Materialstrukturer og sveisesoner
Materialstrukturer og sveisesoner
Når vi sveiser, skjer det store endringer i den indre strukturen i materialet. Det er fordi varmen som blir generert under sveising, påvirker både selve sveisesømmen og området rundt. Vi deler gjerne materialet opp i forskjellige soner, hver med sin struktur og sine egenskaper:
a) sveisesone og smeltesone: i midten
b) varmepåvirka soner: på hver side av sveise- og smeltesone
c) rekrystalliserte soner (delvis endra struktur): på hver side av varmepåvirka soner
d) ikke påvirka grunnmateriale: ytterst, på begge sider av rekrystalliserte soner
Sonene som oppstår ved sveising, kan vi dele opp i ulike deler alt etter hvor mye varme som har påvirka metallet:
Sveisesone (smeltebadet)
Dette er selve sveisen, der grunnmaterialet har smelta og størkna. Materialet her har helt ny kornstruktur, siden det har gått fra flytende til fast form.
Sveisesona kan inneholde sveisefeil som porer eller innslagsstoffer hvis prosessen ikke er optimal. Ofte har denne sona høyere hardhet enn grunnmaterialet på grunn av hurtig avkjøling (delvis herding).
Hurtig avkjøling gir finkorna struktur.
Sakte avkjøling gir grovkorna struktur.
Smeltesone
Smeltesona er overgangen mellom sveisen og det faste grunnmaterialet. Dette området var så vidt oppe i smeltepunktet, men har ikke smelta helt. Det kan inneholde partielt smelta områder, og det kan gi svakheter som kan føre til sprekkdannelse.
Korngrensa i denne sona kan være svekka på grunn av segregasjon (fordeling av legeringselementer). I noen metaller, spesielt aluminium og rustfritt stål, kan dette området være utsatt for varmsprekker.
Varmepåvirka sone (HAZ – heat affected zone)
Denne sona er området utafor smeltesona som har vært påvirka av varme, men der ingen fullstendig rekrystallisasjon har skjedd. Temperaturene her kan variere fra rett under rekrystallisasjonstemperaturen til nær smeltepunktet.
Området kan inneholde flere soner med forskjellige strukturer:
overoppheta sone: nærmest smeltesona, kan ha grovkorna struktur
partielt transformert sone: temperaturer høye nok til faseendringer, men ikke fullstendig smelting
temperert sone: lavest temperaturpåvirkning, kan føre til mykning i herda stål
Styrken og egenskapene til denne sona kan variere sterkt.
Normalisert sone
Dette er området der temperaturen var høy nok til å omdanne mikrostrukturen til en mer jevn, finkorna struktur. Temperaturen har vært over A3-temperaturen (for stål) slik at ferritt og perlitt har løst seg opp og danna austenitt, men korna har ikke vokst like mye som i overoppheta sone.
Når dette området blir avkjølt, danner det seg finkorna ferritt og perlitt igjen. Det kan forbedre seigheten i dette området. For karbonstål er dette ofte et sterkere og mer formbart område enn overoppheta sone.
Rekrystallisert sone
Dette er området der temperaturen har vært høy nok til fullstendig rekrystallisering, men ikke nok til at materialet har gjennomgått faseendringer.
Når metallet i varmepåvirka sone blir varma opp til en temperatur over rekrystallisasjonstemperaturen (vanligvis over 0,5 ganger smeltepunktet i Kelvin), begynner deformerte korn fra tidligere bearbeiding å danne nye, ubearbeida korn.
Sona har lavere fasthet og hardhet enn grunnmaterialet, og fins ofte i materialer som har vært kaldbearbeida før sveising, ettersom spenninger blir utløst og nye korn danna. Disse nye korna blir danna uten restspenninger og er ofte grovere enn de opprinnelige korna i grunnmaterialet.
Uberørt sone
Dette området er ikke blitt påvirka av varme fra sveiseprosessen. Området beholder den opprinnelige mikrostrukturen og mekaniske egenskaper, og har ingen endringer i fasthet, duktilitet eller kornstruktur.
Mellom disse sonene kan det oppstå mekaniske spenninger, det vil si indre krefter som prøver å dra de sveisa delene fra hverandre. Disse spenningene kan svekke styrken i sveisen, så det må vi huske når vi velger sveisemetode og utstyr.
Illustrasjonen viser grafisk hvor høy temperatur de ulike sonene er blitt utsatt for under sveising. Dess nærmere sveisen, dess høyere temperatur.
