Examensarbete inom pulverbågsvetning
Påverkan på mekaniska egenskaper vid svetsning med olika vågformer
Eric Thunander
Metall och verkstadsindustri, högskoleexamen
2019
Luleå tekniska universitet
0
Examensarbete inom pulverbågsvetsning
Påverkan på mekaniska egenskaper vid svetsning med
olika vågformer
Av Eric Thunander
1
Förord
Detta examensarbete är det sista arbetet för mig inom materialteknik, inriktning metallurgi på Bergsskolan Filipstad.
Jag skulle vilja börja tacka ”Företaget” för möjligheten att göra detta Ex-jobb samt alla mina handledare på ”Företaget”, Ulf Andrén, Tomas Johansson, Stefan ”Zlatan ”Liljebrand och Hannes Raudsepp för all kunskap och erfarenheter som de delat med sig av. Jag vill även tacka Karl Johansson på labbet i Göteborg som såg till att jag fick resultaten i tid trots alla förseningar.
Sedan skulle jag vilja tacka alla mina lärare och kurskamrater för en jätterolig tid under dessa tre år. Sist och inte minst vill jag tacka mina föräldrar för alla matlådor och rättstavning som jag har fått hjälp med under dessa 10 veckor.
2
Sammanfattning
Vid pulverbågssvetsning med växelströms inställning kan man ändra växelströmmens våg så att den är på den negativa strömsidan större delen av tiden. Det man inte vet när vågformen ändras är vilken påverkan det har på materialets mekaniska egenskaper.
Påverkan på materialets mekaniska egenskaper testades genom att ett prov svetsades som referens med likström och tre prov svetsades med växelström med olika vågformer. Testerna som tas på de svetsade provbitarna är slag- och dragprov samt hårdhetsprovning och frametsnig av macroprov för verifiering av svetsfogen. Tre serier med fem slagprov samt två dragprov tas ut och testas på varje bit.
3
Abstract
During submerge arc welding with alternating current, you can change the wavelength of the alternating current so it’s on the minus side most of the time. What we don’t know is what will happen to the mechanical properties in the material when changing the wave form.
4 test plates were welded, one with direct current as reference and three with alternating current but with different wave forms. The impact on the mechanical properties is tested by tensile test, impact test, hardness test and etching to make marcro test of the veld area. Three series were made with 5 impact test and two tensile tests on each test plate.
4
Innehållsförteckning
Förord ... 1 Sammanfattning ... 2 Abstract ... 3 Beteckningar/teckenförklaring ... 6 Inledning ... 7 Bakgrund ... 7 Problemställning... 7 Syfte/mål ... 7 Avgränsningar ... 7 Teori... 8 Svetsning i allmänhet ... 8 Svetsparametrar ... 8 Strömmens Polaritet ... 9 SAW svetsning ... 9Offset och balans ... 10
Trådelektrodens tjocklek ... 11 Trådelektrodens utstick ... 12 Pulver/Flux... 12 Dragprov ... 12 Slagprov ... 13 Hårdhetsprovning ... 13 Metod ... 15 Metodbeskrivning ... 15 Experimentell uppställning ... 15 Arbetsgång ... 17 Resultat ... 20 Result ... 23
Diskussion och slutsatser ... 26
Diskussion ... 26
Discussion and conclusions ... 27
Discussion ... 27
Slutsatser ... 28
Conclusions ... 29
Framtida forskning ... 30
6
Beteckningar/teckenförklaring
A: Ampere, ström AC: Växelström CET: Kolekvivalent d: plåtens tjocklek DC: LikströmHAZ: Heat-affected zon, Värmepåverkad zon HD: Väte halten ml/100g
HI: Heat input, värmetillförsel, (kj/mm) ((V*A*60) / (TS*10^3))
Insvetstal: Den mängd metall som per tidsenhet som tillförs arbetsstycket under den tid som svetsningen pågår
N: Newton m*g
K-fog: en fog med en rak sida och en vinklad SAW: Submerged arc welding, Pulverbågsvetsning Tp: Förvärmningstemperatur
TS: Travel speed, Svetshastighet (cm/min) V: Volt, spänning
7
Inledning
Bakgrund
Vid svetsning med inverterbaserade strömkällor kan vågformen i AC svetsning ställas in så att vågformen signifikant ändras. Olika vågformer kan ställas in även om den totala energin i processen är densamma.
Problemställning
Då de kan undersöka hur förändringar i svetsgodset och HAZ (värmepåverkade zonen) påverkas med olika vågformer. Undersöka hur de mekaniska egenskaperna förändras/påverkas med olika
vågformer och om dessa förändringar kan anses som signifikanta gentemot de krav som svetsförbandet måsta ha.
Syfte/mål
Syftet med arbetet är att visa att man kan öka egenskaperna på en SAW (pulverbågsvetsning) genom att ändra offset och balans vid växelström AC utan att tappa signifikanta mekaniska egenskaper.
Avgränsningar
Avgränsningen på uppgiften är att bara fyra olika inställningar på SAW testats i mitt försök, en likströms DC svets, en Växelströms AC svets, en växelströms AC svets med offset och en växelströms AC svets med offset och balans.
8
Teori
Svetsning i allmänhet
Svetsning är en teknik där man värmer upp metallstycken och sammanfogar dem genom
sammansmältning. Genom detta uppstår ett svetsförband. [https://sv.wikipedia.org/wiki/Svetsning]
Svetsparametrar
Strömstyrkan påverkar inträngningen och insvetstalet, desto mer ström man använder i fogen ju mer inträngnings djup får man i materialet sov visas i Figur 1. Detta ökar också insvetstalet eftersom mer material behövs i en djupare fog. Ökas strömmen så ökas värmetillförseln i materialet.
Figur 1. Fogens utseende beroende på strömstyrkan.
Spänningen påverkar bland annat bredden på fogen, Visas i Figur 2. Precis som för strömmen så ökar värmetillförseln i materialet med ökad spänning. Om man vill behålla bredden på en svetsfog fast man ökar hastigheten så ökar man spänningen.
Figur 2. Fogens utseende beroende på spänningen.
9
Figur 3. Fogens utseende beroende på hastigheten (ts).
Strömmens Polaritet
Vid svetsning är det viktigt att man väljer rätt polaritet eftersom det ger olika resultat beroende på vilken sida på polariteten du väljer. Detta visas i Figur 4. Det som är skillnaden på den positiva sidan och negativa är att på den positiva sidan så får man bättre inträngning i materialet medan på den negativa sidan så ökas insvetstalet på bekostnad av inträngningen i materialet.
Figur 4. Fogens utseende beroende på polariteten.
SAW svetsning
SAW svetsning är oftast en maskinell process. Svetsningen utförs med olika mängd elektroder (i detta arbete har en elektrod använts). I SAW svetsning kan man använda sig av både lik och växelström. Metoden SAW bygger på att en trådelektrod matas fram av ett matarhjul som drivs av en motor. Matarhjulen matar fram trådelektroden till ett par kontaktbackar som överför strömmen till trådelektroden. Se Figur 5. När trådelektroden träffar arbetsstycket uppstår en kortslutning och en ljusbåge upprättas. När ljusbågen etableras på arbetsstycket så smälter den i en sträng av pulver, som skyddar svetspolen från atmosfären så att den inte oxiderar under smält fas. Det pulver som inte används för att bilda slagg dammsugs upp igen till en behållare för att återanvändas.
[http://www.esab.se/se/se/education/blog/pulverbagsvetsning.cfm]
SAW svetsning är en produktiv process som oftast används vid tyngre industrisvetsning t.ex.
10 Figur 5. Enkel skiss över pulverbågssvetsning.
Offset och balans
Vid svetsning med AC så kan man ändra hur vågformen ser ut. Som förklarat i avsnittet Strömmens polaritet så ökar insvetstalet på den negativa sidan på bekostnad av inträngningen i materialet. I början av svetsförfarandet så svetsar man några svetsar med hög inträngning, efter det är det fördelaktigt att köra svetsar med högt insvetstal. Detta kan man uppnå med hjälp av offset och balans då det gör att man är på den negativa sidan större delen av tiden.
Det offseten påverkar är att den anger vilket ställe på y-axeln man ska starta vågen. Detta innebär att om man sätter offseten på -3 så kommer vågen börja på -3 istället för 0 Skillnaden kan ses i Figur 6 och Figur 7. Detta gör att bara vågtopparna kommer vara på den positiva sidan.
Figur 6. AC våg. -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5
Ac våg utan offset och balans
11 Figur 7. Ac våg med offset -0,75 V.
Det balansen påverkar är hur stor del av tiden vågen kommer vara på den positiva sidan. Detta medför att om man sätter balansen till 25% så är vågen bara 25% av tiden på den positiva sidan av vågen och hela 75% av tiden på den negativa sidan, detta illustreras i Figur 8.
Figur 8. Växelströms våg med balans 25%.
Trådelektrodens tjocklek
Trådelektrodens tjocklek kan teoretiskt sätt vara vilken som, det enda som begränsar storleken på trådelektroden är att trådelektroden inte ska smälta för tidigt eller inte alls av den strömmen som ges. -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5
Ac våg med offset
0 volt strecket Vågen
-1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5
Ac våg med balans
12 En tunnare trådelektrod ger en mer kompakt energi vilket ger en djupare inträngning medans en grövre trådelektrod ger en grundare och bredare svetsfog. Se se i Figur 9.
Figur 9. Fogens utseende beroende på trådelektrodens tjocklek.
Trådelektrodens utstick
Trådelektrodens utstick bestämmer hur mycket material smälts i fogen och vilken inträngning fogen kommer få. En trådelektrod med mycket utstick kommer att smälta mera material medans de kommer minska strömmen i processen. Detta medför mindre inträngning i materialet. Detta innebär att ökat utstick på trådelektroden innebär högre produktivitet men ökar risken för att svetsen ska bli dålig. [Lincoln electric 1973]
Pulver/Flux
Pulvret kan vara surt, basiskt och rutila. Sura och rutila pulver har bra strängutseende och goda svetsegenskaper medans de mekaniska egenskaperna är något sämre t.ex. slag och draghållfasthet. Med basiska pulver så förbättras de mekaniska egenskaperna, dock försämras/begränsas
slagglossningen och svetsningsegenskaperna. Bästa resultat uppnås om ljusbågen precis täcks av pulvret.
Det finns två olika typer av pulver, smält pulver (Fused) och agglomeratpulver (Bonded).
Smält pulver tillverkas genom att mineraler smälts till en glasliknande massa. Massan får svalna, sedan krossas och siktas till lämplig storlek. Fördelen med smält pulver är att pulvret har en homogen sammansättning och mindre fuktupptagning än agglomeratpulver vilket gör det lättare att lagra. Agglomerat pulver framställs genom att torrpulver tillsätts i lämpligt bindemedel. Torkning av blandningen sker i en roterande ung i temperaturer mellan 600–900 grader Celsius. När blandningen torkat klart i ugnen så siktas det till önskad storlek. Typiskt för agglomeratpulver är att den kemiska sammansättningen kan lätt ändras genom tillsättning av önskade legeringsämnen.
Pulvrets viktigaste uppgifter/egenskaper är att pulvret ska bilda slagg över svetssmältan och på så sett skydda smältan från syre och kväve som är skadlig för smältan samt att legera svetsen och påverka dess sammansättning. Pulvret skyddar också mot rök och strålning vilket är bra för arbetsmiljön [Karlebo,Weman 2002]
Dragprov
13 späns fast i en dragprovmaskin. Den fastspända provbiten utsätts för en dragkraft. När kraften ökar töjer sig materialet. Först är töjningen elastisk till sträckgränsen Re, det betyder att deformationen inte är permanent. Efter den elastiska töjningen börjar den plastiska deformationen, deformation är permanent. Dragkraft och förlängning registreras i ett dragprovsdiagram. Ur diagrammet kan sträck- och brottgränsen bestämmas. [Liber, Mattson 1999]
Figur 10. Dragprovkurva.
Slagprov
Materialens förmåga att motstå slag kallas slagseghet. Brottet vid slag kan vara sprött eller segt. Med slagprovning mäter man denna egenskap. Slagsegheten minskar i ett material om materialet har en anvisning till exempel repa eller ytfel när det utsätts för slag eller dragspänningar. Provningen utförs på provstavar som har kvadratiskt tvärsnitt. Provstavarna är försedda med en anvisning som har formen av ett V, U eller som ett nyckelhål. Provet sätts fast i en slagprovmaskin, hammaren i
slagprovmaskinen slår av provbiten och energin som gick åt att slå av biten mäts (slagenergin). Högre slagenergi visar på ett segt material, låg slagenergi visar på sprött material. Slagprover kan göras vid olika temperaturer eftersom materialet kan ändra sin slagseghet vid olika temperaturer. [Liber, Mattson 1999]
Hårdhetsprovning
Materialets hårdhet är dess förmåga att motstå intryck av ett annat hårdare material. Intrycket blir stort på ett mjukt material och litet på ett hårt material. Det vanligaste hårdhetsprovningen är Brinellprov, Rockwellprov och Vickersprov.
14
Figur 11. Brinell provning.
Rockwellprovning, För Rockwell B används en härdad stålkula medans för Rockwell C används en diamantkon. Först läggs en förlast på 100 N innan full last läggs på, 1000 N respektive 1500 N. Se Figur 12. Efter avlastning till förlasten så mäts intrycksdjupet direkt med ett instrumet och hårdheten HRB eller HRC tas fram. [Liber, Mattson 1999]
Figur 12. Rockwell B provning.
Vickersprovet utförs genom att man trycker med en diamantpyramid mot materialets yta, Illusteraras i Figur 13. Lastens storlek beror på hur tjockt det lagret är som man vill mäta. Efter avlastning mäter man de fyrkantiga intryckets diagonaler. Hårdheten HV avläses sedan i en tabell. [Liber, Mattson 1999]
15
Metod
Metodbeskrivning
Metoden som används för framställande av proven är en pulverbågsvetsning SAW, de objekt som ska svetsas är 4 stycken 80 mm s355 NL plåtar med en K-fog med 50 grader fogvinkel (se Figur. 14.). 4 prov valdes att göras, en DC fog som referens att jämföra med, en vanlig AC fog, en AC fog med 25% balans för att se vilken påverkan balansen har på fogen och en AC svets med offset och balans för att se vad offseten har för påverkan på fogen.
K-fogen valdes för att det är den fog som det är lättast att ta ut provstavar ifrån.
Svetsningen utförs genom att tre stycken DC fogar läggs i botten på båda sidor av k-fogen, detta görs för att få bra inträngning i svetsgodset. Efter de tre svetsfogarna fyller man fogen med de bestämda inställningarna för provbiten T.ex. AC med 25% balans.
Efter svetsningen så skär man bort ändarna på svetsfogen, detta för att om man tar prover i start och slut i svetsfogen får man felaktiga resultat. Proven tas sedan ut över de första DC svetsarna och under de översta svetsarna (Cap). Detta för att man inte vill har resultat från första svetsarna för de körs med andra parametrar. När man lägger en svetssträng över en annan så värmebehandlar man den strängen så den uppnår rätt egenskaper. Capen är de översta strängarna och kommer därför inte värmebehandlas och får då fel egenskaper. Därför tas provstavar ut under Capen.
Experimentell uppställning
Fyra prov förberedes för provning. De olika proven svetsas med de inställningar som visar (se Bilaga 1 till 4 ). Vinkel i grader är vinkeln på svetshuvudet vinkelrätt mot fogen. Svets 1 till 3 görs med DC för att fästa bitarna.
Stick out: 30 mm
16 Experimentell uppställning av de prov som tas i Göteborg.
Tillsatsmaterial:
OK Autrod 12.32 PVR16395218 OK Flux 10.62 PN325514
Foggeometri:
Figur 14. Symmetrisk K-fog 50 grader.
Provstycken:
2 stycken plåtar med 4 stycken markerade sidor, A, B, C, D. Alla sidor ska genomgå samma provning
Macro:
2 st macron med sidbenämning utmärkta. Ska fotograferas och skickas till Laxå
Dragprov:
2 längsdragprov per sida i helsvetsgods. Totalt 8 st Storlek lämplig för fogen samt provutrustning i Göteborg
17
Arbetsgång
Förutsättningen från början var att HI (heat input) på 2,2 kj/mm ska användas och att fyra prov skulle göras.
HI bestäms genom tre ekvationer. Först bestäms kol ekvivalenten CET genom Ekv.1. CET behövs för att räkna ut förvärmningstemperaturen som materialet behöver. Materialets kemi måste vara känt för att kunna beräkna CET eftersom man använder legeringselementens viktprocent i formeln.
CET = C + ((Mn + Mo)/10) + ((Cr + Cu)/20) + (Ni/40)
Ekv.1
När man har fått ut CET så sätter man in det i Ekv.2 för att få ut förvärmningstemperaturen. Här måste man välja en HI som man tror passar eftersom det behövs i formeln. Man får inte reda på om man valt rätt HI förän efter alla beräkningar gjorts. Q är samma som HI för SAW svetsning.
Tp= 697*CET+ 160*tanh(d/35) +62*HD0,35 + (53*CET-32 )*Q-328
Ekv.2
När man har räknat ut vilken förvärmningstemperatur materialet behöver så behövdes T8/5 räknas ut. T8/5 är hur lång tid det tar för materialet att svalna från 800 grader Celsius till 500 grader Celsius. För det flesta material finns en tabell där man kan läsa av inom vilket intervall man måste vara för att inte förstöra materialets mekaniska egenskaper.
t8/5 = (6700–5*TP) *Q* (1/(500-Tp) -1/(800-TP)) *F3
Ekv.3, T8/5 för 3 dimensionell svalning
t8/5 = (4300-4.3*TP)*105*Q2/d2* (1/(500-TP)2-1/(800-TP)2)*F2
Ekv.4, T8/5 för 2 dimensionell svalning F3 och F2 tas ur en tabell. Se tabell 5
18 När man gjort en beräkning i antagligen Ekv.3 eller Ekv.4 så får man ut en tid i sekunder. Denna tid är hur lång tid det tar för materialet att svalna från 800 grader till 500 grader Celsius. Denna tid jämför man med tabell som visar inom vilket intervall man måste hålla sig innanför. I detta arbete är plåten av typen S 355 NL, detta innebär att det är ett spann på 32 sekunder. Den valda HI för försöken är 2,2 Kj/mm, det ger en t8/5 på 14 sekunder vilket är innanför spannet.
Tabell 2. Intervall för T8/5.
Skulle det visa sig att tiden man får av beräkning i Ekv.3 eller Ekv.4 är för stor så behöver HI minskas så man hamnar innanför intervallet. Är man under minsta tiden efter så ska HI ökas så svalningstiden ökar. Det som händer i HAZ om man ligger under minsta svalningstid är att man får
Martensitbildning vilket gör att materialet bli hårt och sprött, detta kommer ge dåliga resultat vid slagprover. Om den maximala tiden för t8/5 överskrids så kommer det bli kornförgrovning i
materialet, detta medför att materialet får en lägre seghet. ”Företaget” har ett program där man kan snabbt räkna ut Tp och T8/5 genom att ange kemiska analysen, plåtens tjocklek samt den önskade HI.
Detta gör att det går snabbt och enkelt att byta parametrar för att se vad som passar. [https://www.dillinger.de/d/en/e-service/tools/welding/help/index.shtml]
De fyra prover som valdes att göras var ett DC prov att ha som referens att mäta mot, ett prov med vanlig AC, detta för att sedan kunna jämföra mot AC med andra våginställningar. En AC fog och 25% balans, detta för att se vilken påverkan balansen har på svetsningen och sist en AC med 25% balans och -3 i offset. Detta för att se vilken effekt offseten har på svetsningen. Efter detta bestämdes att svetsfogen skulle vara en k-fog med 50 graders lutning. Detta valdes för att en k-fog i skillnad från en V-fog har en rätsida. Detta medför att när man tar ut provstavar så kan man ta ut provstavarna över varandra. Detta gör det enklare och snabbare att ta ut provstavar. Det man gör efter att ha bestämt fogtypen och HI så testades vilken ström, spänning och TS som passade bäst utan att överskrida den bestämda HI. Dessa inställningar bestämdes genom två testserier där man systematisk provat olika svetsinställningar.
Den första testserien gjordes genom att svetsa 9 stycken svetsar med olika parametrar. Testet gjordes genom att alla parametrar fick ett standardvärde. En parameter valdes i taget och ändrades uppåt och nedåt. När alla tre parametrar ändras uppåt och neråt så bestämdes vilken av de 9 stycken svetsar som var bäst, det bestämdes efter att man tittat på de olika svetsarna och bestämt vilken som var bäst.
steal grade Minimal cooling time (s) Maximum cooling time (s)
19 Tabell 3. Testserie 1.
Test nr två var att ta de bestämda parametrarna från första testet och ändra de lite så att HI är 2,2 Kj/mm och att trådelektrodmatningen är så hög som möjligt.5 olika tester gjordes där slutsatsen blev att inställningen 700 A 31,4 V med TS på 60 var den produktivaste som var närmast 2,2 kj/mm i HI. Som syns i tabellen är det flera parametrar som är mer produktiva men de överstiger den önskade HI och därför väljs parametrar med lägre produktivitet.
Tabell 4. Testserie 2.
Efter svetsinställningarna provats fram så började provbitarna svetsas. Svetsningen utför med en SAW svets med en trådelektrod. Svetsningen börjar med tre DC svetsar i botten på fogen. Detta för att få bra inträngning i materialet. Inträngningen är viktig för att kunna binda ihop det materialet som är mellan fogarna. När man svetsar ihop två bitar, det brukar vara ungefär 6 mm från undersidan på bitarna och där fogen börjar. Om inträngningen är för låg som t.ex. vid AC svetsning så fylls den så kallade näsan hela vägen och det blir ett glapp längs ner. Om man då använder sig av DC som har mer inträngning så fylls hela ”näsan” och svetsfogen blir homogen. När man kört DC svetsar i botten på fogen så fylls fogen med de bestämda AC parametrarna.
När all svetsning är klar ska provstavarna tas ut. Provbitarna kapas ner i storlek från 80x500x950 mm till 80x200x800 mm. Minskningen av storleken görs för att provbiten ska bli lättare att hantera samt att man inte vill ta prov i start och slut av svetsen. Provstavarna tas sedan ut under de översta svetsarna (Cap) men över de understa svetsarna som görs för bra inträngning i materialet. Slag och dragprover utförs i Göteborg (se avsnittet Experimentell uppställning) medan hårdhetsprovning och analys i SEM utförs på Bergsskolan i Filipstad (se avsnittet resultat).
20
Resultat
De rödmarkerande värdena är prov som har räknats bort ur slagserien, detta för att det är värden som är avvikande från övriga serien.
Tabell 5. Slagserie på DC svets.
Tabell 6. Slagprovserie på AC svets utan offset och balans.
Tabell 7. Slagprovserie på AC med 25 % balans.
Tabell 8. Slagprovserie på AC svets med 25% balans och -3 i offset. I svets [J] Smältzon [J] HAZ [J]
173 249 141 201 224 163 173 243 147 175 250 153 171 249 152 Slagprov Prov B
I svets [J] Smältzon [J] HAZ [J] 151 229 139 185 21 156 178 231 129 166 30 130 160 240 94 Slagprov Prov C
I svets [J] Smältzon [J] HAZ [J]
127 231 137 104 65 165 118 241 148 105 27 160 120 233 150 Slagprov Prov D
I svets [J] Smältzon [J] HAZ [J]
107 203 162
126 254 175
87 246 145
94 246 115
21 Tabell 9. Medelvärde för alla slagerier.
Tabell 10. Skillnaden mellan största och minsta värde i varje slagserie.
Tabell 11. Resultat från dragproven.
Tabell 12. Hårdhetsprov på bit A.
Tabell 13. Hårdhetsprov bit B.
Medelvärden I svets [J] Smältzon [J] HAZ [J] Prov A 178,6 243 151,2 Prov B 168 233,3 138,5 Prov C 114,8 235 152 Prov D 99,2 238,2 153,8
Variation +/- I svets [J] Smältzon [J] Haz [J]
Prov A 30 26 22
Prov B 34 11 27
Prov C 23 10 28
Prov D 44 51 60
Dragprov Reh [Mpa] Rel [Mpa] Rm [Mpa] Prov A 1 609 563 641 Prov A 2 614 578 648 Prov B 1 615 576 662 Prov B 2 628 588 667 Prov C 1 660 626 704 Prov C 2 655 622 699 Prov D 1 611 582 672 Prov D 2 622 585 674
Hårdhet bit A A1[Hv] A2[Hv] A3[Hv] Medelvärde Bas Material 160 155 160 158
Haz 180 192 188 187 Svets 209 203 203 205
Hårdhet bit B B1[Hv] B2[Hv] B3[Hv] Medelvärde Bas Material 174 168 158 167
22 Tabell 14. Hårdhetsprov bit C.
Tabell 15. Hårdhetsprov bit D.
Hårdhet bit C C1[Hv] C2[Hv] C3[Hv] Medelvärde Bas Material 165 159 167 164
Haz 179 179 176 178 Svets 234 228 232 231
Hårdhet bit D D1[Hv] D2[Hv] D3[Hv] Medelvärde Bas Material 156 159 166 160
23
Result
The values marked in red are samples that has been removed from the test series, due to abnormal values
Chart 5. Impact tests on DC weld.
Chart 6. Impact tests on AC weld.
Chart 7. Impact tests on AC weld whit 25 % balance.
Chart 8. Impact tests on AC weld whit 25 % balance and -3 in offset. impact test Sample A
in Weld [J] Melt zone [J] HAZ [J]
173 249 141
201 224 163
173 243 147
175 250 153
171 249 152
impact test Sample B
in Weld [J] Melt zone [J] HAZ [J]
151 229 139
185 21 156
178 231 129
166 30 130
160 240 94
impact test Sample C
in Weld [J] Melt zone [J] HAZ [J]
127 231 137
104 65 165
118 241 148
105 27 160
120 233 150
impact test Sample D
in Weld [J] Melt zone [J] HAZ [J]
107 203 162
126 254 175
87 246 145
94 246 115
24 Chart 9. Average value on all impact test series.
Chart 10. Variation between biggest and smallest value in every impact tests series.
Chart 11. Results from the tensile tests.
Chart 12. Hardness test sample A.
Chart 13. Hardness test sample B.
Average value in Weld [J] Melt zone [J] HAZ [J] Sample A 178,6 243 151,2 Sample B 168 233,3 138,5 Sample C 114,8 235 152 Sample D 99,2 238,2 153,8
Variation +/- in Weld [J] Melt zone [J] Haz [J]
Sample A 30 26 22
Sample B 34 11 27
Sample C 23 10 28
Sample D 44 51 60
Tensile test Reh [Mpa] Rel [Mpa] Rm [Mpa] Sample A 1 609 563 641 Sample A 2 614 578 648 Sample B 1 615 576 662 Sample B 2 628 588 667 Sample C 1 660 626 704 Sample C 2 655 622 699 Sample D 1 611 582 672 Sample D 2 622 585 674
Hardness sample A A1[Hv] A2[Hv] A3[Hv] Average value Base Material 160 155 160 158
Haz 180 192 188 187
Weld 209 203 203 205
Hardness sample B B1[Hv] B2[Hv] B3[Hv] Average value Base Material 174 168 158 167
Haz 216 197 188 200
25 Chart 14. Hardness test sample C.
Chart 15. Hardness test sample D.
Hardness sample C C1[Hv] C2[Hv] C3[Hv] Average value Base Material 165 159 167 164
Haz 179 179 176 178
Svets 234 228 232 231
Hardness sample D D1[Hv] D2[Hv] D3[Hv] Average value Base Material 156 159 166 160
Haz 165 177 171 171
26
Diskussion och slutsatser
Diskussion
Resultaten från slagprovserien visar (Tabell 9–13) att smältzonen och den värmepåverkande zonen (HAZ) har liknande värden på slagserien från alla 4 proven. Detta innebär att de olika
vågformsinställningarna, offset och balans som används vid svetsningen av proven inte har påverkat materialets slagseghet gentemot prov A som var en referens.
Detta betyder att man har kunnat ökat produktiviteten på SAW medan man har varit innanför T 8/5 intervallet för materialet. Det som man ska tänka på är att materialet som användes under dessa försök var S 355 NL, det är ett material med ett brett intervall (32 s). Detta betyder att temperaturen kan variera ganska mycket utan att det blir någon förändring i materialet. Under vissa av
slagprovserierna var det en eller fler resultat som kasserades på grund av att värdena var ungefär 10ggr mindre än resterande värden. Därför skulle det vara bra att slå en ny slagserie för att säkerställa resultatet
Resultaten på slagprovserierna från svetsen (Tabell 9–13, i svets) visar att slagsegheten minskar för varje ändring som görs på vågformen, det vill säga att AC utan offset och balans har bättre slagseghet än AC med balans 25% och att AC med 25% balans har bättre slagseghet än AC med offset -3 och balans 25%. Dock så sjunker inte slagsegheten i svetsen under lägsta tillåtna slagsegheten enligt standarden på 27 J. Det betyder att slagsegheten minskar fast den är fortfarande väl inom tolerans enligt standarden. Vill man utföra en svets med högre krav på slagseghet så kan det bli problem att köra med AC 25% balans och -3 i offset.
Hårdhetsproven visar liknande resultat som slag/dragproven, det är att proven tagna i svetsen är hårdare än de proven tagna i HAZ samt de i grundmaterialet. Detta visar att svetsen är hårdare och sprödare än de andra zonerna, detta syns också i slagproven då svetsen har lägre slagseghet än i de andra zonerna. Skillnaden i hårdhet är dock relativt liten jämfört med ursprungsmaterialets
egenskaper och svetsens egenskaper.
27
Discussion and conclusions
Discussion
The results from the impact test series show (Chart 9-13) that the melting zone and the heat-affecting zone (HAZ) have similar values for the impact tests from all 4 samples. This means that the different waveform settings, offset and balance used in the welding of the samples have not affected the impact resistance of the material against sample A as a reference.
This means that you have been able to increase the productivity of SAW while you have been within the T 8/5 range of the material. What should be considered is that the material used during these tests was s 355 NL, it is a material with a wide range (32 s). This means that the temperature can vary quite a bit without any change in the material. During some of the impact test series, there were one or more results that were discarded because the values were about 10 times less than the remaining values. Therefore, it would be good to a new impact test series to ensure the results
The results of the stroke test series from the weld (Table 9-13, in welding) show that the impact strength decreases for each change made on the waveform, that is, AC without offset and balance has better impact strength than AC with balance 25% and AC with 25% balance has better impact strength than AC with offset -3 and balance 25%. However, the impact strength of the weld does not drop below the minimum allowed impact level of 27 J according to the standard. This means that the impact strength decreases, but it is still well within tolerance according to the standard. If you want to perform a weld with higher demands on impact strength, it may be difficult to weld with settings on AC 25% balance and -3 in offset.
28
Slutsatser
De slutsatser som kan dras av resultaten är följande.
Försöken visar att den värmepåverkande zonen (HAZ) vid låglegerande stål inte påverkas av de olika vågformsinställningarna, offset och balans utan behåller samma mekaniska egenskaper som en svets utan våginställningar. Detta innebär att man kan öka egenskaperna på en SAW utan att ändra de mekaniska egenskaperna på låglegerade stål. De inställningar som påverkas positivt är att
svetshastigheten blir större än referensen samt att insvetstalet ökar. Detta medför att mer material svetsas under en kortare tid vilket ger en produktionsökning i försöken på över 12% (21 strängar istället för 24)
29
Conclusions
The conclusions that can be drawn from the results are as follows.
The experiments show that the heat-effecting zone (HAZ) of low-alloy steel is not affected by the different waveform settings, offset and balance, but retains the same mechanical properties as a weld without waveforms. This means that you can increase the properties of a SAW without altering the mechanical properties of low-alloy steel. The settings that are positively affected are that the welding speed becomes greater than the reference and that the number of deposition rate increases. This causes more material to be welded for a shorter period which results in a production increase in over 12% (21 strings instead of 24)
30
Framtida forskning
För att säkerställa resultaten för de slagprovserierna med kasserade resultat kan nya provbitar göras eller att nya prov tas ur de gamla provbitarna och nya slagserier slås för att säkerställa resultatet. Ett försök som skulle vara intressant att utföra är hur mycket man kan öka produktiviteten utan att gå under toleransen för standarden. Några förslag på tester som kan göras är att öka strömmen till 800 A samt även öka svetshastigheten TS till 70 cm/min. Dessa inställningar användes i andra
testserien (tabell. 8), den inställningen var mer produktiv än den som användes i försöken, dock hade den inställningen en för hög HI.
Fler framtida försök som kan göras inom detta område är att testa vilken påverkan de olika
31
Future research
To ensure the results of the impact tests with discarded results, new test pieces can be made, or new samples can be taken from the old test pieces and new impact test are made to ensure the results. An attempt that would be interesting to perform is how much productivity can be increased without going beyond the tolerance of the standard. Some suggestions on tests that can be done are to increase the current to 800 A and also increase the welding speed TS to 70 cm / min. These settings were used in the second test series (Chart 8), that setting was more productive than the one used in the experiment, but that setting had a to high HI.
32
Referenser
• Karlebo, svetshandbok, Klas Weman 2002, Andra utgåvan, ISBN :91-47-05143-4
• The procedure handbook of arc welding, The Lincoln electirc company 1973, tolfte utgåvan ISBN-10: 11240047407
• https://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope ,2018-05-18, 10:17 • https://sv.wikipedia.org/wiki/Svetsning, 2018-05-18, 10:58
• Liber, Materiallära för svetsare, Staffan Mattson 1999
33
Bilagor
Bilaga 1
Bilaga 1 DC svets B Bit 1 A DCsvets nr A V TS Vinkel i grader
34
Bilaga 2
Bilaga 2 AC svets Bit 1 B AC
svets nr A V TS Vinkel i grader
35
Bilaga 3
Bilaga 3 AC svets med 25% balans Bit 2 C AC 25% balans
svets nr A V TS Vinkel i grader
36
Bilaga 4
Bilaga 4 AC Svets med 25% balans och offset -3 Bit 2 D AC 25% balans -3 Offset
svets nr A V TS Vinkel i grader
