Sudabilitatea materialelor metalice se referă la capacitatea materialelor metalice de a obține îmbinări excelente de sudură folosind anumite procese de sudare, inclusiv metode de sudare, materiale de sudare, specificații de sudare și forme structurale de sudare.Dacă un metal poate obține îmbinări de sudură excelente folosind procese de sudare mai comune și mai simple, se consideră că are performanțe bune de sudare.Sudabilitatea materialelor metalice este, în general, împărțită în două aspecte: sudarea procesului și sudarea aplicației.
Sudabilitate procesului: se referă la capacitatea de a obține îmbinări sudate excelente, fără defecte, în anumite condiții de proces de sudare.Nu este o proprietate inerentă a metalului, ci este evaluată pe baza unei anumite metode de sudare și a măsurilor specifice procesului utilizate.Prin urmare, sudarea procesului a materialelor metalice este strâns legată de procesul de sudare.
Sudabilitate de serviciu: se referă la gradul în care îmbinarea sudată sau întreaga structură îndeplinește performanța de serviciu specificată de condițiile tehnice ale produsului.Performanța depinde de condițiile de lucru ale structurii sudate și de cerințele tehnice prezentate în proiectare.De obicei includ proprietăți mecanice, rezistență la temperatură scăzută, rezistență la rupere fragilă, fluaj la temperaturi ridicate, proprietăți la oboseală, rezistență de durată, rezistență la coroziune și rezistență la uzură etc. și oțelurile la temperatură joasă 09MnNiDR au și o rezistență bună la temperatură joasă.
Factori care afectează performanța de sudare a materialelor metalice
1. Factori materiale
Materialele includ metal de bază și materiale de sudură.În aceleași condiții de sudare, principalii factori care determină sudabilitatea metalului de bază sunt proprietățile fizice și compoziția chimică a acestuia.
În ceea ce privește proprietățile fizice: factori precum punctul de topire, conductivitatea termică, coeficientul de dilatare liniară, densitatea, capacitatea de căldură și alți factori ai metalului au un impact asupra proceselor precum ciclul termic, topirea, cristalizarea, schimbarea de fază etc. , afectând astfel sudabilitatea.Materialele cu conductivitate termică scăzută, cum ar fi oțelul inoxidabil, au gradienți mari de temperatură, stres rezidual ridicat și deformare mare în timpul sudării.Mai mult, datorită timpului lung de ședere la temperatură ridicată, boabele din zona afectată de căldură cresc, ceea ce dăunează performanței îmbinării.Oțelul inoxidabil austenitic are un coeficient de dilatare liniar mare și deformare și solicitare severă a îmbinărilor.
Din punct de vedere al compoziției chimice, cel mai influent element este carbonul, ceea ce înseamnă că conținutul de carbon al metalului determină sudabilitatea acestuia.Majoritatea celorlalte elemente de aliere din oțel nu sunt propice sudării, dar impactul lor este în general mult mai mic decât cel al carbonului.Pe măsură ce conținutul de carbon din oțel crește, tendința de întărire crește, plasticitatea scade, iar fisurile de sudare sunt predispuse să apară.De obicei, sensibilitatea materialelor metalice la fisuri în timpul sudării și modificările proprietăților mecanice ale zonei îmbinării sudate sunt utilizate ca indicatori principali pentru a evalua sudabilitatea materialelor.Prin urmare, cu cât conținutul de carbon este mai mare, cu atât sudabilitatea este mai slabă.Oțelul cu conținut scăzut de carbon și oțelul slab aliat cu un conținut de carbon mai mic de 0,25% au plasticitate și rezistență la impact excelente, iar plasticitatea și rezistența la impact ale îmbinărilor sudate după sudare sunt, de asemenea, foarte bune.Preîncălzirea și tratamentul termic post-sudare nu sunt necesare în timpul sudării, iar procesul de sudare este ușor de controlat, deci are o sudabilitate bună.
În plus, starea de topire și laminare, starea de tratament termic, starea organizatorică etc. a oțelului afectează sudarea în grade diferite.Sudabilitatea oțelului poate fi îmbunătățită prin rafinarea sau rafinarea cerealelor și prin procese de laminare controlate.
Materialele de sudare participă direct la o serie de reacții metalurgice chimice în timpul procesului de sudare, care determină compoziția, structura, proprietățile și formarea defectelor metalului de sudură.Dacă materialele de sudură sunt selectate necorespunzător și nu se potrivesc cu metalul de bază, nu numai că nu se va obține o îmbinare care îndeplinește cerințele de utilizare, dar se vor introduce și defecte precum fisuri și modificări ale proprietăților structurale.Prin urmare, alegerea corectă a materialelor de sudură este un factor important în asigurarea îmbinărilor sudate de înaltă calitate.
2. Factori de proces
Factorii de proces includ metodele de sudare, parametrii procesului de sudare, secvența sudării, preîncălzirea, post-încălzirea și tratamentul termic post-sudare etc. Metoda de sudare are o mare influență asupra sudabilității, în principal sub două aspecte: caracteristicile sursei de căldură și condițiile de protecție.
Diferite metode de sudare au surse de căldură foarte diferite în ceea ce privește puterea, densitatea energiei, temperatura maximă de încălzire etc. Metalele sudate sub diferite surse de căldură vor prezenta proprietăți de sudare diferite.De exemplu, puterea sudării cu zgură electrică este foarte mare, dar densitatea de energie este foarte scăzută, iar temperatura maximă de încălzire nu este ridicată.Încălzirea este lentă în timpul sudării, iar timpul de rezidență la temperaturi ridicate este lung, rezultând granule grosiere în zona afectată de căldură și o reducere semnificativă a tenacității la impact, care trebuie normalizată.A îmbunătăți.În schimb, sudarea cu fascicul de electroni, sudarea cu laser și alte metode au putere scăzută, dar densitate mare de energie și încălzire rapidă.Timpul de rezidență la temperaturi ridicate este scurt, zona afectată de căldură este foarte îngustă și nu există pericolul creșterii cerealelor.
Ajustarea parametrilor procesului de sudare și adoptarea altor măsuri de proces, cum ar fi preîncălzirea, postîncălzirea, sudarea multistrat și controlul temperaturii interstratului poate ajusta și controla ciclul termic de sudare, modificând astfel sudarea metalului.Dacă se iau măsuri precum preîncălzirea înainte de sudare sau tratamentul termic după sudare, este posibil să se obțină îmbinări sudate fără defecte de fisurare care să îndeplinească cerințele de performanță.
3. Factori structurali
Se referă în principal la forma de proiectare a structurii sudate și a îmbinărilor sudate, cum ar fi impactul unor factori precum forma structurală, dimensiunea, grosimea, forma canelurii îmbinării, aspectul sudurii și forma sa transversală asupra sudabilității.Influența sa se reflectă în principal în transferul de căldură și starea de forță.Diferitele grosimi ale plăcilor, diferite forme de îmbinare sau forme de caneluri au direcții și viteze diferite de transfer de căldură, ceea ce va afecta direcția de cristalizare și creșterea granulelor din bazinul topit.Comutatorul structural, grosimea plăcii și aranjamentul de sudură determină rigiditatea și reținerea îmbinării, care afectează starea de tensiune a îmbinării.Morfologia slabă a cristalului, concentrarea severă a tensiunilor și solicitarea excesivă la sudare sunt condițiile de bază pentru formarea fisurilor de sudare.În proiectare, reducerea rigidității îmbinării, reducerea sudurilor încrucișate și reducerea diverșilor factori care provoacă concentrarea tensiunilor sunt toate măsurile importante pentru îmbunătățirea sudabilității.
4. Condiții de utilizare
Se referă la temperatura de funcționare, condițiile de încărcare și mediul de lucru în timpul perioadei de funcționare a structurii sudate.Aceste medii de lucru și condiții de funcționare necesită ca structurile sudate să aibă performanțe corespunzătoare.De exemplu, structurile sudate care lucrează la temperaturi scăzute trebuie să aibă rezistență la rupere fragilă;structurile care lucrează la temperaturi ridicate trebuie să aibă rezistență la fluaj;structurile care lucrează sub sarcini alternative trebuie să aibă o rezistență bună la oboseală;structuri care lucrează în medii acide, alcaline sau sărate. Recipientul sudat trebuie să aibă rezistență ridicată la coroziune și așa mai departe.Pe scurt, cu cât condițiile de utilizare sunt mai severe, cu atât sunt mai mari cerințele de calitate pentru îmbinările sudate și cu atât este mai greu să se asigure sudabilitatea materialului.
Identificarea și evaluarea indicelui de sudabilitate a materialelor metalice
În timpul procesului de sudare, produsul suferă procese termice de sudare, reacții metalurgice, precum și solicitări de sudare și deformare, ducând la modificări ale compoziției chimice, structurii metalografice, dimensiunii și formei, făcând performanța îmbinării sudate adesea diferite de cele ale material de bază, uneori chiar Nu poate îndeplini cerințele de utilizare.Pentru multe metale reactive sau refractare, metode speciale de sudare, cum ar fi sudarea cu fascicul de electroni sau sudarea cu laser, ar trebui folosite pentru a obține îmbinări de înaltă calitate.Cu cât sunt mai puține condiții de echipare și mai puțină dificultate necesară pentru realizarea unei îmbinări sudate bune dintr-un material, cu atât este mai bună sudabilitatea materialului;dimpotrivă, dacă sunt necesare metode de sudare complexe și costisitoare, materiale speciale de sudare și măsuri de proces, înseamnă că materialul Sudabilitatea este slabă.
La fabricarea produselor, sudabilitatea materialelor utilizate trebuie mai întâi evaluată pentru a determina dacă materialele structurale selectate, materialele de sudare și metodele de sudare sunt adecvate.Există multe metode pentru a evalua sudabilitatea materialelor.Fiecare metodă poate explica doar un anumit aspect al sudabilității.Prin urmare, sunt necesare teste pentru a determina pe deplin sudabilitatea.Metodele de testare pot fi împărțite în tip de simulare și tip experimental.Primul simulează caracteristicile de încălzire și răcire ale sudării;acestea din urmă testează în funcţie de condiţiile reale de sudare.Conținutul testului este în principal pentru a detecta compoziția chimică, structura metalografică, proprietățile mecanice și prezența sau absența defectelor de sudură ale metalului de bază și ale metalului de sudare și pentru a determina performanța la temperatură joasă, performanța la temperatură înaltă, rezistența la coroziune și rezistența la fisurare a îmbinării sudate.
Caracteristicile de sudare ale materialelor metalice utilizate în mod obișnuit
1. Sudarea oțelului carbon
(1) Sudarea oțelului cu conținut scăzut de carbon
Oțelul cu conținut scăzut de carbon are un conținut scăzut de carbon, un conținut scăzut de mangan și siliciu.În circumstanțe normale, nu va provoca o întărire structurală gravă sau o stingere a structurii din cauza sudării.Acest tip de oțel are o plasticitate excelentă și rezistență la impact, iar plasticitatea și duritatea îmbinărilor sale sudate sunt, de asemenea, extrem de bune.În general, preîncălzirea și postîncălzirea nu sunt necesare în timpul sudării și nu sunt necesare măsuri speciale de proces pentru a obține îmbinări sudate cu o calitate satisfăcătoare.Prin urmare, oțelul cu conținut scăzut de carbon are performanțe excelente de sudare și este oțelul cu cea mai bună performanță de sudare dintre toate oțelurile..
(2) Sudarea oțelului cu carbon mediu
Oțelul cu carbon mediu are un conținut mai mare de carbon și sudabilitatea sa este mai slabă decât oțelul cu carbon scăzut.Când CE este aproape de limita inferioară (0,25%), sudarea este bună.Pe măsură ce conținutul de carbon crește, tendința de întărire crește și o structură de martensită cu plasticitate scăzută este ușor generată în zona afectată de căldură.Atunci când sudura este relativ rigidă sau materialele de sudare și parametrii procesului sunt selectați necorespunzător, este posibil să apară fisuri la rece.La sudarea primului strat de sudare multistrat, datorită proporției mari de metal de bază topit în sudare, conținutul de carbon, sulf și fosfor crește, ceea ce face ușoară producerea de fisuri fierbinți.În plus, sensibilitatea stomatică crește și atunci când conținutul de carbon este ridicat.
(3) Sudarea oțelului cu conținut ridicat de carbon
Oțelul cu conținut ridicat de carbon cu CE mai mare de 0,6% are o întărire ridicată și este predispus să producă martensită cu conținut ridicat de carbon dur și fragil.Fisurile sunt predispuse să apară în suduri și zone afectate de căldură, ceea ce face sudarea dificilă.Prin urmare, acest tip de oțel nu este utilizat în general la realizarea structurilor sudate, ci este folosit pentru realizarea de componente sau piese cu duritate sau rezistență ridicată la uzură.Cea mai mare parte a sudării lor este pentru a repara piesele deteriorate.Aceste piese și componente trebuie recoapte înainte de repararea sudurii pentru a reduce fisurile de sudură și apoi tratate termic din nou după sudare.
2. Sudarea oțelului slab aliat de înaltă rezistență
Conținutul de carbon al oțelului de înaltă rezistență slab aliat nu depășește, în general, 0,20%, iar totalul elementelor de aliere, în general, nu depășește 5%.Tocmai pentru că oțelul slab aliat de înaltă rezistență conține o anumită cantitate de elemente de aliaj, performanța sa de sudare este oarecum diferită de cea a oțelului carbon.Caracteristicile sale de sudare sunt după cum urmează:
(1) Fisuri de sudare în îmbinările sudate
Oțelul de înaltă rezistență, slab aliat, fisurat la rece conține C, Mn, V, Nb și alte elemente care întăresc oțelul, astfel încât este ușor de întărit în timpul sudării.Aceste structuri întărite sunt foarte sensibile.Prin urmare, atunci când rigiditatea este mare sau tensiunea de reținere este mare, dacă procesul de sudare necorespunzător poate provoca cu ușurință fisuri la rece.Mai mult, acest tip de fisura are o anumita intarziere si este extrem de daunatoare.
Fisuri de reîncălzire (SR) Fisurile de reîncălzire sunt fisuri intergranulare care apar în zona cu granulație grosieră din apropierea liniei de fuziune în timpul tratamentului termic de reducere a tensiunilor post-sudare sau a funcționării pe termen lung la temperatură înaltă.În general, se crede că aceasta are loc din cauza temperaturii ridicate de sudare, ceea ce face ca V, Nb, Cr, Mo și alte carburi din apropierea HAZ să fie solide dizolvate în austenită.Nu au timp să precipite în timpul răcirii după sudare, dar se dispersează și precipită în timpul PWHT, întărind astfel structura cristalină.În interior, deformarea fluajului în timpul relaxării tensiunii este concentrată la limitele granulelor.
Îmbinările sudate din oțel de înaltă rezistență, cu aliaj scăzut, nu sunt, în general, predispuse la reîncălzirea fisurilor, cum ar fi 16MnR, 15MnVR etc. 07MnCrMoVR, deoarece Nb, V și Mo sunt elemente care au o sensibilitate puternică la fisurarea prin reîncălzire, acest tip de oțel trebuie tratat în timpul tratamentului termic post-sudare.Trebuie avut grijă să evitați zona sensibilă de temperatură a fisurilor de reîncălzire pentru a preveni apariția fisurilor de reîncălzire.
(2) Fragilarea și înmuierea îmbinărilor sudate
Fragilarea îmbătrânirii prin deformare Îmbinările sudate trebuie să fie supuse diferitelor procese la rece (forfecare semifabricată, laminare butoi, etc.) înainte de sudare.Oțelul va produce deformare plastică.Dacă zona este încălzită în continuare la 200 până la 450°C, se va produce îmbătrânirea prin deformare..Fragilarea îmbătrânirii la deformare va reduce plasticitatea oțelului și va crește temperatura de tranziție fragilă, ducând la ruperea fragilă a echipamentului.Tratamentul termic post-sudare poate elimina o astfel de îmbătrânire a structurii sudate și poate restabili duritatea.
Distrugerea sudurilor și a zonelor afectate de căldură Sudarea este un proces de încălzire și răcire neuniform, care are ca rezultat o structură neuniformă.Temperatura de tranziție fragilă a sudurii (WM) și a zonei afectate de căldură (HAZ) este mai mare decât cea a metalului de bază și este veriga slabă a îmbinării.Energia liniei de sudură are un impact important asupra proprietăților oțelului de înaltă rezistență WM și HAZ, slab aliat.Oțelul de înaltă rezistență slab aliat este ușor de întărit.Dacă energia liniei este prea mică, martensita va apărea în HAZ și va provoca fisuri.Dacă energia liniei este prea mare, granulele de WM și HAZ vor deveni grosiere.Va face ca articulația să devină fragilă.În comparație cu oțelul laminat la cald și normalizat, oțelul călit și revenit cu emisii scăzute de carbon are o tendință mai serioasă la fragilizarea HAZ cauzată de energia liniară excesivă.Prin urmare, la sudare, energia liniei ar trebui să fie limitată la un anumit interval.
Înmuierea zonei afectate de căldură a îmbinărilor sudate Datorită acțiunii căldurii de sudare, exteriorul zonei afectate de căldură (HAZ) a oțelului călit și călit cu conținut scăzut de carbon este încălzit peste temperatura de revenire, în special zona din apropierea Ac1, care va produce o zonă de înmuiere cu rezistenţă redusă.Înmuierea structurală în zona HAZ crește odată cu creșterea energiei liniei de sudare și a temperaturii de preîncălzire, dar, în general, rezistența la tracțiune în zona înmuiată este încă mai mare decât limita inferioară a valorii standard a metalului de bază, deci zona afectată de căldură a acestui tip de oțel se înmoaie Atâta timp cât manopera este corectă, problema nu va afecta performanța îmbinării.
3. Sudarea oțelului inoxidabil
Oțelul inoxidabil poate fi împărțit în patru categorii în funcție de diferitele sale structuri de oțel, și anume oțel inoxidabil austenitic, oțel inoxidabil feritic, oțel inoxidabil martensitic și oțel inoxidabil duplex austenitic-feritic.Următoarele analizează în principal caracteristicile de sudare ale oțelului inoxidabil austenitic și ale oțelului inoxidabil bidirecțional.
(1) Sudarea oțelului inoxidabil austenitic
Oțelurile inoxidabile austenitice sunt mai ușor de sudat decât alte oțeluri inoxidabile.Nu va exista transformare de fază la nicio temperatură și nu este sensibil la fragilizarea hidrogenului.Îmbinarea din oțel inoxidabil austenitic are, de asemenea, plasticitate și duritate bună în stare sudată.Principalele probleme ale sudurii sunt: fisurarea la cald de sudare, fragilizarea, coroziunea intergranulară și coroziunea prin stres, etc. În plus, din cauza conductibilității termice slabe și a coeficientului mare de dilatare liniară, tensiunile de sudare și deformarea sunt mari.La sudare, aportul de căldură de sudare ar trebui să fie cât mai mic posibil și nu ar trebui să existe preîncălzire, iar temperatura interstratului trebuie redusă.Temperatura interstratului trebuie controlată sub 60°C, iar îmbinările de sudură trebuie eșalonate.Pentru a reduce aportul de căldură, viteza de sudare nu trebuie mărită excesiv, dar curentul de sudare trebuie redus în mod corespunzător.
(2) Sudarea oțelului inoxidabil bidirecțional austenitic-feritic
Oțelul inoxidabil duplex austenitic-feritic este un oțel inoxidabil duplex compus din două faze: austenită și ferită.Combină avantajele oțelului austenitic și oțelului feritic, astfel încât are caracteristicile de rezistență ridicată, rezistență bună la coroziune și sudare ușoară.În prezent, există trei tipuri principale de oțel inoxidabil duplex: Cr18, Cr21 și Cr25.Principalele caracteristici ale acestui tip de sudare a otelului sunt: tendinta termica mai scazuta fata de otelul inoxidabil austenitic;tendință de fragilizare mai mică după sudare în comparație cu oțelul inoxidabil feritic pur și gradul de îngroșare a feritei în zona afectată de căldură de sudare Este, de asemenea, mai scăzut, astfel încât sudarea este mai bună.
Deoarece acest tip de oțel are proprietăți bune de sudare, preîncălzirea și postîncălzirea nu sunt necesare în timpul sudării.Plăcile subțiri trebuie sudate prin TIG, iar plăcile medii și groase pot fi sudate prin sudare cu arc.La sudarea prin sudare cu arc, trebuie utilizate tije speciale de sudură cu compoziție similară cu metalul de bază sau tije de sudură austenitice cu conținut scăzut de carbon.Electrozii din aliaj pe bază de nichel pot fi utilizați și pentru oțelul dubfazic de tip Cr25.
Oțelurile cu dublă fază au o proporție mai mare de ferită, iar tendințele inerente de fragilizare ale oțelurilor feritice, cum ar fi fragilitatea la 475°C, fragilizarea prin precipitare în fază σ și granulele grosiere, există încă, doar din cauza prezenței austenitei.O oarecare ușurare poate fi obținută prin efectul de echilibrare, dar trebuie totuși să acordați atenție la sudare.La sudarea oțelului inoxidabil duplex fără Ni sau cu conținut scăzut de Ni, există o tendință pentru ferită monofazată și îngroșarea granulelor în zona afectată de căldură.În acest moment, trebuie acordată atenție controlului aportului de căldură de sudare și încercați să utilizați curent mic, viteză mare de sudare și sudare cu canal îngust.Și sudarea în mai multe treceri pentru a preveni îngroșarea boabelor și feritizarea monofazată în zona afectată de căldură.Temperatura inter-strat nu trebuie să fie prea mare.Cel mai bine este să sudați următoarea trecere după răcire.
Ora postării: 11-sept-2023