NO20161562A1

NO20161562A1 - Buttsveiseforbindelse med høy varmetilførsel som utviser ypperlige egenskaper i forbindelse med forekomst av sprøbrudd

Info

Publication number: NO20161562A1
Application number: NO20161562A
Authority: NO
Inventors: Takehiro Inoue; Hiroshi Shimanuki; Tadashi Koseki; Jun Otani; Tadashi Ishikawa; Masanori Minagawa; Akihiko Kojima
Original assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2016-09-29
Also published as: US7829202B2; WO2005037480B1; KR100772729B1; EP1695785B1; NO20061905L; EP2279823A1; NO342770B1; JP2005144552A; EP2279823B1; EP1695785A4; KR20060055557A; JP4528089B2; NO339500B1; EP1695785A1; US20070131316A1; WO2005037480A1

Description

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører buttsveisede forbindelser med stor varmetilførsel, med utmerket sprøbruddbestandighet i sveisede strukturer, og, særlig, de som er laget ved hjelp av utsveising av stålplater som har tykkelser som er større enn 50 mm.

Bakgrunnsteknikk

I sveisede strukturer er det mest sannsynlig at brudd oppstår i sveisede forbindelser. Det er flere årsaker. En er at sveisefeil som forekommer under sveising blir spenningskonsentrasjoner hvor brudd starter. En annen årsak er at sveisevarme gjør mikrostrukturen i stålplater grovere, og som et resultat av dette senker bruddseigheten Kc som brukes som et mål på sprøbruddbestandighet i sveisede forbindelser.

For å hindre deformasjon og spenningskonsentrasjon i sveisede forbindelser, er det et grunnleggende krav ved dannelse av sveisede forbindelser å gjøre fastheten og hardheten av sveisemetallet høyere enn de som er for grunnmetallet. Det vil si at sveisede forbindelser designes slik at de har høyere fasthet enn grunnmetallet.

Bruddseighet til sveisede forbindelser evalueres ved hjelp av en dypskår-test som trekker, i den retning som er angitt med pilene, et prøvestykke som, som en norm, har et 240 mm langt skår 3 som er maskineri i det som antas å være den svakeste del av sveiseforbindelsen i midten av en 400 mm bred prøve 1 som har et sveisemetall 2 i sitt senter, som vist på fig. 4.

Konvensjonell bruddseighet for sveisede forbindelser i stålplater for skips-konstruksjoner som ikke er mer enn 50 mm tykke har blitt evaluert ved hjelp av denne testen, og den ytelse og de karakteristika som er påkrevet for stålplater til skipskonstruksjon har blitt vurdert.

Stålplater for skipskonstruksjon som har utmerkede karakteristika med hensyn til sprøbrudd og utmatting (TMCP stålplater) har blitt utviklet ved å ta bruddseigheten til sveiser i betraktning (så som det som er beskrevet i japansk ikke gransket patentpublikasjon nr. 06-88161).

TMCP eller andre lignende stålplater ca. 50 mm tykke har blitt brukt til bygging av store tankskip og containerskip på ikke mer enn 6000 TEU. Ettersom behovet for å bygge containerskip som er større enn 6000 TEU har økt, brukes det stålplater som er 60 mm tykke eller tykkere.

Selv om den øvre grense for flytegrense for stålplater for skipskonstruksjon som inneværende er i bruk er ca. 390 MPa, vil tykkere stålplater (så som de som er tykkere enn 50 mm) bli brukt når størrelsen av containerskip blir større.

En svært stor økning av stålplatetykkelsen gir imidlertid opphav til forskjellige industrielle problemer, så som økning i arbeidstimer til sveising, byggekost-nader og vekten av containerskipene.

Ettersom størrelsen av containerskip og andre sveisede strukturer øker, er det nå ønskelig å bygge containerskip som er større enn 6000 TEU ved å bruke stålplater med høy strekkfasthet som er over 50 mm tykke og som har høye designspenninger.

Ettersom sveisede forbindelser er det mest sannsynlige sted for brudd, undersøkte oppfinnerne ytelsen til sveisede forbindelser med stor varmetilførsel som var dannet ved buttsveising av stålplater som ikke var mindre enn 50 mm tykke.

Undersøkelsen førte til det funn at sveisede forbindelser med stor varme-tilførsel som var fremstilt ved buttsveising av stålplater som ikke var mindre enn 50 mm tykke, ikke alltid oppviser god bruddseighet Kc i dypskårtesten i stor skala, selv om de oppviser gode resultater i Charpy V-skårslagsprøven i liten skala.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe, basert på det ovennevnte funn, sveisede forbindelser som har tilstrekkelig høy bruddseighet Kc ved buttsveising av høyfaste stålplater for sveisede skipskon-struksjoner med tykkelse som er større enn 50 mm og flytegrense i 460 MPa klassen.

For å oppnå den ovenstående hensikt, undersøkte oppfinnerne de mekaniske egenskaper til grunnmetaller og sveisede forbindelser. For å forhindre deformasjon og spenningskonsentrasjon i sveisede forbindelser, fant oppfinnerne en ny teknologi for design av forbindelser som velger sveisemetaller hvis fasthet og hardhet er større enn de som er for grunnmetallene i et mellomrom i konven-sjonelle design av sveisede forbindelser.

Oppfinnerne oppdaget at senkingen av forbindelsens fasthet ved undergåelse i designen av utsveisede forbindelser med stor varmetilførsel kan forebygges ved regulering av hardheten av sveisemetallet (det vil si design av forbindelsen ved undergåelse): (a1) til ikke mer enn 110% av hardheten av grunnmetallet; eller (a2) til ikke mindre enn 70% og ikke mer enn 110% av hardheten av grunnmetallet, og, regulering av, ettersom det er påkrevet, bredden av sveisemetallet; (b) til ikke mer enn 70% av platetykkelsen av grunnmetallet.

Oppfinnerne fullførte den foreliggende oppfinnelse som tilveiebringer en teknologi for å tilveiebringe sveisede forbindelser som har høy bruddseighet Kc ved å sveise med stor varmetilførsel høyfaste stålplater som har flytegrense i 460 MPa klassen og tykkelse som er større enn 50 mm (fortrinnsvis mellom over 50 mm og ca. 70 mm).

Kjernen ved den foreliggende oppfinnelse er som beskrevet nedenfor.

(1) En buttsveiset forbindelse med stor varmetilførsel av sveisede strukturer med utmerket sprøbruddbestandighet erkarakterisertved: (a1) hardheten av sveisemetallet er ikke mer enn 110% av hardheten

av grunnmetallet.

(2) En buttsveiset forbindelse med stor varmetilførsel av sveisede strukturer som har utmerket sprøbruddbestandighet erkarakterisert ved: (a2) hardheten av sveisemetallet er ikke mindre enn 70% og ikke mer

enn 110% av hardheten av grunnmetallet.

(3) En buttsveiset forbindelse med stor varmetilførsel av sveisede strukturer som har utmerket sprøbruddbestandighet erkarakterisert ved: (a1) hardheten av sveisemetallet er ikke mer enn 110% av hardheten

av grunnmetallet, og

(b) bredden av sveisemetallet er ikke mer enn 70% av platetykkelsen

av grunnmetallet.

(4) En buttsveiset forbindelse med stor varmetilførsel av sveisede strukturer som har utmerket sprøbruddbestandighet erkarakterisert ved: (a2) hardheten av sveisemetallet er ikke mindre enn 70% og ikke mer

enn 110% av hardheten av grunnmetallet, og

(b) bredden av sveisemetallet er ikke mer enn 70% av tykkelsen av

grunnmetallet.

(5) En buttsveiset forbindelse med stor varmetilførsel av sveisede strukturer som har utmerket sprøbruddbestandighet erkarakterisert ved: (a1) hardheten av sveisemetallet er ikke mer enn 110% av hardheten

av grunnmetallet,

(b) bredden av sveisemetallet er ikke mer enn 70% av platetykkelsen

av grunnmetallet, og

(c) bredden av det område som er påvirket av sveising hvis hardhet er myknet til ikke mer enn 95% av hardheten av det ikke varmepåvirkede grunnmetall har en bredde som ikke er mindre enn

5 mm.

(6) En buttsveiset forbindelse med stor varmetilførsel av sveisede strukturer som har utmerket sprøbruddbestandighet erkarakterisert ved: (a2) hardheten av sveisemetallet er ikke mindre enn 70% og ikke mer

enn 110% av hardheten av grunnmetallet,

(b) bredden av sveisemetallet er ikke mer enn 70% av platetykkelsen

av grunnmetallet, og

(c) bredden av det område som er påvirket av sveising hvis hardhet er myknet til ikke mer enn 95% av hardheten av grunnmetallet som er upåvirket av varme har en bredde som ikke er mindre enn

5 mm.

(7) En buttsveiset forbindelse med stor varmetilførsel av sveisede strukturer som har utmerket sprøbruddbestandighet erkarakterisert ved: (a1) hardheten av sveisemetallet er ikke mer enn 110% av hardheten

av grunnmetallet,

5 mm, og

(d) den tidligere austenittiske kornstørrelse i den varmepåvirkede sone ("heat-affected zone", HAZ) som har kontakt med sveisesmeltelinjen er ikke mer enn 200 um. (8) En buttsveiset forbindelse med stor varmetilførsel av sveisede strukturer som har utmerket sprøbruddbestandighet erkarakterisert ved: (a2) hardheten av sveisemetallet er ikke mindre enn 70% og ikke mer

enn 110% av hardheten av grunnmetallet,

5 mm, og

(d) den tidligere austenittiske kornstørrelse i den varmepåvirkede sone (HAZ) som har kontakt med sveisesmeltelinjen er ikke mer

enn 200 um.

(9) En buttsveiset forbindelse med stor varmetilførsel av sveisede strukturer som har utmerket sprøbruddbestandighet erkarakterisert ved: (a1) hardheten av sveisemetallet er ikke mer enn 110% av hardheten

av grunnmetallet,

(b) bredden av sveisemetallet er ikke mer enn 70% av platetykkelsen av grunnmetallet, (c) bredden av det område som er påvirket av sveising hvis hardhet er myknet til ikke mer enn 95% av hardheten av det ikke-varmepåvirkede grunnmetal har en bredde som ikke er mindre enn

5 mm, og

enn 200 um.

(10) En buttsveiset forbindelse med stor varmetilførsel av sveisede strukturer som har utmerket sprøbruddbestandighet erkarakterisert ved: (a2) hardheten av sveisemetallet er ikke mindre enn 70% og ikke mer

enn 110% av hardheten av grunnmetallet,

(b) bredden av sveisemetallet er ikke mer enn 70% av platetykkelsen

av grunnmetallet,

(c) bredden av det område som er påvirket av sveising hvis hardhet er myknet til ikke mer enn 95% av hardheten av det ikke-varmepåvirkede grunnmetall har en bredde som ikke er mindre enn 5 mm, og (d) den tidlgiere austenittiske kornstørrelse i den varmepåvirkede sone (HAZ) som har kontakt med sveisesmeltelinjen er ikke mer enn 200 um. (11) En sveiset forbindelse med stor varmetilførsel av sveisede strukturer som har utmerket sprøbruddbestandighet i henhold til et av punktene (1) til (10), erkarakterisert vedat de sveisede strukturer er fremstilt ved buttsveising av høyfaste stålplater som har en tykkelse som er over 50 mm.

Den foreliggende oppfinnelse danner sveisede forbindelser med tilstrekkelig høy bruddseighet Kc ved buttsveising av høyfaste stålplater, særlig høyfaste stålplater for en sveiset skipskonstruksjon, som har flytegrense i 460 MPa klassen og tykkelse som er større enn 50 mm.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 viser effekten av sveisemetall og grunnmetall på bruddseigheten Kc. Fig. 2 viser relasjonen mellom hardhetsforholdet mellom sveisemetallet og grunnmetallet, bredden av sveisestrengen og forbindelsens fasthet. Fig. 3 viser spenningsfordelingen i sprekkåpningen i punkter i gitte avstander fra, i retning av sprekkens forplantning, skårets spiss hvor CTOD ("crack

tip opening displacement", sprekkåpning) er 0,05 mm ved spissen av skår som er tildannet i grensen (FL) mellom sveisemetallet ("weld metal", WM) og den varmepåvirkede sone ("heat-affected zone", HAZ) og i den varmepåvirkede sone (HAZ) i 70 mm tykke prøvestykker.

Fig. 4 viser et prøvestykke med dyptskår.

Den mest foretrukne utførelsesform

For å forhindre deformasjon og spenningskonsentrasjon, har sveisede forbindelser konvensjonelt blitt designet ved å gjøre fastheten og hardheten av sveisemetallet større enn for grunnmetallet, og sveisematerialer med fasthet som overgår den som er for grunnmetallet har blitt valgt ved designen av sveisede forbindelser.

Oppfinnerne fremstilte en stålplate som har flytegrense i 460 MPa klassen og laget en sveiset forbindelse ved bruk av et sveisemateriale som tilveiebringer et overgående sveisemetall og evaluerte de mekaniske egenskaper til den sveisede forbindelse ved hjelp av dypskårtesten.

Den sveisede forbindelse viste en tilstrekkelig høy verdi på ikke mindre enn 90 J ved en testtemperatur på -20°C og en nokså god bruddflateomslagstempera-tur på -20°C i Charpy V-skårtesten. I dypskårtesten, var bruddseigheten Kc imidlertid så lav som ikke mer enn 2000 N/mm<15>.

Det fremskaffede testresultat avvek sterkt fra den konvensjonelt kjente "gjensidige sammenheng mellom resultatene av Charpy V-skårtestene og dypskårtestene".

Detaljert undersøkelse av bruddstartpunktene i dypskårtesten førte til de følgende funn: (i) Brudd opptrådte i grensen (det vil si smeltelinjen ("fusion line", FL) mellom sveisemetallet ("weld metal", WM) og den varmepåvirkede sone ("heat-affected zone, HAZ)). (ii) Mikrostrukturen i det området hvor bruddet startet var den samme som i det området hvor bruddet opptrådte i Charpy testprøve-stykket.

Oppfinnerne gjorde også det følgende funn ved analysering av fordelingsmønsteret til lokal spenning som virker som en drivende kraft i dypskårtestene og Charpy-testene ved hjelp av tredimen-sjonal "finite elemenf-metode: (iii) Fordelingsmønsteret for lokal spenning er svært forskjellig i

dypskårtestene og Charpy-testene.

Fig. 3 viser et eksempel på spenningsfordelingen i sprekkåpningen analysert ved hjelp av den tredimensjonale "finite elemenf-metode (FEM) i punkter i gitte avstander fra, i retningen for sprekkforplantningen, skårspissen hvor CTOD ("crack tip opening displacement", sprekkåpningen) er 0,05 mm ved spissen av skår som ertildannet i grensen (FL) mellom sveisemetallet (WM) og den varmepåvirkede sone (HAZ) og i den varmepåvirkede sone (HAZ) for 70 mm tykke prøvestykker.

Dette diagrammet viser at:

(iv) Den innskrenkende kraft i retning av platetykkelsen øker sterkt når platetykkelsen overstiger 50 mm og nærmer seg ca. 70 mm, og lokal spenning øker sterkt ved grensen mellom sveisemetallet (WM) og den varmepåvirkede sone (HAZ) når fastheten av sveisemetallet (WM) er større enn fastheten av grunnmetallet ("base metal", BM) eller den varmepåvirkede sone (HAZ) (som angitt med □ (WM-H) og ■ (WM-L)).

Når fastheten av sveisemetallet (WM) er større enn fastheten av grunnmetallet (BM) eller den varmepåvirkede sone (HAZ) (det vil si i tilfellet WM-H), øker ikke lokal spenning, og den forblir hovedsakelig lik det tilfellet (WM-L) hvor fastheten i sveisemetallet (WM) er lav.

Det kan således overveies at senkingen av Kc skyldes den lokale spen-ningsøkning ved grensen mellom sveisemetallet (WM) og den varmepåvirkede sone (HAZ) som skjer når fastheten av sveisemetallet (WM) er større enn fastheten i grunnmetallet (BM) og den varmepåvirkede sone (HAZ) (det vil si i tilfellet WM-H).

Basert på den ovenstående analyse, fant oppfinnerne at:

(v) For å øke Kc ved å regulere den sterke økning i loka spenning ved grensen mellom sveisemetallet (WM) og den varmepåvirkede sone (HAZ), er det nødvendig å senke fastheten av sveisemetallet (WM) så mye som mulig.

Ved bestemmelse av bruddseigheten Kc ved variering av hardheten av sveisemetallet (Hv(WM)) basert på resultatet av den ovenstående analyse og plotting av verdiene av Kc mot "hardhet av sveisemetallet [Hv(WM)]/hardhet av grunnmetallet [Hv(WM)], ble det funnet at senkingen av bruddseigheten på grunn av økningen i lokal spenning kan forhindres ved regulering av hardheten av sveisemetallet [Hv(WM)] til ikke mer enn 110% av hardheten av grunnmetallet [Hv(BM)], som angitt med • på fig. 1.

Det ble oppdaget at det for å øke bruddseigheten Kc i den sveisede forbindelse er nødvendig å gjøre hardheten av sveisemetallet [Hv(WM)] lavere enn hardheten av grunnmetallet [Hv(BM)]. Imidlertid, hvis hardheten av sveisemetallet [Hv(WM)] senkes, minker fastheten (strekkfastheten) av sveisede forbindelser til slike nivåer at det vil forårsake fatale problemer i strukturer.

Den nedre grense for sveisemetallets fasthet som er påkrevet for å sikre så mye fasthet som grunnmetallet har i sveisede forbindelser ble således studert empirisk. Det ble da funnet at tilfredsstillende fasthet (strekkfasthet) kan sikres i sveisede forbindelser selv om hardheten av sveisemetallet [Hv(WM)] faller til 70% av hardheten av grunnmetallet [Hv(BM)] hvis bredden av sveisemetallet (sveisestrengens bredde) er begrenset til ikke mer enn 70% av platetykkelsen i det området hvor bredden av sveisemetallet (sveisestrengens bredde) har en stor effekt, som vist på fig. 2.

For å sikre den ønskede bruddseighet Kc i sveisede forbindelser, er det nødvendig å sørge for at lokal spenning ikke øker langs smeltelinjen ("fusion line", FL), som er den svakeste del av den sveisede forbindelse, som tidligere nevnt. Samtidig er det også viktig å forbedre den mikrostatiske sprøbruddbestandighet i og rundt smeltelinjen (FL).

Studier av de mekanismer som danner sprøbrudd i nærheten av smeltelinjen (FL) ledet til det funn at å holde kornstørrelsen av tidligere austenitt liten bidrar til å forbedre sprøbruddbestandigheten, fordi den foreutektiske ferritt i nærheten av tidligere austenitt og listlignende øvre bainitt og ferritt sideplaten i tidligere austenitt blir utgangspunktet for bruddet.

Resultatet av det eksperiment som ble gjennomført av oppfinnerne indikerer at det er foretrukket å holde kornstørrelsen av tidligere austenitt i den varmepåvirkede sone (HAZ) som inneholder smeltelinjen (FL) ved eller under 200 um.

Oppfinnerne oppdaget også at forekomsten og fordelingen av lokal spenning langs smeltelinjen (FL) i kontakt med sveisemetallet styres av hardheten av sveisemetallet, og at det er en tendens til at den lokale spenning langs smeltelinjen (FL) minker hvis den varmepåvirkede sone (HAZ) som er i kontakt med smeltelinjen (FL) har et stort "myknet området".

Det er foretrukket å sørge for at det myknede område i den varmepåvirkede sone (HAZ) ikke er mindre enn 5 mm i bredde, ettersom nevnte minking ble observert når bredden av det myknede området i den varmepåvirkede sone (HAZ) ikke var mindre enn 5 mm i det eksperiment som ble gjennomført av oppfinnerne.

I prinsippet minker lokal spenning hvis hardheten av den varmepåvirkede sone (HAZ) er lavere enn hardheten av grunnmetallet. I det eksperiment som ble gjennomført av oppfinnerne, minket imidlertid lokal spenning definitivt når hardheten av den varmepåvirkede sone (HAZ) var lavere enn hardheten av grunnmetallet med ikke mindre enn 5%.

Det er derfor foretrukket å sørge for at det området av den varmepåvirkede sone som er myknet til ikke mer enn 95% av hardheten av grunnmetallet som er upåvirket av varme har en bredde som ikke er mindre enn 5 mm.

De høyfaste stålplater for sveisede strukturer og skipsytterhuder som brukes sammen med den foreliggende oppfinnelse kan fremstilles av strukturelle stål for sveiseformål med kjente sammensetninger.

Foretrukne stål er, for eksempel, de som omfatter, regnet som masse%, C fra 0,02 til 0,20%, Si fra 0,01 til 1,0%, Mn fra 0,3 til 2,0%, Al fra 0,001 til 0,20%, N ikke mer enn 0,02%, P ikke mer enn 0,01% og S ikke mer enn 0,01%, og som inneholder en eller flere av Ni, Cr, Mo, Cu, W, Co, V, Nb, Ti, Zn, Ta, Hf, REM ("rare-earth metal", sjeldne jordmetaller), Y, Ca, Mg, Te, Se og B, som påkrevet for å øke grunnmetallets fasthet, forbindelsens seighet og andre egenskaper.

Selv om tykkelse av plater ikke spesifikt er begrenset, er det foretrukket å anvende den foreliggende oppfinnelse for eksempel på høyfaste stålplater, for store skipsytterhuder, som overstiger 50 mm i tykkelse.

Kjemisk sammensetning og sveisemetoder ved sveising av materialer er heller ikke spesielt begrenset så lenge de karakteristika som er spesifisert ved den foreliggende oppfinnelse er oppfylt.

Selv om det er foretrukket at sveisematerialer omfatter C fra 0,01 til 0,06%, Si fra 0,2 til 1,0%, Mn fra 0,5 til 2,5%, Ni fra 0 til 4,0%, Mo fra 0 til 0,30%, Al fra 0 til 0,3%, Mg fra 0 til 0,30%, Ti fra 0,02 til 0,25% og B fra 0 til 0,050%, kan det gjøres passende valg ved vurdering av den kjemiske sammensetning til stålplaten.

Sveising utføres med VEGA (oscillerende elektrogassveising med én elektrode), VEGA-II (oscillerende elektrogassveising med dobbel elektrode), EG (elektrogassveising) og SAW (pulverdekket buesveising).

Ved sveising av 70 mm tykke stålplater med to sveisetråder innenfor sam-mensetningsområdet med VEGA-II, er det foretrukket for eksempel å bruke en spenning på 42 V, en strøm på 390 A, en sveisehastighet på 4,2 m/min, en varmetilførsel på ikke mindre enn 450 kJ/cm. Det er også foretrukket at fugevinkelen, fugens bredde og rotåpning er henholdsvis 20°, 33 mm og 8 mm.

Ved sveising av 70 mm tykke stålplater med SA W, gjøres flerlagssveising med en sveisetråd med en diameter på 4,8 mm, en strøm på 650 A, en spenning på 33 V og en sveisehastighet på 60 cm/min. Stor varmetilførsel skjer ved å pakke baksiden med kopper eller asbest og øke strømmen.

C02-sveising utføres for eksempel med sveisetråd med diameter 1,4 mm og en strøm på ca. 200 til 450 A. Sveisebetingelser er ikke spesifikt begrenset til de eksempler som er beskrevet ovenfor. Effekten av den foreliggende oppfinnelse kan oppnås ved å velge passende sveisebetingelser og regulere hardheten av sveisemetallet og sveisestrengens bredde til innenfor det området som er spesifisert ved den foreliggende oppfinnelse.

Selv om sveisebetingelser ikke er spesifikt begrenset så lenge hardheten av sveisemetallet og sveisestrengens bredde reguleres nøyaktig innenfor det området som er spesifisert ved den foreliggende oppfinnelse, er for eksempel elektrogassveising med en elektrode som forbrukes utenfor omfanget av den foreliggende oppfinnelse, fordi sveisestrengens bredde blir større enn platetykkelsen.

Lasersveising og elektronstrålesveising, som enkelt kan regulere bredden av sveisestrengene, er innenfor omfanget av den foreliggende oppfinnelse så lenge sveisestrengens bredde og hardheten av sveisemetallet reguleres til å være innenfor det området som er spesifisert ved oppfinnelsen.

Sveisemetoder som ikke bruker sveisematerialer er tilbøyelige til å gjøre hardheten av sveisemetallet større enn hardheten av grunnmetallet, fordi sveisemetallet dannes ved smeltingen og størkningen av grunnmetallet. Slike sveisemetoder er derfor utenfor omfanget av den foreliggende oppfinnelse hvis hardheten av sveisemetallet er utenfor det området som er spesifisert ved oppfinnelsen.

Eksempel

Den foreliggende oppfinnelse blir nå beskrevet med henvisning til et eksempel som ble testet under de anvendte betingelser, for å bekrefte gjennomførbar-heten og effekten av oppfinnelsen. Den foreliggende oppfinnelse er ikke begrenset til nevnte betingelser.

Den foreliggende oppfinnelse kan praktiseres under forskjellige betingelser og kombinasjoner av disse uten å avvike fra oppfinnelsens omfang og idé, så lenge hensikten med oppfinnelsen oppnås.

Eksempel 1

Karakteristika og ytelse til sveisede forbindelser ble testet og undersøkt ved bruk av stålplater med tykkelse på 50 til 100 mm. Tabell 1 viser resultatene. Tabell 3 og 4 viser de kjemiske sammensetninger (typer av stål) for stålplatene og sveisematerialene i buttsveisene.

Sveising ble utført med VEGA, VEGA-II, EG og SAW under de betingelser som er vist i tabell 2.

Fugevinkelen og rotåpningen var 20° V-fuge og 8 mm i VEGA, 20° V-fuge og 8 mm i VEGA-II og EG, og 40° Y-fuge og 2 mm i SAW.

Hardheten av grunnmetallet [Hv(BM)] er den gjennomsnittlige hardhet over tykkelsen av stålplaten som ble bestemt ved innpressing av et inntrykkingslegeme på 10 kg. Hardheten av sveisemetallet [Hv(WV)] er hardheten av sveisemetallet bestemt ved å presse et inntrykkingslegeme på 10 kg i senter av tykkelsen for sveisemetallet.

Sveisestrengens bredde er gjennomsnittet av de verdier som ble målt ved forsiden og baksiden og senter i tykkelsen av sveisemetallet.

Bredden av det myknede området i den varmepåvirkede sone (HAZ) er bredden av det området som strekker seg fra smeltelinjen mot grunnmetallet hvor hardheten mykner 5% fra hardheten i grunnmetallet.

Den tidligere austenittkornstørrelse i den varmepåvirkede sone (HAZ) er den som er i den varmepåvirkede sone i kontakt med smeltelinjen uttrykt ved ekvivalent diameter.

Bruddflateomslagstemperaturen ("fracture surface transition temperature", vTrs) (°C) ble bestemt ved å variere den testtemperatur som ble påført på prøvestykkene som ble fremstilt, slik at smeltelinjen (FL), som er den svakeste del i den sveisede forbindelse, er i senter av dens tykkelse.

Bruddseigheten Kc (N/mm<15>) ble bestemt med dypskårtesten ved -20°C. Verdiene med [>] merket angir at til tross for sporet av duktile sprekker som er et resultat av tilstrekkelig deformasjon av skåret i prøvestykket, hindret prøvestykkets bredde på 400 mm videre måling av Kc-verdien.

Strekkfastheten for den sveisede forbindelse (MPa) indikerer den fasthet hvor NKU nr. 1 prøvestykket fikk brudd i strekktesten av forbindelsen.

Som vist i tabell 1 viste prøvestykkene nr. 1 til 17 i henhold til den foreliggende oppfinnelse tilstrekkelig bruddseighet Kc, fordi alle betingelser er innenfor de områder som er spesifisert ved oppfinnelsen.

Prøvestykkene nr. 1 til 14 viste at sveisede forbindelser har tilstrekkelig bruddseighet og strekkfasthet, fordi Hv(WM)/Hv(BM), sveisestrengens bredde / platetykkelsen og bredden av det myknede området i den varmepåvirkede sone var innenfor de spesifiserte områder.

Kc-verdien for prøvestykket nr. 14 var noe lavere enn de som er for prøve-stykkene nr. 1 til 13, fordi bredden av det myknede området i den varmepåvirkede sone var mindre enn det foretrukne området ifølge den foreliggende oppfinnelse. Kc-verdien var likevel så god som ikke lavere enn 3000 N/mm<15>.

Prøvestykke nr. 15 viste en tilstrekkelig Kc-verdi, ettersom bruddflateomslagstemperaturen VTrs var hovedsakelig lik de som er for prøvestykkene nr. 1 til 14. Forbindelsens fasthet var imidlertid lav, fordi forholdet Hv(WM)/Hv(BM) var lavere enn det foretrukne området.

Prøvestykkene nr. 16 og 17 viste lav fasthet i forbindelsen, fordi forholdet mellom sveisestrengens bredde / platetykkelse oversteg det foretrukne området ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Prøvestykkene nr. 18 til 22 som ble testet for sammenlignings skyld viste lav bruddseighet Kc i sveisede forbindelser, fordi forholdet Hv(WM)/Hv(BM) oversteg den øvre grense som er spesifisert ved den foreliggende oppfinnelse, selv om bruddflateomslagstemperaturen vTrs i Charpy-testen var hovedsakelig lik de som er for prøvestykkene nr. 1 til 17 i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Den foreliggende oppfinnelse som tilveiebringer passende bruddseighet Kc i sveisede forbindelser av høyfaste stålplater med en flytegrense som ikke er mindre enn 470 MPa og en tykkelse som ikke er mindre enn 50 mm er således en ny oppfinnelse.

Industriell anvendbarhet

Den foreliggende oppfinnelse hindrer fatal skade og brudd av sveisede strukturer, fordi sprøbrudd knapt opptrer i sveisede forbindelser med stor varmetilførsel av tykke høyfaste stålplater, selv når det er noen sveisefeil og utmattingssprekker som opptrer og utvikles.

Den foreliggende oppfinnelse, som i betydelig grad øker sikkerheten ved sveisede strukturer, har således en stor industriell anvendbarhet.

Claims

1. Sveiset struktur (1) med en buttsveiset forbindelse (2) med stor varme-tilførsel, den sveisede struktur (1) omfatter buttesveisede høyfaste stålplater (1) på 70 mm eller mer i tykkelse,

karakterisert vedat platene (1) har en flytgrense i 390 MPa-klasse for skipsstrukturell anvendelse, som har utmerket sprøbruddbestandighet,

hvori hardheten av sveisemetallet (2) er ikke mindre enn 70% og ikke mer enn 110% av hardheten av grunnmetallet (1),

hvori bredden av sveisemetallet (2) ikke er mer enn 70% av platetykkelsen av grunnmetallet (1) og

hvori bredden av området påvirket av sveising hvis hardhet er myknet til ikke mer enn 95% av hardheten av grunnmetallet upåvirket av varme har en bredde på ikke mindre enn 5 mm.