Zvárateľnosť kovových materiálov sa vzťahuje na schopnosť kovových materiálov získať vynikajúce zvarové spoje pomocou určitých zváracích procesov, vrátane metód zvárania, zváracích materiálov, špecifikácií zvárania a štruktúrnych foriem zvárania.Ak kov môže získať vynikajúce zváracie spoje pomocou bežnejších a jednoduchších zváracích procesov, považuje sa to za dobrý zvárací výkon.Zvárateľnosť kovových materiálov sa vo všeobecnosti delí na dva aspekty: procesná zvárateľnosť a aplikačná zvárateľnosť.
Procesná zvárateľnosť: označuje schopnosť získať vynikajúce, bezchybné zvarové spoje za určitých podmienok procesu zvárania.Nie je to prirodzená vlastnosť kovu, ale hodnotí sa na základe určitej metódy zvárania a špecifických použitých procesných opatrení.Preto procesná zvárateľnosť kovových materiálov úzko súvisí s procesom zvárania.
Servisná zvárateľnosť: vyjadruje mieru, do akej zvarový spoj alebo celá konštrukcia spĺňa úžitkové vlastnosti špecifikované technickými podmienkami výrobku.Výkon závisí od pracovných podmienok zváranej konštrukcie a technických požiadaviek uvedených v návrhu.Zvyčajne zahŕňajú mechanické vlastnosti, odolnosť proti nízkej teplote, odolnosť proti krehkému lomu, tečenie pri vysokej teplote, únavové vlastnosti, trvalú pevnosť, odolnosť proti korózii a odolnosť proti opotrebovaniu atď. Napríklad bežne používané nehrdzavejúce ocele S30403 a S31603 majú vynikajúcu odolnosť proti korózii a 16MnDR Nízkoteplotné ocele a 09MnNiDR majú tiež dobrú odolnosť proti húževnatosti pri nízkych teplotách.
Faktory ovplyvňujúce výkon zvárania kovových materiálov
1.Materiálne faktory
Materiály zahŕňajú základné kovy a zváracie materiály.Za rovnakých podmienok zvárania sú hlavnými faktormi, ktoré určujú zvárateľnosť základného kovu, jeho fyzikálne vlastnosti a chemické zloženie.
Pokiaľ ide o fyzikálne vlastnosti: faktory, ako je teplota topenia, tepelná vodivosť, koeficient lineárnej rozťažnosti, hustota, tepelná kapacita a ďalšie faktory kovu, všetky majú vplyv na procesy, ako je tepelný cyklus, tavenie, kryštalizácia, zmena fázy atď. , čo ovplyvňuje zvárateľnosť.Materiály s nízkou tepelnou vodivosťou, ako je nehrdzavejúca oceľ, majú veľké teplotné gradienty, vysoké zvyškové napätie a veľkú deformáciu počas zvárania.Okrem toho v dôsledku dlhej doby zotrvania pri vysokej teplote rastú zrná v tepelne ovplyvnenej zóne, čo je škodlivé pre výkon spoja.Austenitická nehrdzavejúca oceľ má veľký koeficient lineárnej rozťažnosti a silnú deformáciu spoja a napätie.
Z hľadiska chemického zloženia je najvplyvnejším prvkom uhlík, čo znamená, že obsah uhlíka v kove určuje jeho zvárateľnosť.Väčšina ostatných legujúcich prvkov v oceli nie je vhodná na zváranie, ale ich vplyv je vo všeobecnosti oveľa menší ako vplyv uhlíka.So zvyšujúcim sa obsahom uhlíka v oceli sa zvyšuje tendencia tvrdnutia, znižuje sa plasticita a sú náchylné na vznik trhlín pri zváraní.Zvyčajne sa ako hlavné ukazovatele na hodnotenie zvárateľnosti materiálov používa citlivosť kovových materiálov na trhliny pri zváraní a zmeny mechanických vlastností oblasti zváraného spoja.Preto čím je obsah uhlíka vyšší, tým je horšia zvárateľnosť.Nízko uhlíková oceľ a nízkolegovaná oceľ s obsahom uhlíka menším ako 0,25 % majú výbornú plasticitu a rázovú húževnatosť, veľmi dobrá je aj plasticita a rázová húževnatosť zvarových spojov po zváraní.Počas zvárania nie je potrebné predhrievanie a tepelné spracovanie po zváraní a proces zvárania je ľahko ovládateľný, takže má dobrú zvárateľnosť.
Okrem toho stav tavenia a valcovania, stav tepelného spracovania, organizačný stav atď. ocele ovplyvňujú zvárateľnosť v rôznej miere.Zvárateľnosť ocele sa môže zlepšiť rafináciou alebo rafináciou zŕn a riadenými procesmi valcovania.
Zváracie materiály sa priamo podieľajú na sérii chemických metalurgických reakcií počas procesu zvárania, ktoré určujú zloženie, štruktúru, vlastnosti a tvorbu defektov zvarového kovu.Ak sú zváracie materiály nevhodne zvolené a nezodpovedajú základnému kovu, nielenže sa nezíska spoj, ktorý spĺňa požiadavky na použitie, ale vzniknú aj defekty, ako sú praskliny a zmeny v štrukturálnych vlastnostiach.Preto je správny výber zváracích materiálov dôležitým faktorom pre zabezpečenie kvalitných zvarových spojov.
2. Procesné faktory
Procesné faktory zahŕňajú metódy zvárania, parametre procesu zvárania, postupnosť zvárania, predohrev, dohrev a tepelné spracovanie po zváraní atď. Spôsob zvárania má veľký vplyv na zvárateľnosť, najmä v dvoch aspektoch: charakteristika zdroja tepla a podmienky ochrany.
Rôzne metódy zvárania majú veľmi rozdielne zdroje tepla, pokiaľ ide o výkon, hustotu energie, maximálnu teplotu ohrevu atď. Kovy zvárané pod rôznymi zdrojmi tepla budú vykazovať rôzne zváracie vlastnosti.Napríklad výkon elektrotroskového zvárania je veľmi vysoký, ale hustota energie je veľmi nízka a maximálna teplota ohrevu nie je vysoká.Zahrievanie je počas zvárania pomalé a doba zotrvania pri vysokej teplote je dlhá, čo má za následok vznik hrubých zŕn v tepelne ovplyvnenej zóne a výrazné zníženie rázovej húževnatosti, ktoré sa musí normalizovať.Vylepšiť.Naproti tomu zváranie elektrónovým lúčom, laserové zváranie a iné metódy majú nízky výkon, ale vysokú hustotu energie a rýchly ohrev.Čas zotrvania pri vysokej teplote je krátky, zóna ovplyvnená teplom je veľmi úzka a nehrozí rast zŕn.
Úpravou parametrov procesu zvárania a prijatím ďalších procesných opatrení, ako je predhrievanie, dodatočné zahrievanie, viacvrstvové zváranie a kontrola teploty medzivrstvy, je možné upraviť a riadiť tepelný cyklus zvárania, čím sa zmení zvárateľnosť kovu.Ak sa prijmú opatrenia, ako je predhriatie pred zváraním alebo tepelné spracovanie po zváraní, je úplne možné získať zvarové spoje bez defektov trhlín, ktoré spĺňajú požiadavky na výkon.
3. Štrukturálne faktory
Vzťahuje sa najmä na dizajnovú formu zváranej konštrukcie a zváraných spojov, ako je vplyv faktorov, ako je tvar konštrukcie, veľkosť, hrúbka, tvar spojovacej drážky, rozloženie zvaru a jeho tvar prierezu na zvárateľnosť.Jeho vplyv sa prejavuje najmä v prenose tepla a sile.Rôzne hrúbky platní, rôzne tvary spojov alebo tvary drážok majú rôzne smery a rýchlosti prenosu tepla, čo ovplyvní smer kryštalizácie a rast zŕn roztaveného kúpeľa.Konštrukčný spínač, hrúbka plechu a usporiadanie zvaru určujú tuhosť a zadržiavanie spoja, čo ovplyvňuje stav napätia spoja.Zlá morfológia kryštálov, silná koncentrácia napätia a nadmerné napätie pri zváraní sú základnými podmienkami pre vznik trhlín pri zváraní.Pri konštrukcii sú dôležitými opatreniami na zlepšenie zvariteľnosti zníženie tuhosti spoja, zníženie priečnych zvarov a zníženie rôznych faktorov spôsobujúcich koncentráciu napätia.
4. Podmienky používania
Vzťahuje sa na prevádzkovú teplotu, podmienky zaťaženia a pracovné médium počas doby prevádzky zváranej konštrukcie.Tieto pracovné prostredia a prevádzkové podmienky vyžadujú, aby zvárané konštrukcie mali zodpovedajúci výkon.Napríklad zvárané konštrukcie pracujúce pri nízkych teplotách musia mať odolnosť proti krehkému lomu;konštrukcie pracujúce pri vysokých teplotách musia mať odolnosť proti tečeniu;konštrukcie pracujúce pri striedavom zaťažení musia mať dobrú odolnosť proti únave;konštrukcie pracujúce v kyslom, alkalickom alebo soľnom médiu Zváraný kontajner by mal mať vysokú odolnosť proti korózii a pod.Stručne povedané, čím prísnejšie podmienky používania, tým vyššie sú požiadavky na kvalitu zvarových spojov a tým ťažšie je zabezpečiť zvariteľnosť materiálu.
Identifikačný a hodnotiaci index zvariteľnosti kovových materiálov
Počas procesu zvárania výrobok prechádza tepelnými procesmi zvárania, metalurgickými reakciami, ako aj namáhaním a deformáciou pri zváraní, čo vedie k zmenám chemického zloženia, metalografickej štruktúry, veľkosti a tvaru, čím sa výkon zvarového spoja často líši od výkonu zváraného spoja. základný materiál, niekedy dokonca nespĺňa požiadavky na použitie.Pre mnohé reaktívne alebo žiaruvzdorné kovy by sa na získanie vysokokvalitných spojov mali použiť špeciálne metódy zvárania, ako je zváranie elektrónovým lúčom alebo laserové zváranie.Čím menej zariadení a menej ťažkostí je potrebných na vytvorenie dobrého zvarového spoja z materiálu, tým lepšia je zvárateľnosť materiálu;naopak, ak sú potrebné zložité a drahé metódy zvárania, špeciálne zváracie materiály a procesné opatrenia, znamená to, že materiál Zvárateľnosť je zlá.
Pri výrobe produktov sa musí najskôr vyhodnotiť zvárateľnosť použitých materiálov, aby sa zistilo, či sú zvolené konštrukčné materiály, zváracie materiály a metódy zvárania vhodné.Existuje mnoho metód hodnotenia zvárateľnosti materiálov.Každá metóda môže vysvetliť len určitý aspekt zvariteľnosti.Preto sú potrebné testy na úplné určenie zvárateľnosti.Testovacie metódy možno rozdeliť na typ simulácie a experimentálny typ.Prvý z nich simuluje vykurovacie a chladiace charakteristiky zvárania;posledné testy podľa skutočných podmienok zvárania.Obsah testu je hlavne na zistenie chemického zloženia, metalografickej štruktúry, mechanických vlastností a prítomnosti alebo neprítomnosti zvarových defektov základného kovu a zvarového kovu a na stanovenie výkonu pri nízkych teplotách, vysokoteplotných výkonov, odolnosti proti korózii a odolnosť proti prasknutiu zvarového spoja.
Zváracie charakteristiky bežne používaných kovových materiálov
1. Zváranie uhlíkovej ocele
(1) Zváranie nízkouhlíkovej ocele
Nízko uhlíková oceľ má nízky obsah uhlíka, nízky obsah mangánu a kremíka.Za normálnych okolností nespôsobí vážne štrukturálne spevnenie alebo kalenie v dôsledku zvárania.Tento druh ocele má vynikajúcu plasticitu a rázovú húževnatosť a plasticita a húževnatosť jeho zvarových spojov sú tiež mimoriadne dobré.Predhrievanie a dohrievanie sa vo všeobecnosti počas zvárania nevyžaduje a na získanie zvarových spojov s uspokojivou kvalitou nie sú potrebné žiadne špeciálne procesné opatrenia.Preto má nízkouhlíková oceľ vynikajúci zvárací výkon a je to oceľ s najlepším zváracím výkonom spomedzi všetkých ocelí..
(2) Zváranie stredne uhlíkovej ocele
Stredne uhlíková oceľ má vyšší obsah uhlíka a jej zvárateľnosť je horšia ako u nízkouhlíkovej ocele.Keď sa CE blíži k dolnej hranici (0,25 %), zvárateľnosť je dobrá.So zvyšujúcim sa obsahom uhlíka sa zvyšuje tendencia tvrdnutia a v tepelne ovplyvnenej zóne sa ľahko vytvorí štruktúra martenzitu s nízkou plasticitou.Keď je zvarenec relatívne tuhý alebo sú zváracie materiály a parametre procesu nesprávne zvolené, je pravdepodobné, že sa vyskytnú trhliny za studena.Pri zváraní prvej vrstvy viacvrstvového zvárania sa v dôsledku veľkého podielu základného kovu nataveného do zvaru zvyšuje obsah uhlíka, síry a fosforu, čo uľahčuje vytváranie horúcich trhlín.Okrem toho sa pri vysokom obsahu uhlíka zvyšuje aj stomatálna citlivosť.
(3) Zváranie ocele s vysokým obsahom uhlíka
Oceľ s vysokým obsahom uhlíka s CE väčším ako 0,6 % má vysokú prekaliteľnosť a je náchylná na tvorbu tvrdého a krehkého martenzitu s vysokým obsahom uhlíka.Trhliny sú náchylné na vznik zvarov a tepelne ovplyvnených oblastí, čo sťažuje zváranie.Preto sa tento typ ocele vo všeobecnosti nepoužíva na výrobu zváraných konštrukcií, ale používa sa na výrobu komponentov alebo dielov s vysokou tvrdosťou alebo odolnosťou proti opotrebovaniu.Väčšina ich zvárania je na opravu poškodených častí.Tieto časti a komponenty by mali byť pred opravou zváraním žíhané, aby sa znížili praskliny pri zváraní, a potom po zváraní opäť tepelne spracované.
2. Zváranie nízkolegovanej vysokopevnostnej ocele
Obsah uhlíka v nízkolegovanej vysokopevnostnej oceli vo všeobecnosti nepresahuje 0,20 % a celkový obsah legujúcich prvkov vo všeobecnosti nepresahuje 5 %.Práve preto, že nízkolegovaná vysokopevná oceľ obsahuje určité množstvo legovaných prvkov, je jej zvárací výkon trochu odlišný od výkonu uhlíkovej ocele.Jeho zváracie vlastnosti sú nasledovné:
(1) Trhliny pri zváraní vo zvarových spojoch
Nízkolegovaná vysokopevná oceľ krakovaná za studena obsahuje C, Mn, V, Nb a ďalšie prvky, ktoré spevňujú oceľ, takže sa ľahko vytvrdzuje pri zváraní.Tieto tvrdené štruktúry sú veľmi citlivé.Preto, keď je tuhosť veľká alebo obmedzujúce napätie je vysoké, ak nesprávny proces zvárania môže ľahko spôsobiť trhliny za studena.Navyše tento typ trhlín má určité oneskorenie a je mimoriadne škodlivý.
Trhliny pri opätovnom zahrievaní (SR) Trhliny pri opätovnom zahrievaní sú medzikryštalické trhliny, ktoré sa vyskytujú v hrubozrnnej oblasti v blízkosti tavnej línie počas tepelného spracovania na uvoľnenie napätia po zváraní alebo dlhodobej prevádzky pri vysokej teplote.Všeobecne sa predpokladá, že k tomu dochádza v dôsledku vysokej teploty zvárania, ktorá spôsobuje, že V, Nb, Cr, Mo a iné karbidy v blízkosti HAZ sú v austenite rozpustené v tuhom stave.Počas ochladzovania po zváraní sa nestihnú vyzrážať, ale pri PWHT sa rozptýlia a vyzrážajú a tým posilnia kryštálovú štruktúru.Vnútri sa creepová deformácia počas relaxácie napätia sústreďuje na hraniciach zŕn.
Zvarové spoje nízkolegovanej ocele s vysokou pevnosťou nie sú vo všeobecnosti náchylné na praskliny pri opätovnom zahrievaní, ako napríklad 16MnR, 15MnVR atď. 07MnCrMoVR, keďže Nb, V a Mo sú prvky, ktoré sú veľmi citlivé na praskanie pri opätovnom zahrievaní, tento typ ocele je potrebné spracovať počas tepelného spracovania po zváraní.Je potrebné dbať na to, aby ste sa vyhli citlivej teplotnej oblasti prasklín pri zahrievaní, aby sa zabránilo vzniku trhlín pri zahrievaní.
(2) Krehnutie a mäknutie zvarových spojov
Krehnutie pri starnutí pri namáhaní Zvarové spoje musia pred zváraním prejsť rôznymi procesmi za studena (strihanie polotovaru, valcovanie valcov atď.).Oceľ spôsobí plastickú deformáciu.Ak sa oblasť ďalej zahreje na 200 až 450 °C, dôjde k starnutiu z napätia..Skrehnutie spôsobené starnutím pri namáhaní zníži plasticitu ocele a zvýši teplotu krehkého prechodu, čo má za následok krehký lom zariadenia.Tepelné spracovanie po zváraní môže eliminovať starnutie zváranej konštrukcie a obnoviť húževnatosť.
Krehnutie zvarov a tepelne ovplyvnených oblastí Zváranie je nerovnomerný proces zahrievania a chladenia, výsledkom čoho je nerovnomerná štruktúra.Teplota krehkého prechodu zvaru (WM) a tepelne ovplyvnenej zóny (HAZ) je vyššia ako teplota základného kovu a je slabým článkom spoja.Energia zváracej linky má dôležitý vplyv na vlastnosti nízkolegovanej vysokopevnostnej ocele WM a HAZ.Nízkolegovaná vysokopevnostná oceľ sa ľahko kalí.Ak je energia vedenia príliš malá, v HAZ sa objaví martenzit a spôsobí praskliny.Ak je energia vedenia príliš veľká, zrná WM a HAZ zhrubnú.Spôsobí, že kĺb bude krehký.V porovnaní s oceľou valcovanou za tepla a normalizovanou oceľou má nízkouhlíková kalená a temperovaná oceľ závažnejšiu tendenciu ku krehnutiu HAZ spôsobenému nadmernou lineárnou energiou.Preto by pri zváraní mala byť energia vedenia obmedzená na určitý rozsah.
Zmäkčenie tepelne ovplyvnenej zóny zvarových spojov Pôsobením zváracieho tepla sa vonkajšia časť tepelne ovplyvnenej zóny (HAZ) nízkouhlíkovej kalenej a popúšťanej ocele zahrieva nad teplotu popúšťania, najmä oblasť blízko Ac1, čo vytvorí zmäkčovaciu zónu so zníženou pevnosťou.Štrukturálne mäknutie v zóne HAZ sa zvyšuje so zvýšením energie zváracieho vedenia a teploty predohrevu, ale vo všeobecnosti je pevnosť v ťahu v mäkčenej zóne stále vyššia ako spodná hranica štandardnej hodnoty základného kovu, takže zóna ovplyvnená teplom tohto typu ocele zmäkne Pokiaľ je spracovanie správne, problém neovplyvní výkon spoja.
3. Zváranie nehrdzavejúcej ocele
Nehrdzavejúca oceľ môže byť rozdelená do štyroch kategórií podľa jej rôznych oceľových štruktúr, a to austenitická nehrdzavejúca oceľ, feritická nehrdzavejúca oceľ, martenzitická nehrdzavejúca oceľ a austeniticko-feritická duplexná nehrdzavejúca oceľ.Nasledujúca časť analyzuje najmä zváracie charakteristiky austenitickej nehrdzavejúcej ocele a obojsmernej nehrdzavejúcej ocele.
(1) Zváranie austenitickej nehrdzavejúcej ocele
Austenitické nehrdzavejúce ocele sa ľahšie zvárajú ako iné nehrdzavejúce ocele.Nedôjde k žiadnej fázovej transformácii pri akejkoľvek teplote a nie je citlivý na vodíkové skrehnutie.Austenitický nerezový spoj má tiež dobrú plasticitu a húževnatosť v zvarenom stave.Hlavné problémy zvárania sú: praskanie pri zváraní za tepla, krehnutie, medzikryštalická korózia a korózia pod napätím atď. Okrem toho sú kvôli zlej tepelnej vodivosti a veľkému koeficientu lineárnej rozťažnosti veľké napätie pri zváraní a deformácia.Pri zváraní by mal byť tepelný príkon zvárania čo najmenší a nemalo by dochádzať k predhrievaniu a mala by sa znížiť teplota medzivrstvy.Teplota medzivrstvy by mala byť kontrolovaná pod 60 °C a zvarové spoje by mali byť usporiadané striedavo.Na zníženie príkonu tepla by sa rýchlosť zvárania nemala nadmerne zvyšovať, ale mal by sa primerane znížiť zvárací prúd.
(2) Zváranie austeniticko-feritickej obojsmernej nehrdzavejúcej ocele
Austeniticko-feritická duplexná nehrdzavejúca oceľ je duplexná nehrdzavejúca oceľ zložená z dvoch fáz: austenitu a feritu.Spája výhody austenitickej ocele a feritickej ocele, takže má vlastnosti vysokej pevnosti, dobrej odolnosti proti korózii a ľahkého zvárania.V súčasnosti existujú tri hlavné typy duplexnej nehrdzavejúcej ocele: Cr18, Cr21 a Cr25.Hlavné charakteristiky tohto typu zvárania ocele sú: nižšia tepelná tendencia v porovnaní s austenitickou nehrdzavejúcou oceľou;nižší sklon ku krehnutiu po zváraní v porovnaní s čistou feritickou nehrdzavejúcou oceľou a stupeň zhrubnutia feritu v tepelne ovplyvnenej oblasti zvárania Je tiež nižší, takže zvárateľnosť je lepšia.
Keďže tento typ ocele má dobré zváracie vlastnosti, pri zváraní nie je potrebné predhrievanie a dohrievanie.Tenké dosky by sa mali zvárať metódou TIG a stredné a hrubé dosky je možné zvárať oblúkovým zváraním.Pri zváraní oblúkovým zváraním by sa mali používať špeciálne zváracie tyče s podobným zložením ako základný kov alebo austenitické zváracie tyče s nízkym obsahom uhlíka.Elektródy zo zliatiny na báze niklu možno použiť aj pre dvojfázovú oceľ typu Cr25.
Dvojfázové ocele majú väčší podiel feritu a inherentné tendencie krehnutia feritických ocelí, ako je krehkosť pri 475 °C, krehnutie pri precipitácii vo fáze σ a hrubé zrná, stále existujú len kvôli prítomnosti austenitu.Určitú úľavu je možné dosiahnuť pomocou vyrovnávacieho efektu, ale stále musíte venovať pozornosť zváraniu.Pri zváraní duplexnej nehrdzavejúcej ocele bez obsahu Ni alebo s nízkym obsahom Ni existuje tendencia k jednofázovému feritu a hrubnutiu zŕn v tepelne ovplyvnenej zóne.V tomto čase by sa mala venovať pozornosť riadeniu tepelného vstupu zvárania a pokúsiť sa použiť malý prúd, vysokú rýchlosť zvárania a zváranie úzkymi kanálmi.A viacprechodové zváranie, aby sa zabránilo hrubnutiu zrna a jednofázovej feritizácii v tepelne ovplyvnenej zóne.Teplota medzi vrstvami by nemala byť príliš vysoká.Ďalší priechod je najlepšie zvárať po vychladnutí.
Čas odoslania: 11. september 2023