Canto sabes sobre o rendemento de soldadura de materiais metálicos?

A soldabilidade dos materiais metálicos refírese á capacidade dos materiais metálicos para obter excelentes xuntas de soldadura mediante certos procesos de soldadura, incluíndo métodos de soldadura, materiais de soldadura, especificacións de soldadura e formas estruturais de soldeo.Se un metal pode obter excelentes unións de soldadura mediante procesos de soldadura máis comúns e sinxelos, considérase que ten un bo rendemento de soldadura.A soldabilidade dos materiais metálicos divídese xeralmente en dous aspectos: soldabilidade do proceso e soldabilidade da aplicación.

Soldabilidade do proceso: refírese á capacidade de obter unións soldadas excelentes e sen defectos en determinadas condicións do proceso de soldadura.Non é unha propiedade inherente ao metal, senón que avalíase en función dun determinado método de soldadura e das medidas específicas do proceso utilizadas.Polo tanto, a soldabilidade do proceso de materiais metálicos está intimamente relacionada co proceso de soldadura.

Soldabilidade do servizo: refírese ao grao en que a unión soldada ou a estrutura completa cumpre o rendemento do servizo especificado polas condicións técnicas do produto.O rendemento depende das condicións de traballo da estrutura soldada e dos requisitos técnicos expostos no deseño.Normalmente inclúen propiedades mecánicas, resistencia á dureza a baixa temperatura, resistencia á fractura fráxil, fluencia a alta temperatura, propiedades á fatiga, resistencia duradeira, resistencia á corrosión e resistencia ao desgaste, etc. Por exemplo, os aceiros inoxidables S30403 e S31603 de uso común teñen unha excelente resistencia á corrosión e 16MnDR. e os aceiros de baixa temperatura 09MnNiDR tamén teñen unha boa resistencia á tenacidade a baixas temperaturas.

Factores que afectan o rendemento de soldadura de materiais metálicos

1.Factores materiais

Os materiais inclúen metal base e materiais de soldadura.Nas mesmas condicións de soldadura, os principais factores que determinan a soldabilidade do metal base son as súas propiedades físicas e a súa composición química.

En termos de propiedades físicas: factores como o punto de fusión, a condutividade térmica, o coeficiente de expansión lineal, a densidade, a capacidade calorífica e outros factores do metal teñen un impacto en procesos como o ciclo térmico, a fusión, a cristalización, o cambio de fase, etc. , afectando así á soldabilidade.Os materiais con baixa condutividade térmica como o aceiro inoxidable teñen grandes gradientes de temperatura, tensión residual elevada e gran deformación durante a soldadura.Ademais, debido ao longo tempo de residencia a altas temperaturas, os grans na zona afectada pola calor medran, o que prexudica o rendemento conxunto.O aceiro inoxidable austenítico ten un gran coeficiente de expansión lineal e unha forte deformación e tensión das articulacións.

En canto á composición química, o elemento máis influente é o carbono, o que significa que o contido de carbono do metal determina a súa soldabilidade.A maioría dos outros elementos de aliaxe do aceiro non son propicios para a soldadura, pero o seu impacto é xeralmente moito menor que o do carbono.A medida que aumenta o contido de carbono no aceiro, a tendencia ao endurecemento aumenta, a plasticidade diminúe e as fisuras de soldadura son propensas a producirse.Normalmente, a sensibilidade dos materiais metálicos ás fisuras durante a soldadura e os cambios nas propiedades mecánicas da zona de unión soldada utilízanse como indicadores principais para avaliar a soldabilidade dos materiais.Polo tanto, canto maior sexa o contido de carbono, peor será a soldabilidade.O aceiro baixo en carbono e o aceiro de baixa aliaxe cun contido de carbono inferior ao 0,25% teñen unha excelente plasticidade e resistencia ao impacto, e a plasticidade e resistencia ao impacto das unións soldadas despois da soldadura tamén son moi boas.Non se require o tratamento térmico de prequecemento e post-soldadura durante a soldadura, e o proceso de soldadura é fácil de controlar, polo que ten unha boa soldabilidade.

Ademais, o estado de fundición e laminación, o estado de tratamento térmico, o estado de organización, etc. do aceiro afectan a soldabilidade en diferentes graos.A soldabilidade do aceiro pódese mellorar refinando ou refinando grans e procesos de laminación controlados.

Os materiais de soldadura participan directamente nunha serie de reaccións metalúrxicas químicas durante o proceso de soldadura, que determinan a composición, estrutura, propiedades e formación de defectos do metal de soldadura.Se os materiais de soldadura se seleccionan incorrectamente e non coinciden co metal base, non só non se conseguirá unha unión que cumpra os requisitos de uso, senón que tamén se introducirán defectos como gretas e cambios nas propiedades estruturais.Polo tanto, a correcta selección dos materiais de soldeo é un factor importante para garantir unións soldadas de alta calidade.

2. Factores do proceso

Os factores do proceso inclúen os métodos de soldadura, os parámetros do proceso de soldadura, a secuencia de soldadura, o prequecemento, o tratamento térmico posterior ao quecemento e posterior á soldadura, etc. O método de soldadura ten unha gran influencia na soldabilidade, principalmente en dous aspectos: características da fonte de calor e condicións de protección.

Os diferentes métodos de soldadura teñen fontes de calor moi diferentes en termos de potencia, densidade de enerxía, temperatura máxima de quentamento, etc. Os metais soldados baixo diferentes fontes de calor mostrarán diferentes propiedades de soldadura.Por exemplo, a potencia da soldadura por electroscoura é moi alta, pero a densidade de enerxía é moi baixa e a temperatura máxima de quecemento non é alta.O quecemento é lento durante a soldadura e o tempo de residencia a alta temperatura é longo, o que resulta en grans grosos na zona afectada pola calor e unha redución significativa da dureza do impacto, que debe ser normalizada.Mellorar.Pola contra, a soldadura por feixe de electróns, a soldadura con láser e outros métodos teñen baixa potencia, pero alta densidade de enerxía e quecemento rápido.O tempo de residencia a alta temperatura é curto, a zona afectada pola calor é moi estreita e non hai perigo de crecemento do gran.

Axustar os parámetros do proceso de soldadura e adoptar outras medidas de proceso como o prequecemento, posquentamento, soldadura multicapa e control da temperatura entre capas pode axustar e controlar o ciclo térmico de soldadura, cambiando así a soldabilidade do metal.Se se toman medidas como o prequecemento antes da soldadura ou o tratamento térmico despois da soldadura, é totalmente posible obter unións soldadas sen defectos de fisuras que cumpran os requisitos de rendemento.

3. Factores estruturais

Refírese principalmente á forma de deseño da estrutura soldada e ás unións soldadas, como o impacto de factores como a forma estrutural, o tamaño, o grosor, a forma do suco da unión, o deseño da soldadura e a súa forma transversal na soldabilidade.A súa influencia reflíctese principalmente na transferencia de calor e no estado de forza.Diferentes espesores de placas, diferentes formas de xuntas ou formas de suco teñen diferentes direccións e velocidades de transferencia de calor, o que afectará a dirección de cristalización e o crecemento do gran da piscina fundida.O interruptor estrutural, o grosor da placa e a disposición da soldadura determinan a rixidez e a restrición da unión, o que afecta o estado de tensión da unión.A mala morfoloxía do cristal, a concentración de tensión severa e a tensión de soldadura excesiva son as condicións básicas para a formación de fendas de soldadura.No deseño, a redución da rixidez da unión, a redución das soldaduras cruzadas e a redución de varios factores que provocan a concentración de tensión son medidas importantes para mellorar a soldabilidade.

4. Condicións de uso

Refírese á temperatura de funcionamento, ás condicións de carga e ao medio de traballo durante o período de servizo da estrutura soldada.Estes ambientes de traballo e condicións de funcionamento requiren que as estruturas soldadas teñan o correspondente rendemento.Por exemplo, as estruturas soldadas que traballan a baixas temperaturas deben ter unha resistencia á fractura fráxil;as estruturas que traballan a altas temperaturas deben ter resistencia á fluencia;as estruturas que traballan baixo cargas alternas deben ter unha boa resistencia á fatiga;estruturas que traballan en medios ácidos, alcalinos ou salgados. O recipiente soldado debe ter unha alta resistencia á corrosión, etc.En resumo, canto máis severas sexan as condicións de uso, máis altos serán os requisitos de calidade das unións soldadas, e máis difícil é garantir a soldabilidade do material.

Identificación e avaliación do índice de soldabilidade de materiais metálicos

Durante o proceso de soldadura, o produto sofre procesos térmicos de soldadura, reaccións metalúrxicas, así como tensión e deformación de soldadura, o que orixina cambios na composición química, estrutura metalográfica, tamaño e forma, facendo que o rendemento da unión soldada adoita ser diferente ao da unión soldada. material de base, ás veces mesmo Non pode cumprir os requisitos de uso.Para moitos metais reactivos ou refractarios, débense empregar métodos especiais de soldadura como a soldadura por feixe de electróns ou a soldadura con láser para obter unións de alta calidade.Cantas menos condicións do equipamento e menos dificultade esixe para facer unha boa unión soldada a partir dun material, mellor será a soldabilidade do material;pola contra, se son necesarios métodos de soldeo complexos e caros, materiais especiais de soldadura e medidas de proceso, isto significa que o material A soldabilidade é pobre.

Cando se fabriquen produtos, primeiro debe avaliarse a soldabilidade dos materiais utilizados para determinar se os materiais estruturais seleccionados, os materiais de soldadura e os métodos de soldeo son adecuados.Hai moitos métodos para avaliar a soldabilidade dos materiais.Cada método só pode explicar un determinado aspecto da soldabilidade.Polo tanto, son necesarios probas para determinar completamente a soldabilidade.Os métodos de proba pódense dividir en tipo de simulación e tipo experimental.O primeiro simula as características de calefacción e refrixeración da soldadura;estes últimos ensaios segundo as condicións reais de soldadura.O contido da proba consiste principalmente en detectar a composición química, a estrutura metalográfica, as propiedades mecánicas e a presenza ou ausencia de defectos de soldadura do metal base e do metal de soldadura, e para determinar o rendemento a baixa temperatura, o rendemento a alta temperatura, a resistencia á corrosión e a resistencia á corrosión. resistencia á fisura da unión soldada.

Características de soldadura de materiais metálicos de uso común

1. Soldadura de aceiro carbono

(1) Soldadura de aceiro baixo carbono

O aceiro baixo en carbono ten baixo contido en carbono, baixo contido de manganeso e silicio.En circunstancias normais, non causará un endurecemento estrutural grave ou unha estrutura de extinción debido á soldadura.Este tipo de aceiro ten unha excelente plasticidade e resistencia ao impacto, e a plasticidade e dureza das súas unións soldadas tamén son moi boas.O prequecemento e o posquecemento xeralmente non son necesarios durante a soldadura, e non son necesarias medidas especiais de proceso para obter unións soldadas cunha calidade satisfactoria.Polo tanto, o aceiro baixo en carbono ten un excelente rendemento de soldeo e é o aceiro con mellor rendemento de soldadura entre todos os aceiros..

(2) Soldadura de aceiro de carbono medio

O aceiro de carbono medio ten un maior contido de carbono e a súa soldabilidade é peor que o aceiro de baixo carbono.Cando o CE está preto do límite inferior (0,25%), a soldabilidade é boa.A medida que aumenta o contido de carbono, aumenta a tendencia de endurecemento e xérase facilmente unha estrutura de martensita de baixa plasticidade na zona afectada pola calor.Cando a soldadura é relativamente ríxida ou os materiais de soldadura e os parámetros do proceso están mal seleccionados, é probable que se produzan gretas frías.Ao soldar a primeira capa de soldadura multicapa, debido á gran proporción do metal base fundido na soldadura, o contido de carbono, xofre e fósforo aumentan, o que facilita a produción de fendas quentes.Ademais, a sensibilidade estomática tamén aumenta cando o contido de carbono é alto.

(3) Soldadura de aceiro alto carbono

O aceiro de alto carbono con CE superior ao 0,6% ten unha alta temperabilidade e é propenso a producir martensita de alto carbono dura e quebradiza.As gretas son propensas a producirse en soldaduras e zonas afectadas pola calor, o que dificulta a soldadura.Polo tanto, este tipo de aceiro xeralmente non se utiliza para fabricar estruturas soldadas, senón que se utiliza para fabricar compoñentes ou pezas con alta dureza ou resistencia ao desgaste.A maior parte da súa soldadura é para reparar pezas danadas.Estas pezas e compoñentes deben ser recocidos antes da reparación da soldadura para reducir as fisuras da soldadura, e despois tratalos térmicamente de novo despois da soldadura.

2. Soldadura de aceiro de baixa aliaxe de alta resistencia

O contido de carbono do aceiro de baixa aliaxe de alta resistencia xeralmente non supera o 0,20% e o total dos elementos de aliaxe xeralmente non supera o 5%.Precisamente porque o aceiro de alta resistencia de baixa aliaxe contén unha certa cantidade de elementos de aliaxe, o seu rendemento de soldadura é algo diferente ao do aceiro carbono.As súas características de soldadura son as seguintes:

(1) Fisuras de soldadura en xuntas soldadas

O aceiro de alta resistencia de baixa aliaxe rachado en frío contén C, Mn, V, Nb e outros elementos que fortalecen o aceiro, polo que é fácil de endurecer durante a soldadura.Estas estruturas endurecidas son moi sensibles.Polo tanto, cando a rixidez é grande ou a tensión restritiva é alta, se o proceso de soldadura inadecuado pode facilmente causar gretas frías.Ademais, este tipo de crack ten un certo atraso e é extremadamente prexudicial.

Fisuras de recalentamento (SR) As gretas de recalentamento son fisuras intergranulares que se producen na zona de gran groso preto da liña de fusión durante o tratamento térmico de alivio da tensión posterior á soldadura ou a operación a longo prazo a alta temperatura.En xeral, crese que ocorre debido á alta temperatura de soldadura que fai que V, Nb, Cr, Mo e outros carburos preto da ZAZ estean sólidos disoltos na austenita.Non teñen tempo para precipitar durante o arrefriamento despois da soldadura, senón que se dispersan e precipitan durante a PWHT, reforzando así a estrutura cristalina.Dentro, a deformación por fluencia durante a relaxación do esforzo concéntrase nos límites dos grans.

As xuntas soldadas de aceiro de alta resistencia de baixa aliaxe xeralmente non son propensas a recalentar fendas, como 16MnR, 15MnVR, etc. Non obstante, para os aceiros de alta resistencia de baixa aliaxe das series Mn-Mo-Nb e Mn-Mo-V, como 07MnCrMoVR, dado que Nb, V e Mo son elementos que teñen unha forte sensibilidade ao agrietamento por recalentamento, este tipo de aceiro debe ser tratado durante o tratamento térmico posterior á soldadura.Débese ter coidado para evitar a zona de temperatura sensible das fendas de recalentamento para evitar que se produzan fendas de recalentamento.

(2) Fragilización e reblandecemento das unións soldadas

Fragilización por envellecemento por tensión As unións soldadas deben someterse a varios procesos en frío (cizalla en branco, laminación de barril, etc.) antes da soldadura.O aceiro producirá deformación plástica.Se a zona se quenta aínda máis entre 200 e 450 °C, producirase un envellecemento por tensión..A fragilidade do envellecemento por tensión reducirá a plasticidade do aceiro e aumentará a temperatura de transición fráxil, o que provocará a fractura fráxil do equipo.O tratamento térmico posterior á soldadura pode eliminar este envellecemento por tensión da estrutura soldada e restaurar a dureza.

Fragilización das soldaduras e zonas afectadas pola calor.A temperatura de transición fráxil da soldadura (WM) e da zona afectada pola calor (HAZ) é maior que a do metal base e é o elo débil da unión.A enerxía da liña de soldadura ten un impacto importante nas propiedades do aceiro de alta resistencia WM e HAZ de baixa aliaxe.O aceiro de baixa aliaxe de alta resistencia é fácil de endurecer.Se a enerxía da liña é demasiado pequena, a martensita aparecerá no HAZ e causará fendas.Se a enerxía da liña é demasiado grande, os grans de WM e HAZ volveranse grosos.Fará que a articulación se faga quebradiza.En comparación co aceiro laminado en quente e normalizado, o aceiro temperado e temperado con baixo contido de carbono ten unha tendencia máis grave á fragilización HAZ causada por unha enerxía lineal excesiva.Polo tanto, ao soldar, a enerxía da liña debe limitarse a un determinado rango.

Ablandamento da zona afectada pola calor das unións soldadas Debido á acción da calor de soldadura, o exterior da zona afectada pola calor (HAZ) do aceiro temperado e temperado con baixo contido de carbono quéntase por encima da temperatura de revenido, especialmente a zona próxima a Ac1, que producirá unha zona de reblandecemento con forza reducida.O ablandamento estrutural na zona HAZ aumenta co aumento da enerxía da liña de soldadura e da temperatura de prequecemento, pero xeralmente a resistencia á tracción na zona suavizada aínda é superior ao límite inferior do valor estándar do metal base, polo que a zona afectada pola calor. deste tipo de aceiro suaviza Sempre que a fabricación sexa axeitada, o problema non afectará o rendemento da unión.

3. Soldadura de aceiro inoxidable

O aceiro inoxidable pódese dividir en catro categorías segundo as súas diferentes estruturas de aceiro, a saber, aceiro inoxidable austenítico, aceiro inoxidable ferrítico, aceiro inoxidable martensítico e aceiro inoxidable dúplex austenítico-ferrítico.A continuación analízanse principalmente as características de soldadura do aceiro inoxidable austenítico e do aceiro inoxidable bidireccional.

(1) Soldadura de aceiro inoxidable austenítico

Os aceiros inoxidables austeníticos son máis fáciles de soldar que outros aceiros inoxidables.Non haberá transformación de fase a ningunha temperatura e non é sensible á fragilidade do hidróxeno.A unión de aceiro inoxidable austenítico tamén ten boa plasticidade e tenacidade no estado soldado.Os principais problemas da soldadura son: soldeo craqueo en quente, fragilización, corrosión intergranular e corrosión por estrés, etc. Ademais, debido á mala condutividade térmica e ao gran coeficiente de expansión lineal, a tensión de soldadura e a deformación son grandes.Ao soldar, a entrada de calor de soldadura debe ser o menor posible, non debe haber prequecemento e a temperatura entre capas debe reducirse.A temperatura entre capas debe controlarse por debaixo dos 60 °C e as unións de soldadura deben estar escalonadas.Para reducir a entrada de calor, a velocidade de soldadura non debe aumentarse en exceso, pero a corrente de soldadura debe reducirse adecuadamente.

(2) Soldadura de aceiro inoxidable austenítico-ferrítico bidireccional

O aceiro inoxidable dúplex austenítico-ferrítico é un aceiro inoxidable dúplex composto por dúas fases: austenita e ferrita.Combina as vantaxes do aceiro austenítico e do aceiro ferrítico, polo que ten as características de alta resistencia, boa resistencia á corrosión e fácil soldeo.Actualmente, hai tres tipos principais de aceiro inoxidable dúplex: Cr18, Cr21 e Cr25.As principais características deste tipo de soldadura de aceiro son: menor tendencia térmica en comparación co aceiro inoxidable austenítico;menor tendencia de fragilización despois da soldadura en comparación co aceiro inoxidable ferrítico puro e o grao de engrosamento da ferrita na zona afectada pola calor da soldadura Tamén é menor, polo que a soldabilidade é mellor.

Dado que este tipo de aceiro ten boas propiedades de soldeo, non se require o prequecemento e posquecemento durante a soldadura.As placas delgadas deben soldarse mediante TIG, e as placas medias e grosas pódense soldar mediante soldadura por arco.Cando se solde por arco, débense empregar varillas de soldadura especiais de composición similar á do metal base ou varillas de soldadura austeníticas con baixo contido de carbono.Tamén se poden usar electrodos de aliaxe a base de níquel para aceiro bifásico tipo Cr25.

Os aceiros de dobre fase teñen unha maior proporción de ferrita, e as tendencias inherentes á fragilización dos aceiros ferríticos, como a fragilidade a 475 °C, a fragilidade por precipitación en fase σ e os grans grosos, aínda existen, só pola presenza de austenita.Pódese obter certo alivio a través do efecto de equilibrio, pero aínda cómpre prestar atención ao soldar.Ao soldar aceiro inoxidable dúplex sen Ni ou baixo Ni, hai unha tendencia á ferrita monofásica e ao engrosamento do gran na zona afectada pola calor.Neste momento, débese prestar atención ao control da entrada de calor de soldadura, e tentar usar corrente pequena, alta velocidade de soldadura e soldadura de canle estreito.E soldadura de varias pasadas para evitar o engrosamento do gran e a ferriteización monofásica na zona afectada pola calor.A temperatura entre capas non debe ser demasiado alta.O mellor é soldar a seguinte pasada despois do arrefriamento.