Заварљивост металних материјала се односи на способност металних материјала да добију одличне спојеве за заваривање коришћењем одређених процеса заваривања, укључујући методе заваривања, материјале за заваривање, спецификације заваривања и заваривање структурних облика.Ако метал може да добије одличне спојеве за заваривање коришћењем уобичајених и једноставнијих процеса заваривања, сматра се да има добре перформансе заваривања.Заварљивост металних материјала се генерално дели на два аспекта: заварљивост поступком и заварљивост при примени.
Заварљивост процеса: односи се на способност добијања одличних заварених спојева без дефекта под одређеним условима процеса заваривања.То није инхерентно својство метала, већ се процењује на основу одређене методе заваривања и специфичних мера процеса који се користе.Стога је процесна заварљивост металних материјала уско повезана са процесом заваривања.
Сервисна заварљивост: односи се на степен у коме заварени спој или цела конструкција испуњавају перформансе које су наведене у техничким условима производа.Перформансе зависе од услова рада заварене конструкције и техничких захтева постављених у пројекту.Обично укључују механичка својства, отпорност на ниске температуре, отпорност на крто ломљење, пузање на високим температурама, својства замора, трајну чврстоћу, отпорност на корозију и отпорност на хабање, итд. На пример, уобичајено коришћени нерђајући челици С30403 и С31603 имају одличну отпорност на корозију и 16МнДР и 09МнНиДР нискотемпературни челици такође имају добру отпорност на жилавост при ниским температурама.
Фактори који утичу на перформансе заваривања металних материјала
1. Материјални фактори
Материјали укључују основни метал и материјале за заваривање.Под истим условима заваривања, главни фактори који одређују заварљивост основног метала су његова физичка својства и хемијски састав.
У погледу физичких својстава: фактори као што су тачка топљења, топлотна проводљивост, коефицијент линеарног ширења, густина, топлотни капацитет и други фактори метала, сви имају утицај на процесе као што су термички циклус, топљење, кристализација, промена фазе итд. , чиме утиче на заварљивост.Материјали са ниском топлотном проводљивошћу као што је нерђајући челик имају велике температурне градијенте, високо заостало напрезање и велику деформацију током заваривања.Штавише, због дугог времена задржавања на високој температури, зрна у зони захваћеном топлотом расту, што је штетно за перформансе зглоба.Аустенитни нерђајући челик има велики коефицијент линеарног ширења и озбиљне деформације и напрезања зглоба.
У погледу хемијског састава, најутицајнији елемент је угљеник, што значи да садржај угљеника у металу одређује његову заварљивост.Већина других легирајућих елемената у челику није погодна за заваривање, али је њихов утицај генерално много мањи од утицаја угљеника.Како се садржај угљеника у челику повећава, повећава се склоност ка отврдњавању, смањује се пластичност и долази до појаве пукотина од заваривања.Обично се као главни индикатори за процену заварљивости материјала користе осетљивост металних материјала на пукотине током заваривања и промене механичких својстава површине завареног споја.Дакле, што је већи садржај угљеника, то је лошија заварљивост.Нискоугљенични челик и нисколегирани челик са садржајем угљеника мањим од 0,25% имају одличну пластичност и ударну жилавост, а пластичност и ударна жилавост заварених спојева након заваривања су такође веома добре.Предгријавање и термичка обрада након заваривања нису потребни током заваривања, а процес заваривања је лако контролисати, тако да има добру заварљивост.
Поред тога, стање топљења и ваљања, стање термичке обраде, организационо стање, итд. челика утичу на заварљивост у различитом степену.Заварљивост челика се може побољшати рафинирањем или рафинирањем зрна и контролисаним процесима ваљања.
Материјали за заваривање директно учествују у низу хемијских металуршких реакција током процеса заваривања, које одређују састав, структуру, својства и формирање дефеката метала шава.Ако су материјали за заваривање неправилно одабрани и не одговарају основном металу, не само да се неће добити спој који испуњава услове употребе, већ ће се појавити и недостаци као што су пукотине и промене у структурним особинама.Стога је правилан избор материјала за заваривање важан фактор у обезбеђивању висококвалитетних заварених спојева.
2. Процесни фактори
Фактори процеса укључују методе заваривања, параметре процеса заваривања, редослед заваривања, предгревање, накнадно загревање и термичку обраду после заваривања, итд. Метода заваривања има велики утицај на заварљивост, углавном у два аспекта: карактеристике извора топлоте и услови заштите.
Различите методе заваривања имају веома различите изворе топлоте у смислу снаге, густине енергије, максималне температуре загревања, итд. Метали заварени под различитим изворима топлоте ће показати различита својства заваривања.На пример, снага заваривања електрошљаком је веома висока, али је густина енергије веома ниска, а максимална температура грејања није висока.Загревање је споро током заваривања, а време задржавања на високој температури је дуго, што доводи до крупних зрна у зони утицаја топлоте и значајног смањења ударне жилавости, која се мора нормализовати.Побољшати.Насупрот томе, заваривање електронским снопом, ласерско заваривање и друге методе имају малу снагу, али велику густину енергије и брзо загревање.Време задржавања на високим температурама је кратко, зона захваћена топлотом је веома уска и нема опасности од раста зрна.
Подешавање параметара процеса заваривања и усвајање других мера процеса као што су предгревање, накнадно загревање, вишеслојно заваривање и контрола међуслојне температуре могу да подесе и контролишу термички циклус заваривања, чиме се мења заварљивост метала.Ако се предузму мере као што су претходно загревање пре заваривања или термичка обрада после заваривања, потпуно је могуће добити заварене спојеве без пукотина који испуњавају захтеве перформанси.
3. Структурни фактори
Углавном се односи на облик дизајна заварене конструкције и заварених спојева, као што је утицај фактора као што су структурни облик, величина, дебљина, облик жлеба споја, распоред завара и облик његовог попречног пресека на заварљивост.Његов утицај се углавном огледа у преносу топлоте и стању силе.Различите дебљине плоча, различити облици спојева или облици жлебова имају различите правце и брзине преноса топлоте, што ће утицати на смер кристализације и раст зрна растопљеног базена.Структурални прекидач, дебљина плоче и распоред завара одређују крутост и ограничење споја, што утиче на напонско стање споја.Лоша морфологија кристала, велика концентрација напрезања и превелико напрезање заваривања су основни услови за настанак пукотина од заваривања.У дизајну, смањење крутости споја, смањење унакрсних заварених спојева и смањење различитих фактора који изазивају концентрацију напона су све важне мере за побољшање заварљивости.
4. Услови коришћења
Односи се на радну температуру, услове оптерећења и радни медијум током радног периода заварене конструкције.Ова радна окружења и услови рада захтевају да заварене конструкције имају одговарајуће перформансе.На пример, заварене конструкције које раде на ниским температурама морају имати отпорност на крт лом;конструкције које раде на високим температурама морају имати отпорност на пузање;конструкције које раде под наизменичним оптерећењима морају имати добру отпорност на замор;структуре које раде у киселим, алкалним или сланим медијима. Заварени контејнер треба да има високу отпорност на корозију и тако даље.Укратко, што су строжи услови употребе, то су већи захтеви за квалитетом заварених спојева и теже је обезбедити заварљивост материјала.
Идентификација и индекс заварљивости металних материјала
Током процеса заваривања, производ се подвргава термичким процесима заваривања, металуршким реакцијама, као и напонима и деформацијама заваривања, што резултира променама у хемијском саставу, металографској структури, величини и облику, због чега се перформансе завареног споја често разликују од перформанси завареног споја. основни материјал, понекад чак и Не може да испуни захтеве за употребу.За многе реактивне или ватросталне метале треба користити посебне методе заваривања као што су заваривање електронским снопом или ласерско заваривање да би се добили висококвалитетни спојеви.Што је мање услова опреме и мање потешкоћа потребно да се направи добар заварени спој од материјала, то је боља заварљивост материјала;напротив, ако су потребне сложене и скупе методе заваривања, посебни материјали за заваривање и мере процеса, то значи да је материјал лоша заварљивост.
Приликом производње производа, заварљивост коришћених материјала мора се прво проценити да би се утврдило да ли су одабрани структурни материјали, материјали за заваривање и методе заваривања одговарајући.Постоји много метода за процену заварљивости материјала.Свака метода може објаснити само одређени аспект заварљивости.Због тога су потребна испитивања да би се у потпуности утврдила заварљивост.Методе испитивања се могу поделити на тип симулације и експериментални тип.Први симулира карактеристике грејања и хлађења заваривања;овај последњи испитује према стварним условима заваривања.Садржај теста је углавном за откривање хемијског састава, металографске структуре, механичких својстава и присуства или одсуства дефеката заваривања основног метала и метала шава, као и за одређивање перформанси на ниским температурама, перформансама при високим температурама, отпорности на корозију и отпорност на пукотине завареног споја.
Карактеристике заваривања најчешће коришћених металних материјала
1. Заваривање угљеничног челика
(1) Заваривање нискоугљичног челика
Челик са ниским садржајем угљеника има низак садржај угљеника, низак садржај мангана и силицијума.У нормалним околностима, неће изазвати озбиљно структурно очвршћавање или гашење структуре услед заваривања.Ова врста челика има одличну пластичност и ударну жилавост, а пластичност и жилавост његових заварених спојева су такође изузетно добре.Предгријавање и накнадно загревање углавном нису потребни током заваривања, а посебне мере процеса нису потребне да би се заварени спојеви добили задовољавајућег квалитета.Стога, нискоугљенични челик има одличне перформансе заваривања и челик је са најбољим перформансама заваривања међу свим челицима..
(2) Заваривање средњег угљеничног челика
Челик са средњим угљеником има већи садржај угљеника и његова заварљивост је лошија од челика са ниским садржајем угљеника.Када је ЦЕ близу доње границе (0,25%), заварљивост је добра.Како се садржај угљеника повећава, тенденција очвршћавања се повећава, а нископластична мартензитна структура се лако ствара у зони погођеном топлотом.Када је заварени спој релативно крут или су материјали за заваривање и параметри процеса неправилно одабрани, вероватно ће доћи до хладних пукотина.Приликом заваривања првог слоја вишеслојног заваривања, због великог удела основног метала утопљеног у шав, повећава се садржај угљеника, сумпора и фосфора, што олакшава стварање врућих пукотина.Поред тога, осетљивост стомата се такође повећава када је садржај угљеника висок.
(3) Заваривање челика са високим садржајем угљеника
Високоугљенични челик са ЦЕ већим од 0,6% има високу способност каљења и склон је стварању тврдог и ломљивог мартензита са високим садржајем угљеника.Пукотине су склоне настанку у завареним спојевима и зонама погођеним топлотом, што отежава заваривање.Због тога се ова врста челика углавном не користи за израду заварених конструкција, већ се користи за израду компоненти или делова високе тврдоће или отпорности на хабање.Већина њиховог заваривања је за поправку оштећених делова.Ове делове и компоненте треба жарити пре поправке заваривања како би се смањиле пукотине од заваривања, а затим поново термички третирати након заваривања.
2. Заваривање нисколегираног челика високе чврстоће
Садржај угљеника нисколегираних челика високе чврстоће углавном не прелази 0,20%, а укупни легирајући елементи углавном не прелазе 5%.Управо зато што нисколегирани челик високе чврстоће садржи одређену количину легираних елемената, његове перформансе заваривања се донекле разликују од оних код угљеничног челика.Његове карактеристике заваривања су следеће:
(1) Заваривање пукотина у завареним спојевима
Хладно испуцани нисколегирани челик високе чврстоће садржи Ц, Мн, В, Нб и друге елементе који јачају челик, па се лако очвршћава током заваривања.Ове очврсле структуре су веома осетљиве.Због тога, када је крутост велика или је напон за задржавање висок, ако неправилан процес заваривања може лако изазвати хладне пукотине.Штавише, ова врста пукотине има одређено кашњење и изузетно је штетна.
Пукотине од поновног загревања (СР) Пукотине од поновног загревања су интергрануларне пукотине које се јављају у грубо зрнатом подручју близу линије фузије током термичке обраде за смањење напона након заваривања или дуготрајног рада на високим температурама.Уопштено се верује да се јавља због високе температуре заваривања која узрокује да се В, Нб, Цр, Мо и други карбиди у близини ХАЗ-а у чврстом стању растворе у аустениту.Они немају времена да се таложе током хлађења након заваривања, већ се распршују и таложе током ПВХТ, чиме се ојачава кристална структура.Унутар, деформација пузања током релаксације напона је концентрисана на границама зрна.
Заварени спојеви од нисколегираних челика високе чврстоће углавном нису склони поновном загревању пукотина, као што су 16МнР, 15МнВР, итд. Међутим, за Мн-Мо-Нб и Мн-Мо-В серије нисколегираних челика високе чврстоће, као нпр. 07МнЦрМоВР, пошто су Нб, В и Мо елементи који имају јаку осетљивост на пуцање од поновног загревања, овај тип челика треба да се третира током термичке обраде после заваривања.Треба водити рачуна да се избегне осетљиво температурно подручје пукотина од поновног загревања како би се спречила појава пукотина од поновног загревања.
(2) Кртост и омекшавање заварених спојева
Кртост због старења због деформације Заварени спојеви морају да се подвргну различитим хладним процесима (резивање у празно, ваљање цеви, итд.) пре заваривања.Челик ће произвести пластичну деформацију.Ако се простор додатно загреје на 200 до 450°Ц, доћи ће до старења напрезања..Кртљивост због старења ће смањити пластичност челика и повећати температуру ломљивог прелаза, што ће резултирати крхким ломом опреме.Термичка обрада након заваривања може елиминисати такво старење заварене конструкције и вратити жилавост.
Кртост заварених спојева и топлотно захваћених зона Заваривање је неуједначен процес загревања и хлађења, који резултира неравном структуром.Температура кртог прелаза завара (ВМ) и зоне утицаја топлоте (ХАЗ) је виша од температуре основног метала и слаба је карика у споју.Енергија линије за заваривање има важан утицај на својства нисколегираних челика високе чврстоће ВМ и ХАЗ.Нисколегирани челик високе чврстоће се лако очвршћава.Ако је енергија линије премала, мартензит ће се појавити у ХАЗ и изазвати пукотине.Ако је енергија линије превелика, зрна ВМ и ХАЗ ће постати груба.Узрокује да зглоб постане крхак.У поређењу са топло ваљаним и нормализованим челиком, нискоугљенични каљени и каљени челик има озбиљнију тенденцију кртости ЗУТ узроковане прекомерном линеарном енергијом.Због тога, приликом заваривања, енергија линије треба да буде ограничена на одређени опсег.
Омекшавање топлотно захваћене зоне заварених спојева Услед дејства топлоте заваривања, спољашња зона топлотно захваћене зоне (ХАЗ) нискоугљеничног каљеног и каљеног челика се загрева изнад температуре каљења, посебно подручје у близини Ац1, што ће произвести зону омекшавања смањене чврстоће.Структурно омекшавање у зони ХАЗ расте са повећањем енергије линије заваривања и температуре предгревања, али генерално затезна чврстоћа у омекшаној зони је и даље већа од доње границе стандардне вредности основног метала, тако да зона утицаја топлоте овог типа челика омекшава Све док је израда исправна, проблем неће утицати на перформансе споја.
3. Заваривање нерђајућег челика
Нерђајући челик се може поделити у четири категорије према различитим челичним структурама, а то су аустенитни нерђајући челик, феритни нерђајући челик, мартензитни нерђајући челик и аустенитно-феритни дуплекс нерђајући челик.У наставку се углавном анализирају карактеристике заваривања аустенитног нерђајућег челика и двосмерног нерђајућег челика.
(1) Заваривање аустенитног нерђајућег челика
Аустенитни нерђајући челици се лакше заварују од других нерђајућих челика.Неће бити фазне трансформације на било којој температури и није осетљива на кртост водоником.Спој од аустенитног нерђајућег челика такође има добру пластичност и жилавост у завареном стању.Главни проблеми заваривања су: заваривање вруће пукотине, кртост, интергрануларна корозија и корозија напоном итд. Поред тога, због лоше топлотне проводљивости и великог коефицијента линеарног ширења, напон и деформација заваривања су велики.Приликом заваривања, унос топлоте заваривања треба да буде што мањи, и не би требало да буде предгревања, а температура међуслоја треба да се смањи.Температуру међуслоја треба контролисати испод 60°Ц, а заварене спојеве треба поређати.Да би се смањио унос топлоте, брзина заваривања не би требало да се претерано повећава, али струју заваривања треба на одговарајући начин смањити.
(2) Заваривање аустенитно-феритног двосмерног нерђајућег челика
Аустенитно-феритни дуплекс нерђајући челик је дуплекс нерђајући челик састављен од две фазе: аустенита и ферита.Комбинује предности аустенитног челика и феритног челика, тако да има карактеристике високе чврстоће, добре отпорности на корозију и лаког заваривања.Тренутно постоје три главна типа дуплекс нерђајућег челика: Цр18, Цр21 и Цр25.Главне карактеристике овог типа заваривања челика су: нижа термичка тенденција у поређењу са аустенитним нерђајућим челиком;нижа тенденција кртости након заваривања у поређењу са чистим феритним нерђајућим челиком, и степен грубости ферита у зони утицаја топлоте заваривања. Такође је нижи, тако да је заварљивост боља.
Пошто ова врста челика има добра својства заваривања, није потребно предгревање и накнадно загревање током заваривања.Танке плоче треба заварити ТИГ-ом, а средње и дебеле плоче могу се заварити електролучним заваривањем.Приликом заваривања електролучним заваривањем треба користити специјалне шипке за заваривање сличног састава основном металу или аустенитне шипке за заваривање са ниским садржајем угљеника.Електроде од легуре на бази никла се такође могу користити за двофазни челик типа Цр25.
Двофазни челици имају већи удео ферита, а инхерентне тенденције крхкости феритних челика, као што су кртост на 475°Ц, σ фаза таложење кртости и крупна зрна, и даље постоје, само због присуства аустенита.Одређено олакшање се може постићи кроз ефекат балансирања, али ипак морате обратити пажњу приликом заваривања.Приликом заваривања дуплекс нерђајућег челика без Ни или са ниским садржајем Ни постоји тенденција за једнофазним феритним и зрнастом зрном у зони утицаја топлоте.У овом тренутку треба обратити пажњу на контролу уноса топлоте заваривања и покушати да користите малу струју, велику брзину заваривања и заваривање уских канала.И заваривање у више пролаза ради спречавања грубости зрна и једнофазне феритизације у зони погођеној топлотом.Температура међу слојевима не би требало да буде превисока.Најбоље је заварити следећи пролаз након хлађења.
Време поста: 11.09.2023