Formation of welding residual stresses in low transformation temperature (LTT) materials

• Published in: Soldagem & Inspeção Vol. 14; no. 1; pp. 74 - 81
• Main Authors: Kannengiesser, Thomas, Kromm, Arne
• Format: Journal Article
• Language: English; Portuguese
• Published: Associação Brasileira de Soldagem 01.03.2009
• Subjects: METALLURGY & METALLURGICAL ENGINEERING; energy dispersive diffraction; high strength steel; aço de alta resistência; phase transformation; Tensões residuais; Phase specific residual stresses; baixa temperatura de transformação; Low Transformation Temperature filler wire; metal de adição; difração; transformação de fase
• ISSN: 0104-9224; 1980-6973; 0104-9224; 1980-6973
• DOI: 10.1590/S0104-92242009000100009

For the safety and cost efficiency of welded high-strength steel structures, precise knowledge of the level and distribution of welding- and cooling-specific stresses and residual stresses is essential, since they exert a decisive influence on strength, crack resistance, and finally on the bearable service load. This paper presents innovative filler materials, of which the phase transformation temperature was deliberately adjusted via the chemical composition. The transformation behaviour of these martensitic Low Transformation Temperature (LTT-) filler materials shows direct effects on the local residual stresses in the weld and the HAZ. These effects can purposefully be exploited to counteract the thermally induced shrinkage of the material and to produce significant compressive residual stresses in the weld. Comparative welding experiments were carried out on 690 MPa high-strength base materials using various LTT-filler materials. High energy synchrotron radiation was used for residual stress measurement. Particularly the use of high energy synchrotron radiation makes it possible to detect the residual stress condition fast without destruction of material. Thereby, residual stress depth gradients can be determined simultaneously without removing material. In steel, gradients of up to 150 µm can be resolved in such a way. Furthermore, the application of high energy radiation permits determination of residual stresses of any available residual austenite contents. Results show significant dependence of transformation temperatures on the resulting residual stress level and distribution. Para a segurança e eficiência do custo de estruturas soldadas de aço de alta resistência, um conhecimento preciso do nível e distribuição das tensões residuais de soldagem é essencial pois estas exercem uma influência decisiva na resistência à fissuração e na carga suportada em serviço. Este artigo apresenta metais de adição inovativos nos quais a temperatura de transformação foi deliberadamente ajustada pela composição química. A transformação destes metais de adição martensíticos causa um efeito direto nas tensões residuais nas zonas fundida e afetada pelo calor (ZAC). Estes efeitos são explorados para contrabalancear a contração térmica do material e produzir tensões residuais compressivas na solda. Testes comparativos de soldagem foram feitos em um metal base de alta resistência de 690 MPa usando diferentes metais de adição de BTT. Radiação sincrótona de alta energia foi usada para medir as tensões residuais. O uso desta radiação permite medir as tensões rapidamente e de forma não destrutiva. Os resultados mostram uma dependência significativa da temperatura de transformação no nível e distribuição das tensões residuais resultantes.