Svařitelnost kovových materiálů se týká schopnosti kovových materiálů získat vynikající svarové spoje pomocí určitých svařovacích procesů, včetně svařovacích metod, svařovacích materiálů, svařovacích specifikací a svařovacích strukturních forem.Pokud kov může získat vynikající svařovací spoje pomocí běžnějších a jednodušších svařovacích procesů, má se za to, že má dobrý svařovací výkon.Svařitelnost kovových materiálů se obecně dělí na dva aspekty: procesní svařitelnost a aplikační svařitelnost.
Procesní svařitelnost: označuje schopnost získat vynikající, bezvadné svarové spoje za určitých podmínek procesu svařování.Není to přirozená vlastnost kovu, ale je hodnocena na základě určité metody svařování a konkrétních použitých procesních opatření.Proto procesní svařitelnost kovových materiálů úzce souvisí s procesem svařování.
Servisní svařitelnost: označuje míru, do jaké svařovaný spoj nebo celá konstrukce splňuje provozní výkonnost specifikovanou technickými podmínkami výrobku.Výkon závisí na pracovních podmínkách svařované konstrukce a technických požadavcích kladených v návrhu.Obvykle zahrnují mechanické vlastnosti, houževnatost při nízkých teplotách, odolnost proti křehkému lomu, tečení při vysokých teplotách, únavové vlastnosti, trvalou pevnost, odolnost proti korozi a odolnost proti opotřebení atd. Například běžně používané nerezové oceli S30403 a S31603 mají vynikající odolnost proti korozi a 16MnDR Nízkoteplotní oceli a 09MnNiDR mají také dobrou houževnatost při nízkých teplotách.
Faktory ovlivňující svařovací výkon kovových materiálů
1.Materiálové faktory
Materiály zahrnují obecné kovy a svařovací materiály.Za stejných podmínek svařování jsou hlavními faktory, které určují svařitelnost základního kovu, jeho fyzikální vlastnosti a chemické složení.
Pokud jde o fyzikální vlastnosti: faktory, jako je bod tání, tepelná vodivost, koeficient lineární roztažnosti, hustota, tepelná kapacita a další faktory kovu, mají vliv na procesy, jako je tepelný cyklus, tavení, krystalizace, změna fáze atd. a tím ovlivnit svařitelnost.Materiály s nízkou tepelnou vodivostí, jako je nerezová ocel, mají velké teplotní gradienty, vysoké zbytkové napětí a velkou deformaci při svařování.Navíc v důsledku dlouhé doby setrvání při vysoké teplotě rostou zrna v tepelně ovlivněné zóně, což je škodlivé pro výkon kloubu.Austenitická nerezová ocel má velký koeficient lineární roztažnosti a silnou deformaci spoje a napětí.
Z hlediska chemického složení je nejvlivnějším prvkem uhlík, což znamená, že obsah uhlíku v kovu určuje jeho svařitelnost.Většina ostatních legujících prvků v oceli není vhodná pro svařování, ale jejich dopad je obecně mnohem menší než dopad uhlíku.S rostoucím obsahem uhlíku v oceli se zvyšuje tendence kalení, snižuje se plasticita a je náchylný ke vzniku trhlin při svařování.Obvykle se jako hlavní ukazatele pro hodnocení svařitelnosti materiálů používá citlivost kovových materiálů na trhliny při svařování a změny mechanických vlastností oblasti svarového spoje.Čím vyšší je tedy obsah uhlíku, tím horší je svařitelnost.Nízkouhlíková ocel a nízkolegovaná ocel s obsahem uhlíku menším než 0,25 % mají vynikající plasticitu a rázovou houževnatost, velmi dobrá je i plasticita a rázová houževnatost svarových spojů po svařování.Při svařování není vyžadováno předehřívání a tepelné zpracování po svařování a proces svařování je snadno ovladatelný, takže má dobrou svařitelnost.
Kromě toho svařitelnost v různé míře ovlivňuje stav tavení a válcování, stav tepelného zpracování, organizační stav atd. oceli.Svařitelnost oceli lze zlepšit zjemněním nebo zjemněním zrn a řízenými procesy válcování.
Svařovací materiály se během procesu svařování přímo účastní řady chemických metalurgických reakcí, které určují složení, strukturu, vlastnosti a tvorbu defektů svarového kovu.Pokud jsou svařovací materiály nevhodně vybrány a neodpovídají základnímu kovu, nejenže nebude dosaženo spoje, který by vyhovoval požadavkům použití, ale také se zanesou vady, jako jsou praskliny a změny ve strukturálních vlastnostech.Proto je správný výběr svařovacích materiálů důležitým faktorem pro zajištění kvalitních svarových spojů.
2. Procesní faktory
Procesní faktory zahrnují metody svařování, parametry procesu svařování, sekvenci svařování, předehřev, dohřev a tepelné zpracování po svařování atd. Způsob svařování má velký vliv na svařitelnost, a to především ve dvou aspektech: charakteristika zdroje tepla a podmínky ochrany.
Různé metody svařování mají velmi odlišné zdroje tepla, pokud jde o výkon, hustotu energie, maximální teplotu ohřevu atd. Kovy svařované pod různými zdroji tepla budou vykazovat různé svařovací vlastnosti.Například výkon elektrostruskového svařování je velmi vysoký, ale hustota energie je velmi nízká a maximální teplota ohřevu není vysoká.Zahřívání je během svařování pomalé a doba zdržení při vysoké teplotě je dlouhá, což má za následek hrubá zrna v tepelně ovlivněné zóně a výrazné snížení rázové houževnatosti, které je nutné normalizovat.Zlepšit.Naproti tomu svařování elektronovým paprskem, laserové svařování a další metody mají nízký výkon, ale vysokou hustotu energie a rychlý ohřev.Doba zdržení při vysoké teplotě je krátká, tepelně ovlivněná zóna je velmi úzká a nehrozí nebezpečí růstu zrna.
Úpravou parametrů svařovacího procesu a přijetím dalších procesních opatření, jako je předehřívání, dohřev, vícevrstvé svařování a řízení teploty mezivrstvy, lze upravit a řídit tepelný cyklus svařování, čímž se změní svařitelnost kovu.Pokud se přijmou opatření, jako je předehřev před svařováním nebo tepelné zpracování po svařování, je zcela možné získat svarové spoje bez defektů trhlin, které splňují požadavky na výkon.
3. Strukturální faktory
Týká se především konstrukční formy svařované konstrukce a svarových spojů, jako je vliv faktorů, jako je tvar konstrukce, velikost, tloušťka, tvar spojové drážky, rozložení svaru a jeho tvar průřezu na svařitelnost.Jeho vliv se projevuje především v přenosu tepla a silovém stavu.Různé tloušťky desek, různé tvary spojů nebo tvary drážek mají různé směry a rychlosti přenosu tepla, což ovlivní směr krystalizace a růst zrn roztavené lázně.Konstrukční spínač, tloušťka plechu a uspořádání svaru určují tuhost a omezení spoje, což ovlivňuje stav napětí spoje.Špatná krystalová morfologie, silná koncentrace napětí a nadměrné svařovací napětí jsou základními podmínkami pro vznik svarových trhlin.Při konstrukci jsou důležitými opatřeními ke zlepšení svařitelnosti snížení tuhosti spoje, snížení příčných svarů a snížení různých faktorů způsobujících koncentraci napětí.
4. Podmínky použití
Vztahuje se na provozní teplotu, podmínky zatížení a pracovní médium během doby provozu svařované konstrukce.Tato pracovní prostředí a provozní podmínky vyžadují, aby svařované konstrukce měly odpovídající výkon.Například svařované konstrukce pracující při nízkých teplotách musí mít odolnost proti křehkému lomu;konstrukce pracující při vysokých teplotách musí mít odolnost proti tečení;konstrukce pracující při střídavém zatížení musí mít dobrou odolnost proti únavě;struktury pracující v kyselém, alkalickém nebo solném médiu Svařovaná nádoba by měla mít vysokou odolnost proti korozi a tak dále.Stručně řečeno, čím přísnější podmínky použití, tím vyšší jsou požadavky na kvalitu svarových spojů a tím těžší je zajistit svařitelnost materiálu.
Identifikace a hodnocení indexu svařitelnosti kovových materiálů
Během procesu svařování výrobek prochází tepelnými procesy svařování, metalurgickými reakcemi a také namáháním a deformací při svařování, což má za následek změny chemického složení, metalografické struktury, velikosti a tvaru, díky čemuž se výkon svarového spoje často liší od výkonu svarového spoje. základní materiál, někdy dokonce Nesplňuje požadavky na použití.Pro mnoho reaktivních nebo žáruvzdorných kovů by měly být použity speciální metody svařování, jako je svařování elektronovým paprskem nebo laserové svařování, aby se získaly vysoce kvalitní spoje.Čím méně zařízení a méně obtíží je zapotřebí k vytvoření dobrého svarového spoje z materiálu, tím lepší je svařitelnost materiálu;naopak, pokud jsou vyžadovány složité a drahé metody svařování, speciální svařovací materiály a procesní opatření, znamená to, že materiál je svařitelný špatně.
Při výrobě produktů je třeba nejprve vyhodnotit svařitelnost použitých materiálů, aby se zjistilo, zda jsou zvolené konstrukční materiály, svařovací materiály a metody svařování vhodné.Existuje mnoho metod hodnocení svařitelnosti materiálů.Každá metoda může vysvětlit pouze určitý aspekt svařitelnosti.K úplnému stanovení svařitelnosti jsou proto nutné zkoušky.Testovací metody lze rozdělit na typ simulační a typ experimentální.První z nich simuluje charakteristiky ohřevu a chlazení svařování;poslední testy podle skutečných podmínek svařování.Obsahem testu je především zjistit chemické složení, metalografickou strukturu, mechanické vlastnosti a přítomnost nebo nepřítomnost svarových vad základního kovu a svarového kovu a určit výkon při nízkých teplotách, výkon při vysokých teplotách, odolnost proti korozi a odolnost svarového spoje proti trhlinám.
Svařovací charakteristiky běžně používaných kovových materiálů
1. Svařování uhlíkové oceli
(1) Svařování nízkouhlíkové oceli
Nízkouhlíková ocel má nízký obsah uhlíku, nízký obsah manganu a křemíku.Za normálních okolností nezpůsobí vážné strukturální zpevnění nebo kalení struktury v důsledku svařování.Tento druh oceli má vynikající plasticitu a rázovou houževnatost a plasticita a houževnatost jejích svarových spojů jsou také mimořádně dobré.Předehřev a dohřev obecně není během svařování vyžadován a nejsou vyžadována speciální procesní opatření pro získání svarových spojů s uspokojivou kvalitou.Proto má nízkouhlíková ocel vynikající svařovací výkon a je to ocel s nejlepším svařovacím výkonem ze všech ocelí..
(2) Svařování středně uhlíkové oceli
Středně uhlíková ocel má vyšší obsah uhlíku a její svařitelnost je horší než u nízkouhlíkové oceli.Když se CE blíží spodní hranici (0,25 %), je svařitelnost dobrá.Se zvyšujícím se obsahem uhlíku se zvyšuje tendence tvrdnutí a v tepelně ovlivněné zóně se snadno vytváří struktura martenzitu s nízkou plasticitou.Pokud je svařenec relativně tuhý nebo jsou nesprávně zvoleny svařovací materiály a parametry procesu, pravděpodobně se objeví trhliny za studena.Při svařování první vrstvy vícevrstvého svařování se v důsledku velkého podílu základního kovu nataveného do svaru zvyšuje obsah uhlíku, síry a fosforu, což usnadňuje vytváření trhlin za tepla.Kromě toho se při vysokém obsahu uhlíku zvyšuje také stomatální citlivost.
(3) Svařování oceli s vysokým obsahem uhlíku
Ocel s vysokým obsahem uhlíku s CE větší než 0,6 % má vysokou prokalitelnost a je náchylná k produkci tvrdého a křehkého martenzitu s vysokým obsahem uhlíku.Ve svarech a tepelně ovlivněných zónách se mohou vyskytovat trhliny, což ztěžuje svařování.Proto se tento typ oceli obecně nepoužívá k výrobě svařovaných konstrukcí, ale používá se k výrobě součástí nebo dílů s vysokou tvrdostí nebo odolností proti opotřebení.Většina jejich svařování slouží k opravě poškozených dílů.Tyto díly a součásti by měly být před opravou svařováním žíhány, aby se snížily praskliny při svařování, a po svařování by měly být znovu tepelně zpracovány.
2. Svařování nízkolegované vysokopevnostní oceli
Obsah uhlíku v nízkolegované vysokopevnostní oceli obecně nepřesahuje 0,20 % a celkový obsah legujících prvků obecně nepřesahuje 5 %.Právě proto, že nízkolegovaná vysokopevnostní ocel obsahuje určité množství legovaných prvků, je její svařovací výkon poněkud odlišný od uhlíkové oceli.Jeho svařovací vlastnosti jsou následující:
(1) Praskliny při svařování ve svarových spojích
Nízkolegovaná vysokopevnostní ocel krakovaná za studena obsahuje C, Mn, V, Nb a další prvky, které ocel zpevňují, takže je snadné ji při svařování vytvrdit.Tyto tvrzené struktury jsou velmi citlivé.Proto, když je tuhost velká nebo omezující napětí vysoké, může nesprávný proces svařování snadno způsobit trhliny za studena.Kromě toho má tento typ trhliny určité zpoždění a je extrémně škodlivý.
Trhliny při opětovném zahřátí (SR) Trhliny při opětovném zahřátí jsou mezikrystalové trhliny, které se vyskytují v hrubozrnné oblasti v blízkosti tavné linie během tepelného zpracování odlehčením pnutí po svařování nebo dlouhodobého vysokoteplotního provozu.Obecně se má za to, že k němu dochází v důsledku vysoké teploty svařování, která způsobuje, že V, Nb, Cr, Mo a další karbidy v blízkosti HAZ jsou v pevném stavu rozpuštěné v austenitu.Nestihnou se vysrážet během ochlazování po svařování, ale dispergují a vysrážejí se při PWHT, čímž se zpevňuje krystalická struktura.Uvnitř se creepová deformace během relaxace napětí koncentruje na hranicích zrn.
Svarové spoje nízkolegované vysokopevnostní oceli obecně nejsou náchylné k prasklinám při opětovném zahřívání, jako např. 16MnR, 15MnVR atd. Nicméně u nízkolegovaných vysokopevnostních ocelí řady Mn-Mo-Nb a Mn-Mo-V, jako je např. 07MnCrMoVR, protože Nb, V a Mo jsou prvky, které jsou velmi citlivé na praskání při opětovném ohřevu, je třeba tento typ oceli ošetřit během tepelného zpracování po svařování.Je třeba dbát na to, aby nedocházelo k citlivé teplotní oblasti trhlin při přehřátí, aby se zabránilo vzniku trhlin při přehřátí.
(2) Zkřehnutí a měknutí svarových spojů
Zkřehnutí způsobené stárnutím Svařované spoje musí před svařováním projít různými procesy za studena (stříhání polotovaru, válcování sudů atd.).Ocel způsobí plastickou deformaci.Pokud se oblast dále zahřívá na 200 až 450 °C, dojde k deformačnímu stárnutí..Zkřehnutí při přeměnovém stárnutí sníží plasticitu oceli a zvýší teplotu křehkého přechodu, což má za následek křehký lom zařízení.Tepelné zpracování po svařování může eliminovat takové deformační stárnutí svařované konstrukce a obnovit houževnatost.
Zkřehnutí svarů a tepelně ovlivněných oblastí Svařování je nerovnoměrný proces ohřevu a chlazení, jehož výsledkem je nerovnoměrná struktura.Teplota křehkého přechodu svaru (WM) a tepelně ovlivněné zóny (HAZ) je vyšší než teplota základního kovu a je slabým článkem spoje.Energie svařovací linky má důležitý vliv na vlastnosti nízkolegované vysokopevnostní oceli WM a HAZ.Nízkolegovaná vysokopevnostní ocel se snadno kalí.Pokud je energie vedení příliš malá, objeví se v HAZ martenzit a způsobí praskliny.Pokud je energie vedení příliš velká, zrna WM a HAZ zhrubnou.Způsobí křehnutí spoje.Ve srovnání s ocelí válcovanou za tepla a normalizovanou ocelí má nízkouhlíková kalená a temperovaná ocel vážnější sklon ke křehnutí HAZ způsobenému nadměrnou lineární energií.Proto by při svařování měla být energie vedení omezena na určitý rozsah.
Změkčení tepelně ovlivněné zóny svarových spojů Působením svařovacího tepla se vnějšek tepelně ovlivněné zóny (HAZ) nízkouhlíkové kalené a popouštěné oceli zahřeje nad popouštěcí teplotu, zejména oblast v blízkosti Ac1, změkčení tepelně ovlivněné oblasti svarových spojů. což vytvoří změkčující zónu se sníženou pevností.Strukturální měknutí v zóně HAZ se zvyšuje s nárůstem energie svařovací linky a teploty předehřevu, ale obecně je pevnost v tahu v měkčené zóně stále vyšší než spodní mez standardní hodnoty základního kovu, takže tepelně ovlivněná zóna tohoto typu oceli měkne Dokud je zpracování správné, problém neovlivní výkon spoje.
3. Svařování nerezové oceli
Nerezovou ocel lze rozdělit do čtyř kategorií podle jejích různých ocelových struktur, a to austenitická nerezová ocel, feritická nerezová ocel, martenzitická nerezová ocel a austeniticko-feritická duplexní nerezová ocel.Následující text analyzuje především svařovací charakteristiky austenitické nerezové oceli a obousměrné nerezové oceli.
(1) Svařování austenitické nerezové oceli
Austenitické nerezové oceli se snáze svařují než jiné nerezové oceli.Při jakékoli teplotě nedochází k žádné fázové přeměně a není citlivý na vodíkové křehnutí.Spoj z austenitické nerezové oceli má také dobrou plasticitu a houževnatost ve svařeném stavu.Hlavní problémy svařování jsou: praskání při svařování za horka, křehnutí, mezikrystalová koroze a koroze pod napětím atd. Kromě toho jsou kvůli špatné tepelné vodivosti a velkému koeficientu lineární roztažnosti velké napětí při svařování a deformace.Při svařování by měl být tepelný příkon svařování co nejmenší a nemělo by docházet k předehřívání a měla by se snížit teplota mezivrstvy.Teplota mezivrstvy by měla být řízena pod 60 °C a svarové spoje by měly být rozmístěny.Ke snížení vneseného tepla by se neměla nadměrně zvyšovat rychlost svařování, ale měl by se přiměřeně snížit svařovací proud.
(2) Svařování austeniticko-feritické dvoucestné nerezové oceli
Austeniticko-feritická duplexní nerezová ocel je duplexní nerezová ocel složená ze dvou fází: austenitu a feritu.Spojuje výhody austenitické oceli a feritické oceli, takže má vlastnosti vysoké pevnosti, dobré odolnosti proti korozi a snadného svařování.V současné době existují tři hlavní typy duplexní nerezové oceli: Cr18, Cr21 a Cr25.Hlavní charakteristiky tohoto typu svařování oceli jsou: nižší tepelný sklon ve srovnání s austenitickou nerezovou ocelí;nižší tendence ke křehnutí po svařování ve srovnání s čistou feritickou nerezovou ocelí a stupeň zhrubnutí feritu v tepelně ovlivněné oblasti svařování Je také nižší, takže svařitelnost je lepší.
Vzhledem k tomu, že tento typ oceli má dobré svařovací vlastnosti, není během svařování vyžadováno předehřívání a dohřev.Tenké plechy by měly být svařovány metodou TIG a střední a tlusté desky mohou být svařovány obloukovým svařováním.Při svařování obloukovým svařováním by měly být použity speciální svařovací dráty podobného složení jako základní kov nebo austenitické svařovací dráty s nízkým obsahem uhlíku.Elektrody ze slitiny na bázi niklu lze také použít pro dvoufázovou ocel typu Cr25.
Dvoufázové oceli mají větší podíl feritu a inherentní tendence ke křehnutí feritických ocelí, jako je křehkost při 475 °C, precipitační křehkost σ fáze a hrubá zrna, stále existují, pouze kvůli přítomnosti austenitu.Určitou úlevu lze dosáhnout pomocí vyvažovacího efektu, ale přesto musíte věnovat pozornost svařování.Při svařování duplexní nerezové oceli bez obsahu Ni nebo s nízkým obsahem Ni existuje tendence k jednofázovému feritu a hrubnutí zrn v tepelně ovlivněné zóně.V tomto okamžiku je třeba věnovat pozornost řízení tepelného příkonu svařování a pokusit se použít malý proud, vysokou rychlost svařování a svařování úzkými kanály.A víceprůchodové svařování, aby se zabránilo hrubnutí zrna a jednofázové feritizaci v tepelně ovlivněné zóně.Teplota mezi vrstvami by neměla být příliš vysoká.Další průchod je nejlepší svařit až po vychladnutí.
Čas odeslání: 11. září 2023