Vol.3, No 13, 2003 pp. 715-727
UDC 539.388.2 669.15-194.2
UNSTABLE FRACTURE BEHAVIOUR OF WELD METAL
AT A HIGH STRENGTH LOW ALLOY STEEL
Nenad Gubeljak
University of Maribor, Faculty of Mechanical Engineering
Smetanova 17, SI-2000 Maribor, Slovenia
Local brittle zones (LBZ) cause the unstable fracture behaviour of weld
metals. This threatens the safe service of welded structures and makes
structural assessment procedures difficult. Therefore, the unstable fracture
behaviour of an overmatched high strength low alloyed steel weldment was
experimentally investigated. It shows that any interaction between two
adjacent weld metal regions with different hardness (over-to-under matching
regions) produces local brittle zones, causing local unstable fracture
behaviour. The formation of a low hardness region is attributed to the
multipass welding reheating process between Ac1 and the self-tempering
temperature. The presence of partly solid metallic inclusions with a high
content of alloying elements and pro-eutectoid ferrite microstructure were
found to be additional causes for the local unstable fracture behaviour
of the weld metal. Local strength mis-match localized the yielding and
strain hardening in the undermatched region of the weld metal, contributing
significantly to unstable fracture behaviour. Thus, a significantly different
scatter of experimental (fracture toughness testing) results can be obtained.
In the cases of specimens with through-the-thickness crack, not only is
the scatter significantly lower, but the toughness itself.
Key words: Fracture mechanics of welded joints, crack
tip opening displacement, local brittle zones, pro-eutectoid ferrite, inclusions.
NESTABILNO LOMNO PONAŠANJE METALA ŠAVA
KOD NISKOLEGIRANOG ČELIKA POVIŠENE ČVRSTOĆE
Lokalno krhka područja (LKP) uzrokuju nestabilno lomno ponašanje metala
šava. LKP time ugrožavaju sigurnu eksploataciju zavarene konstrukcije,
a procena integriteta konstrukcije postaje zahtevnija. Zbog toga je potrebno
detaljnije istražiti uzrok nestabilnom lomu metala šava kod niskolegiranog
čelika povišene čvrstoće. Istraživanja su pokazala, da interakcija izmedju
dve mikrostrukture metala šava s različitim ojačavanjem može prouzrokovati
nastanak LKP, koje uzrokuje nestabilno lomno ponašanje. Oblikovanje područja
niske čvrstoće i tvrdoće u metalu šava s više prolaza je posledica ponovnog
segrevanja na temperature izmedju Ac1 i temperature samopopuštanja. Prisutnost
delimično stvrdjenih metalnih uključaka s visokim postotkom legirnih elemenata
i pro-eutektičkog ferita može biti dodatan uzrok za lokalno nestabilno
lomno ponašanje metala šava. Spomenuta područja karakteriše bitno niža
granica tečenja s različitim deformacijskim ojačavanjem u metalu šava globalno
visoke čvrstoće, što može dodatno prouzrokovati nestabilno lomno ponašanje
metala šava. Istraživanja su pokazala da je to jedan od ključnih elemenata
koji prouzrokuju rasipanje eksperimentalnih rezultata kao što je kritična
vrednost parametra lomne žilavosti, kad se prslina širi iz jedne zavarenog
prolaza prema drugom. U slučaju lomnomehaničkih ispitivanja s prsilnom
kroz više zavarenih prolaza istovremeno (prislina prolazi kroz debljinu
celog spoja) je rasipanje rezultata uz opšte nisku žilavost mnogo manje.
