Characteristics of welding of high strength steels
Lund, Hannu (2016)
Kandidaatintyö
Lund, Hannu
2016
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2016120930880
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2016120930880
Tiivistelmä
Aim of this research was to identify the challenges and problems in welding of high-strength steels, effect of heat input and cooling time to the properties of weld joint, effect of chemical composition and manufacturing method to the weldability, suitable filler wires for welding of high-strength steels and suitable welding parameter values for high-strength steels. For guaranteeing proper weld quality, it is necessary to identify the factors affecting to the welding of high-strength steels accurately enough, to know their effect to the weldability. To respond to the research questions, a comparative literature search was carried out. Comparison have been done between different scientific publications which focuses on the welding of high-strength steels, for example between scientific articles, scientific conference papers and scientific text books.
Results of this research show that the manufacturing method, microstructure and chemical composition of high-strength steel have major impact on the weldabibility. Heat affected zone of quenched and tempered steels have coarse grain zone near the weld joint where the hardness value is higher than the hardness of parent metal and near the parent metal is a fine grained zone where the hardness is lower than in parent metal. Thermomechanical control processed steels heat affected zone have lower hardness than the parent metal.
Conclusions of this research are as follows: i) amount of heat input should be kept low, because increase of heat input leads to decrease of strength and increase of coarse grain size in the weld joint and in heat-affected zone, ii) heat affected zone of welded quenched and tempered and thermomechanical control processed steels differs from each other even if the welding conditions are same for both steel types and iii) undermatching filler wire should be used when stresses in weld joint are low and matching filler wire should be used when the stresses are affecting to weld joint. Overmatching filler wire should not be used, because the hardness of weld joint will be higher than hardness of parent metal, which could lead to brittleness and high residual stresses in the weld joint. Tämän tutkimuksen tavoitteena on selvittää suurlujuusterästen hitsattavuuden haasteita ja ongelmia, millainen vaikutus lämmöntuonnilla ja jäähtymisajalla on suurlujuusteräksen hitsausliitoksen ominaisuuksiin, kuinka teräksen kemiallinen koostumus ja valmistusmenetelmät vaikuttavat hitsattavuuteen, minkälaiset hitsauslisäaineet soveltuvat suurluusterästen hitsaukseen ja mitkä ovat suurlujuusteräksille sopivat hitsausarvot. Kiinnipitävän hitsausliitoksen laadun varmistamiseksi on syytä tuntea suurlujuusterästen hitsaukseen vaikuttavat tekijät niin tarkasti, että tiedetään millainen vaikutus niillä on hitsaustapahtumaan. Tutkimuskysymyksiin on vastattu tekemällä vertaileva kirjallisuustukimus. Vertailua on tehty suurlujuusterästen hitsauksesta jo aiemmin julkaistujen tieteellisten lehitartikkeleiden, tieteellisten konferenssijulkkaisuiden sekä kirjojen välillä. Tutkimuksessa selvisi, että suurlujuusterästen valmistusmenetälmällä, mikrorakenteella ja kemiallisella koostumuksella on huomattava merkitys hitsattavuuteen. Nuorrutetuilla teräksillä muutosvyöhykkeen mikrorakenteessa on karkearakeinen alue, jossa on suurempi karkeus kuin perusaineella, sekä hienorakeinen alue, jossa karkeus on perusainetta matalampi, toisin kuin termomekaanisesti valssatuilla teräksillä, joiden muutosvyöhykkeellä karkeus on perusainetta matalampi. Tutkimuksessa päädyttiin seuraaviin johtopäätöksiin: (i) lämmöntuonti tulisi pitää alhaisena, sillä sen nostaminen heikentää hitausliitoksen kestävyyttä sekä kasvattaa karkeiden rakeiden kokoa hitsausliitoksessa ja muutosvyöhykkeellä, (ii) nuorrutettujen sekä termomekaanisesti valssattujen terästen muutosvyöhyke eroaa toisistaan huomattavasti samoilla hitsausarvoilla hitsattaessa ja (iii) käytettävän täytelangan tulisi olla aliluja silloin kun hitsausliitokseen kohdistuvat jännitykset ovat vähäisiä ja tasaluja silloin kun liitokseen kohdistuu jännityksiä. Ylilujaa täytelankaa ei tulisi käyttää, koska silloin hitsiliitoksen kovuus nousee perusainetta suuremmaksi, mikä voi johtaa hauraan hitsiliitoksen ja suurten jäännösjännitysten syntyyn.
Results of this research show that the manufacturing method, microstructure and chemical composition of high-strength steel have major impact on the weldabibility. Heat affected zone of quenched and tempered steels have coarse grain zone near the weld joint where the hardness value is higher than the hardness of parent metal and near the parent metal is a fine grained zone where the hardness is lower than in parent metal. Thermomechanical control processed steels heat affected zone have lower hardness than the parent metal.
Conclusions of this research are as follows: i) amount of heat input should be kept low, because increase of heat input leads to decrease of strength and increase of coarse grain size in the weld joint and in heat-affected zone, ii) heat affected zone of welded quenched and tempered and thermomechanical control processed steels differs from each other even if the welding conditions are same for both steel types and iii) undermatching filler wire should be used when stresses in weld joint are low and matching filler wire should be used when the stresses are affecting to weld joint. Overmatching filler wire should not be used, because the hardness of weld joint will be higher than hardness of parent metal, which could lead to brittleness and high residual stresses in the weld joint.