Μελέτη μετωπικών συγκολλήσεων FCAW παχέων ελασμάτων από ωστενικό ανοξείδωτο χάλυβα 313L

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκαν και μελετήθηκαν συγκολλήσεις ανοξείδωτου ωστενιτικού χάλυβα AISI 316L. Οι συγκολλήσεις έγιναν με την μέθοδο FCAW (Συγκόλληση με Σωληνοειδή Ηλεκτρόδια) με την βοήθεια ρομποτικού βραχίονα. Ως μέταλλο εναπόθεσης χρησιμοποιήθηκε κράμα παρόμοιας χημικής σύστασης με το μέταλλο βάσης σε μορφή σύρματος, διαμέτρου 1.2mm, ενώ το αέριο προστασίας ήταν μίγμα Ar-18% CO2 (EN 439 – M21). Πραγματοποιήθηκαν δύο σειρές συγκολλήσεων, η πρώτη (Σειρά-Α) περιλάμβανε συγκολλήσεις σε δοκίμια διαστάσεων 350mmX150mmX12mm, ενώ η δεύτερη (Σειρά-Β) περιλάμβανε συγκολλήσεις σε ελάσματα με διαστάσεις 700mmX300mmX12mm. Τα ελάσματα προετοιμάστηκαν και συγκολλήθηκαν στο Εργαστήριο Ναυπηγικής Τεχνολογίας της Σχολής Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών του ΕΜΠ.Και στις δύο σειρές πειραμάτων πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις των θερμικών κύκλων και των κατακόρυφων μετατοπίσεων, κατά την διάρκεια της συγκόλλησης αλλά και κατά την απόψυξη σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Στην Σειρά-Β, έγινε, επιπλέον, μέτρηση των τοπικών θερμικών παραμορφώσεων της ελεύθερης πλάκας. Στην συγκολλημένη κατάσταση, τα ελάσματα της Σειράς-Α υποβλήθηκαν σε μεταλλογραφική παρατήρηση και μετρήσεις μικροσκληρότητας, ενώ στα δοκίμια της Σειράς-Β έγινε μέτρηση των παραμενουσών τάσεων με την μέθοδο διάνοιξης τυφλής οπής (hole drilling method).

In the present Diploma Thesis, butt-welding of austenitic stainless steel plates Type AISI 316L was conducted. The welding process used, was the Flux Cored Arc Welding (FCAW) method. The whole procedure was automated with the use of a welding robot. The base and filler’s metal compositions were similar. The flux cored metal wire had a diameter of 1.2mm. The shielding gas mixture used was Ar 82% + CO2 18% (EN 439-M21). Two series of experiments were carried out. The plates form the first series were 350X150X12 mm3 (Welding Samples A- Series) and the ones from the second series were 700X300X12mm3 (Welding Samples B- Series). The plates were prepared and welded in the Shipbuilding Laboratory, in the School of Naval Architecture and Marine Engineering at National Technical University of Athens. For both series, measurements of the welding thermal cycles and out-of-plain deformation were carried out, from the onset of the first welding pass until the complete cooling of the welding joint to ambient temperature. In B-Series of experiments, local thermal strains of the unconstrained plate were also measured. The as-welded A-Series austenitic stainless steel plates were used for metallographic investigation and microhardness measurements, while the as-welded B-Series plates were used for the experimental measurement of the residual stresses with the hole drilling method.