Var noga med att följa tillverkarens svetsrekommendationer för att undvika vätesprickor i svetsförband av stål!
Stålets betydelse
Det är väl känt att behovet av förhöjd arbetstemperatur skiljer mellan olika ståltyper. Legeringsinnehållet i stålet styr om, och i så fall till vilken nivå som, förhöjd arbetstemperatur behöver tillämpas. Legeringar tillsätts ett stål för att kunna uppnå vissa egenskaper som höga värden på hållfasthet och seghet i opåverkat grundmaterial och HAZ.
Ett ståls kolekvivalent ger en bra beskrivning av hur olika legeringsämnen påverkar den förhöjda arbetstemperaturen för en viss situation. Ju lägre värde desto mindre är behovet av förhöjd arbetstemperatur. Två mycket väletablerade metoder för att beräkna inflytandet från legeringsinnehållet är kolekvivalenterna enligt CET- samt CEV-metoderna vilka definieras nedan. Bägge formlerna bygger på att samtliga legeringsämnen anges i viktprocent.
CET=C+(Mn+Mo)/10+ (Cr+Cu)/20+Ni/40
CEV=C+(Cr+Mo+V)/5+Mn/6+(Ni+Cu)/15
Baserat på kolekvivalenten och övriga svetsförutsättningar (som plåttjocklekarna) i ett svetsförband kan sedan behovet av den minsta rekommenderade förhöjda arbetstemperaturen beräknas för en viss svetssituation. Alternativt kan vissa ståltillverkare ge direkta rekommendationer angående behovet av förhöjd arbetstemperatur för den aktuella svetssituationen.
Opåverkat stål innehåller mindre väte än vad som finns i ett svetsförband. Tillförseln av väte sker under svetsförfarandet. Väte i svetsförbandet kommer bland annat från ingående tillsatsmaterial, som har olika vätetal.
Detta kan exemplifieras med de rekommendationer som gäller för höghållfasta stål från SSAB. För att undvika vätesprickor i svetsförband rekommenderar SSAB att använda tillsatsmaterial som har en vätehalt av max 5 ml väte/100 g svetsgods. Dessa värden kan erhållas bland följande grupper av tillsatsmaterial:
| Tillsatsmaterial | Typer |
| Solidtråd (MAG- samt TIG svetsning) | Alla typer |
| Fluxfylld rörtråd | Basiska och rutila varianter |
| Metallpulverfylld rörtråd | Vissa typer |
| MMA | Basiska typer |
| Pulverbågsvetsning | Tillsatsmaterialkombinationer som innehåller basiska fluxer |
Tillsatsmaterialtillverkare kan ge ytterligare upplysning angående väteinnehållet för ett visst tillsatsmaterial.
Vätets transport från de kritiska delarna av svetsförbandet
Orsaken till att vätetransporten går från svetsförbandet till dess omgivning är att det finns en naturlig drivkraft att utjämna koncentrationsskillnader i väte mellan svetsförband och dess omgivning. Värme, i detta fall i form av en förhöjd temperatur i ett svetsförband, underlättar och påskyndar denna process.
Väte har en mycket hög diffusionshastighet vid högre temperaturer. Det gör att den korta termiska cykeln från ett svetsförlopp kan vara tillräckligt långt för att åstadkomma tillräckligt vätediffusion. Hur snabbt vätet kan diffundera beror på temperaturen i och omkring svetsförbandet där diffusionshastigheten ökar med stigande temperatur.
I exemplet jämförs en situation där svetsförhållandena är lika mellan två fall förutom att det i första fallet inte utförs någon förhöjd arbetstemperatur och i det andra fallet används en förhöjd arbetstemperatur av +100°C i och omkring fogen.
Avsvalningskurvornas utseende mellan de två fallen är vid en första anblick relativt lika. Samtidigt är avsvalningstiden mellan +400 °C till +200 °C avsevärt längre i fallet där förhöjd arbetstemperatur har utförts. Den minsta rekommenderade förhöjda arbetstemperaturen är ofta lägre än +200 °C. Alltså är vätediffusionen betydligt högre i avsvalningsområdet mellan +400 °C till +200 °C än vad den är vid normala förhöjda arbetstemperaturer, vilket i exemplet är satt till +100 °C.
Förhållandet att svalningstiden i ett svetsförband mellan +400 °C till +200 °C förlängs med en ökad förhöjd arbetstemperatur gäller generellt för svetsförband där övriga svetsförutsättningar sätts lika.
Vid förhöjd arbetstemperatur behöver man även följa de rekommendationer som gäller för maximal förhöjd arbetstemperatur. Orsaken är att en alltför hög arbetstemperatur kan leda till negativa effekter på de mekaniska egenskaperna i den svetsade konstruktionen, som reducerad seghet och hållfasthet. Höghållfasta stål från SSAB har alltid rekommendationer för både minsta och maximala förhöjda arbetstemperaturer.
Metodik, förhöjd arbetstemperatur
För att kunna dra full nytta av förhöjd arbetstemperatur är det viktigt att det utförs på rätt sätt. Detta för att få tillräckliga och därmed gynnsamma förutsättningar för nödvändig vätediffusion. Beskrivningar av lämpliga förfaranden finns beskrivna i Europanorm SS-EN 13916: 2018. Exakta mått på minsta möjliga uppvärmda yta runt fogen specificeras inte i denna standard. I denna standard framgår för förhöjd arbetstemperatur:
- För plåttjocklekar upp till 50 mm: Mätning av temperaturen sker vid bredden av 4*plåttjockleken på respektive stål i fogen, dock max 50 mm från svetsfogens kant (se mått A i figur 3). Mätning av temperatur sker normalt på den sida som vetter mot svetsaren.
- För plåttjocklekar över 50 mm: Här mäts temperaturen vid minst 75 mm från svetsfogens kant (se mått A i figur 3) eller vid annan överenskommen plats. Om möjligt mäts temperaturen i detta fall på motsatt sida om den uppvärmda sidan. Används fasta permanenta uppvärmningsdon, och om baksidan avdessa inte är tillgänglig, görs avläsningar på det exponerade grundmaterialets yta intill fogen. Om temperaturen mäts på samma sida som uppvärmning skett ska mätning ske efter en hålltid av minst 2 minuter/25 mm plåttjocklek efter det att värmekällan avlägsnats från fogen.
- Mellansträngstemperatur mäts i samtliga fall på svetsgodset eller vid omedelbart intilliggande grundmaterial.
Rekommendationer
SSAB tillämpar de rekommendationer som gäller i SS-EN 13916:2018 med vissa kompletteringar. Dessa är att:
- För stål från SSAB rekommenderas att för samtliga plåttjocklekar alltid använda en hålltid om 2 minuter/25 mm plåttjocklek. Orsaken är att ge ytterligare förutsättningar för att uppnå en jämn temperatur genom hela plåttjocklekarna.
- Uppvärmd yta sker längs, och på bägge sidor av, fogen på minst 10-15 cm mätt från svetsfogens centrum. Samtidigt ställs de exakta kraven vid ca 75 mm från svetsförbandets mittpunkt (se figur 4). Uppmätning av mellansträngstemperatur mäts dock på svetsgodset eller vid omedelbart intilliggande grundmaterial.
- Mätning av temperatur kan i samtliga fall ske på antingen samma eller motsatt sida om förbandet i förhållande till den yta som uppvärmts. Om mätning sker på motsatt sida om uppvärmd yta är det extra viktigt att se till att maximal förhöjd arbetstemperatur inte överskrids på den sida där uppvärmning skett från. Av naturliga skäl är det ofta lättare att utföra temperaturmätning på samma sida som där uppvärmning har skett.
De metoder som lättast ger jämn uppvärmning är elektriska värmemattor alternativt uppvärmning i ugn. Samtidigt är uppvärmning med gasflamma den vanligaste metoden eftersom den ofta är en enkel och billig metod att tillämpa. I det senare fallet blir uppvärmningen lätt mer ojämn i jämförelse med de två förra metoderna, och det blir då än mer viktigt att upprätthålla den rekommenderade hålltiden vid den förhöjda arbetstemperaturen. Temperaturen i fogen mäts ofta med pyrometer alternativt kontakttermometer.
Felorsaker
De vanligaste orsakerna tillfelaktig tillämpning av förhöjd arbetstemperatur är enligt författaren att:
- Kontroll av erforderlig temperatur i och omkring fogen inte har utförts på rätt sätt
- Hålltiden vid aktuell temperatur har varit för kort
- Den uppvärmda delen av förbandet är för liten. Det kan förekomma att förhöjd arbetstemperatur endast utförts på den ena sidan av fogen.
Avslutningsvis kan nämnas att det är centralt att ha en tydlig och bra kommunikation mellan tekniker, ingenjörer och svetsare för att uppnå en bra förfarande för förhöjd arbetstemperatur.
Artikeln har tidigare publicerats i tidningen Svetsen.
Författare
Daniel Stemne, SSAB
