Materialstrukturar og sveisesoner
Materialstrukturar og sveisesoner
Når vi sveiser, skjer det store endringar i den indre strukturen i materialet. Det er fordi varmen som blir generert under sveising, påverkar både sjølve sveisesaumen og området rundt. Vi deler gjerne materialet opp i ulike soner, kvar med sin struktur og sine eigenskapar:
a) sveisesone og smeltesone: i midten
b) varmepåverka soner: på kvar side av sveise- og smeltesone
c) rekrystalliserte soner (delvis forandra struktur): på kvar side av varmepåverka soner
d) ikkje påverka grunnmateriale: ytst, på kvar side av rekrystalliserte soner
Sonene som oppstår ved sveising, kan vi dele opp i ulike delar alt etter kor mykje varme som har påverka metallet:
Sveisesone (smeltebadet)
Dette er sjølve sveisen, der grunnmaterialet har smelta og størkna. Materialet her har heilt ny kornstruktur, sidan det har gått frå flytande til fast form.
Sveisesona kan innehalde sveisefeil som porer eller innslagsstoff dersom prosessen ikkje er optimal. Ofte har denne sona høgare hardleik 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 ikkje smelta heilt. Det kan innehalde partielt smelta område, og det kan gi svakheiter som kan føre til sprekkdanning.
Korngrensa i denne sona kan vere svekt på grunn av segregasjon (fordeling av legeringselement). I nokre metall, spesielt aluminium og rustfritt stål, kan dette området vere utsett for varmesprekkar.
Varmepåverka sone (HAZ – heat affected zone)
Denne sona er området utanfor smeltesona som har vore påverka av varme, men der ingen fullstendig rekrystallisasjon har skjedd. Temperaturane her kan variere frå rett under rekrystallisasjonstemperaturen til nær smeltepunktet.
Området kan innehalde fleire soner med ulike strukturar:
overoppheta sone: nærast smeltesona, kan ha grovkorna struktur
partielt transformert sone: temperaturar høge nok til faseendringar, men ikkje fullstendig smelting
temperert sone: lågast temperaturpåverknad, kan føre til mjukning i herda stål
Styrken og eigenskapane til denne sona kan variere sterkt.
Normalisert sone
Dette er området der temperaturen var høg nok til å danne mikrostrukturen om til ein meir jamn, finkorna struktur. Temperaturen har vore over A3-temperaturen (for stål) slik at ferritt og perlitt har løyst seg opp og danna austenitt, men korna har ikkje vakse like mykje som i overoppheta sone.
Når dette området blir avkjølt, blir finkorna ferritt og perlitt danna igjen. Det kan forbetre seigleiken i dette området. For karbonstål er dette ofte eit sterkare og meir formbart område enn overoppheta sone.
Rekrystallisert sone
Dette er området der temperaturen har vore høg nok til fullstendig rekrystallisering, men ikkje nok til at materialet har gått gjennom faseendringar.
Når metallet i varmepåverka sone blir varma opp til ein temperatur over rekrystallisasjonstemperaturen (vanlegvis over 0,5 gonger smeltepunktet i Kelvin), begynner deformerte korn frå tidlegare bearbeiding å danne nye, uforedla korn.
Sona har lågare fastleik og hardleik enn grunnmaterialet, og finst ofte i materiale som har vore kaldomarbeidde før sveising, ettersom spenningar blir utløyste og nye korn danna. Desse nye korna blir danna utan restspenningar og er ofte grovare enn dei opphavlege korna i grunnmaterialet.
Urørt sone
Dette området er ikkje blitt påverka av varme frå sveiseprosessen. Området beheld den opphavlege mikrostrukturen og mekaniske eigenskapar, og har ingen endringar i fastleik, duktilitet eller kornstruktur.
Mellom desse sonene kan det oppstå mekaniske spenningar, det vil seie indre krefter som prøver å dra dei sveisa delane frå kvarandre. Desse spenningane kan svekke styrken i sveisen, så det må vi hugse når vi vel sveisemetode og utstyr.
Illustrasjonen viser grafisk kor høg temperatur dei ulike sonene er blitt utsette for under sveising. Dess nærare sveisen, dess høgare temperatur.
