Sveisbarheten til metallmaterialer refererer til metallmaterialers evne til å oppnå utmerkede sveiseskjøter ved bruk av visse sveiseprosesser, inkludert sveisemetoder, sveisematerialer, sveisespesifikasjoner og sveisekonstruksjonsformer.Hvis et metall kan oppnå utmerkede sveiseskjøter ved å bruke mer vanlige og enkle sveiseprosesser, anses det å ha god sveiseytelse.Sveisbarheten til metallmaterialer er generelt delt inn i to aspekter: prosesssveisbarhet og applikasjonssveisbarhet.
Prosess sveisbarhet: refererer til evnen til å oppnå utmerkede, defektfrie sveisede skjøter under visse sveiseprosessforhold.Det er ikke en iboende egenskap ved metallet, men vurderes basert på en bestemt sveisemetode og de spesifikke prosessmålene som brukes.Derfor er prosessveisbarheten til metallmaterialer nært knyttet til sveiseprosessen.
Service sveisbarhet: refererer til i hvilken grad sveiseskjøten eller hele strukturen oppfyller serviceytelsen spesifisert av produktets tekniske forhold.Ytelsen avhenger av arbeidsforholdene til den sveisede strukturen og de tekniske kravene som stilles i konstruksjonen.Inkluderer vanligvis mekaniske egenskaper, seighetsbestandighet ved lav temperatur, motstand mot sprø brudd, kryp ved høy temperatur, utmattelsesegenskaper, varig styrke, korrosjonsmotstand og slitestyrke, etc. For eksempel har de ofte brukte rustfrie stålene S30403 og S31603 utmerket korrosjonsmotstand og 16MnDR og 09MnNiDR lavtemperaturstål har også god motstand mot seighet ved lav temperatur.
Faktorer som påvirker sveiseytelsen til metallmaterialer
1. Materielle faktorer
Materialer inkluderer uedelt metall og sveisematerialer.Under de samme sveiseforholdene er hovedfaktorene som bestemmer sveisbarheten til basismetallet dets fysiske egenskaper og kjemiske sammensetning.
Når det gjelder fysiske egenskaper: faktorer som smeltepunkt, termisk ledningsevne, lineær ekspansjonskoeffisient, tetthet, varmekapasitet og andre faktorer av metallet har alle innvirkning på prosesser som termisk syklus, smelting, krystallisering, faseendring, etc. , og dermed påvirke sveisbarheten.Materialer med lav varmeledningsevne som rustfritt stål har store temperaturgradienter, høy restspenning og stor deformasjon under sveising.På grunn av den lange oppholdstiden ved høy temperatur vokser dessuten kornene i den varmepåvirkede sonen, noe som er skadelig for leddytelsen.Austenittisk rustfritt stål har en stor lineær ekspansjonskoeffisient og alvorlig ledddeformasjon og spenning.
Når det gjelder kjemisk sammensetning, er det mest innflytelsesrike elementet karbon, som betyr at karboninnholdet i metallet bestemmer sveisbarheten.De fleste av de andre legeringselementene i stål bidrar ikke til sveising, men deres påvirkning er generelt mye mindre enn karbon.Når karboninnholdet i stål øker, øker herdingstendensen, plastisiteten avtar, og sveisesprekker er tilbøyelige til å oppstå.Vanligvis brukes følsomheten til metallmaterialer for sprekker under sveising og endringene i de mekaniske egenskapene til det sveisede leddområdet som hovedindikatorer for å evaluere materialers sveisbarhet.Derfor, jo høyere karboninnhold, desto dårligere sveisbarhet.Lavkarbonstål og lavlegert stål med et karboninnhold på mindre enn 0,25 % har utmerket plastisitet og slagfasthet, og plastisiteten og slagfastheten til de sveisede skjøtene etter sveising er også meget god.Forvarming og varmebehandling etter sveising er ikke nødvendig under sveising, og sveiseprosessen er lett å kontrollere, så den har god sveisbarhet.
I tillegg påvirker stålets smelte- og valsetilstand, varmebehandlingstilstand, organisasjonstilstand osv. sveisbarheten i varierende grad.Sveisbarheten til stål kan forbedres ved å foredle eller foredle korn og kontrollerte valseprosesser.
Sveisematerialer deltar direkte i en rekke kjemiske metallurgiske reaksjoner under sveiseprosessen, som bestemmer sammensetningen, strukturen, egenskapene og defektdannelsen til sveisemetallet.Hvis sveisematerialene er feil valgt og ikke samsvarer med basismetallet, vil ikke bare en skjøt som oppfyller brukskravene ikke oppnås, men det vil også bli introdusert defekter som sprekker og endringer i strukturelle egenskaper.Derfor er riktig valg av sveisematerialer en viktig faktor for å sikre høykvalitets sveiseskjøter.
2. Prosessfaktorer
Prosessfaktorer inkluderer sveisemetoder, sveiseprosessparametere, sveisesekvens, forvarming, ettervarme og ettersveis varmebehandling etc. Sveisemetoden har stor innflytelse på sveisbarheten, hovedsakelig i to aspekter: varmekildeegenskaper og beskyttelsesforhold.
Ulike sveisemetoder har svært ulike varmekilder når det gjelder effekt, energitetthet, maksimal oppvarmingstemperatur osv. Metaller sveiset under ulike varmekilder vil vise ulike sveiseegenskaper.For eksempel er kraften til elektroslaggsveising veldig høy, men energitettheten er veldig lav, og den maksimale oppvarmingstemperaturen er ikke høy.Oppvarmingen er sakte under sveising, og høytemperaturoppholdstiden er lang, noe som resulterer i grove korn i den varmepåvirkede sonen og en betydelig reduksjon i slagfasthet, som må normaliseres.Å forbedre.I motsetning til dette har elektronstrålesveising, lasersveising og andre metoder lav effekt, men høy energitetthet og rask oppvarming.Høytemperaturoppholdstiden er kort, den varmepåvirkede sonen er svært smal, og det er ingen fare for kornvekst.
Justering av sveiseprosessparametrene og vedtak av andre prosesstiltak som forvarming, ettervarme, flerlagssveising og kontroll av mellomlagstemperaturen kan justere og kontrollere den termiske sveisesyklusen, og dermed endre sveisbarheten til metallet.Dersom det gjøres tiltak som forvarming før sveising eller varmebehandling etter sveising, er det fullt mulig å få sveisede skjøter uten sprekkfeil som oppfyller ytelseskrav.
3. Strukturelle faktorer
Det refererer hovedsakelig til designformen til den sveisede strukturen og sveisede skjøter, for eksempel påvirkningen av faktorer som strukturell form, størrelse, tykkelse, fugeform, sveiselayout og dens tverrsnittsform på sveisbarheten.Dens påvirkning gjenspeiles hovedsakelig i overføringen av varme og krafttilstanden.Ulike platetykkelser, forskjellige fugeformer eller sporformer har forskjellige varmeoverføringshastighetsretninger og hastigheter, noe som vil påvirke krystalliseringsretningen og kornveksten til det smeltede bassenget.Den strukturelle bryteren, platetykkelsen og sveisearrangementet bestemmer skjøtens stivhet og tilbakeholdenhet, noe som påvirker spenningstilstanden til skjøten.Dårlig krystallmorfologi, alvorlig spenningskonsentrasjon og overdreven sveisespenning er de grunnleggende betingelsene for dannelse av sveisesprekker.I konstruksjonen er reduksjon av leddstivhet, reduksjon av tverrsveiser og reduksjon av ulike faktorer som forårsaker spenningskonsentrasjon alle viktige tiltak for å forbedre sveisbarheten.
4. Betingelser for bruk
Det refererer til driftstemperaturen, belastningsforholdene og arbeidsmediet under bruksperioden til den sveisede strukturen.Disse arbeidsmiljøene og driftsforholdene krever at sveisede strukturer har tilsvarende ytelse.For eksempel må sveisede strukturer som arbeider ved lave temperaturer ha sprø bruddmotstand;strukturer som arbeider ved høye temperaturer må ha krypemotstand;konstruksjoner som arbeider under vekslende belastninger må ha god utmattelsesmotstand;strukturer som arbeider i syre-, alkali- eller saltmedier. Den sveisede beholderen skal ha høy korrosjonsbestandighet og så videre.Kort sagt, jo strengere bruksforhold, jo høyere kvalitetskrav for sveisede skjøter, og jo vanskeligere er det å sikre materialets sveisbarhet.
Identifikasjon og evalueringsindeks for sveisbarhet av metallmaterialer
Under sveiseprosessen gjennomgår produktet termiske sveiseprosesser, metallurgiske reaksjoner, samt sveisespenning og deformasjon, noe som resulterer i endringer i kjemisk sammensetning, metallografisk struktur, størrelse og form, noe som gjør ytelsen til sveiseskjøten ofte forskjellig fra den til sveisefugen. basismateriale, noen ganger til og med Kan ikke oppfylle brukskravene.For mange reaktive eller ildfaste metaller bør spesielle sveisemetoder som elektronstrålesveising eller lasersveising brukes for å oppnå skjøter av høy kvalitet.Jo færre utstyrsforhold og mindre vanskeligheter som kreves for å lage en god sveiseskjøt av et materiale, desto bedre er sveisbarheten til materialet;tvert imot, dersom det kreves komplekse og kostbare sveisemetoder, spesielle sveisematerialer og prosesstiltak, betyr det at materialet Sveisbarheten er dårlig.
Ved produksjon av produkter må sveisbarheten til materialene som brukes først evalueres for å avgjøre om de valgte strukturelle materialene, sveisematerialene og sveisemetodene er hensiktsmessige.Det finnes mange metoder for å evaluere materialers sveisbarhet.Hver metode kan bare forklare et visst aspekt av sveisbarheten.Derfor kreves det tester for å bestemme sveisbarheten fullt ut.Testmetoder kan deles inn i simuleringstype og eksperimentell type.Førstnevnte simulerer varme- og kjøleegenskapene til sveising;sistnevnte tester i henhold til faktiske sveiseforhold.Testinnholdet er hovedsakelig for å oppdage den kjemiske sammensetningen, metallografiske strukturen, mekaniske egenskaper og tilstedeværelse eller fravær av sveisedefekter av uedelt metall og sveisemetall, og for å bestemme lavtemperaturytelse, høytemperaturytelse, korrosjonsbestandighet og sprekkmotstanden til den sveisede skjøten.
Sveiseegenskaper til vanlig brukte metallmaterialer
1. Sveising av karbonstål
(1) Sveising av lavkarbonstål
Lavkarbonstål har lavt karboninnhold, lavt mangan- og silisiuminnhold.Under normale omstendigheter vil det ikke forårsake alvorlig strukturell herding eller bråkjøling på grunn av sveising.Denne typen stål har utmerket plastisitet og slagfasthet, og plastisiteten og seigheten til de sveisede leddene er også ekstremt gode.For- og ettervarme er generelt ikke nødvendig under sveising, og det kreves ikke spesielle prosesstiltak for å oppnå sveisede skjøter med tilfredsstillende kvalitet.Derfor har lavkarbonstål utmerket sveiseytelse og er stålet med den beste sveiseytelsen blant alle stål..
(2) Sveising av middels karbonstål
Middels karbonstål har et høyere karboninnhold og sveisbarheten er dårligere enn lavkarbonstål.Når CE er nær nedre grense (0,25%) er sveisbarheten god.Når karboninnholdet øker, øker herdingstendensen, og en lavplastisitet martensittstruktur genereres lett i den varmepåvirkede sonen.Når sveisingen er relativt stiv eller sveisematerialene og prosessparametrene er feil valgt, vil det sannsynligvis oppstå kalde sprekker.Ved sveising av det første laget med flerlagssveising øker karboninnholdet, svovel- og fosforinnholdet på grunn av den store andelen av basismetallet som er smeltet inn i sveisen, noe som gjør det enkelt å produsere varme sprekker.I tillegg øker også stomatalfølsomheten når karboninnholdet er høyt.
(3) Sveising av høykarbonstål
Høykarbonstål med CE større enn 0,6 % har høy herdbarhet og er utsatt for å produsere hard og sprø martensitt med høy karbon.Sprekker er tilbøyelige til å oppstå i sveiser og varmepåvirkede soner, noe som gjør sveising vanskelig.Derfor brukes vanligvis ikke denne typen stål til å lage sveisede strukturer, men brukes til å lage komponenter eller deler med høy hardhet eller slitestyrke.Det meste av sveisingen deres er å reparere skadede deler.Disse delene og komponentene bør glødes før sveisereparasjon for å redusere sveisesprekker, og deretter varmebehandles igjen etter sveising.
2. Sveising av lavlegert høyfast stål
Karboninnholdet i lavlegert høyfast stål overstiger vanligvis ikke 0,20 %, og de totale legeringselementene overstiger generelt ikke 5 %.Det er nettopp fordi lavlegert høyfast stål inneholder en viss mengde legeringselementer at sveiseytelsen er noe forskjellig fra karbonstål.Dens sveiseegenskaper er som følger:
(1) Sveisesprekker i sveisede skjøter
Kaldsprukket lavlegert høyfast stål inneholder C, Mn, V, Nb og andre elementer som styrker stålet, så det er lett å bli herdet under sveising.Disse herdede strukturene er svært følsomme.Derfor, når stivheten er stor eller belastningen er høy, hvis Feil sveiseprosess lett kan forårsake kalde sprekker.Dessuten har denne typen sprekk en viss forsinkelse og er ekstremt skadelig.
Reheat (SR)-sprekker Reheat-sprekker er intergranulære sprekker som oppstår i det grovkornede området nær smeltelinjen under ettersveisingsavlastende varmebehandling eller langvarig høytemperaturdrift.Det antas generelt at det oppstår på grunn av den høye temperaturen ved sveising som forårsaker at V, Nb, Cr, Mo og andre karbider nær HAZ blir fast oppløst i austenitten.De har ikke tid til å felle ut under avkjøling etter sveising, men sprer seg og feller ut under PWHT, og styrker dermed krystallstrukturen.Innenfor er krypdeformasjonen under stressavslapping konsentrert til korngrensene.
Sveisede skjøter av lavlegert høyfast stål er generelt ikke utsatt for gjenoppvarming av sprekker, som 16MnR, 15MnVR osv. For Mn-Mo-Nb og Mn-Mo-V-seriene lavlegerte høyfaste stål, som f.eks. 07MnCrMoVR, siden Nb, V og Mo er elementer som har sterk følsomhet for oppvarmingssprekker, må denne typen stål behandles under varmebehandling etter sveising.Det bør utvises forsiktighet for å unngå det følsomme temperaturområdet til gjenoppvarmingssprekker for å forhindre at det oppstår gjenoppvarmingssprekker.
(2) Sprøhet og mykning av sveisede skjøter
Skjørhet ved aldring Sveisede skjøter må gjennomgå ulike kalde prosesser (blankskjæring, tønnerulling, etc.) før sveising.Stålet vil produsere plastisk deformasjon.Hvis området varmes opp ytterligere til 200 til 450°C, vil belastningsaldring oppstå..Sprøhet ved belastningsaldring vil redusere plastisiteten til stålet og øke den sprø overgangstemperaturen, noe som resulterer i sprø brudd på utstyret.Varmebehandling etter sveising kan eliminere slik belastningsaldring av den sveisede strukturen og gjenopprette seighet.
Skjørhet av sveiser og varmepåvirkede soner Sveising er en ujevn oppvarmings- og avkjølingsprosess som resulterer i en ujevn struktur.Den sprø overgangstemperaturen til sveisen (WM) og den varmepåvirkede sonen (HAZ) er høyere enn for basismetallet og er det svake leddet i skjøten.Sveiselinjeenergi har en viktig innvirkning på egenskapene til lavlegert høyfast stål WM og HAZ.Lavlegert høyfast stål er lett å herde.Hvis linjeenergien er for liten, vil martensitt vises i HAZ og forårsake sprekker.Hvis linjeenergien er for stor, vil kornene til WM og HAZ bli grove.Vil føre til at leddet blir sprøtt.Sammenlignet med varmvalset og normalisert stål, har lavkarbon bråkjølt og herdet stål en mer alvorlig tendens til HAZ-sprøhet forårsaket av overdreven lineær energi.Derfor, ved sveising, bør linjeenergien begrenses til et visst område.
Mykgjøring av den varmepåvirkede sonen av sveisede skjøter På grunn av virkningen av sveisevarmen, varmes utsiden av den varmepåvirkede sonen (HAZ) av lavkarbon bråkjølt og herdet stål opp over anløpstemperaturen, spesielt området nær Ac1, som vil gi en mykningssone med redusert styrke.Den strukturelle mykningen i HAZ-sonen øker med økningen i sveiseledningsenergien og forvarmingstemperaturen, men generelt er strekkstyrken i den mykede sonen fortsatt høyere enn den nedre grensen for standardverdien til basismetallet, så den varmepåvirkede sonen av denne typen stål mykner Så lenge utførelse er riktig, vil ikke problemet påvirke ytelsen til skjøten.
3. Sveising av rustfritt stål
Rustfritt stål kan deles inn i fire kategorier i henhold til dets forskjellige stålkonstruksjoner, nemlig austenittisk rustfritt stål, ferritisk rustfritt stål, martensittisk rustfritt stål og austenittisk-ferritisk dupleks rustfritt stål.Det følgende analyserer hovedsakelig sveiseegenskapene til austenittisk rustfritt stål og toveis rustfritt stål.
(1) Sveising av austenittisk rustfritt stål
Austenittisk rustfritt stål er lettere å sveise enn andre rustfrie stål.Det vil ikke være noen fasetransformasjon ved noen temperatur, og det er ikke følsomt for hydrogensprøhet.Den austenittiske rustfrie skjøten har også god plastisitet og seighet i sveiset tilstand.Hovedproblemene ved sveising er: varmsveising, sprøhet, intergranulær korrosjon og spenningskorrosjon, etc. I tillegg, på grunn av dårlig termisk ledningsevne og stor lineær ekspansjonskoeffisient, er sveisespenning og deformasjon store.Ved sveising skal sveisevarmetilførselen være så liten som mulig, og det skal ikke være noen forvarming, og mellomlagstemperaturen skal reduseres.Mellomlagstemperaturen bør kontrolleres under 60°C, og sveiseskjøtene skal være forskjøvet.For å redusere varmetilførselen bør sveisehastigheten ikke økes for mye, men sveisestrømmen bør reduseres passende.
(2) Sveising av austenittisk-ferritisk toveis rustfritt stål
Austenittisk-ferritisk dupleks rustfritt stål er et dupleks rustfritt stål som består av to faser: austenitt og ferritt.Den kombinerer fordelene med austenittisk stål og ferritisk stål, så den har egenskapene til høy styrke, god korrosjonsbestandighet og enkel sveising.For øyeblikket er det tre hovedtyper av dupleks rustfritt stål: Cr18, Cr21 og Cr25.Hovedkarakteristikkene til denne typen stålsveising er: lavere termisk tendens sammenlignet med austenittisk rustfritt stål;lavere sprøhetstendens etter sveising sammenlignet med rent ferrittisk rustfritt stål, og graden av ferrittgrovning i den sveisevarmepåvirkede sonen Den er også lavere, så sveisbarheten er bedre.
Siden denne ståltypen har gode sveiseegenskaper, er det ikke nødvendig med for- og ettervarme under sveising.Tynne plater bør sveises med TIG, og mellomstore og tykke plater kan sveises ved buesveising.Ved sveising ved buesveising bør spesielle sveisestenger med lignende sammensetning som basismetallet eller austenittiske sveisestenger med lavt karboninnhold brukes.Nikkelbaserte legeringselektroder kan også brukes for tofasestål av typen Cr25.
Tofasestål har en større andel ferritt, og de iboende sprøhetstendensene til ferritiske stål, som sprøhet ved 475 °C, σ-faseutfellingssprøhet og grove korn, eksisterer fortsatt, bare på grunn av tilstedeværelsen av austenitt.Noe lettelse kan oppnås gjennom balanseringseffekten, men du må fortsatt være oppmerksom når du sveiser.Ved sveising av Ni-fritt eller lav-Ni dupleks rustfritt stål er det en tendens til enfase ferritt og kornforgrovning i den varmepåvirkede sonen.På dette tidspunktet bør man være oppmerksom på å kontrollere sveisevarmeinngangen, og prøv å bruke liten strøm, høy sveisehastighet og smal kanalsveising.Og flerpasssveising for å forhindre forgrovning av korn og enfase ferritisering i den varmepåvirkede sonen.Mellomlagstemperaturen bør ikke være for høy.Det er best å sveise neste pass etter avkjøling.
Innleggstid: 11. september 2023