Porównanie różnych kompozycji stopowych materiałów dodatkowych do spawania o niskiej temperaturze przemiany

Karlsson, L.; Mraz, L.; Bhadesia, H. K. D. H.; Shirzadi, A. A.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Porównanie różnych kompozycji stopowych materiałów dodatkowych do spawania o niskiej temperaturze przemiany

Autorzy

Karlsson L. , Mraz L. , Bhadesia H. K. D. H. , Shirzadi A. A.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

Identyfikatory

Warianty tytułu

Comparison of alloying concepts for Low Transformation Temperature (LTT) welding consumables

Konferencja

52. Naukowo-Techniczna Konferencja Spawalnicza, Sosnowiec, 19-21.10.2010 r.

Języki publikacji

Abstrakty

Pęknięcia zmęczeniowe inicjowane są zwykle w spoinach w wyniku wysokich naprężeń pozostających i zmian geometrii wprowadzających koncentratory naprężeń. Jednym z rozwiązań, mogącym zwiększyć wytrzymałość zmęczeniową złączy spawanych jest zastosowanie spoiw o niskiej temperaturze przemiany (LTT - ang. Low Transformation Temperature). Materiały te zmniejszają możliwość powstawania naprężeń spawalniczych poprzez wykorzystanie plastyczności przemiany, powodując skompensowanie skurczu termicznego, co prowadzi do wydłużenia trwałości zmęczeniowej. Przebadano trzy rodzaje spoiw LTT, o różnej zawartości Ni i Cr i o niskiej temperaturze początku przemiany martenzytycznej (Ms). Wyniki badań zmęczeniowych wykazały znaczny wzrost wytrzymałości zmęczeniowej badanych złączy, zarówno doczołowych, jak i ze spoinami pachwinowymi dla wszystkich trzech kombinacji spoiw. Stwierdzono wyraźną współzależność pomiędzy niższą temperaturą przemiany, zmniejszeniem naprężeń spawalniczych oraz zwiększeniem wytrzymałości zmęczeniowej. Efekt działania spoiw LTT był wyraźniej zależny od temperatury przemiany metalu spoiny niż od jej składu chemicznego. Ważnym czynnikiem było wymieszanie materiału rodzimego podczas spawania jednościegowego, gdzie temperatura Ms wzrosła o ok. 70 stopni Celsjusza w porównaniu do Ms odpowiednich stopiw. Spoiwo 13Cr 6Ni określono jako najbardziej obiecujące nie tylko ze względu na charakterystykę zmęczeniową, lecz również ze względu na odporność na pękanie gorące i zimne, wytrzymałość, udarność i ciągliwość.

Fatigue cracks are often initiated at welds as a consequence of large residual stresses and changes in geometry acting as stress concentrators. A concept showing promise in improving the fatigue life of welded joints is the use of so called Low Transformation Temperature (LTT) welding consumables. These materials reduce the accumulation of residual stresses in welded joints by exploiting transformation plasticity to compensate for thermal contraction. This in turn enhances fatigue life. Three LTT alloys, based on different combinations of mainly Ni and Cr to produce low martensite-start (Ms) temperatures, have been tested. Fatigue testing showed similar results with a significant increase in fatigue strength for fillet and butt weld configurations for all three compositions. There was a pronounced interdependence between a lower transformation temperature, lower residual stresses and improved fatigue strength. The LTT effect was clearly related to the weld metal transformation temperature rather than the alloying concept per se. Dilution was an important factor in single-pass applications with Ms temperatures increasing by up to 70 degrees centigrade compared to the corresponding all-weld metals. The 13Cr 6Ni alloy was identified as the most promising LTT-alloy considering not only fatigue performance but also aspects such as safety against hot and cold cracking, strength, toughness and ductility.

Słowa kluczowe

naprężenie spawalnicze wytrzymałość zmęczeniowa redukcja naprężeń niska temperatura przemiany spoiwo

welding stress fatigue strength stress reduction low transformation temperature filler metal

Wydawca

Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny

Czasopismo

Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach

Rocznik

2010

Tom

R. 54, nr 5

Strony

33--39

Opis fizyczny

Bibliogr. 29 poz.

Twórcy

autor

Karlsson L.

autor

Mraz L.

autor

Bhadesia H. K. D. H.

autor

Shirzadi A. A.

ESAB AB, Góteborg, Szwecja

Bibliografia

1. Hobbacher A.: Recommendations for fatigue design of welded joints and components. IIW document XIII- 2151-07/XV-1254-07
2. Jones W. K. C., Alberry P. J.: A model for stress accumulation in steels during welding. Met. Technol., 1977, 11,557-566.
3. Ohta A., Suzuki N., Maeda Y., Hiraoka K, Nakamura Т.: Superior fatigue crack growth properties in newly developed weld metal. Int. J. Fatig., 1999, 21, S113-S118.
4. Ohta A., Wata nahe O., Matsuoka К., Shiga С., Nishiji- ma S., Maeda Y., Suzuki N.. Kubo Т.: Fatigue strength improvement by using newly developed low transformation temperature welding material. Weld. World, 1999, 43, 38-42.
5. Ohta A., Suzuki N., Maeda Y.: Properties of complex inorganic solids 2'. (ed. A. Meike), 401-408; 2000, New York, Kluwer Academic/Plenum Publishers.
6. Withers P. J., Bhadeshia H. K. D. H.: Residual stress part 1 - measurement techniques. Mater. Sei. Technol., 2001, 17, 355-365.
7. Withers P. J., Bhadeshia H. K. D. H.: Residual stress part 2 - nature and origins. Mater. Sei. Technol., 2001, 17, 366-375.
8. Ohta A., Matsuoka K., Nguyen N. Т., Maeda Y., Suzuki N.: Fatigue strength improvement of lap welded joints of thin steel plate using low transformation temperature welding wire. Weld. J. Res. Suppl., 2003, 82, 77s-83s.
9. Eckerlid J., Nilsson Т., Karlsson L.: Fatigue properties of longitudinal attachments welded using low transformation temperature filler. Sei. Technol. Weld. Join., 2003, 8, 353-359.
10. Lixing H., Dongpo W., Wenxian W., Tainjin Y.: Ultrasonic peening and low transformation temperature electrodes used for improving the fatigue strength of welded joints. Weld. World, 2004, 48, 34-39.
11. Zenitani .S'., Hayakawa N., Yamamoto J., Hiraoka K., Morikage Y., Yauda T., Amano K.: Development of new low transformation temperature welding consumable to prevent cold cracking in high strength steels. Wells. Sei. Technol. Weld. Join., 2007, 12, 516-522.
12. Francis J. A., Stone H. J., Kundu S.. Rogge R. В., Bhadeshia H. K. D. //., Withers P. J..Karlsson L.: Transformation temperatures and welding residual stresses in fer- ritic steels. Proc. PVP 2007, 1-8; 2007, San Antonio, TX,ASME.
13. Darcis Ph. P., Katsumoto H.. Payares-Asprino M. C., Liu S., Siewert T. A.: Cruciform fillet welded joint fatigue strength improvements by weld metal phase transformations. Fatig. Fract. Eng. Mater. Struct., 2008, 31, 125-136.
14. Payares-Asprino M. C., Katsumoto II., Liu S.: Effect of martensite start and finish temperature on residual stress development in structural steel. Wells. Weld. J., Res. Suppl., 2008, 87, 279s-289s.
15. Dai H.. Francis J. A., Stone H. J., Bhadeshia H. K. D. H., Withers P. J. : Characterising phase transformations and their effects on ferritic weld residual stresses with X-rays and neutrons. Metall. Mater. Trans. A, 2008,39A, 3070-3078.
16. Mikami Y., Morikage Y., Mochizuki M., Toyoda M.: Angular distortion of fillet welded T joint using low transformation temperature welding wire. Sei. Technol. Weld. Join., 2009, 14, 97-105.
17. Bhadeshia H. K. D. H., Francis J. A., Stone H. J., Kundu S., Rogge R. В., Withers P. J., Karlsson L.: Transformation Plasticity in Steel Weld Metals. Proc. 10th Int. Aachen Welding Conference, 22-25 October, 2007,Aachen, Germany.
18. Shirzadi A., Bhadeshia H. K. D. H., Karlsson L., Withers P. J.: Stainless steel weld metal designed to mitigate residual stresses. Science and Technology of Welding and Joining, Vol. 14, No. 6, 2009, pp. 559-565.
19. NPL MTDATA Software, National Physical Laboratory, Teddington, UK, 2006.
20. Kaufman L., Cohen M.: Thermodynamics and kinetics of martensitic transformation. Prog. Met. Phys., 1958, 7, 165-246.
21. Bhadeshia H. K. D. H.: The driving force for martensitic transformation in steels. Met. Sei., 1981, 15, 175-177.
22. Bhadeshia H. K. D. H.: Thermodynamic extrapolation and the martensite-start temperature of substitutionally alloyed steels. Met. Sei., 1981, 15, 178-150.
23. Ghosh G.. Olson G. В.: Kinetics of FCC&BCC heterogeneous martensitic nucleation. Acta Metall. Mater., 1994, 42, 3361-3370.
24. Cool Т., Bhadeshia H. K. D. H.: Prediction of the martensite start temperature of power plant steels. Mater. Sei. Technol., 1996, 12, 40-44.
25. Steven W., Haynes A. J.: The temperature of formation of martensite and bainite in low alloy steels - Some effects of chemical composition. JISI 1956, 183, 349-359.
26. Suutala N.: Solidification of austenitic stainless steels. Acta Univ. Ouluensis C, 1983, 26C, 53-60.
27. Myllykoski L., Suutala N.: Effect of solidification mode on hot ductility of austenitic stainless steel. Met. Technol., 1983, 10, 453- 460.
28. Kujanpää V. P., David S. A., White C. L: Formation of hot cracks in austenitic stainless steel welds - solidification cracking. Weld. J. Res. Suppl., 1986,65, 203s-212s.
29. Karlsson L.: Improving fatigue life with Low Transformation Temperature (LTT) welding consumables. Svetsaren, 64, 1,2009, 27-31

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BOS4-0025-0040