Metalo medžiagų suvirinamumas reiškia metalinių medžiagų gebėjimą gauti puikias suvirinimo jungtis naudojant tam tikrus suvirinimo procesus, įskaitant suvirinimo būdus, suvirinimo medžiagas, suvirinimo specifikacijas ir suvirinimo konstrukcines formas.Jei metalas gali gauti puikias suvirinimo jungtis naudojant įprastesnius ir paprastesnius suvirinimo procesus, manoma, kad jis turi gerą suvirinimo našumą.Metalinių medžiagų suvirinamumas paprastai skirstomas į du aspektus: proceso suvirinamumą ir taikomąjį suvirinamumą.
Proceso suvirinamumas: reiškia galimybę gauti puikias, be defektų suvirintas jungtis tam tikromis suvirinimo proceso sąlygomis.Tai nėra būdinga metalo savybė, bet įvertinama pagal tam tikrą suvirinimo būdą ir naudojamas specifines proceso priemones.Todėl metalinių medžiagų procesinis suvirinamumas yra glaudžiai susijęs su suvirinimo procesu.
Serviso suvirinamumas: nurodo, kiek suvirintoji jungtis arba visa konstrukcija atitinka gaminio techninėse sąlygose nurodytas eksploatacines savybes.Eksploatacinės savybės priklauso nuo suvirintos konstrukcijos darbo sąlygų ir projekte pateiktų techninių reikalavimų.Paprastai apima mechanines savybes, atsparumą žemai temperatūrai, atsparumą trapiems lūžiams, šliaužimą aukštoje temperatūroje, nuovargio savybes, ilgalaikį stiprumą, atsparumą korozijai ir atsparumą dilimui ir kt. Pavyzdžiui, dažniausiai naudojamas nerūdijantis plienas S30403 ir S31603 turi puikų atsparumą korozijai ir 16MnDR. ir 09MnNiDR žemos temperatūros plienai taip pat turi gerą atsparumą žemai temperatūrai.
Veiksniai, turintys įtakos metalo medžiagų suvirinimo našumui
1. Materialiniai veiksniai
Medžiagos apima netauriuosius metalus ir suvirinimo medžiagas.Esant tokioms pačioms suvirinimo sąlygoms, pagrindiniai veiksniai, lemiantys netauriojo metalo suvirinamumą, yra jo fizinės savybės ir cheminė sudėtis.
Kalbant apie fizines savybes: tokie veiksniai kaip lydymosi temperatūra, šilumos laidumas, linijinio plėtimosi koeficientas, tankis, šiluminė talpa ir kiti metalo veiksniai turi įtakos tokiems procesams kaip terminis ciklas, lydymasis, kristalizacija, fazių kaita ir kt. , todėl turi įtakos suvirinamumui.Mažo šilumos laidumo medžiagos, tokios kaip nerūdijantis plienas, turi didelius temperatūros gradientus, didelį liekamąjį įtempį ir didelę deformaciją suvirinimo metu.Be to, dėl ilgo buvimo aukštoje temperatūroje laiko grūdai karščio paveiktoje zonoje auga, o tai kenkia sąnario veikimui.Austenitinis nerūdijantis plienas turi didelį tiesinį plėtimosi koeficientą ir stiprią jungties deformaciją bei įtempį.
Kalbant apie cheminę sudėtį, įtakingiausias elementas yra anglis, o tai reiškia, kad anglies kiekis metale lemia jo suvirinamumą.Dauguma kitų plieno legiravimo elementų nėra palankūs suvirinimui, tačiau jų poveikis paprastai yra daug mažesnis nei anglies.Didėjant anglies kiekiui pliene, didėja polinkis kietėti, mažėja plastiškumas ir gali atsirasti suvirinimo įtrūkimų.Paprastai metalinių medžiagų jautrumas įtrūkimams suvirinimo metu ir suvirinto jungties srities mechaninių savybių pokyčiai yra naudojami kaip pagrindiniai medžiagų suvirinamumo vertinimo rodikliai.Todėl kuo didesnis anglies kiekis, tuo blogesnis suvirinamumas.Mažai anglies ir mažai legiruoto plieno, kurio anglies kiekis yra mažesnis nei 0,25 %, plastiškumas ir atsparumas smūgiams yra puikus, o suvirintų jungčių plastiškumas ir atsparumas smūgiams po suvirinimo taip pat yra labai geri.Suvirinimo metu nebūtinas išankstinis pašildymas ir terminis apdorojimas po suvirinimo, o suvirinimo procesą lengva valdyti, todėl jis gerai suvirinamas.
Be to, plieno lydymosi ir valcavimo būsena, terminio apdorojimo būsena, organizacinė būsena ir kt. turi skirtingą poveikį suvirinimui.Plieno suvirinamumas gali būti pagerintas rafinuojant arba rafinuojant grūdelius ir kontroliuojant valcavimo procesus.
Suvirinimo medžiagos tiesiogiai dalyvauja suvirinimo proceso metu vykstančiose cheminėse metalurginėse reakcijose, kurios lemia suvirinto metalo sudėtį, struktūrą, savybes ir defektų susidarymą.Jei suvirinimo medžiagos bus netinkamai parinktos ir nesutampa su netauriuoju metalu, ne tik nebus gauta naudojimo reikalavimus atitinkanti jungtis, bet ir atsiras defektų, tokių kaip įtrūkimai, konstrukcinių savybių pokyčiai.Todėl teisingas suvirinimo medžiagų pasirinkimas yra svarbus veiksnys, užtikrinantis aukštos kokybės suvirintų jungčių kokybę.
2. Proceso veiksniai
Proceso veiksniai apima suvirinimo būdus, suvirinimo proceso parametrus, suvirinimo seką, išankstinį pašildymą, pakaitinimą ir terminį apdorojimą po suvirinimo ir kt. Suvirinimo būdas turi didelę įtaką suvirinamumui, daugiausia dviem aspektais: šilumos šaltinio charakteristikomis ir apsaugos sąlygomis.
Skirtingi suvirinimo būdai turi labai skirtingus šilumos šaltinius pagal galią, energijos tankį, maksimalią šildymo temperatūrą ir tt Metalai, suvirinti po skirtingais šilumos šaltiniais, turės skirtingas suvirinimo savybes.Pavyzdžiui, elektros šlako suvirinimo galia yra labai didelė, tačiau energijos tankis yra labai mažas, o maksimali šildymo temperatūra nėra aukšta.Suvirinimo metu kaitinimas vyksta lėtai, o aukštoje temperatūroje išlikimo laikas ilgas, todėl karščio paveiktoje zonoje susidaro stambūs grūdeliai ir žymiai sumažėja smūgio atsparumas, kurį reikia normalizuoti.Patobulinti.Priešingai, suvirinimas elektronų pluoštu, suvirinimas lazeriu ir kiti metodai turi mažą galią, bet didelį energijos tankį ir greitą įkaitimą.Aukštoje temperatūroje išlikimo laikas trumpas, karščio paveikta zona labai siaura, negresia grūdų augimas.
Reguliuojant suvirinimo proceso parametrus ir taikant kitas proceso priemones, tokias kaip išankstinis pašildymas, kaitinimas, kelių sluoksnių suvirinimas ir tarpsluoksnių temperatūros valdymas, galima reguliuoti ir valdyti suvirinimo terminį ciklą, taip pakeisdamas metalo suvirinamumą.Jei imamasi tokių priemonių, kaip išankstinis pašildymas prieš suvirinimą arba terminis apdorojimas po suvirinimo, visiškai įmanoma gauti suvirintas jungtis be įtrūkimų, atitinkančių eksploatacinius reikalavimus.
3. Struktūriniai veiksniai
Tai daugiausia susiję su suvirintų konstrukcijų ir suvirintų jungčių projektavimo forma, pvz., tokių veiksnių kaip konstrukcijos forma, dydis, storis, jungties griovelio forma, suvirinimo išdėstymas ir jos skerspjūvio forma įtaka suvirinamumui.Jo įtaka daugiausia atsispindi šilumos perdavimu ir jėgos būsenoje.Skirtingi plokščių storiai, skirtingos jungčių formos ar griovelių formos turi skirtingas šilumos perdavimo greičio kryptis ir greitį, o tai turės įtakos kristalizacijos krypčiai ir išlydyto baseino grūdelių augimui.Konstrukcinis jungiklis, plokštės storis ir suvirinimo išdėstymas lemia jungties standumą ir suvaržymą, o tai turi įtakos jungties įtempimui.Prasta kristalų morfologija, didelė įtempių koncentracija ir per didelis suvirinimo įtempis yra pagrindinės sąlygos suvirinimo plyšiams susidaryti.Projektuojant jungties standumo mažinimas, kryžminių suvirinimo siūlių mažinimas ir įvairių veiksnių, sukeliančių įtempių koncentraciją, mažinimas yra svarbios priemonės suvirinamumui pagerinti.
4. Naudojimo sąlygos
Tai reiškia darbinę temperatūrą, apkrovos sąlygas ir darbo terpę suvirintos konstrukcijos eksploatavimo laikotarpiu.Esant tokioms darbo aplinkoms ir eksploatavimo sąlygoms, reikia, kad suvirintos konstrukcijos būtų tinkamos.Pavyzdžiui, suvirintos konstrukcijos, dirbančios žemoje temperatūroje, turi turėti trapų atsparumą lūžiams;aukštoje temperatūroje dirbančios konstrukcijos turi būti atsparios valkšnumui;kintamomis apkrovomis dirbančios konstrukcijos turi turėti gerą atsparumą nuovargiui;konstrukcijos, veikiančios rūgščių, šarmų ar druskų terpėje. Suvirintas indas turi turėti didelį atsparumą korozijai ir pan.Trumpai tariant, kuo griežtesnės naudojimo sąlygos, tuo aukštesni suvirintų jungčių kokybės reikalavimai ir tuo sunkiau užtikrinti medžiagos suvirinamumą.
Metalinių medžiagų suvirinamumo identifikavimo ir vertinimo indeksas
Suvirinimo proceso metu gaminys patiria suvirinimo terminius procesus, metalurgines reakcijas, taip pat suvirinimo įtempius ir deformacijas, dėl kurių pasikeičia cheminė sudėtis, metalografinė struktūra, dydis ir forma, todėl suvirintos jungties savybės dažnai skiriasi nuo pagrindinė medžiaga, kartais net Negali atitikti naudojimo reikalavimų.Daugeliui reaktyviųjų arba ugniai atsparių metalų, norint gauti aukštos kokybės jungtis, reikia naudoti specialius suvirinimo būdus, tokius kaip elektronų pluoštas arba suvirinimas lazeriu.Kuo mažiau įrangos sąlygų ir mažiau sunkumų reikia norint iš medžiagos padaryti gerą suvirintą jungtį, tuo geresnis medžiagos suvirinamumas;priešingai, jei reikalingi sudėtingi ir brangūs suvirinimo būdai, specialios suvirinimo medžiagos ir proceso priemonės, tai reiškia, kad medžiaga yra bloga suvirinamumu.
Gaminant gaminius, pirmiausia turi būti įvertintas naudojamų medžiagų suvirinamumas, siekiant nustatyti, ar parinktos konstrukcinės medžiagos, suvirinimo medžiagos ir suvirinimo būdai yra tinkami.Yra daug būdų, kaip įvertinti medžiagų suvirinamumą.Kiekvienas metodas gali paaiškinti tik tam tikrą suvirinamumo aspektą.Todėl norint visiškai nustatyti suvirinamumą, reikia atlikti bandymus.Bandymo metodus galima suskirstyti į modeliavimo tipą ir eksperimentinį.Pirmasis imituoja suvirinimo šildymo ir vėsinimo charakteristikas;pastarieji tikrinami pagal faktines suvirinimo sąlygas.Bandymo turinys daugiausia skirtas aptikti netauriųjų metalų ir suvirinimo metalų cheminę sudėtį, metalografinę struktūrą, mechanines savybes ir suvirinimo defektų buvimą ar nebuvimą, taip pat nustatyti efektyvumą žemoje temperatūroje, aukštoje temperatūroje, atsparumą korozijai ir suvirintos jungties atsparumas įtrūkimams.
Dažniausiai naudojamų metalinių medžiagų suvirinimo charakteristikos
1. Anglinio plieno suvirinimas
(1) Mažai anglies dvideginio plieno suvirinimas
Mažai anglies plienas turi mažai anglies, mažai mangano ir silicio.Įprastomis aplinkybėmis dėl suvirinimo nesukels rimto struktūrinio sukietėjimo ar gesinimo.Šis plienas pasižymi puikiu plastiškumu ir atsparumu smūgiams, o jo suvirintų jungčių plastiškumas ir tvirtumas taip pat yra itin geri.Suvirinimo metu iš anksto pakaitinti ir pakaitinti paprastai nereikia, o norint gauti patenkinamos kokybės suvirintąsias jungtis, specialių proceso priemonių nereikia.Todėl mažai anglies turintis plienas pasižymi puikiomis suvirinimo savybėmis ir yra geriausias iš visų plienų..
(2) Vidutinio anglies plieno suvirinimas
Vidutinio anglies plieno anglies kiekis yra didesnis ir jo suvirinamumas yra blogesnis nei mažai anglies plieno.Kai CE yra arti apatinės ribos (0,25%), suvirinamumas yra geras.Didėjant anglies kiekiui, didėja kietėjimo tendencija, o karščio veikiamoje zonoje lengvai susidaro mažo plastiškumo martensito struktūra.Kai suvirinimas yra gana standus arba netinkamai parinktos suvirinimo medžiagos ir proceso parametrai, gali atsirasti šaltų įtrūkimų.Suvirinant pirmąjį daugiasluoksnio suvirinimo sluoksnį, dėl didelės netauriųjų metalų dalies, sulydomo suvirinimo siūlėje, padidėja anglies kiekis, sieros ir fosforo kiekis, todėl lengvai susidaro karšti įtrūkimai.Be to, stomato jautrumas taip pat padidėja, kai yra didelis anglies kiekis.
(3) Didelės anglies plieno suvirinimas
Daug anglies plienas, kurio CE yra didesnis nei 0,6 %, pasižymi dideliu kietumu ir yra linkęs gaminti kietą ir trapų martensitą.Suvirinimo siūlėse ir karščio paveiktose zonose gali atsirasti įtrūkimų, todėl suvirinimas tampa sudėtingas.Todėl šis plienas paprastai nenaudojamas suvirintoms konstrukcijoms gaminti, o naudojamas komponentams ar dalims, turinčioms didelį kietumą arba atsparumą dilimui.Dauguma jų suvirinimo yra sugadintų dalių taisymas.Šios dalys ir komponentai turi būti atkaitinti prieš suvirinimo remontą, kad suvirinimo metu susidarytų mažiau įtrūkimų, o po suvirinimo vėl termiškai apdoroti.
2. Mažai legiruoto didelio stiprumo plieno suvirinimas
Anglies kiekis mažo legiruotojo didelio stiprio plieno paprastai neviršija 0,20%, o bendras legiravimo elementų kiekis paprastai neviršija 5%.Būtent dėl to, kad mažai legiruotame didelio stiprumo pliene yra tam tikras legiruotojo elementų kiekis, jo suvirinimo savybės šiek tiek skiriasi nuo anglinio plieno.Jo suvirinimo charakteristikos yra šios:
(1) Suvirinimo įtrūkimai suvirintose jungtyse
Šaltai krekingo mažai legiruoto didelio stiprumo pliene yra C, Mn, V, Nb ir kitų elementų, kurie stiprina plieną, todėl jį lengva grūdinti suvirinant.Šios sukietėjusios konstrukcijos yra labai jautrios.Todėl, kai standumas yra didelis arba stabdymo įtempis didelis, jei netinkamas suvirinimo procesas gali lengvai sukelti šaltus įtrūkimus.Be to, tokio tipo įtrūkimai turi tam tikrą vėlavimą ir yra labai kenksmingi.
Įkaitimo (SR) įtrūkimai Įkaitimo įtrūkimai yra tarpkristaliniai įtrūkimai, atsirandantys stambiagrūdėje zonoje prie lydymosi linijos termiškai apdorojant po suvirinimo įtempių mažinimo arba ilgai veikiant aukštoje temperatūroje.Paprastai manoma, kad tai įvyksta dėl aukštos suvirinimo temperatūros, dėl kurios V, Nb, Cr, Mo ir kiti karbidai šalia HAZ yra kieti austenite.Jie nespėja nusodinti aušinant po suvirinimo, o išsisklaido ir nusėda PWHT metu, taip sustiprindami kristalų struktūrą.Viduje valkšnumo deformacija įtempių atsipalaidavimo metu yra sutelkta ties grūdelių ribomis.
Mažo legiruotojo didelio stiprio plieno suvirintosios jungtys paprastai nėra linkusios į perkaitimo įtrūkimus, pvz., 16MnR, 15MnVR ir tt Tačiau Mn-Mo-Nb ir Mn-Mo-V serijų mažo legiruoto didelio stiprumo plienams, pvz. 07MnCrMoVR, kadangi Nb, V ir Mo yra elementai, kurie turi didelį jautrumą pakartotiniam įtrūkimui, šio tipo plieną reikia apdoroti termiškai apdorojant po suvirinimo.Reikia pasirūpinti, kad būtų išvengta jautrios temperatūros pakaitinimo įtrūkimų zonos, kad neatsirastų pakartotinio pašildymo įtrūkimų.
(2) Suvirintų jungčių trapumas ir suminkštėjimas
Įtempimo senėjimo trapumas Prieš suvirinant suvirintąsias jungtis reikia atlikti įvairius šaltus procesus (ruošinio kirpimą, statinės valcavimą ir kt.).Plienas sukels plastines deformacijas.Jei plotas toliau šildomas iki 200–450 °C, įvyks deformacijos senėjimas..Dėl deformacijos senėjimo trapumas sumažės plieno plastiškumas ir padidės trapios pereinamoji temperatūra, todėl įranga trapi.Terminis apdorojimas po suvirinimo gali pašalinti tokį suvirintos konstrukcijos senėjimą ir atkurti kietumą.
Suvirinimo siūlių ir karščio paveiktų zonų trapumas Suvirinimas yra netolygus šildymo ir vėsinimo procesas, dėl kurio susidaro netolygi struktūra.Suvirinimo siūlės (WM) ir karščio paveiktos zonos (HAZ) trapi pereinamojo laikotarpio temperatūra yra aukštesnė nei netauriojo metalo ir yra silpnoji jungties grandis.Suvirinimo linijos energija turi didelę įtaką mažai legiruoto didelio stiprumo plieno WM ir HAZ savybėms.Mažai legiruotas didelio stiprumo plienas yra lengvai grūdinamas.Jei linijos energija per maža, martensitas atsiras HAZ ir sukels įtrūkimus.Jei linijos energija yra per didelė, WM ir HAZ grūdeliai taps stambūs.Dėl to sąnarys taps trapus.Palyginti su karšto valcavimo ir normalizuotu plienu, mažai anglies dioksido išskiriantis grūdintas ir grūdintas plienas turi didesnę polinkį į HAZ trapumą, kurį sukelia per didelė linijinė energija.Todėl suvirinant linijos energija turėtų būti apribota iki tam tikro diapazono.
Suvirintų jungčių karščio paveiktos zonos minkštinimas Dėl suvirinimo šilumos poveikio mažai anglies dioksido turinčio grūdinto ir grūdinto plieno karščio paveiktos zonos (HAZ) išorė įkaista virš grūdinimo temperatūros, ypač plotas šalia Ac1, kuris sukurs sumažėjusio stiprumo minkštėjimo zoną.Struktūrinis suminkštėjimas HAZ zonoje didėja didėjant suvirinimo linijos energijai ir pakaitinimo temperatūrai, tačiau paprastai tempiamasis stipris suminkštintoje zonoje vis tiek yra didesnis už netauriojo metalo standartinės vertės apatinę ribą, todėl šilumos veikiama zona. Šio tipo plienas minkštėja Tol, kol bus atliktas tinkamas apdirbimas, problema neturės įtakos jungties veikimui.
3. Nerūdijančio plieno suvirinimas
Nerūdijantis plienas gali būti suskirstytas į keturias kategorijas pagal jo skirtingas plieno konstrukcijas, būtent austenitinį nerūdijantį plieną, feritinį nerūdijantį plieną, martensitinį nerūdijantį plieną ir austenitinį-feritinį dvipusį nerūdijantį plieną.Toliau daugiausia analizuojamos austenitinio nerūdijančio plieno ir dvikrypčio nerūdijančio plieno suvirinimo charakteristikos.
(1) Austenitinio nerūdijančio plieno suvirinimas
Austenitinį nerūdijantį plieną suvirinti lengviau nei kitus nerūdijančius plienus.Jokioje temperatūroje nebus fazinės transformacijos ir jis nėra jautrus vandenilio trapumui.Austenitinė nerūdijančio plieno jungtis taip pat turi gerą plastiškumą ir tvirtumą suvirintoje būsenoje.Pagrindinės suvirinimo problemos yra šios: suvirinimo karštasis įtrūkimas, trapumas, tarpkristalinė korozija ir įtempių korozija ir kt. Be to, dėl prasto šilumos laidumo ir didelio linijinio plėtimosi koeficiento suvirinimo įtempiai ir deformacijos yra dideli.Suvirinant, suvirinimo šilumos tiekimas turi būti kuo mažesnis, neturėtų būti išankstinio pašildymo, o tarpsluoksnio temperatūra turi būti sumažinta.Tarpsluoksnio temperatūra turi būti žemesnė nei 60°C, o suvirinimo jungtys turi būti išdėstytos laipsniškai.Norint sumažinti šilumos sąnaudas, suvirinimo greitis neturėtų būti pernelyg padidintas, tačiau suvirinimo srovė turi būti atitinkamai sumažinta.
(2) Austenitinio ir feritinio dvipusio nerūdijančio plieno suvirinimas
Austenitinis-feritinis dvipusis nerūdijantis plienas yra dvipusis nerūdijantis plienas, sudarytas iš dviejų fazių: austenito ir ferito.Jis sujungia austenitinio plieno ir feritinio plieno privalumus, todėl pasižymi didelio stiprumo, gero atsparumo korozijai ir lengvo suvirinimo savybėmis.Šiuo metu yra trys pagrindiniai dvipusio nerūdijančio plieno tipai: Cr18, Cr21 ir Cr25.Pagrindinės šio tipo plieno suvirinimo charakteristikos yra: mažesnė šiluminė tendencija, palyginti su austenitiniu nerūdijančiu plienu;mažesnė trapumo tendencija po suvirinimo, palyginti su grynu feritiniu nerūdijančiu plienu, ir ferito šiurkštumo laipsnis suvirinimo karščio veikiamoje zonoje Jis taip pat yra mažesnis, todėl suvirinamumas yra geresnis.
Kadangi šio tipo plienas pasižymi geromis suvirinimo savybėmis, suvirinimo metu nereikia kaitinti ir pašildyti.Plonos plokštės turi būti suvirintos TIG, o vidutinės ir storos plokštės gali būti suvirintos lankiniu.Suvirinant lankiniu būdu, reikia naudoti specialius suvirinimo strypus, kurių sudėtis yra panaši į netauriųjų metalų arba austenitinius suvirinimo strypus su mažu anglies kiekiu.Nikelio lydinio elektrodai taip pat gali būti naudojami Cr25 tipo dvifaziam plienui.
Dviejų fazių plienas turi didesnę ferito dalį, o būdingos ferito plieno trapumo tendencijos, tokios kaip trapumas 475 °C temperatūroje, σ fazės kritulių trapumas ir stambūs grūdeliai, vis dar egzistuoja tik dėl austenito.Dėl balansavimo efekto galima šiek tiek palengvėti, tačiau vis tiek reikia atkreipti dėmesį suvirinant.Suvirinant dupleksinį nerūdijantį plieną be Ni arba mažai Ni turinčio plieno, šilumos paveiktoje zonoje pastebima vienfazio ferito ir grūdelių šiurkštėjimo tendencija.Šiuo metu reikia atkreipti dėmesį į suvirinimo šilumos įvedimo valdymą ir stengtis naudoti mažą srovę, didelį suvirinimo greitį ir siaurų kanalų suvirinimą.Ir kelių eigų suvirinimas, kad būtų išvengta grūdelių grubėjimo ir vienfazės feritizacijos karščio paveiktoje zonoje.Tarpsluoksnių temperatūra neturi būti per aukšta.Geriausia suvirinti kitą praėjimą po aušinimo.
Paskelbimo laikas: 2023-09-11