Zona de afectata de caldura = Heat Affected Zone (HAZ)
Zona de tăiere sau sudură este regiunea lichidă unde se desfășoară procesul în sine și este legată de limita de fuziune. Limita de fuziune este granița zonei de fuziune unde coexistă fazele lichide și solide ale metalului. La o oarecare distanta de zona de sudură sau zona de tăiere este HAZ, care este în cazul în care metalul-parinte care nu este topit a suferit modificări la microstructura. HAZ poate fi defalcat în: zona care prezinta asperitati (cea mai apropiată de zona încălzită), zona recristalizată, zona parțial transformată și zona temperată. În afara acestor zone HAZ se află materialul de bază neafectat.
Diferitele zone HAZ sunt formate din cauza temperaturilor diferite suportate de metalul de bază. Acest lucru poate fi, de exemplu, văzut clar printr-o serie de benzi colorate vizibile, cauzate de oxidarea suprafeței, în apropierea unei suduri din oțel inoxidabil. Aceste culori diferite, cunoscute și sub denumirea de nuanță de căldură, oferă o indicație aproximativă a temperaturii atinse de metal. În cazul oțelului inoxidabil de tip 1.4301 (AISI 304) încălzit în aer liber, culorile benzii și temperaturile asociate sunt următoarele:
- Galben deschis 290 ° C / 550 ° F
- Galben pai 340 ° C / 640 ° F
- Galben 370 ° C / 700 ° F
- Maro 390 ° C / 735 ° F
- Maro violet 420 ° C / 790 ° F
- Violet închis la 450 ° C / 840 ° F
- Albastru 540 ° C / 1000 ° F
- Albastru închis 600 ° C / 1110 ° F
Culorile de nuanță termică depind de rezistența materialului la oxidare, metalele cu un conținut de crom din oțel mai mare prezintă o colorație mai puțin intensă deoarece sunt mai rezistente la oxidare. Utilizarea gazelor de protecție și a acoperirilor cu electrozi poate reduce, de asemenea, nuanța de căldură, deoarece protejează parțial metalul de oxidare. În schimb, suprafețele mai dure se oxidează mai rapid, rezultand culori mai închise. În plus, vopseaua, uleiul, rugina și chiar amprentele degetelor pot modifica nuanța de căldură, deși nu afectează întinderea HAZ în sine.
Care sunt efectele zonelor afectate de căldură?
Datorită încălzirii experimentate în cadrul HAZ, microstructura și proprietățile din această regiune se schimbă astfel încât acestea diferă de cele ale materialului de bază. Aceste schimbări sunt, de obicei, nedorite și fac ca această zonă să devină mai slabă decât metalul de bază. La rândul său, acest lucru poate duce la stres rezidual, fisuri in sudura (atât fisură la cald, cât și fisură rece), creșterea fragilității, scăderea rezistenței materialului și o rezistență diminuată la coroziune. Drept urmare, HAZ este adesea zona în care apar eșecuri.
Mai mult, în oțelurile inoxidabile, nitrarea suprafeței poate duce la o duritate crescută și la o sudabilitate scăzută. Coroziunea este un alt efect secundar comun al temperaturilor ridicate experimentate de HAZ în oțelurile inoxidabile. Căldura produsă în zona punctului de sudură determină precipitarea carburilor de crom în jurul granițelor granulelor, determinând scăderea conținutului de crom sub 10,5%, moment în care oțelul pierde capacitatea de a forma o peliculă pasivă și nu mai este inoxidabil. Aceasta duce la coroziunea intergranulară.
Acumularea hidrogenului este un alt efect secundar nedorit al temperaturilor ridicate, prin care gazul se difuzează prin metalul sudat, reducând rezistența metalului. Exceptand cazulurile în care hidrogenul este eliminat, acesta poate provoca o fisurare spontană în doar 24 de ore de la încălzire.
În unele cazuri, încălzirea poate genera o întărire localizată, iar oțelurile inoxidabile austenitice pot deveni martensitice, crescând atât duritatea cât și fragilitatea. În alte cazuri, metalul încălzit poate deveni mai slab.
Cum se reduce zona afectată de căldură
Reducerea zonei afectate de căldură poate ajuta la ameliorarea problemelor legate de fisurile HAZ, coroziune, îmbinare și așa mai departe. Acest lucru poate fi obținut prin tratamentul termic în urma normalizării sau recuperării materialului. Cu toate acestea, acest proces poate fi costisitor, consumă mult timp și poate să nu ofere o soluție completă. Tratarea termică este, de asemenea, limitată de dimensiunea comparativă a piesei și a cuptorului folosit pentru tratament.
Tăierea poate fi o alternativă la tratamentul termic, pentru a reduce impactul HAZ. Acest lucru se poate realiza fie prin polizare, fie prin tăiere propriu-zisa, deși trebuie avut grijă să nu se introducă mai multă căldură în contact cu piesa.
Prelucrarea este cea mai eficientă metodă de a elimina întregul HAZ, dar acest lucru poate reduce randamentul materialului, precum și creșterea efortului cu forța de muncă și timpul de exploatare a mașinii.
În cele din urmă, nuanța de căldură din oxidare poate fi măcinată sau îndepărtată cu șmirghel fin. Acest lucru va expune stratul de bază și va activa auto-pasivarea cromului - deși acest lucru poate slăbi proprietatile piesei.
În mod ideal, zona afectată de căldură ar trebui redusă la minimum prin selectarea procesului corect de sudare sau tăiere a materialului. TWI vă poate ajuta cu acest tip de selecție sau va poate consilia cu privire la cele mai bune materiale pentru munca dvs.