Заваряването на високоякостни износоустойчиви стомани като Hardox е напълно различна дисциплина от заваряването на стандартна конструктивна стомана. Твърдостта и устойчивостта на износване на тези стомани произтичат от специалните процеси на закаляване и темпериране, приложени по време на производството. Неконтролираният топлинен внос по време на заваряване може да наруши тази структура; погрешното приложение пък води до студени пукнатини, които се появяват едва след дни. В тази статия разглеждаме техническите правила при заваряването на Hardox и точките, на които трябва да се обърне внимание при работа на място.

Каква е основната трудност при заваряването на Hardox?

Твърдостта на износоустойчивите стомани произтича от мартензитна вътрешна структура. По време на процеса на заваряване зоната на съединение се разтопява, а околният материал е изложен на високи температури. Тази зона се втвърдява отново при охлаждане и вътре се натрупват сериозни остатъчни напрежения.

Именно на този етап се задействат три риска: омекотяване на материала в топлинно засегнатата зона поради прекомерен топлинен внос, прекомерно втвърдяване и охрупкавяване поради бързото охлаждане, и студена пукнатина, причинена от водород. Правилната заваръчна процедура цели едновременно балансиране на тези три риска.

Студената пукнатина: най-коварният риск

Студената пукнатина (водородна пукнатина) е най-опасният вид повреда при заваряването на Hardox. Коварството ѝ се състои в това, че тя може да се появи не веднага след завършването на заваряването, а часове или дори дни по-късно. Заваръчен шев, който при визуален преглед изглежда чист, може след два дни да се окаже напукан.

За възникването на студена пукнатина е необходимо съвпадението на три условия: наличие на водород в заваръчния метал, твърда и охрупкавена вътрешна структура и високо остатъчно напрежение. Отстраняването на кое да е от тях предотвратява пукнатината; цялата заваръчна процедура всъщност е изградена около борбата с тези три фактора.

Защо предварителното загряване е критично?

Предварителното загряване е най-важната стъпка при заваряването на Hardox. Загряването на материала преди заваряване изпълнява две функции: забавя скоростта на охлаждане, предотвратявайки прекомерно втвърдяване, и дава време на водорода в заваръчния метал да дифундира навън.

Основните фактори, определящи температурата на предварително загряване, са:

- Дебелина на материала: с увеличаване на дебелината се повишава необходимата температура
- Класът на твърдост на стоманата: по-твърдите класове изискват по-високо предварително загряване
- Геометрия и коравина на съединението: рискът се увеличава при ограничени съединения
- Температура и влажност на околната среда: изискването се повишава в студена и влажна среда на обекта

Температурата трябва да се осигурява не само по линията на заваряване, а с достатъчна широчина от двете страни на съединението и по цялата дебелина на материала. Бързото загряване само на повърхността с пламък не е достатъчно — трябва да се даде време топлината да проникне в дебелината на материала. Температурата трябва да се проверява с контактен термометър или термочувствителна боя.

Избор на електрод и допълнителен метал

При заваряването на Hardox контролът на водорода започва директно с избора на разходни материали. Затова винаги се използват електроди с нисък съдържание на водород (базични) или подходящи комбинации от тел и газ за газозащитно заваряване.

Едно често срещано погрешно схващане е, че заваръчният метал трябва да бъде толкова твърд, колкото основния материал. В действителност в повечето приложения се предпочита обратното: заваръчен метал, по-мек и по-пластичен от основния материал, поема напреженията чрез пластична деформация и намалява риска от пукнатини. Самият заваръчен шев не е повърхността, изложена на износване — устойчивостта на износване се осигурява от самата плоча.

Критично е електродите да не поемат влага. Отворените опаковки от базични електроди трябва да се съхраняват в пещ при температурата, посочена от производителя, и да се транспортират до обекта в загрята кутия. Влажен електрод обезсмисля дори най-доброто предварително загряване.

Топлинен внос и междинна температура между пасовете

Топлинният внос е стойност, определяна съвместно от заваръчния ток, напрежението и скоростта на движение, и има горна граница при заваряването на Hardox. Прекомерният топлинен внос разширява топлинно засегнатата зона и създава трайно омекотяване в нея, което локално намалява устойчивостта на износване на плочата около заваръчния шев.

Затова вместо дебели пасове, полагани наведнъж, се прибягва до тънка и контролирана многопасова техника. Съществува и горна граница за температурата между отделните пасове; след всеки пас температурата трябва да се измерва, а при необходимост да се изчаква преди следващия пас. Люлеещото се движение (weaving) увеличава топлинния внос, затова трябва да се ограничава максимално.

Подготовка на съединението и почистване

Правилната подготовка на заваръчния ъгъл е решаваща както за проникването, така и за устойчивостта срещу пукнатини. Повърхността на съединението трябва да бъде напълно освободена от масла, боя, ръжда, влага и шлака, образувана след рязането. Всички тези замърсители са източник на водород и пряко повишават риска от пукнатини.

Правилното оформяне на геометрията на ъгъла също определя качеството на заваряване. При ъгли, подготвени с термично рязане, се препоръчва почистване на втвърдения ръб чрез шлифоване.

След заваряването: бавно охлаждане

Работата не приключва в момента на завършване на заваряването. Контролираното и бавно охлаждане на детайла осигурява необходимото време водородът да напусне структурата. Поставянето на заварения детайл върху студен под, напръскването му с вода или излагането му на вятър може да обезсмисли всичко направено дотогава. При критични приложения детайлът се увива с изолационно одеяло, за да се остави да изстине бавно.

Заваръчно производство на Hardox с DMK Makina

DMK Makina, като партньор на Hardox Wearparts, извършва целия процес — от рязането до заваряването на износоустойчиви стомани — със сертифицирани заварчици и писмени заваръчни процедури. Температурите на предварително загряване се проверяват и документират, топлинният внос се записва, а при критични съединения се прилага безразрушителен контрол. Сме до вас с проектно-специфични инженерни решения за вашите проекти за износоустойчиви части и тежко натоварено оборудване в регионите Тракия и Мармара.