Svejsbarheden af metalmaterialer refererer til metalmaterialers evne til at opnå fremragende svejsesamlinger ved hjælp af visse svejseprocesser, herunder svejsemetoder, svejsematerialer, svejsespecifikationer og svejsekonstruktionsformer.Hvis et metal kan opnå fremragende svejsesamlinger ved hjælp af mere almindelige og simple svejseprocesser, anses det for at have en god svejseydelse.Svejsbarheden af metalmaterialer er generelt opdelt i to aspekter: processvejsbarhed og anvendelsessvejsbarhed.
Proces svejsbarhed: henviser til evnen til at opnå fremragende, fejlfri svejsede samlinger under visse svejseprocesforhold.Det er ikke en iboende egenskab ved metallet, men vurderes ud fra en bestemt svejsemetode og de specifikke procesforanstaltninger, der anvendes.Derfor er processvejsbarheden af metalmaterialer tæt forbundet med svejseprocessen.
Service svejsbarhed: refererer til den grad, i hvilken den svejste samling eller hele strukturen opfylder den serviceydelse, der er specificeret af produktets tekniske betingelser.Ydeevnen afhænger af arbejdsforholdene for den svejste struktur og de tekniske krav, der stilles i designet.Inkluderer normalt mekaniske egenskaber, modstandsdygtighed over for lav temperatur sejhed, modstandsdygtighed over for skøre brud, krybning ved høj temperatur, træthedsegenskaber, varig styrke, korrosionsbestandighed og slidstyrke osv. For eksempel har de almindeligt anvendte S30403 og S31603 rustfrit stål fremragende korrosionsbestandighed og 16MnDR og 09MnNiDR lavtemperaturstål har også god sejhedsbestandighed ved lav temperatur.
Faktorer, der påvirker svejseydelsen af metalmaterialer
1.Væsentlige faktorer
Materialer omfatter uædle metal og svejsematerialer.Under de samme svejseforhold er de vigtigste faktorer, der bestemmer svejsbarheden af basismetallet, dets fysiske egenskaber og kemiske sammensætning.
Med hensyn til fysiske egenskaber: faktorer som smeltepunkt, termisk ledningsevne, lineær ekspansionskoefficient, tæthed, varmekapacitet og andre faktorer af metallet har alle indflydelse på processer som termisk cyklus, smeltning, krystallisation, faseændring osv. , hvilket påvirker svejsbarheden.Materialer med lav varmeledningsevne såsom rustfrit stål har store temperaturgradienter, høj restspænding og stor deformation under svejsning.På grund af den lange opholdstid ved høj temperatur vokser kornene i den varmepåvirkede zone desuden, hvilket er skadeligt for fugens ydeevne.Austenitisk rustfrit stål har en stor lineær ekspansionskoefficient og alvorlig leddeformation og spænding.
Med hensyn til kemisk sammensætning er det mest indflydelsesrige grundstof kulstof, hvilket betyder, at kulstofindholdet i metallet bestemmer dets svejsbarhed.De fleste af de andre legeringselementer i stål er ikke befordrende for svejsning, men deres påvirkning er generelt meget mindre end kulstof.Når kulstofindholdet i stål stiger, øges hærdningstendensen, plasticiteten falder, og svejserevner er tilbøjelige til at opstå.Normalt bruges metalmaterialers følsomhed over for revner under svejsning og ændringerne i mekaniske egenskaber af det svejste fugeområde som hovedindikatorer til at evaluere materialers svejsbarhed.Derfor, jo højere kulstofindhold, jo dårligere er svejsbarheden.Lavt kulstofstål og lavlegeret stål med et kulstofindhold på mindre end 0,25% har fremragende plasticitet og slagfasthed, og plasticiteten og slagfastheden af de svejste samlinger efter svejsning er også meget god.Forvarmning og varmebehandling efter svejsning er ikke påkrævet under svejsning, og svejseprocessen er nem at kontrollere, så den har god svejsbarhed.
Derudover påvirker stålets smelte- og valsetilstand, varmebehandlingstilstand, organisatoriske tilstand osv. svejsbarheden i varierende grad.Svejsbarheden af stål kan forbedres ved at raffinere eller raffinere korn og kontrollerede valseprocesser.
Svejsematerialer deltager direkte i en række kemiske metallurgiske reaktioner under svejseprocessen, som bestemmer sammensætningen, strukturen, egenskaberne og defektdannelsen af svejsemetallet.Hvis svejsematerialerne er forkert udvalgt og ikke matcher basismetallet, vil der ikke blot blive opnået en samling, der opfylder brugskravene, men der vil også blive indført defekter som revner og ændringer i strukturelle egenskaber.Derfor er det korrekte valg af svejsematerialer en vigtig faktor for at sikre svejsede samlinger af høj kvalitet.
2. Procesfaktorer
Procesfaktorer omfatter svejsemetoder, svejseprocesparametre, svejsesekvens, forvarmning, eftervarme og eftersvejsning varmebehandling osv. Svejsemetoden har stor indflydelse på svejsbarheden, hovedsageligt i to aspekter: varmekildens egenskaber og beskyttelsesforhold.
Forskellige svejsemetoder har meget forskellige varmekilder med hensyn til effekt, energitæthed, maksimal varmetemperatur osv. Metaller svejset under forskellige varmekilder vil vise forskellige svejseegenskaber.For eksempel er effekten af elektroslaggesvejsning meget høj, men energitætheden er meget lav, og den maksimale opvarmningstemperatur er ikke høj.Opvarmningen er langsom under svejsning, og opholdstiden ved høje temperaturer er lang, hvilket resulterer i grove korn i den varmepåvirkede zone og en væsentlig reduktion af slagstyrken, som skal normaliseres.At forbedre.I modsætning hertil har elektronstrålesvejsning, lasersvejsning og andre metoder lav effekt, men høj energitæthed og hurtig opvarmning.Højtemperaturopholdstiden er kort, den varmepåvirkede zone er meget smal, og der er ingen fare for kornvækst.
Justering af svejseprocesparametrene og vedtagelse af andre procesforanstaltninger såsom forvarmning, efteropvarmning, flerlagssvejsning og styring af mellemlagstemperaturen kan justere og kontrollere den termiske svejsecyklus og derved ændre metallets svejsbarhed.Hvis der tages tiltag som forvarmning før svejsning eller varmebehandling efter svejsning, er det fuldt ud muligt at opnå svejsede samlinger uden revnefejl, der opfylder ydeevnekravene.
3. Strukturelle faktorer
Det refererer hovedsageligt til designformen af den svejste struktur og svejsede samlinger, såsom indvirkningen af faktorer som strukturel form, størrelse, tykkelse, fugeform, svejselayout og dens tværsnitsform på svejsbarheden.Dens indflydelse afspejles hovedsageligt i overførslen af varme og krafttilstanden.Forskellige pladetykkelser, forskellige samlingsformer eller rilleformer har forskellige varmeoverførselshastighedsretninger og -hastigheder, hvilket vil påvirke krystallisationsretningen og kornvæksten af den smeltede pool.Den strukturelle kontakt, pladetykkelse og svejsearrangement bestemmer stivheden og fastholdelsen af samlingen, hvilket påvirker spændingstilstanden af samlingen.Dårlig krystalmorfologi, alvorlig spændingskoncentration og overdreven svejsespænding er de grundlæggende betingelser for dannelsen af svejserevner.I designet er reduktion af fugestivhed, reduktion af krydssvejsninger og reduktion af forskellige faktorer, der forårsager spændingskoncentration, alle vigtige foranstaltninger til at forbedre svejsbarheden.
4. Betingelser for brug
Det refererer til driftstemperaturen, belastningsforholdene og arbejdsmediet i den svejste strukturs driftsperiode.Disse arbejdsmiljøer og driftsforhold kræver, at svejste strukturer har tilsvarende ydeevne.For eksempel skal svejste strukturer, der arbejder ved lave temperaturer, have sprøde brudmodstand;strukturer, der arbejder ved høje temperaturer, skal have krybemodstand;konstruktioner, der arbejder under vekslende belastninger, skal have god udmattelsesbestandighed;strukturer, der arbejder i syre-, alkali- eller saltmedier. Den svejste beholder skal have høj korrosionsbestandighed og så videre.Kort sagt, jo strengere brugsbetingelserne er, desto højere kvalitetskrav til svejsede samlinger, og jo sværere er det at sikre materialets svejsbarhed.
Identifikation og evalueringsindeks for metalmaterialers svejsbarhed
Under svejseprocessen gennemgår produktet svejsetermiske processer, metallurgiske reaktioner samt svejsespænding og deformation, hvilket resulterer i ændringer i kemisk sammensætning, metallografisk struktur, størrelse og form, hvilket gør ydelsen af den svejste samling ofte anderledes end basismateriale, nogle gange endda Kan ikke opfylde brugskravene.For mange reaktive eller ildfaste metaller bør specielle svejsemetoder såsom elektronstrålesvejsning eller lasersvejsning anvendes for at opnå samlinger af høj kvalitet.Jo færre udstyrsforhold og mindre besvær, der kræves for at lave en god svejsning af et materiale, jo bedre er materialets svejsbarhed;tværtimod, hvis komplekse og dyre svejsemetoder, specielle svejsematerialer og procesforanstaltninger er påkrævet, betyder det, at materialet Svejsbarheden er dårlig.
Ved fremstilling af produkter skal svejsbarheden af de anvendte materialer først evalueres for at afgøre, om de valgte konstruktionsmaterialer, svejsematerialer og svejsemetoder er passende.Der er mange metoder til at vurdere materialers svejsbarhed.Hver metode kan kun forklare et bestemt aspekt af svejsbarheden.Derfor kræves tests for fuldt ud at bestemme svejsbarheden.Testmetoder kan opdeles i simuleringstype og eksperimentel type.Førstnævnte simulerer opvarmnings- og afkølingsegenskaberne ved svejsning;sidstnævnte tester efter faktiske svejseforhold.Testindholdet er hovedsageligt for at detektere den kemiske sammensætning, metallografiske struktur, mekaniske egenskaber og tilstedeværelse eller fravær af svejsedefekter af basismetallet og svejsemetallet, og for at bestemme lavtemperaturydelse, højtemperaturydelse, korrosionsbestandighed og revnemodstand af den svejste samling.
Svejseegenskaber for almindeligt anvendte metalmaterialer
1. Svejsning af kulstofstål
(1) Svejsning af lavkulstofstål
Lavt kulstofstål har lavt kulstofindhold, lavt indhold af mangan og silicium.Under normale omstændigheder vil det ikke forårsage alvorlig strukturel hærdning eller bratkølende struktur på grund af svejsning.Denne type stål har fremragende plasticitet og slagfasthed, og plasticiteten og sejheden af dens svejsede samlinger er også ekstremt god.For- og eftervarme er generelt ikke påkrævet under svejsning, og der kræves ikke særlige procesforanstaltninger for at opnå svejsede samlinger med tilfredsstillende kvalitet.Derfor har lavkulstofstål fremragende svejseydelse og er det stål med den bedste svejseydelse blandt alle ståltyper..
(2) Svejsning af medium kulstofstål
Mellem kulstofstål har et højere kulstofindhold, og dets svejsbarhed er dårligere end stål med lavt kulstofindhold.Når CE er tæt på den nedre grænse (0,25%), er svejsbarheden god.Efterhånden som kulstofindholdet stiger, øges hærdningstendensen, og der dannes let en lavplasticitet martensitstruktur i den varmepåvirkede zone.Når svejsningen er relativt stiv, eller svejsematerialerne og procesparametrene er forkert udvalgt, vil der sandsynligvis opstå kolde revner.Ved svejsning af det første lag af flerlagssvejsning stiger kulstofindholdet, svovl- og fosforindholdet på grund af den store andel af basismetallet, der er smeltet ind i svejsningen, hvilket gør det nemt at producere varme revner.Derudover øges stomatalfølsomheden også, når kulstofindholdet er højt.
(3) Svejsning af kulstofstål
Højkulstofstål med CE større end 0,6% har høj hærdeevne og er tilbøjelig til at producere hårdt og skørt martensit med højt kulstofindhold.Revner er tilbøjelige til at opstå i svejsninger og varmepåvirkede zoner, hvilket gør svejsning vanskelig.Derfor bruges denne type stål generelt ikke til at lave svejsede strukturer, men bruges til at lave komponenter eller dele med høj hårdhed eller slidstyrke.Det meste af deres svejsning er at reparere beskadigede dele.Disse dele og komponenter skal udglødes før svejsereparation for at reducere svejserevner og derefter varmebehandles igen efter svejsning.
2. Svejsning af lavlegeret højstyrkestål
Kulstofindholdet i lavlegeret højstyrkestål overstiger generelt ikke 0,20%, og de samlede legeringselementer overstiger generelt ikke 5%.Det er netop fordi lavlegeret højstyrkestål indeholder en vis mængde legerede elementer, at dets svejseydelse er noget anderledes end kulstofstål.Dens svejseegenskaber er som følger:
(1) Svejserevner i svejsede samlinger
Koldrevnet lavlegeret højstyrkestål indeholder C, Mn, V, Nb og andre elementer, der styrker stålet, så det er nemt at blive hærdet under svejsning.Disse hærdede strukturer er meget følsomme.Derfor, når stivheden er stor eller spændingen høj, hvis Forkert svejseproces let kan forårsage kolde revner.Desuden har denne type revne en vis forsinkelse og er ekstremt skadelig.
Genopvarmningsrevner (SR) revner Genopvarmningsrevner er intergranulære revner, der opstår i det grovkornede område nær fusionslinjen under eftersvejsningsaflastende varmebehandling eller langvarig højtemperaturdrift.Det antages generelt, at det opstår på grund af den høje temperatur ved svejsning, der forårsager, at V, Nb, Cr, Mo og andre karbider nær HAZ'en bliver fast opløst i austenitten.De har ikke tid til at udfælde under afkøling efter svejsning, men spredes og udfældes under PWHT og styrker dermed krystalstrukturen.Indenfor er krybedeformationen under stressafspænding koncentreret ved korngrænserne.
Lavlegerede højstyrkestål svejsede samlinger er generelt ikke tilbøjelige til at genopvarme revner, såsom 16MnR, 15MnVR osv. Men for Mn-Mo-Nb og Mn-Mo-V serierne lavlegeret højstyrkestål, som f.eks. 07MnCrMoVR, da Nb, V og Mo er elementer, der har stor følsomhed over for genopvarmningsrevner, skal denne type stål behandles under varmebehandling efter svejsning.Der skal udvises forsigtighed for at undgå det følsomme temperaturområde af genopvarmningsrevner for at forhindre forekomsten af genopvarmningsrevner.
(2) Skørhed og blødgøring af svejsede samlinger
Sprødhed af belastningsældning Svejsede samlinger skal gennemgå forskellige kolde processer (emne klipning, tøndevalsning osv.) før svejsning.Stålet vil producere plastisk deformation.Hvis området opvarmes yderligere til 200 til 450°C, vil stammeældning forekomme..Deformationsældning vil reducere stålets plasticitet og øge den skøre overgangstemperatur, hvilket resulterer i skørt brud på udstyret.Varmebehandling efter svejsning kan eliminere en sådan belastningsældning af den svejste struktur og genoprette sejheden.
Skørhed af svejsninger og varmepåvirkede zoner Svejsning er en ujævn opvarmnings- og afkølingsproces, hvilket resulterer i en ujævn struktur.Den skøre overgangstemperatur for svejsningen (WM) og den varmepåvirkede zone (HAZ) er højere end basismetallets og er det svage led i samlingen.Svejseledningsenergi har en vigtig indflydelse på egenskaberne af lavlegeret højstyrkestål WM og HAZ.Lavlegeret højstyrkestål er let at hærde.Hvis linjeenergien er for lille, vil martensit optræde i HAZ og forårsage revner.Hvis linjeenergien er for stor, vil kornene i WM og HAZ blive grove.Vil få leddet til at blive skørt.Sammenlignet med varmvalset og normaliseret stål har lav-carbon bratkølet og hærdet stål en mere alvorlig tendens til HAZ-skørhed forårsaget af overdreven lineær energi.Ved svejsning bør linjeenergien derfor begrænses til et vist område.
Blødgøring af den varmepåvirkede zone af svejsede samlinger På grund af påvirkningen af svejsevarme opvarmes ydersiden af den varmepåvirkede zone (HAZ) af kulstoffattigt hærdet og hærdet stål over hærdningstemperaturen, især området nær Ac1, hvilket vil frembringe en blødgøringszone med reduceret styrke.Den strukturelle blødgøring i HAZ-zonen stiger med stigningen i svejseledningsenergi og forvarmningstemperatur, men generelt er trækstyrken i den blødgjorte zone stadig højere end den nedre grænse for standardværdien af basismetallet, så den varmepåvirkede zone af denne type stål blødgøres Så længe udførelsen er korrekt, vil problemet ikke påvirke fugens ydeevne.
3. Svejsning af rustfrit stål
Rustfrit stål kan opdeles i fire kategorier i henhold til dets forskellige stålstrukturer, nemlig austenitisk rustfrit stål, ferritisk rustfrit stål, martensitisk rustfrit stål og austenitisk-ferritisk dupleks rustfrit stål.Det følgende analyserer hovedsageligt svejseegenskaberne for austenitisk rustfrit stål og tovejs rustfrit stål.
(1) Svejsning af austenitisk rustfrit stål
Austenitisk rustfrit stål er lettere at svejse end andet rustfrit stål.Der vil ikke være nogen fasetransformation ved nogen temperatur, og det er ikke følsomt over for brintskørhed.Den austenitiske rustfri stålsamling har også god plasticitet og sejhed i svejset tilstand.De vigtigste problemer med svejsning er: svejsning af varme revner, skørhed, intergranulær korrosion og spændingskorrosion osv. På grund af dårlig termisk ledningsevne og stor lineær ekspansionskoefficient er svejsespændingen og deformation desuden store.Ved svejsning skal svejsevarmetilførslen være så lille som muligt, og der bør ikke være nogen forvarmning, og mellemlagstemperaturen skal reduceres.Mellemlagstemperaturen skal kontrolleres under 60°C, og svejsesamlingerne skal være forskudt.For at reducere varmetilførslen bør svejsehastigheden ikke øges for meget, men svejsestrømmen bør reduceres passende.
(2) Svejsning af austenitisk-ferritisk tovejs rustfrit stål
Austenitisk-ferritisk dupleks rustfrit stål er et dupleks rustfrit stål sammensat af to faser: austenit og ferrit.Det kombinerer fordelene ved austenitisk stål og ferritisk stål, så det har karakteristika af høj styrke, god korrosionsbestandighed og nem svejsning.I øjeblikket er der tre hovedtyper af duplex rustfrit stål: Cr18, Cr21 og Cr25.De vigtigste egenskaber ved denne type stålsvejsning er: lavere termisk tendens sammenlignet med austenitisk rustfrit stål;lavere skørhedstendens efter svejsning sammenlignet med rent ferritisk rustfrit stål, og graden af ferritgrovning i den svejsevarmepåvirkede zone Den er også lavere, så svejsbarheden er bedre.
Da denne type stål har gode svejseegenskaber, kræves der ikke for- og eftervarme under svejsning.Tynde plader bør svejses med TIG, og mellemstore og tykke plader kan svejses ved buesvejsning.Ved svejsning ved buesvejsning skal der anvendes specielle svejsestænger med lignende sammensætning som basismetallet eller austenitiske svejsestænger med lavt kulstofindhold.Nikkelbaserede legeringselektroder kan også bruges til tofaset stål af typen Cr25.
Tofaset stål har en større andel af ferrit, og ferritiske ståls iboende skørhedstendenser, såsom skørhed ved 475°C, σ-faseudfældningsskørhed og grove korn, eksisterer stadig kun på grund af tilstedeværelsen af austenit.En vis lindring kan opnås gennem afbalanceringseffekten, men du skal stadig være opmærksom, når du svejser.Ved svejsning af Ni-frit eller lav-Ni duplex rustfrit stål er der en tendens til enfaset ferrit og kornforgrovning i den varmepåvirkede zone.På dette tidspunkt skal man være opmærksom på at kontrollere svejsevarmetilførslen og prøve at bruge lille strøm, høj svejsehastighed og smal kanalsvejsning.Og multi-pass svejsning for at forhindre kornforgrovning og enfaset ferritisering i den varmepåvirkede zone.Mellemlagstemperaturen bør ikke være for høj.Det er bedst at svejse næste gang efter afkøling.
Indlægstid: 11. september 2023