Spawalność stali S355, S275 i S235 – wytyczne inżynieryjne dla kształtowników WOST

Spawalność stali S355, S275 i S235 – wytyczne inżynieryjne dla kształtowników WOST

Stal konstrukcyjna o podwyższonej wytrzymałości wymaga starannie zaplanowanego procesu spajania. Przede wszystkim spawalność stali S355 oraz gatunków S235JR i S275JR zależy od wartości równoważnika węgla CEV. Dlatego w przypadku profili gorącowalcowanych o grubości do 20 mm gatunki te spawa się bez podgrzewania wstępnego. Ponadto prawidłowy dobór energii liniowej łuku chroni strefę wpływu ciepła (SWC) przed powstawaniem kruchych struktur martenzytycznych.

1. Spawalność stali S355 a równoważnik węgla (CEV)

Ocena spawalności profili stalowych opiera się na analizie ich składu chemicznego. W związku z tym kluczowym parametrem jest równoważnik węgla CEV (Carbon Equivalent Value), wyliczany ze wzoru Międzynarodowego Instytutu Spawalnictwa (IIW):

CEV = C + (Mn / 6) + (Cr + Mo + V) / 5 + (Ni + Cu) / 15

Z tego względu norma PN-EN 10025-2, dostępna w rejestrach Polskiego Komitetu Normalizacyjnego (PKN), precyzyjnie określa graniczne wartości CEV. Dla kształtowników gorącowalcowanych z oferty produktowej WOST S.A., takich jak kątowniki równoramienne czy ceowniki UPN, dopuszczalne progi wynoszą:

• S235JR: CEV ≤ 0,35% (dla ścianki t ≤ 20 mm)
• S275JR: CEV ≤ 0,40% (dla ścianki t ≤ 20 mm)
• S355J2: CEV ≤ 0,45% (dla ścianki t ≤ 20 mm)

W rezultacie utrzymanie CEV poniżej 0,45% zapobiega tworzeniu się twardego martenzytu. Co więcej, stosowanie czystego i suchego spoiwa skutecznie zabezpiecza spoinę przed dyfuzją wodoru i pękaniem na zimno.

2. Kontrola energii liniowej a spawalność stali S355

Podczas łukowego spajania profili doprowadzone ciepło wywołuje zmiany w strukturze stali. Z tego powodu Strefa Wpływu Ciepła (SWC) dzieli się na trzy główne obszary:

1. Strefa grubokrystaliczna: Nagrzewa się powyżej 1100°C, co powoduje rozrost ziarna austenitu. W konsekwencji szybkie chłodzenie w tym obszarze sprzyja hartowaniu.
2. Strefa drobnoziarnista: Nagrzewa się w przedziale 900–1000°C. Dzięki temu charakteryzuje się ona bardzo wysoką udarnością.
3. Strefa częściowej rekrystalizacji.

Dlatego też, aby zachować wysokie parametry mechaniczne złącza, spawalność stali S355 wymaga stałej kontroli czasu chłodzenia t_8/5. Wartość tę reguluje się poprzez energię liniową łuku E:

E = (k × U × I) / (v × 1000) [kJ/mm]

W powyższym wzorze U oznacza napięcie w woltach [V], I natężenie prądu w amperach [A], v prędkość spawania w [mm/s], a k sprawność metody (dla MAG 135 wynosi k = 0,8). W efekcie zalecana energia liniowa dla profili S355J2 wynosi od 1,0 do 2,5 kJ/mm.

3. Dobór spoiwa i gazów: spawalność stali S355 w metodach MAG i MMA

Inżynier przygotowujący Instrukcję Technologiczną Spawania (WPS) musi właściwie dobrać materiały dodatkowe. Przede wszystkim spoiwo musi dorównywać właściwościom materiału podstawowego. Dotyczy to takich wyrobów jak teowniki gorącowalcowane oraz profile specjalne.

Spoiwa i gazy osłonowe:

• Dla stali S235 i S275: Stosuje się drut lity G3Si1 (wg EN ISO 14341-A).
• Dla stali S355J2: Zaleca się drut lity G4Si1 lub G3Si1 o wyższej czystości metalurgicznej.
• Dodatkowo w metodzie MAG najlepiej sprawdzają się mieszanki gazowe klasy M21 (Ar + 15–25% CO₂). W rezultacie łuk pali się stabilnie, a ilość odprysków jest minimalna.

4. Przygotowanie krawędzi a spawalność kształtowników S355

Sposób ukosowania krawędzi przylgowych zależy głównie od grubości ścianki profilu t:

• Dla t ≤ 4 mm: Spoiny wykonuje się bez ukosowania, z odstępem w grani 1,0–1,5 mm.
• Z kolei dla t > 4 mm: Krawędzie ukosuje się na V pod kątem α = 60°, z progiem b = 1–2 mm.

Przede wszystkim przed montażem dokładną masę elementów warto przeliczyć przez kalkulator wagi stali WOST. Równocześnie wykaz wymiarów i tolerancji zawiera oficjalny katalog wyrobów.

Podgrzewanie wstępne:

Ponadto profile o grubości do 20 mm nie wymagają podgrzewania, o ile temperatura otoczenia przekracza +5°C. Jednakże w niższych temperaturach strefę złącza należy podgrzać do 100–150°C.

5. Podsumowanie: spawalność stali S355 w praktyce WOST

Podsumowując, spawalność stali S355 oraz gatunków S235JR i S275JR w wyrobach WOST S.A. stoi na bardzo wysokim poziomie. Dzięki temu przestrzeganie wytycznych inżynieryjnych gwarantuje uzyskanie spoin spełniających wymogi klas EXC1–EXC3 wg norm PN-EN 10025-2, PN-EN 1090-2 oraz PN-EN ISO 15614-1.