Svetsbarheten hos metallmaterial avser metallmaterialens förmåga att erhålla utmärkta svetsfogar med hjälp av vissa svetsprocesser, inklusive svetsmetoder, svetsmaterial, svetsspecifikationer och svetskonstruktionsformer.Om en metall kan få utmärkta svetsfogar med vanligare och enklare svetsprocesser anses den ha god svetsprestanda.Svetsbarheten hos metallmaterial är generellt uppdelad i två aspekter: processsvetsbarhet och applikationssvetsbarhet.
Processsvetsbarhet: hänvisar till förmågan att erhålla utmärkta, defektfria svetsfogar under vissa svetsprocessförhållanden.Det är inte en inneboende egenskap hos metallen utan utvärderas utifrån en viss svetsmetod och de specifika processmått som används.Därför är processsvetsbarheten hos metallmaterial nära relaterad till svetsprocessen.
Service svetsbarhet: hänvisar till i vilken grad svetsfogen eller hela strukturen uppfyller den serviceprestanda som specificeras av produktens tekniska villkor.Prestanda beror på arbetsförhållandena för den svetsade strukturen och de tekniska krav som ställs i konstruktionen.Inkluderar vanligtvis mekaniska egenskaper, seghetsbeständighet vid låg temperatur, spröd brottbeständighet, krypning vid hög temperatur, utmattningsegenskaper, varaktig styrka, korrosionsbeständighet och slitstyrka, etc. Till exempel har de vanligt använda rostfria stålen S30403 och S31603 utmärkt korrosionsbeständighet och 16MnDR och 09MnNiDR lågtemperaturstål har också god seghetsbeständighet vid låg temperatur.
Faktorer som påverkar svetsprestandan hos metallmaterial
1. Materiella faktorer
Material inkluderar basmetall och svetsmaterial.Under samma svetsförhållanden är de viktigaste faktorerna som bestämmer basmetallens svetsbarhet dess fysikaliska egenskaper och kemiska sammansättning.
När det gäller fysikaliska egenskaper: faktorer som smältpunkt, värmeledningsförmåga, linjär expansionskoefficient, densitet, värmekapacitet och andra faktorer hos metallen har alla en inverkan på processer som termisk cykel, smältning, kristallisation, fasförändring, etc. , vilket påverkar svetsbarheten.Material med låg värmeledningsförmåga som rostfritt stål har stora temperaturgradienter, hög restspänning och stor deformation under svetsning.På grund av den långa uppehållstiden vid hög temperatur växer dessutom kornen i den värmepåverkade zonen, vilket är skadligt för fogens prestanda.Austenitiskt rostfritt stål har en stor linjär expansionskoefficient och kraftig fogdeformation och spänning.
När det gäller kemisk sammansättning är det mest inflytelserika grundämnet kol, vilket betyder att metallens kolinnehåll avgör dess svetsbarhet.De flesta andra legeringselement i stål är inte gynnsamma för svetsning, men deras påverkan är i allmänhet mycket mindre än kol.När kolhalten i stål ökar, ökar härdningsbenägenheten, plasticiteten minskar och svetssprickor är benägna att uppstå.Vanligtvis används metallmaterialens känslighet för sprickor under svetsning och förändringarna i mekaniska egenskaper hos svetsfogområdet som huvudindikatorer för att utvärdera materialens svetsbarhet.Därför, ju högre kolhalt, desto sämre svetsbarhet.Lågkolhaltigt stål och låglegerat stål med en kolhalt på mindre än 0,25 % har utmärkt plasticitet och slagseghet, och plasticiteten och slagsegheten hos de svetsade lederna efter svetsning är också mycket bra.Förvärmning och eftersvetsvärmebehandling krävs inte under svetsning, och svetsprocessen är lätt att kontrollera, så den har god svetsbarhet.
Dessutom påverkar stålets smält- och valsningstillstånd, värmebehandlingstillstånd, organisationstillstånd etc. svetsbarheten i varierande grad.Stålets svetsbarhet kan förbättras genom att förädla eller förädla korn och kontrollerade valsningsprocesser.
Svetsmaterial deltar direkt i en serie kemiska metallurgiska reaktioner under svetsprocessen, vilka bestämmer sammansättningen, strukturen, egenskaperna och defektbildningen hos svetsmetallen.Om svetsmaterialen är felaktigt valda och inte matchar basmetallen kommer inte bara en fog som uppfyller användningskraven att erhållas, utan även defekter som sprickor och förändringar i strukturella egenskaper kommer att införas.Därför är rätt val av svetsmaterial en viktig faktor för att säkerställa högkvalitativa svetsfogar.
2. Processfaktorer
Processfaktorer inkluderar svetsmetoder, svetsprocessparametrar, svetssekvens, förvärmning, eftervärmning och eftersvetsvärmebehandling etc. Svetsmetoden har stor inverkan på svetsbarheten, främst i två aspekter: värmekällans egenskaper och skyddsförhållanden.
Olika svetsmetoder har väldigt olika värmekällor vad gäller effekt, energitäthet, maximal uppvärmningstemperatur etc. Metaller som svetsas under olika värmekällor kommer att uppvisa olika svetsegenskaper.Till exempel är kraften hos elektroslaggsvetsning mycket hög, men energitätheten är mycket låg och den maximala uppvärmningstemperaturen är inte hög.Uppvärmningen är långsam under svetsning, och högtemperaturuppehållstiden är lång, vilket resulterar i grova korn i den värmepåverkade zonen och en betydande minskning av slagsegheten, vilket måste normaliseras.Att förbättra.Däremot har elektronstrålesvetsning, lasersvetsning och andra metoder låg effekt, men hög energitäthet och snabb uppvärmning.Uppehållstiden vid hög temperatur är kort, den värmepåverkade zonen är mycket smal och det finns ingen risk för korntillväxt.
Justering av svetsprocessparametrarna och antagande av andra processåtgärder såsom förvärmning, eftervärmning, flerskiktssvetsning och kontroll av mellanskiktstemperaturen kan justera och styra svetsvärmecykeln, och därigenom ändra metallens svetsbarhet.Om åtgärder som förvärmning före svetsning eller värmebehandling efter svetsning vidtas är det fullt möjligt att få svetsfogar utan sprickfel som uppfyller prestandakraven.
3. Strukturella faktorer
Det hänvisar främst till designformen för den svetsade strukturen och svetsfogarna, såsom påverkan av faktorer som strukturell form, storlek, tjocklek, fogspårform, svetslayout och dess tvärsnittsform på svetsbarheten.Dess inflytande återspeglas främst i överföringen av värme och krafttillståndet.Olika plåttjocklekar, olika fogformer eller spårformer har olika värmeöverföringshastighetsriktningar och hastigheter, vilket kommer att påverka kristallisationsriktningen och korntillväxten i den smälta poolen.Den strukturella omkopplaren, plåttjockleken och svetsarrangemanget bestämmer fogens styvhet och återhållsamhet, vilket påverkar fogens spänningstillstånd.Dålig kristallmorfologi, kraftig spänningskoncentration och överdriven svetsspänning är grundförutsättningarna för att svetssprickor bildas.I konstruktionen är minskning av fogstyvhet, minskning av tvärsvetsar och minskning av olika faktorer som orsakar spänningskoncentration viktiga åtgärder för att förbättra svetsbarheten.
4. Villkor för användning
Det hänvisar till driftstemperatur, belastningsförhållanden och arbetsmedium under den svetsade strukturens bruksperiod.Dessa arbetsmiljöer och driftsförhållanden kräver att svetsade strukturer har motsvarande prestanda.Till exempel måste svetsade strukturer som arbetar vid låga temperaturer ha spröd brottmotstånd;strukturer som arbetar vid höga temperaturer måste ha krypmotstånd;konstruktioner som arbetar under alternerande belastningar måste ha god utmattningsmotstånd;strukturer som arbetar i sura, alkaliska eller saltmedier Den svetsade behållaren ska ha hög korrosionsbeständighet och så vidare.Kort sagt, ju strängare användningsförhållanden, desto högre kvalitetskrav på svetsfogar, och desto svårare är det att säkerställa materialets svetsbarhet.
Identifiering och utvärderingsindex för svetsbarhet av metallmaterial
Under svetsprocessen genomgår produkten svetstermiska processer, metallurgiska reaktioner, såväl som svetsspänning och deformation, vilket resulterar i förändringar i kemisk sammansättning, metallografisk struktur, storlek och form, vilket gör att svetsfogens prestanda ofta skiljer sig från svetsfogen. basmaterial, ibland till och med Kan inte uppfylla användningskraven.För många reaktiva eller eldfasta metaller bör speciella svetsmetoder som elektronstrålesvetsning eller lasersvetsning användas för att erhålla högkvalitativa fogar.Ju färre utrustningsförhållanden och mindre svårighet som krävs för att göra en bra svetsfog av ett material, desto bättre är materialets svetsbarhet;tvärtom, om det krävs komplexa och dyra svetsmetoder, speciella svetsmaterial och processåtgärder betyder det att materialet Svetsbarheten är dålig.
Vid tillverkning av produkter måste svetsbarheten hos de använda materialen först utvärderas för att avgöra om de valda konstruktionsmaterialen, svetsmaterialen och svetsmetoderna är lämpliga.Det finns många metoder för att utvärdera materials svetsbarhet.Varje metod kan bara förklara en viss aspekt av svetsbarheten.Därför krävs tester för att helt fastställa svetsbarheten.Testmetoder kan delas in i simuleringstyp och experimenttyp.Den förra simulerar värme- och kylningsegenskaperna för svetsning;den senare testar enligt faktiska svetsförhållanden.Testinnehållet är huvudsakligen för att detektera den kemiska sammansättningen, metallografiska strukturen, mekaniska egenskaper och närvaro eller frånvaro av svetsdefekter hos basmetallen och svetsmetallen, och för att bestämma lågtemperaturprestanda, högtemperaturprestanda, korrosionsbeständighet och sprickmotstånd hos svetsfogen.
Svetsegenskaper hos vanliga metallmaterial
1. Svetsning av kolstål
(1) Svetsning av lågkolhaltigt stål
Lågt kolstål har låg kolhalt, låg mangan- och kiselhalt.Under normala omständigheter kommer det inte att orsaka allvarlig strukturell härdning eller härdning på grund av svetsning.Denna typ av stål har utmärkt plasticitet och slagseghet, och plasticiteten och segheten hos dess svetsfogar är också extremt bra.För- och eftervärmning krävs i allmänhet inte vid svetsning och speciella processåtgärder krävs inte för att få svetsfogar med tillfredsställande kvalitet.Därför har lågkolstål utmärkt svetsprestanda och är det stål som har bäst svetsprestanda bland alla stål..
(2) Svetsning av medelstort kolstål
Mellankolstål har en högre kolhalt och dess svetsbarhet är sämre än lågkolstål.När CE ligger nära den nedre gränsen (0,25%) är svetsbarheten god.När kolhalten ökar ökar härdningstendensen och en martensitstruktur med låg plasticitet genereras lätt i den värmepåverkade zonen.När svetsen är relativt styv eller svetsmaterialen och processparametrarna är felaktigt valda, uppstår sannolikt kalla sprickor.Vid svetsning av det första lagret av flerskiktssvetsning, på grund av den stora andelen basmetall som smälts in i svetsen, ökar kolhalten, svavel- och fosforhalten, vilket gör det lätt att producera heta sprickor.Dessutom ökar även stomatalkänsligheten när kolhalten är hög.
(3) Svetsning av stål med hög kolhalt
Högkolstål med CE större än 0,6 % har hög härdbarhet och är benäget att producera hård och spröd martensit med hög kolhalt.Sprickor är benägna att uppstå i svetsar och värmepåverkade zoner, vilket gör svetsning svår.Därför används denna typ av stål i allmänhet inte för att tillverka svetsade strukturer, utan används för att tillverka komponenter eller delar med hög hårdhet eller slitstyrka.Det mesta av deras svetsning är att reparera skadade delar.Dessa delar och komponenter bör glödgas före svetsreparation för att minska svetssprickor och sedan värmebehandlas igen efter svetsning.
2. Svetsning av låglegerat höghållfast stål
Kolinnehållet i låglegerat höghållfast stål överstiger i allmänhet inte 0,20 %, och det totala legeringselementet överstiger i allmänhet inte 5 %.Det är just för att låglegerat höghållfast stål innehåller en viss mängd legerade element som dess svetsprestanda skiljer sig något från kolstål.Dess svetsegenskaper är följande:
(1) Svetssprickor i svetsfogar
Kallknäckt låglegerat höghållfast stål innehåller C, Mn, V, Nb och andra element som stärker stålet, så det är lätt att härdas vid svetsning.Dessa härdade strukturer är mycket känsliga.Därför, när styvheten är stor eller begränsningsspänningen är hög, om Felaktig svetsprocess lätt kan orsaka kalla sprickor.Dessutom har denna typ av spricka en viss fördröjning och är extremt skadlig.
Återupphettningssprickor (SR) Återupphettningssprickor är intergranulära sprickor som uppstår i det grovkorniga området nära smältlinjen under värmebehandling efter svetsavlastning eller långvarig högtemperaturdrift.Det antas allmänt att det uppstår på grund av den höga svetstemperaturen som gör att V, Nb, Cr, Mo och andra karbider nära HAZ blir fasta lösta i austeniten.De hinner inte fällas ut under kylning efter svetsning, utan sprids och fälls ut under PWHT, vilket förstärker kristallstrukturen.Inom är krypdeformationen under stressavslappning koncentrerad till korngränserna.
Låglegerade höghållfasta stålsvetsade fogar är i allmänhet inte benägna att värma upp sprickor, såsom 16MnR, 15MnVR etc. För Mn-Mo-Nb och Mn-Mo-V serierna låglegerade höghållfasta stål, som t.ex. 07MnCrMoVR, eftersom Nb, V och Mo är element som har stor känslighet för återupphettningssprickor, måste denna typ av stål behandlas under värmebehandling efter svetsning.Försiktighet bör iakttas för att undvika det känsliga temperaturområdet för återuppvärmningssprickor för att förhindra uppkomsten av återuppvärmningssprickor.
(2) Sprödhet och uppmjukning av svetsfogar
Sprödhet med töjningsåldring Svetsade fogar måste genomgå olika kalla processer (blankklippning, trumvalsning etc.) före svetsning.Stålet kommer att ge plastisk deformation.Om området värms upp ytterligare till 200 till 450°C kommer stamåldring att inträffa..Sprödhet med töjningsåldring kommer att minska stålets plasticitet och öka den spröda övergångstemperaturen, vilket resulterar i spröd brott på utrustningen.Värmebehandling efter svetsning kan eliminera sådan töjningsåldring av den svetsade strukturen och återställa segheten.
Försprödning av svetsar och värmepåverkade zoner Svetsning är en ojämn uppvärmnings- och avkylningsprocess, vilket resulterar i en ojämn struktur.Den spröda övergångstemperaturen för svetsen (WM) och den värmepåverkade zonen (HAZ) är högre än basmetallens och är den svaga länken i fogen.Svetslinjeenergi har en viktig inverkan på egenskaperna hos låglegerat höghållfast stål WM och HAZ.Låglegerat höghållfast stål är lätt att härda.Om linjeenergin är för liten kommer martensit att dyka upp i HAZ och orsaka sprickor.Om linjeenergin är för stor blir kornen i WM och HAZ grova.Kommer att göra att fogen blir spröd.Jämfört med varmvalsat och normaliserat stål har kylt och härdat stål med låg kolhalt en allvarligare tendens till HAZ-försprödning orsakad av överdriven linjär energi.Därför, vid svetsning, bör linjeenergin begränsas till ett visst område.
Mjukning av den värmepåverkade zonen av svetsfogar På grund av svetsvärmens verkan värms utsidan av den värmepåverkade zonen (HAZ) av kylda och härdade stål med låg kolhalt över anlöpningstemperaturen, särskilt området nära Ac1, vilket ger en mjukgörande zon med minskad styrka.Den strukturella uppmjukningen i HAZ-zonen ökar med ökningen av svetsledningsenergin och förvärmningstemperaturen, men i allmänhet är draghållfastheten i den uppmjukade zonen fortfarande högre än den nedre gränsen för standardvärdet för basmetallen, så den värmepåverkade zonen av denna typ av stål mjuknar Så länge utförandet är korrekt kommer problemet inte att påverka fogens prestanda.
3. Svetsning av rostfritt stål
Rostfritt stål kan delas in i fyra kategorier beroende på dess olika stålkonstruktioner, nämligen austenitiskt rostfritt stål, ferritiskt rostfritt stål, martensitiskt rostfritt stål och austenitiskt-ferritiskt duplext rostfritt stål.Följande analyserar huvudsakligen svetsegenskaperna hos austenitiskt rostfritt stål och dubbelriktat rostfritt stål.
(1) Svetsning av austenitiskt rostfritt stål
Austenitiska rostfria stål är lättare att svetsa än andra rostfria stål.Det kommer inte att ske någon fasomvandling vid någon temperatur och den är inte känslig för väteförsprödning.Den austenitiska rostfria fogen har också god plasticitet och seghet i svetsat tillstånd.De huvudsakliga problemen med svetsning är: svetsning av hetsprickbildning, sprödhet, intergranulär korrosion och spänningskorrosion, etc. Dessutom, på grund av dålig värmeledningsförmåga och stor linjär expansionskoefficient, är svetsspänning och deformation stora.Vid svetsning bör svetsvärmetillförseln vara så liten som möjligt, och det bör inte finnas någon förvärmning, och mellanskiktstemperaturen bör minskas.Mellanskiktstemperaturen bör kontrolleras under 60°C, och svetsfogarna ska vara förskjutna.För att minska värmetillförseln bör svetshastigheten inte ökas för mycket, utan svetsströmmen bör reduceras på lämpligt sätt.
(2) Svetsning av austenitiskt-ferritiskt tvåvägs rostfritt stål
Austenitiskt-ferritiskt duplext rostfritt stål är ett duplext rostfritt stål som består av två faser: austenit och ferrit.Den kombinerar fördelarna med austenitiskt stål och ferritiskt stål, så det har egenskaperna hög hållfasthet, bra korrosionsbeständighet och enkel svetsning.För närvarande finns det tre huvudtyper av duplext rostfritt stål: Cr18, Cr21 och Cr25.De huvudsakliga egenskaperna hos denna typ av stålsvetsning är: lägre termisk tendens jämfört med austenitiskt rostfritt stål;lägre sprödhetstendens efter svetsning jämfört med rent ferritiskt rostfritt stål, och graden av ferritgrovning i den svetsvärmepåverkade zonen Den är också lägre, så svetsbarheten är bättre.
Eftersom denna typ av stål har goda svetsegenskaper krävs inte för- och eftervärmning vid svetsning.Tunna plåtar bör svetsas med TIG, och medelstora och tjocka plåtar kan svetsas med bågsvetsning.Vid svetsning med bågsvetsning bör speciella svetsstänger med liknande sammansättning som basmetallen eller austenitiska svetsstänger med låg kolhalt användas.Nickelbaserade legeringselektroder kan också användas för tvåfasstål av typen Cr25.
Tvåfasstål har en större andel ferrit, och ferritiska ståls inneboende sprödhetstendenser, såsom sprödhet vid 475°C, σ-fasutfällningssprödhet och grova korn, existerar fortfarande, bara på grund av närvaron av austenit.En viss lättnad kan uppnås genom balanseringseffekten, men du måste ändå vara uppmärksam vid svetsning.Vid svetsning av Ni-fritt eller låg-Ni duplex rostfritt stål finns en tendens till enfas ferrit och korn förgrovning i den värmepåverkade zonen.Vid denna tidpunkt bör uppmärksamhet ägnas åt att kontrollera svetsvärmetillförseln och försök att använda liten ström, hög svetshastighet och smal kanalsvetsning.Och flerstegssvetsning för att förhindra kornförgrovning och enfasig ferritisering i den värmepåverkade zonen.Temperaturen mellan skikten bör inte vara för hög.Det är bäst att svetsa nästa pass efter kylning.
Posttid: 2023-11-11