HITSAUS. YLEISTIETOA KUUMAVALSSATUT TERÄSLEVYT JA -KELAT

Transkriptio

1 HITSAUS. YLEISTIETOA KUUMAVALSSATUT TERÄSLEVYT JA -KELAT

2 Hitsausprosessin valinta Hitsausprosessia valittaessa on huomioitava terästen lämmöntuontirajoitukset ja hitsauksen suoritustapa. Hitsausprosessin ja hitsaustavan sekä hitsausenergian valinnan vaikutus korostuu teräksen lujuuden kasvaessa ja iskusitkeysvaatimusten kohotessa. Hyvään liitoksen iskusitkeyteen on mahdollista päästä kaikilla tavanomaisilla hitsausprosesseilla edellyttäen, että hitsausenergia pidetään kyseiselle teräkselle annettujen suositusten mukaisina. Hitsausaineiden valinta Kuumavalssatun teräksen hitsausaineet valitaan siten, että saatavan hitsausliitoksen ominaisuudet täyttävät sille asetetut vaatimukset. Hitsausaineen lujuus ja sitkeys ovat tärkeitä valintakriteerejä. Valintaan vaikuttavat myös hitsausaineen saatavuus ja hinta. Hitsausaineiden valmistajilta saa luetteloita, joissa on suosituksia eri terästen hitsausaineiksi. Hitsausaineet on luokiteltu mm. EN- ja AWS-standardeissa. Luokittelun perusteena on hitsausprosessi, ja eri prosesseille on omat standardinsa. Esimerkiksi EN ISO 2560 Hitsausaineet, hitsauspuikot seostamattomien terästen ja hienoraeterästen puikkohitsaukseen. Hitsausaineiden valmistajilla on omat, standardeja vastaavat kauppanimikkeensä ja tuotemerkkinsä. Hitsausaineita ovat mm: a) hitsauslisäaine kuten esimerkiksi hitsauslanka ja hitsauspuikko b) hitsausjauhe c) suojakaasu. Kuumavalssattujen terästen lisäaineeksi suositellaan saman lujuuksinen (matching = tasaluja) tai vain vähän lujempi kuin perusaine. Painelaitteiden hitsauksessa käytettävän lisäaineen on kuitenkin oltava sellainen, että hitsiaineen lujuus täyttää vaaditun lujuuskertoimen. Ylilujan lisäaineen käytöstä seuraa korkea jäännösjännitystila. Lujimpien terästen, kuten Optim 550 MC, Optim 600 MC, Optim 650 MC, Optim 700 MC, Optim 700 MC Plus, Optim 900 QC, Optim 960 QC, Raex 400, Raex 450 ja Raex 500, hitsauksessa on monissa tapauksissa edullista käyttää ns. alilujia, perusainetta pehmeämpiä lisäaineita (undermatching = aliluja) ja suunnittelulla välttää sijoittamasta hitsausliitoksia rakenteen rasitetuimpiin tai kovalle kulumiselle alttiina oleviin kohtiin. Seostetuimmilla teräksillä perusaineen seostuminen hitsiaineeseen nostaa hitsiaineen lujuutta verrattuna puhtaan hitsiaineen luetteloarvoihin jopa noin 100 MPa. Karkaistavien booriterästen hitsausaineen valintaan vaikuttaa se, tehdäänkö hitsaus ennen lämpökäsittelyjä vai karkaisun ja mahdollisen päästön jälkeen. Kun hitsiaineelta ei sellaisenaan vaadita kulumiskekstävyyttä, voi booriteräksillä käyttää seostamattomia tai niukasti seostettuja pehmeitä lisäaineita (esimerkiksi OK 48.00, OK Autrod tai vastaavia). Pehmeillä lisäaineilla liitokset ovat vähemmän herkkiä säröjen synnylle ja vaativat vähemmän esikuumennusta. Hitsiaineen pinta saadaan karkaisussa yhtä kovaksi kuin lujilla lisäaineilla, mutta karkenemissyvyys jää pienemmäksi. Runsaammin seostettujen lisäaineiden käyttö tulee kysymykseen, kun hitsiaineelta vaaditaan hyvää karkenevuutta eikä päästöä karkaisun jälkeen suoriteta, tai kun hitsiaineelta vaaditaan suurta lujuutta (kovuutta) jo hitsatussa tilassa. Näiden ylilujien (overmatching) hitsausaineiden käyttö on mahdollista rajoittaa pintakerroksiin. Perusainetta selvästi pehmeämpiä (undermatching) hitsausaineita voi käyttää tietyin edellytyksin. Ne soveltuvat liitoksiin, joita kuormitetaan mitoitustasoa vähemmän. Lisäksi niitä voi käyttää päittäishitsien juuripaloissa ja yhden palon pienahitseissä. Lopulliseen hitsiaineeseen seostuu seosaineita perusaineesta ja hitsausaineista niiden sekoittuessa keskenään. Sekoittuminen vaikuttaa hitsiainetta lujittavasti. Undermatching-hitsausaineiden etu on, että hitsiaineen muovattavuus ja sitkeys paranevat verrattuna matching-hitsausaineisiin. Painelaitedirektiiviin PED 97/23/EC liittyvässä asiakirjassa Hyväksytyt soveltamisohjeet 7/12 Hitsauslisäaineet, on tarkemmin selvitetty hitsausaineiden hyväksyntää. Soveltamisohjeessa viitataan PEDin Liitteen I kohtaan 4, joka koskee painelaitteiden rakenneaineita. Siinä sanotaan, ettei hitsausaineiden tarvitse olla yhdenmukaistettujen standardien, rakenneaineiden eurooppalaisen hyväksynnän tai rakenneaineiden erityisarvioinnin mukaisia. Mutta PEDin mukaan hitsausaineiden pitää soveltua perusaineelle, hitsausprosessille ja valmistusolosuhteisiin. Kun hitsataan erilaisia teräksiä toisiinsa, esim. P265GH/16Mo3, 16Mo3/13CrMo4-5, pääperiaatteena on, että lisäaine valitaan vähemmän seostetun teräksen mukaan. Lisäaineen voi valita myös perusaineiden kemiallisten koostumusten puolivälistä tai seostetumman mukaan. Laivanrakennusterästen hitsausaineiden tulee olla luokitusseuran hyväksymiä. 2 Hitsaus. Yleistietoa

3 Säänkestävien terästen hitsauslisäaine on valittava siten, että hitsi saadaan säänkestäväksi. Säänkestävissä lisäaineissa yleisimmät seosaineet ovat nikkeli ja kupari. Seostamatonta lisäainetta voi käyttää, mikäli railomuoto (I-railo, pienahitsi) ja prosessin tunkeuma (jauhekaarihitsaus) ovat sellaiset, että hitsiaineeseen seostuu riittävästi perusainetta. Tällöin hitsiaineen säänkestävyys aikaansaadaan sulaneesta perusaineesta. Monipalkohitsauksessa on pintapaloissa syytä aina käyttää säänkestäviä lisäaineita. Terästen perusaineryhmittely hitsattavuuden perusteella Hitsaajien pätevyyskokeita (SFS-EN 287-1/A2:2006) ja hitsausliitosten menetelmäkokeita (SFS-EN ISO :2012) varten on metalliset materiaalit ryhmitelty hitsattavuuteen perustuen. Terästen osalta ryhmittely noudattaa sekä raporttia CEN ISO/TR 15608:fi että eurooppalaisia materiaaleja käsittelevää raporttia CEN ISO/TR 20172:2009(en). Taulukossa 1 on esitetty terästen perusaineryhmittely koskien pääasiassa Ruukin valmistamia teräksiä. Eurooppalaisen standardin EN 287-1:2006 mukainen perusaineen pätevyysalue on esitetty taulukossa 2. Kansainvälisen ISO-standardin EN ISO :2012 mukaiset teräsryhmien ja alaryhmien pätevyysalueet on esitetty taulukossa 3. Taulukko 1. Ruukin valmistamien terästen ryhmittely hitsaajan pätevyyskoetta (SFS-EN 287-1:2011) ja hitsausliitoksen menetelmäkoetta (SFS-EN ISO :2012) varten Ryhmä Teräslaji. CEN ISO/TR 15608:2013:fi ja CEN ISO/TR 20172: Teräkset, joiden ohjeellinen myötöraja R eh 460 MPa ja analyysipitoisuudet ovat (%): C 0,25, Si 0,60, Mn 1,80, Mo 0,70, S 0,045, P 0,045, Cu 0,40, Ni 0,5 %, Cr 0,3, Nb 0,06, V 0,1, Ti 0, Teräkset, joiden ohjeellinen myötöraja R eh 275 MPa - EN EN EN EN EN EN EN EN EN Ruukki Laser 250 C S235JR, S235J0, S235J2, S275JR, S275J0, S275J2 S275N, S275NL S275M, S275ML S260NC, P265NB P235GH, P265GH, 16Mo3 P275NH, P275NL1, P275NL2 P235S, P265S, P275SL A-luokan laivanrakennusteräkset P245NB L210GA, L235GA, L245GA 1.2 Teräkset, joiden ohjeellinen myötöraja 275 MPa < R eh 360 MPa - EN EN EN EN EN EN EN EN EN API - EN EN Multisteel, Multisteel N Ruukki Laser 355 MC S355JR, S355J0, S355J2, S355K2 S355N, S355NL S355M, S355ML S315MC, S355MC S315NC, S355NC P295GH, P355GH P355N, P355NH, P355NL1, P355NL2 P355M, P355ML1, P355ML2 S355G3N, S355G9N, S355G9M, S355G10N, S355G10M. Teräslajien S355G9N, S355G9M, S355G10N ja S355G10M nikkelipitoisuus (Ni) on EN mukaan 0,70 % 32- ja 36-lujuusluokan laivanrakennusteräkset 2W GR 50, 2H GR 50 P355Q, -QH. -QL1, -QL2 P310NB, P355NB 1.3 Normalisoidut hienoraeteräkset, joiden ohjeellinen myötöraja R eh > 360 MPa - EN EN EN EN S420N, S420NL, S460N, S460NL P460NH, P460NL1, P460NL2 40-lujuusluokan laivanrakennusteräkset S420NC L415NB 1.4 Säänkestävät teräkset, joiden analyysipitoisuudet saattavat ylittää annetut pitoisuudet ryhmän 1 seosaineille - EN Cor-Ten B, Cor-Ten B-D S235J0W, S235J2W, S355J0W, S355J2W, S355K2W 3 Hitsaus. Yleistietoa

4 Ryhmä Teräslaji. CEN ISO/TR 15608:2005:fi ja CEN ISO/TR 20172: Termomekaanisesti valssatut hienoraeteräkset, joiden ohjeellinen myötöraja R eh > 360 MPa 2.1 Termomekaanisesti valssatut hienoraeteräkset, joiden ohjeellinen myötöraja 360 MPa < R eh 460 MPa - EN EN EN EN EN API - EN Ruukki Laser 420 MC S460M, S460ML S420MC, S460MC S420NC P420M, P420ML1, P420ML2, P460M, P460ML1, P460ML2 S420G1M, S420G2M, S460G1M, S460G2M 420 (43)-, 460 (47)-lujuusluokan laivanrakennusteräkset 2W GR 60 L415MB, S450MB 2.2 Termomekaanisesti valssatut hienoraeteräkset, joiden ohjeellinen myötöraja R eh > 460 MPa - EN EN Optim 500/550/600/650/700 MC, Optim 700 MC Plus, Optim 500 ML, Optim 550 W, Optim 900 QC, Optim 960 QC, Optim 960 W S500MC, S550MC, S600MC, S650MC, S700MC, S900MC, S960MC 500-lujuusluokan laivanrakennusteräkset L485MB, L555MB 3 Nuorrutusteräkset, joiden ohjeellinen myötöraja R eh 360 MPa 3.1 Nuorrutusteräkset, joiden ohjeellinen myötöraja 360 MPa < R eh 690 MPa - EN EN : A1:2009 Optim 700 QL P460Q, P460QH, P460QL1, P460QL2, P500Q, P500QH, P500QL1, P500QL2, P690Q, P500QH, P500QL1, P500QL2 S460Q, S460QL, S460QL1, S500Q, S500QL, S500QL1, S550Q, S550QL, S550QL1, S620Q, S620QL, S620QL1, S690Q, S690QL1, S690QL2 3.2 Nuorrutusteräkset, joiden ohjeellinen myötöraja R eh > 690 MPa - EN : A1:2009 Raex 400, Raex 450, Raex 500. Terästen toimitustila on karkaistu. B 13S, B 24 ja B 27. Toimitustila on kuumavalssattu. S890Q, S890QL, S890QL1, S960Q, S960QL Taulukko 2. Perusaineen pätevyysalue. Hitsaajan pätevyyskoe SFS-EN 287-1/A2:2006 Koekappaleen perusaine(ala)ryhmä 1) Pätevyysalue 1.1, 1.2, , 1.2, 1.4 X 1.3 X X X X 2 X X X X 3 X X X X 1) Perusaineryhmä raportin CR ISO mukaan. X perusaineryhmät, joille hitsaaja on pätevöitetty. perusaineryhmät, joille hitsaaja ei ole pätevöitetty. Taulukko 3. Teräsryhmien ja alaryhmien pätevyysalueet. Menetelmäkoe SFS-EN ISO :2012 Koekappaleen perusaine(ala)ryhmä 1) Pätevyysalue a a 2, 1 1, 2 a a 3, 1 1, 2 1, 2 2, 3 a 1, 3 a 2 1) Perusaineryhmä raportin CR ISO mukaan. a Kattaa ryhmän teräkset, joilla on sama tai alempi ohjeellinen myötölujuus. 4 Hitsaus. Yleistietoa

5 Työlämpötilan korottaminen Työlämpötilaa korotetaan joko esikuumennuksella ja/tai sopivalla hitsausjärjestyksellä. Työlämpötilan korottamisella estetään hitsausliitosten kylmähalkeilua. Teräslajin S235JR ja tavallisen A-luokan laivanrakennusteräksen hitsauksessa ei tarvitse käyttää korotettua työlämpötilaa alle mm:n levynpaksuuksilla. Painelaiteteräksellä P265GH korotustarve alkaa hieman pienemmistä paksuuksista. Säänkestävien Cor-Ten -terästen esikuumennustarve on suurilla levynpaksuuksilla jonkin verran tavanomaisten rakenneterästen esikuumennustarvetta suurempi. Molybdeeni- ja kromimolybdeeniseosteiset kuumalujat teräkset hitsataan teräslajista riippuen yleensä esikuumennettuina. Hitsauksen jälkeen teräkset on yleensä hehkutettava. Nauhatuotteina valmistettavilla Optim-teräksillä ei konepajaolosuhteissa tarvita korotettua työlämpötilaa. Ennen hitsausta on kuitenkin syytä varmistaa, että hitsattavat railopinnat ovat kuivat ja puhtaat. Hitsausaineiden säilytyksessä ja kuivauksessa on noudatettava hitsausainevalmistajien ohjeita. Lujia teräksiä hitsattaessa on otettava huomioon, että lisäaine saattaa olla selvästi seostetumpaa ja karkenevampaa kuin perusaine. Täten esimerkiksi lujimmilla termomekaanisesti valssatuilla teräksillä, kuten Optim 500 ML, S460M ja S460ML, hitsiaine voi olla määräävä tekijä työlämpötilaa arvioitaessa. Karkaistuista kulutusteräksistä valmistettujen hitsattavien osien termiset leikkaukset voivat vaatia esikuumennusta. Ohjeiden mukainen esikuumennus estää termisesti leikattujen reunojen halkeilun. Kun tiedetään hitsattavien terästen hiiliekvivalenttien arvot ja liitoksen yhdistetty levynpaksuus, niin voidaan arvioida työlämpötilan korottamistarvetta ja esikuumennusta annettujen työlämpötilasuositusten perusteella. Esikuumennustarve määritetään standardin EN yleisohjeiden mukaisesti. Erityisen tärkeä esikuumennus on hitsattaessa pienellä lämmöntuonnilla, kuten silloitushitsauksessa. Aina ennen hitsauksen aloittamista on railon pinnalta poistettava kosteus sekä muut vetypitoisuutta mahdollisesti lisäävät aineet kuten rasva, öljy ja muu lika. Teräslajien hiiliekvivalentit Hiiliekvivalentti perustuu teräksen kemialliseen koostumukseen, ja sen avulla arvioidaan karkenevuutta ja kylmähalkeilualttiutta hitsauksessa. Hiiliekvivalentin laskemiskaavoja ja tunnuksia on monia. Yleisin hiiliekvivalenttikaava on IIW:n (International Institute of Welding) julkistama CEV: CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 Teräs on kylmähalkeilualttiuden kannalta hyvin hitsattavaa, kun CEV-arvo on alle 0,41. CEV-arvo 0,41 0,45 takaa hyvän hitsattavuuden, kun käytetään kuivia, vähävetyisiä hitsausaineita. Taulukossa 4 on esitetty Ruukin rakenneterästen CEV-arvoja. Yleisesti käytettyjä hiiliekvivalenttikaavoja ovat myös: P cm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B CET = C + Mn/10 + Mo/10 + Cr/20 + Cu/20 + Ni/40 5 Hitsaus. Yleistietoa

6 Taulukko 4. Terästen hiiliekvivalenttiarvot, CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 Hiiliekvivalentti CEV Keskimäärin Enintään Levyn paksuus mm Levyn paksuus mm >20 40 > >16 40 >20 40 > > Levy- ja nauhatuotteet EN S235JR, S235J2 0,35 0,38 EN S355J2, S355K2 0,47 0,47 EN S355N, S355 NL 0,43 0,45 EN S420N, S420NL 0,48 0,50 Nauhatuotteet Multisteel 0,40 0,43 Ruukki Laser 250 C 0,24 Ruukki Laser 355 MC 0,24 Ruukki Laser 420 MC 0,28 Optim 500 MC 0,32 0,36 Optim 550 MC 0,33 0,38 Optim 600 MC 0,40 0,41 1) Optim 650 MC 0,35 0,41 Optim 700 MC 0,37 0,41 Optim 900 QC 0,52 0,56 Optim 960 QC 0,52 0,56 Optim 1100 QC 0,50 0,55 Optim 550 W 0,28 0,32 Optim 960 W 0,51 0,58 Levytuotteet Ruukki Laser 250 C 0,30 Ruukki Laser 355 MC 0,34 Ruukki Laser 420 MC 0,38 Multisteel 0,39 0,41 0,43 0,41 0,43 0,45 Multisteel N 0,39 0,41 0,43 0,41 0,43 0,45 EN S355 ML 0,39 0,39 EN S420 ML 0,43 0,45 EN S460 ML 0,45 0,46 Optim 500 ML 0,41 0,43 Optim 700 QL Keskimäärin 0,40 (6-12mm); 0,50 (12)-35mm; 0,56 (35)-40mm ja 0,58 (40)-60mm. 1) Paksuusalueella 2,2 4,6 mm CEV 0,45. Karkaistujen kulutusterästen tyypillinen CEV-alue on: Raex 400: 0,42 0,56, Raex 450: 0,47 0,57 ja Raex 500: 0,54 0,57. Karkaistavien booriterästen tyypilliset CEV-arvot ovat koko paksuusalueella: B 13S ja B 24: 0,51 sekä B 27: 0,54. Hit sausener gia ja jäähtymisaika t 8/5 Hitsausliitoksen ominaisuudet riippuvat liitoksen jäähtymisnopeudesta. Sen suuruuteen vaikuttavat lämmöntuonti (hitsausenergia), levynpaksuus, liitosmuoto ja työlämpötila. Hitsiaineen ja muutosvyöhykkeen ominaisuuksien kannalta merkittävimmät mikrorakennemuutokset liitoksen jäähtyessä tapahtuvat lämpötilavälillä C ja jäähtymisnopeutta kuvaavana suureena käytetäänkin yleensä jäähtymisaikaa t 8/5, joka tarkoittaa tämän lämpötila-alueen ohittamiseen kulunutta aikaa. Kuvassa 1 on esitetty kaaviollisesti jäähtymisajan vaikutus liitoksen muutosvyöhykkeen kovuuteen ja iskusitkeyden transitiolämpötilaan seostamattomien ja niukkaseosteisten terästen hitsauksessa. Kun jäähtymisaika on hyvin lyhyt eli liitos jääh tyy no peas ti (esim. pie ni hit sausener gia, suu ri le vyn pak suus, alhainen työlämpötila), maksimikovuus liitoksen muutosvyöhykkeellä nou see voi mak kaas ta karkenemisesta johtuen suureksi. Sen si jaan lii tok sen is ku sit keysomi nai suu det ovat hy vät (matala transitiolämpötila). Vastaavasti, jos jäähtymisaika on hyvin pitkä, kovuus jää matalaksi. Transitiolämpötila kuitenkin nousee eli iskusitkeysominaisuudet heikkenevät. Liitoksen optimaalisten ominaisuuksien kannalta jäähtymisajan tulisi osua alueelle II. 6 Hitsaus. Yleistietoa

7 Kuva 1. Jäähtymisaika t 8/5 ja sen vaikutus hitsausliitoksen muutosvyöhykkeen kovuuteen ja iskusitkeyden transitiolämpötilaan Kovuus Lämpötila C ΔT t 8/5 Transitiolämpötila Kovuus T tr I II III t 800 t 500 Aika s Jäähtymisaika t 8/5 Hitsausenergia (E) eli kaarihitsauksessa käytetty energia pituusyksikköä kohti (= kaarienergia) lasketaan kaavasta: E = 60 U I 1000 v jossa E = hitsausenergia (kj/mm) U = kaarijännite (V) I = hitsausvirta (A) v = hitsausnopeus (mm/min). Huom. Lämmöntuonnilla (Q) tarkoitetaan kaarihitsauksessa hitsiin siirtynyttä lämpömäärää pituusyksikköä kohti. Lämmöntuonti on hitsausenergiaa pienempi hitsausprosessin termisestä hyötysuhteesta k riippuen (taulukko 5): Q = k E Hitsattavan kappaleen lämpötila hitsauksen alussa eli työlämpötila vaikuttaa merkittävästi liitoksen jäähtymisnopeuteen. Mitä korkeampi työlämpötila on, sitä hitaammin hitsausliitos jäähtyy ja sitä pitempi on jäähtymisaika t 8/5. Työlämpötilaa voidaan korottaa esikuumentamalla hitsattava kohta tai käyttämällä sopivaa hitsausjärjestystä palkojen välisen lämpötilan (so. liitoksen lämpötila aloitettaessa seuraavan palon hitsausta) nostamiseksi. Jäähtymisaika t 8/5 voidaan ennen hitsausta määrittää laskennallisesti seuraavasti: Kak si di men sio naa li ses sa lämmönjohtumisessa (ohuet levyt) jäähtymisaika lasketaan kaavalla: T 8/5 = (4300-4,3 T 0 ) 10 5 k2 E F d T T 0 jos sa t 8/5 = jääh ty mi sai ka välillä C (s) T0 = työlämpötila ( C) k = hitsausprosessin terminen hyötysuhde (taulukko 5) E = hitsausenergia (kj/mm) d = työkappaleen aineenpaksuus (mm) F2 = liitosmuotokerroin kaksidimensionaalisessa lämmönjohtumisessa (taulukko 5). Kolmidimensionaalisessa lämmönjohtumisessa (paksut levyt) jäähtymisaika lasketaan kaavalla: 1 1 T 8/5 = ( T 0 ) k E - F T T 0 jos sa F3 = liitosmuotokerroin kolmidimensionaalisessa lämmönjohtumisessa (taulukko 5). Se työkappaleen aineenpaksuus, jossa tapahtuu siirtyminen kaksidimensionaalisesta lämmönjohtumisesta kolmidimensionaaliseen, voidaan laskea laittamalla edellä olevat t 8/5 :n las kentayh tä löt yhtäsuuriksi ja ratkaisemalla se aineenpaksuuden suhteen. Yksinkertaisempaa on kuitenkin laskea jäähtymisajat t 8/5 kummastakin kaavasta. Se kaavoista, joka an taa suu rem man t 8/5 -arvon, on oi kea ko. tapauksessa. 7 Hitsaus. Yleistietoa

8 Taulukko 5. Ekvivalentin lämmöntuonnin Q eq määrittäminen hitsausenergian E, hitsausprosessin termisen hyötysuhteen k sekä liitosmuotokertoimien F 2 ja F 3 avulla 1. Mitattu (laskettu) hitsausenergia E = U I/v kj/mm 2. Hitsausprosessin termisen hyötysuhteen k vaikutus Prosessi Jauhekaari Puikko MIG / MAG Täytelankahitsaus TIG k 1 0,8 0,8 0,8 0,6 3. Liitosmuodon vaikutus Liitosmuotokerroin F Liitosmuoto F 2 kaksiulotteinen lämmönjohtuminen Päällehitsattu palko 1 1 F 3 kolmiulotteinen lämmönjohtuminen Välipalot päittäisliitoksessa 0,9 0,9 Yksipalkopienahitsi nurkkaliitoksessa 0,9 0,67 0,67 Yksipalkopienahitsi T-liitoksessa 0,45 0,67 0,67 4. Ekvivalentti lämmöntuonti, Q eg = F Q = F k E Vaativien terästuotteiden hitsauksessa on perusteltua tietää kyseisten terästen t 8/5 -arvot. Hitsaaville asiakkaillemme on taulukoihin 6, 7, 8 ja 9 koottu Ruukin teräksille suositellut t 8/5 -arvot. Taulukko 6. Ruukki Optim teräkset, kaarihitsaus Teräslaji, tuotemuoto Jäähtymisaika, t 8/5 max (s) Optim, nauhalevyt Optim 500 MC 20 Optim 550 MC 20 Optim 600 MC 20*) Optim 650 MC 20*) Optim 700 MC 20*) Optim 700 MC Plus 20*) Optim 900 QC 15**) Optim 960 QC 15**) Optim 1100 QC 10**) Optim 550 W 20 Optim 960 W 15**) *) Tasalujat hitsit t 8/5 10 sekuntia. **) Tasalujat hitsit t 8/5 4 sekuntia. Optim nauhalevyille ei ilmoiteta t 8/5 min arvoja. Teräslaji, tuotemuoto Jäähtymisaika t 8/5 min (s) Optim, levyt Optim 500 ML 5 25 Optim 700 QL 5 20 t 8/5 max (s) 8 Hitsaus. Yleistietoa

9 Taulukko 7. Ruukki Laser teräkset, kaarihitsaus Teräslaji, tuotemuoto Jäähtymisaika, t 8/5 max (s) Ruukki Laser, nauhalevyt Ruukki Laser 250 C 30 Ruukki Laser 355 MC 30 Ruukki Laser 420 MC 25 Ruukki Laser, levyt Ruukki Laser 250 C 30 Ruukki Laser 355 MC 30 Ruukki Laser 420 MC 25 Laser nauhalevyille ei ilmoiteta t 8/5 min arvoja. Taulukko 8. Ruukki Raex ja Ruukki Ramor teräkset, kaarihitsaus Teräslaji, tuotemuoto Jäähtymisaika t 8/5 min t 8/5 max Raex, nauhalevyt Raex Raex Raex Raex Raex, levyt Raex Raex Raex Ramor, nauhalevyt Ramor Ramor Ramor, levyt Ramor Ramor Taulukko 9. Ruukki kuumavalssatut teräkset, kaarihitsaus Teräslaji, tuotemuoto Jäähtymisaika t8/5 mint 8/5 max Multisteel, nauhalevyt Multisteel 5 30 Multisteel ja Multisteel N, levyt Multisteel 5 30 Multisteel N 5 30 Cor-Ten A, nauhalevyt 5 25 Cor-Ten A, levyt 5 25 Cor-Ten B, nauhalevyt 5 25 Cor-Ten B, levyt 5 25 Työlämpötilasuosituksia Kuvassa 2 on esitetty yhdistetyn levynpaksuuden määrittäminen. Kuva 2. Yhdistetty levynpaksuus 75 mm t 1 = keskimääräinen paksuus 75 mm matkalla Yhdistetty levyn paksuus t = t 1 + t 2 Molemmat puolet hitsataan samanaikaisesti Yhdistetty levyn paksuus t = ½ (t 1 + t 2 + t 3 ) Yhdistetty levyn paksuus t = t 1 + t 2 + t 3 9 Hitsaus. Yleistietoa

10 Taulukossa 10 on esitetty kuumalujien terästen työlämpötilasuosituksia. Taulukoissa 11 ja 12 on esitetty työlämpötilasuosituksia liitettävien terästen CEV-hiiliekvivalenttiarvojen ja liitoksen yhdistetyn levynpaksuuden perusteella. Taulukko 10. Kuumalujien terästen työlämpötilasuosituksia /EN / 16Mo3 13CrMo4-5 <15 >15 10CrMo CrMo9-10 Levyn paksuus mm >30 <15 >15 Esikuumennus ja palkojen välinen lämpötila, vähintään C Hitsin vetypitoisuus HD HD 5 HD >5 10 HD > Palkojen välinen lämpötila, enintään C Taulukko 11. Työlämpötilasuosituksia. Perusteina terästen CEV-hiiliekvivalenttiarvot, liitoksen yhdistetty levynpaksuus ja hitsausenergian vähimmäisarvos CEV Kohta 1 1) CEV Työlämpötila C. Hitsausenergia E 1,0 kj/mm EN Kohta 2 2) Yhdistetty levynpaksuus mm ,44 0, ,45 0, ,46 0, ,47 0, ,48 0, ,49 0, ,50 0, ,51 0, , ,53 0, CEV Työlämpötila C. Hitsausenergia E 1,0 kj/mm EN Kohta 3 3) Yhdistetty levynpaksuus mm , , , , , , , , , ) Kohta 1 MIG/MAG-umpilanka, emäsjauhe- ja metallitäytelanka, hitsin vetypitoisuus HD 5 ml/100 g (ISO 3690). 2) Kohta 2 Emäksinen puikko ja rutiilijauhetäytelanka, hitsin vetypitoisuus 5 ml/100 g < HD 10 ml/100 g (ISO 3690). 3) Kohta 3 Jauhekaarihitsaus, hitsin vetypitoisuus 5 ml/100 g < HD 10 ml/100 g (ISO 3690). 10 Hitsaus. Yleistietoa

11 Taulukko 12. Työlämpötilasuosituksia. Perusteina terästen CEV-hiiliekvivalenttiarvot, liitoksen yhdistetty levynpaksuus ja hitsausenergian vähimmäisarvo CEV Kohta 1 1) CEV Työlämpötila C. Hitsausenergia E 2,0 kj/mm EN Kohta 2 2) Yhdistetty levynpaksuus mm ,49 0, ,50 0, ,51 0, , ,53 0, ,54 0, ,55 0, ,56 0, ,58 0, ,59 0, CEV Työlämpötila C. Hitsausenergia E 2,0 kj/mm EN Kohta 3 3) Yhdistetty levynpaksuus mm , , , , , , , , , , ) Kohta 1 MIG/MAG-umpilanka, emäsjauhe- ja metallitäytelanka, hitsin vetypitoisuus HD 5 ml/100 g (ISO 3690). 2) Kohta 2 Emäksinen puikko ja rutiilijauhetäytelanka, hitsin vetypitoisuus 5 ml/100 g < HD 10 ml/100 g (ISO 3690). 3) Kohta 3 Jauhekaarihitsaus, hitsin vetypitoisuus 5 ml/100 g < HD 10 ml/100 g (ISO 3690). Kuumilla oikominen Kuumilla oikomalla voi teräskappaletta muotoilla tavoitteen mukaiseksi. Kuumilla oikomista käytetään myös jo työstetyn teräskappaleen alkuperäisen muodon palauttamiseen, kun teräskappale poikkeaa tavoitteen mukaisesta muodosta konepajakäsittelyjen jäljiltä. Kuumilla oikomisessa kuumennus on joko pinnallinen tai se tunkeutuu pintaa syvemmälle, syvimmillään koko paksuusalueelle. Kuumennussyvyys on valittava aiotun oikenemisvaikutuksen voimakkuuden perusteella. Oikaisuliekin on oltava terävä, paikallinen ja lyhytkestoinen. Oikaisuteho lisääntyy liekin terävyyden ohella sen tarkalla kohdistamisella. Tarpeettoman kuuman liekin käyttöä on varottava. Teräksen pinta ylikuumenee ja tyssäytyy, eikä oikaisuteho parane. Liian kuuma oikaisu saattaa vaikuttaa teräksen ominaisuuksiin heikentävästi. Eurooppalaiset rakenneteräkset määritellään standardissa EN / osat 2, 3, 4, 5 ja 6. Lujat kylmämuovattavat teräkset esitellään standardissa EN / osat 2 ja 3. Kaikkia näitä standarditeräksiä voi tietyin edellytyksin oikoa kuumilla. Kuumilla oikomisen huippulämpötilan on pysyttävä taulukon 13 esittämien enimmäislämpötilo jen mukaisena. Tällä varmistetaan teräkseltä vaadittujen ominaisuuksien saavuttaminen myös kuumilla oikaisun jälkeen. Oikomista voi tehostaa rajoittamalla kuumennuksen aiheuttamaa lämpölaajenemista esimerkiksi hydraulisilla tai mekaanisilla puristimilla. Normalisoituja teräksiä voi yleensä kuumilla oikoa korkeammissa lämpötiloissa kuin erikoislujia, termomekaanisesti valssattuja tai nuorrutettuja teräksiä. Perinteiset kuumavalssatut (so. valssaustilaiset) teräkset käyttäytyvät kuumilla oikomisessa normalisoitujen ja normalisointivalssattujen terästen tavoin. 11 Hitsaus. Yleistietoa

12 Taulukko 13. Kuumilla oikominen. Kuumavalssatut teräkset, suositellut enimmäislämpötilat toimitustiloittain. Lähde CEN/TR 10347:2006 (E) Teräksen toimitustila Normalisoitu, normalisointivalssattu Termomekaanisesti valssattu lujuusluokkaan S460 saakka Termomekaanisesti valsssattu S500 S700 Toimitustilan tunnus N N Kuumilla oikomiseen suositellut enimmäislämpötilat Lyhytkestoinen, pinnallinen kuumennus Lyhytkestoinen, koko paksuusalueen kuumennus 900 C 700 C 650 C M 900 C 700 C 650 C M 900 C 600 C 550 C Pitempikestoinen, koko paksuusalueen kuumennus Nuorrutettu QT Nuorrutusteräksen valmistuksessa käytetty päästölämpötila alennettuna 20 C:lla. Enimmäislämpötila yleensä 550 C. Hitsien tarkastukset Hitsauksen jälkeen tarvittavia tarkastuksia pitää arvioida jo hitsaussuunnitelmaa tehtäessä. Tarkastusten laajuus riippuu eri toimialojen määräyksistä, suunnittelijan vaatimuksista, konepajan laatuvaatimuksista tai asiakkaan vaatimuksista. Tehdyistä tarkastuksista laaditaan pöytäkirjat, jotka tarvittaessa liitetään asiakkaalle toimitettaviin asiapapereihin. Hitsausliitoksen kylmä- eli vetyhalkeilua kutsutaan englanninkielisessä kirjallisuudessa usein nimikkeellä delayed cracking eli viivästynyt halkeilu. Koska vetyhalkeamia voi syntyä vasta hitsauksen jälkeen, yleensä vaaditaan, että NDT-lopputarkastuksen voi tehdä vasta tunnin kuluttua hitsauksen päättymisestä. Lopputarkastuksen vähimmäisaikarajaan vaikuttavat etenkin teräksen lujuusluokka ja levypaksuus /EN A1:2012/. Aikaraja on lyhyempi esimerkiksi, kun hitsataan ohuita levyjä ja kun teräksen myötölujuus on 460 MPa. Aikaraja pitää mainita tarkastuspöytäkirjoissa. Tällaista aikarajaa ennen lopputarkastusta ei tarvita hitseille, joille on tehty vedynpoistohehkutus tai jännityksenpoistohehkutus. Jälki- ja lämpökäsittelyt Hitsien väsymiskestävyyttä voidaan parantaa erilaisilla jälkikäsittelyillä. Jälkikäsittelyt on määriteltävä hitsaussuunnitelmassa. Tyypillisiä jälkikäsittelyjä ovat hitsien ja perusaineen välisen rajaviivan hionta tai rajaviivan uudelleen sulattaminen TIG-käsittelyllä. Esimerkki TIG-käsittelyn suoritusarvoista: virta 200 A elektrodi Ø 3,2 mm suojakaasu Argon, 20 l/minuutti kuljetusnopeus 300 mm/minuutti. Kuumavalssattujen terästen hitsauksen jälkeisistä lämpökäsittelyistä tärkeimmät ovat jännitystenpoistohehkutus eli myöstö sekä normalisointi. Lämpökäsittely voidaan tehdä joko kokonaiselle rakenteelle tai vain hitsausliitokselle. Lämpökäsittelyjen tarkoituksena on: Lisätä rakenteen väsymiskestävyyttä vähentämällä jäännösjännityksiä. Poistaa suuret jäännösjännitykset käytössä tapahtuvan repeilyn estämiseksi tai haurasmurtuma-alttiuden pienentämiseksi. Lisätä rakenteen jännityskorroosionkestävyyttä. Myöstö tehdään lämpötilassa C. Sopiva pitoaika minuutteina on 2 x t, missä t = teräsrakenteen suurin levypaksuus millimetreinä. Alle 15 mm paksujen levyjen lyhin sallittu pitoaika on 30 minuuttia. Suositeltava kuumennusnopeus ( C/h) huoneenlämpötilasta myöstölämpötilaan riippuu suurimmasta levypaksuudesta. Kuumennusnopeus lasketaan kaavalla ( )/t. Kuumennusnopeus ei kuitenkaan pienilläkään levypaksuuksilla saa ylittää arvoa 200 C/h. Myöstetyn teräksen jäähtymisnopeus ( C/h) ei puolestaan saa ylittää laskennallista arvoa 6875/t. Laskennallisesta arvosta riippumatta on suurin sallittu jäähtymisnopeus 275 C/h, mikä vastaa 25 mm paksun levyn laskenta-arvoa. 12 Hitsaus. Yleistietoa

13 Esimerkiksi: Kun aineenpaksuus on 20 mm, suositeltava pitoaika on 40 min, kuumennusnopeus C/h ja suurin jäähtymisnopeus 275 C/h. Kun aineenpaksuus on 40 mm, suositeltava pitoaika on 80 min, kuumennusnopeus C/h ja suurin jäähtymisnopeus 172 C/h. Myöstössä hitsatun teräsrakenteen jännitystila alenee käytön kannalta turvallisen matalaksi. Jännitystilan alenemisen ohella myöstö pienentää hitsausliitoksen kovuutta sekä parantaa iskusitkeyttä ja muodonmuutoskykyä. Normalisoidun, normalisointivalssatun ja kuumavalssatun teräksen lujuus on lämpökäsittelyissä pysyvintä, sillä koko lujuus on aikaan saatu seostuksella. Termomekaanisesti valssatun teräksen peruslujuus syntyy seostuksesta; lisälujuus saadaan valssaustekniikalla ja valssauksen jälkeisellä jäähdytyksellä. Seostuksen osuus termomekaanisen teräksen lujittamisessa pienenee teräksen lujuusluokan kasvaessa. Nuorrutusteräksen valmistusprosessiin kuuluvat valssauksen jälkeinen hehkutus austenitointilämpötilassa, sitä seuraava sammutus (Q = Quenching) ja lopuksi päästö (T = Tempering). Päästössä nuorrutusteräs hehkutetaan riittävän sitkeyden saavuttamiseksi ns. päästölämpötilassa, joka on austenitointilämpötilaa alempi. Normalisointilämpötila on C. Pitoaika on 1 min/levynpaksuuden mm, kuitenkin vähintään 20 min sekä jäähtyminen vapaasti ilmassa. Normalisoinnilla voi saavuttaa samat edulliset vaikutukset kuin myöstöllä. Lisäksi normalisoinnilla voi pienentää hitsauksessa ja kuumamuokkauksessa suurentuneen raekoon, jolloin saavutetaan toimitustilan ominaisuudet (poislukien termomekaaniset teräkset). Normalisoinnilla voi palauttaa kylmämuokkautumisen ja myötövanhenemisen aiheuttaman teräksen iskusitkeyden heikkenemisen. Tyypillinen normalisointia vaativa rakenne on painelaite, jonka valmistuksessa terästä on kylmämuokattu yli 5 %. Karkaistujen kulutusterästen hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (PWHT) ei ole suositeltavaa. Pitempiaikainen lämpötilan nousu yli 220 C laskee kulutusteräkseltä vaadittua kovuutta. Hitsattujen rakenteiden lämpökäsittelyissä on otettava huomioon seuraavaa: Lujuus, iskusitkeys ja kovuus saattavat heikentyä korotetuissa lämpötiloissa. Myös hitsiaineen lujuus voi alentua normalisoinnissa hitsatun tilan vastaavasta arvosta. Siksi valittaessa lisäainetta normalisoitaviin rakenteisiin tulee varmistua siitä, että hitsiaineen lujuus täyttää myös normalisoinnin jälkeen asetetun vaatimuksen. Kun hitsiainetta kylmämuokataan voimakkaasti ennen lämpökäsittelyä, saattavat hitsiaineen lujuus ja iskusitkeys alittaa vaatimukset myöstön ja normalisoinnin jälkeen. Suositeltavinta on tehdä menetelmäkoe, jolla varmistutaan etukäteen haluttujen ominaisuuksien saavuttamisesta lämpökäsitellyssä rakenteessa. 13 Hitsaus. Yleistietoa

14 Ruukki toimittaa asiakkailleen energiatehokkaita teräsratkaisuja: paremmin rakennettuja ympäristöjä asumiseen, työhön ja liikkumiseen. MFI.005FI/ /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, Suolakivenkatu 1, Helsinki, , Copyright 2014 Rautaruukki Oyj. Kaikki oikeudet pidätetään. Ruukki, Rautaruukki, Living. Working. Moving. ja Ruukin tuotenimet ovat Rautaruukki Oyj:n tavaramerkkejä tai rekisteröityjä tavaramerkkejä. Cor-Ten on USX Corporationin rekisteröity tavaramerkki.