Using semipenetration ratio to characterise effects of waveform variables on bead profile and heat affected zone with single electrode submerged arc welding

Abstract

When using alternating current submerged arc welding to produce pipes from microalloyed linepipe steel strip, it is necessary to balance penetration depth and deposition rates in order to minimise the number of weld passes while still maintaining good heat affected zone properties. A series of bead on plate submerged arc welds were performed on X70 steel, varying either traditional variables (i.e. current, voltage, travel speed and polarity) or waveform variables (i.e. balance, offset and frequency). Cross-section profile areas were measured, penetration profile shape [i.e. the semipenetration (SP) ratio] was calculated and hardness and Charpy V notch (CVN) impact testing were performed. By using a 3·2 mm welding wire with a constant current mode, increased current resulted in greater wire feed speeds (WFS), while WFS was reduced by increasing voltage or decreasing travel speed. Increased balance reduced WFS and increased weld penetration, while offset and frequency did not appear to significantly affect WFS or bead profile. Waveform variables did not have significant effects on Vickers hardness traverses. Preliminary CVN testing showed that using 30 Hz frequency resulted in lower fracture energies, and using 75% balance resulted in greater energies. Improved CVN results were achieved when welds were produced with lower heat input and greater SP ratio values.Lorsque l’on utilise le soudage à l’arc sous flux en poudre à courant alternatif pour produire des tuyaux à partir de ruban d’acier microallié de tube de canalisation, il est nécessaire de balancer la profondeur de pénétration et les vitesses de dépôt afin de minimiser le nombre de passes de soudure tout en maintenant de bonnes propriétés dans la zone affectée par la chaleur. On a effectué une série de cordons de soudure sur tôle épaisse par soudage à l’arc submergé sur l’acier X70, soit en variant les variables traditionnelles (i.e. courant, voltage, vitesse de déplacement et polarité), ou les variables de la forme d’onde (i.e. balance, décalage et fréquence). On a mesuré l’aire du profil de la coupe transversale, on a calculé la forme du profil de pénétration [i.e. le rapport de semi-pénétration (SP)] et l’on a effectué des essais de dureté et de résilience Charpy avec entaille en V (CVN). En utilisant un fil de soudage de 3·2 mm avec courant constant, l’augmentation du courant avait pour résultat de plus grandes vitesses d’alimentation du fil (WFS), alors que la WFS était réduite par l’augmentation du voltage ou par une diminution de la vitesse de déplacement. L’augmentation de la balance réduisait la WFS et augmentait la pénétration de la soudure, alors que le décalage et la fréquence n’avaient pas l’air d’affecter significativement la WFS ou le profil du cordon de soudure. Les variables de la forme d’onde n’avaient pas d’effet important sur les traverses de dureté Vickers. L’essai préliminaire de CVN montrait que l’utilisation d’une fréquence de 30 Hz avait pour résultat des énergies plus basses de fissuration et l’utilisation d’une balance de 75% avait pour résultat des énergies plus élevées. On a obtenu des résultats améliorés de CVN lorsque les soudures étaient produites avec un plus faible apport d’énergie et de plus grandes valeurs du rapport SP.