat. Kuvassa annettuja vähimmäislämmöntuontiarvoja voi alentaa työlämpötilaa nostamalla. Tämä voi olla tarpeen esimerkiksi silloituksessa sekä juuripalkojen tai pohjapalkojen hitsauksessa. Kuva 10. Lämmöntuonti (Q) MAG-umpilanka-, MAG-täytelanka- ja puikkohitsauksessa. Suositeltavat vähimmäis- ja enimmäisarvot. Käytännön hitsaustyössä jäähtymisaika 10 sekuntia vastaa lämmöntuonnin vähimmäisarvoa ja jäähtymisaika 20 sekuntia lämmöntuonnin enimmäisarvoa. Liian pieni t 8/5 (nopea jäähtyminen) lisää HAZ:n karkenemista ja kylmähalkeilualttiutta. Liian suuri t 8/5 (hidas jäähtyminen) alentaa liitoksen kovuutta, lujuutta ja iskusitkeyttä. 15 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

16 6.2 Pehmeä vyöhyke hitsausliitoksessa Kulutusterästen korkea kovuus ja suuri lujuus on aikaansaatu seostuksella ja karkaisulla. Sulahitsauksessa liitoksen lämpötila käy korkeimmillaan yli 1500 C:ssa. Niinpä kulutusterästen hitsauksessa muodostuu liitokseen pehmeitä vyöhykkeitä. Pehmentymistä tapahtuu aina HAZ:ssa. Lisäksi hitsiaine jää yleensä pehmeämmäksi kuin kova perusaine. Kuvassa 11 on esitetty Raex-terästen hitsausliitoksen tyypillinen kovuusprofiili. Kuva 11. Raex-teräkset. Hitsausliitoksen muutosvyöhykkeen tyypillinen kovuusprofiili hitsattaessa suositelluilla t 8/5 -jäähtymisajoilla Vertailu tavanomaisen S355-rakenneteräksen vastaavaan kovuusprofiiliin. Muutosvyöhyke (HAZ) Perusaine Kovuus HBW Raex 500 Raex 450 Raex Sularaja 5 mm 10 mm Vertailuteräs S355 Etäisyys sularajasta perusaineeseen Yleistä kovuusprofiilista: Raex-terästen hitsausliitoksen muutosvyöhykkeen kovuus on tyypillisesti alempi kuin perusaineen kovuus Termisesti leikatun Raex-teräspinnan kovuusprofiili pinnalta perusaineeseen päin noudattelee HAZ:n kovuusprofiilia kahdella huomautuksella: leikatun pinnan enimmäiskovuus on hieman suurempi ja leikatun levyn pehmennyt vyöhyke kapeampi kuin hitsausliitoksessa. Tavanomaisen S355-teräksen HAZ:n kovuus on tyypillisesti korkeampi kuin perusaineen kovuus; sama pätee termisesti leikatulle pinnalle. Raex-terästen hitsausliitoksen kovuusprofiili: Hitsiaineen kovuus riippuu lämmöntuonnista sekä hitsausaineiden seostuksesta. Muutosvyöhykkeellä, lähellä sularajaa, on kovuus perusaineen kovuuden tasoa. Muutosvyöhykkeen pehmeneminen korostuu lisättäessä lämmöntuontia eli pidennettäessä jäähtymisaikaa (t 8/5 ) Pienentämällä lämmöntuontia lujuuden lasku on vähäisempää ja pehmeä vyöhyke kapeampi. Hitsauksen aiheuttama pehmeneminen on otettava huomioon etenkin kovimmilla lajeilla ja pienillä paksuuksilla. Ohuet levyt on pehmenemisen välttämiseksi hitsattava konepajan lämpötilassa +20 C:ssa eikä esikuumennusta saa käyttää. Pehmenemistä ehkäisee lämmöntuonnin rajoittaminen sekä suurimman sallitun työlämpötilan/välipalkolämpötilan noudattaminen. Pehmeä vyöhyke ei kulutusteräskäyttökohteissa yleensä heikennä laitteen tai rakenteen käyttöikää. Sen sijaan rakenteellista lujuutta edellyttävissä käyttökohteissa on pehmeä vyöhyke otettava suunnittelussa huomioon. Näissä rakenteissa on vältettävä hitsausliitosten sijoittamista rakenteen rasitetuimpiin kohtiin. 7 Lämpökäsittely Karkaistuja kulutusteräksiä ei suositella lämpökäsiteltäväksi, sillä hehkutus korotetussa lämpötilassa heikentää niiden kovuutta, lujuutta ja kulumiskestävyyttä. Kuvassa 12 on esitetty Raex-terästen kovuuden muutos eri lämpötiloissa suoritetun päästöhehkutuksen jälkeen. Kuvan mukaisesti, osa teräksen karkaisuvalmistusvaiheen tuomasta kovuusosuudesta on poistunut teräksen hehkutuksessa. 16 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

17 Kuva 12. Raex 400 ja Raex 500. Päästölämpötilan vaikutus kovuuteen Kovuusarvot on mitattu korotetuissa lämpötiloissa suoritetun päästöhehkutuksen jälkeen huoneenlämpötilassa. Hehkutusaika oli 2 tuntia, minkä jälkeen teräkset jäähtyivät ilmassa huoneenlämpötilaan. 600 Kovuus HBW Raex 500 Raex 450 Raex Päästölämpötila, C Jo yli noin +220 C:n lämpötiloissa tehty hehkutus heikentää teräksen kovuutta. Raex-teräksiä ei voi päästöhehkuttaa eikä jännitystenpoistohehkuttaa (myöstö) ilman kovuuden alenemista. Raex-teräksiä ei suositella myöskään hitsauksen tai muun konepajatyön jälkeiseen lämpökäsittelyyn. Joissain sovelluksissa halutaan karkaistu kulutusteräs suunnitellusti päästöhehkuttaa tai myöstöhehkuttaa hitsauksen ja muun konepajatyön jälkeen. Tällöin hyväksytään ne mekaaniset ominaisuudet, jotka ko. lämpökäsittely sovellukseen tuottaa. Päästöllä voi karkaistun teräksen sitkeyttä parantaa, mikä voi olla vapaaehtoisen hehkutuksen peruste. Myöstöllä voi pienenentää konepajavalmistuksessa teräskappaleeseen syntyneitä jännityksiä. 8 Teräksen käyttäytyminen termisessä leikkauksessa Paksujen levyjen ja suurten kappaleiden leikkaamiseen käytetään yleisesti termisiä menetelmiä. Termisen leikkauksen aikana, muutaman millimetrin syvyydellä leikkauspinnasta, teräspinta kokee paikallisen lämpökäsittelyn kaikkine mikrorakennemuutoksineen. Näiden muutosten seurauksena leikkauspintaan syntyy sekä kova kerros että pehmeä kerros. 8.1 Terminen leikkaustapahtuma Termisesti leikattavan teräksen pintaosa kokee lyhytkestoisen, lähelle teräksen sulamispistettä yltävän kuumennuksen. Leikkauksen jälkeen leike jäähtyy nopeasti, ellei jäähtymistä hillitä. Termisesti leikattuun teräspintaan jää lämpökäsittelyn seurauksena mikrorakennemuutoksia, jotka vastaavat hitsausliitoksen muutosvyöhykettä. Leikatun kappaleen aivan uloin pinta karkenee kovaksi. Liian kova pinta on hauras ja altis kylmähalkeilulle. Kovan pintaosan alle muodostuu pehmennyt vyöhyke, kuva 13. Pehmennyt vyöhyke on kokenut päästön. Kovan pintaosan samoin kuin pehmeän vyöhykkeen leveys ja voimakkuus riippuvat leikkausmenetelmästä ja leikkausarvoista. 17 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

18 Kuva 13. Termisesti leikattu karkaistu kulutusteräs, levypaksuus 6 mm Leikkauspinnan tyypillinen kovuusprofiili leikkauspinnasta perusaineeseen päin. Kovuusprofiilin muoto riippuu teräslajista, leikkausmenetelmästä ja leikkausarvoista Kovuus HBW Laser Plasma Polttoleikkaus Etäisyys leikkausreunasta, mm 8.2 Pintakovuuden rajoittaminen työlämpötilaa korottamalla Termisessä leikkauksessa karkenevan teräspinnan kovuutta suositellaan rajoitettavan, jotta pinnan säilyminen ehyenä varmistuu. Riittävän matala enimmäiskovuus ehkäisee säröjen synnyn leikkauspintaan. Karkenemisen ja kovuuden rajoittamiseen käytetään yleisesti esikuumennusta. Suositeltavat työlämpötilat termistä leikkausta varten on esitetty kuvassa 14. Kuva 14. Suositeltavat työlämpötilat ( C) polttoleikkaukseen Ruukki Raex Levyn paksuus, mm Raex Raex Raex Esikuumennus (huoneenlämpötilaa korkeammaksi) voidaan välttää, kun terminen leikkausnopeus säädetään sopivan hitaaksi sekä kun leikkaussuuttimet ja muu laitteisto valitaan tätä tavoitetta vastaavasti. Parhaan leikkauskäytännön löytämiseksi kannattaa asiasta keskustella Teknisen asiakaspalvelumme ja leikkauslaitteiden valmistajan kanssa. 8.3 Pehmenemisen rajoittaminen termisessä leikkauksessa Suurten teräskappaleiden leikkausenergia pääsee vapaasti kulkeutumaan ympäröivään levykenttään, mikä nopeuttaa leikkausalueen jäähtymistä ja rajaa pehmenneen vyöhykkeen leveyden. Kuitenkin alle 30 mm paksujen levyjen polttoleikkauksessa on leikkauslinjojen välin oltava vähintään 200 mm, jottei koko kappale haitallisesti pehmene. Leikkausjärjestystä voi kätevästi käyttää pehmenemisen rajoittamiseen. Leikattavan teräksen kappalekoon ja levypaksuuden pieneneminen lisäävät pehmenemistä. Pienillä kappaleilla leikkausmenetelmän ja mahdollisen esikuumennuksen tuoma lämpöenergia kerääntyy leikattavaan kappaleeseen, mikä hidastaa leikkeen jäähtymistä. Termisistä menetelmistä vähiten pehmentäviä ovat laserleikkaus ja plasmaleikkaus niille soveltuvilla paksuusalueilla. Laserilla tai plasmalla leikatun teräksen pehmennyt vyöhyke on kapeampi kuin polttoleikatun teräksen vastaava (kuva 13). Plasmaleikkaus vesiupotuksessa ja polttoleikkaus vesiupotuksessa hillitsevät tehokkaasti leikatun kappaleen pehmenemistä, ja soveltuvat siten kaiken kokoisten kappaleiden leikkaukseen. Pehmenemisen rajoittamiseksi suositellaan etenkin pienille kappaleille kylmästi leikkaavia menetelmiä, esimerkiksi ei-termistä vesisuihkuleikkausta tai abrasiivista vesisuihkuleikkausta. 18 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

19 8.4 Käytännön vinkkejä termiseen leikkaukseen Kylmän sään vallitessa on lämpötilan vaikutus teräslevyn käsiteltävyyteen otettava huomioon myös konepajassa. Kylmässä varastoidut levyt on otettava sisätiloihin riittävän ajoissa ennen niiden polttoleikkausta ja hitsausta. Kuvassa 15 on esitetty lämpenemiseen kuluva aika, kun teräslevy tuodaan pakkasesta sisälle hallitilaan. Kuvan mittaukset on tehty kolmella eri paksuudella. Kuva 15. Kylmien (-20 C) teräslevyjen lämpenemisaika hallissa, jonka lämpötila on +20 C C. Koe on suoritettu Rautaruukilla Raahessa helmikuussa Levykoot 12 x 1000 x 2000, 21 x 1000 x 1600 ja 40 x 1000 x 2000 mm Lämpotila, C Hallin lämpötila t 1 = 12 mm t 2 = 21 mm t 3 = 40 mm Aika, tuntia Kuvan 15 koe antoi seuraavat levyn lämpenemistulokset -20 C:sta +17 C:een: - noin 8 tuntia 12 mm paksu levy - noin 12 tuntia 21 mm paksu levy - noin 17 tuntia 40 mm paksu levy. Levyn pinta ja keskiosa lämpenevät näin hitaassa muutoksessa yhtä nopeasti. On korostettava, että päällekkäin pinotut isot paksut levyt lämpenevät vielä kuvan esimerkkiä hitaammin. Nyrkkisääntönä voi päätellä, että pakkasessa olleen kylmän levyn (leveys 2 m, pituus 6 m) lämpeneminen hallissa huoneenlämpötilaan kestää noin vuorokauden. Käytännön vinkit: Karkaistua teräslevyä ei saa ottaa suoraan kylmästä varastoinnista termiseen leikkaukseen. Ennen leikkauksen aloitusta on kylmien levyjen annettava lämmetä läpikotaisin huoneenlämpötilaan (+20 C). Siirrä kylmässä varastoidut levyt edellisenä työpäivänä konepajaan. Varastoi kylmät levyt tukipuiden päälle. Kylmän (-20 C) 40 mm paksun levyn lämpeneminen hallissa (+20 C) huoneenlämpötilaan kestää vuorokauden. Paksujen levyjen leikkauksessa on käytettävä korotettua työlämpötilaa kuvan 17 mukaisesti. Termisesti leikatun kappaleen lastuamista varten pitää polttoleikkauksessa karennut pinta ja terävät särmät poistaa hiomalla. 19 Raex kulutusterästen hitsaus ja terminen leikkaus

20 Ruukki Ruukki toimittaa on metalliosaaja, asiakkailleen johon voit tukeutua alusta loppuun, kun tarvitset metalleihin pohjautuvia energiatehokkaita materiaaleja, komponentteja, teräsratkaisuja: järjestelmiä ja ratkaisukokonaisuuksia. Kehitämme jatkuvasti toimintaamme rakennettuja tuotevalikoimaamme ympäristöjä vastaamaan tarpeitasi. paremmin asumiseen, työhön ja liikkumiseen. MFI.003FI/ /AN Tämä julkaisu on tarkistettu mahdollisimman huolellisesti. Emme kuitenkaan vastaa mahdollisista virheistä tai tietojen väärästä soveltamisesta aiheutuneista välittömistä tai välillisistä vahingoista. Oikeudet muutoksiin pidätetään. Tarkassa vertailussa on aina käytettävä alkuperäisiä standardeja. Ruukki Metals Oy U Suolakivenkatu 1, Helsinki S w Copyright 2011 Rautaruukki Oyj. Kaikki oikeudet pidätetään. Ruukki, Rautaruukki, More With Metals ja Ruukin tuotenimet ovat Ruukki Metals Oy, Suolakivenkatu 1, Helsinki, , Rautaruukki Oyj:n tavaramerkkejä tai rekisteröityjä tavaramerkkejä. Copyright 2013 Rautaruukki Oyj. Kaikki oikeudet pidätetään. Ruukki, Rautaruukki, Living. Working. Moving. ja Ruukin tuotenimet ovat Rautaruukki Oyj:n tavaramerkkejä tai rekisteröityjä tavaramerkkejä.