La soldabilitat dels materials metàl·lics es refereix a la capacitat dels materials metàl·lics per obtenir juntes de soldadura excel·lents mitjançant determinats processos de soldadura, inclosos mètodes de soldadura, materials de soldadura, especificacions de soldadura i formes estructurals de soldadura.Si un metall pot obtenir juntes de soldadura excel·lents mitjançant processos de soldadura més comuns i senzills, es considera que té un bon rendiment de soldadura.La soldabilitat dels materials metàl·lics es divideix generalment en dos aspectes: soldabilitat del procés i soldabilitat de l'aplicació.
Soldabilitat del procés: es refereix a la capacitat d'obtenir juntes soldades excel·lents i sense defectes en determinades condicions del procés de soldadura.No és una propietat inherent al metall, sinó que s'avalua en funció d'un determinat mètode de soldadura i de les mesures específiques del procés utilitzades.Per tant, la soldabilitat del procés dels materials metàl·lics està estretament relacionada amb el procés de soldadura.
Soldabilitat de servei: fa referència al grau en què la unió soldada o tota l'estructura compleix el rendiment del servei especificat per les condicions tècniques del producte.El rendiment depèn de les condicions de treball de l'estructura soldada i dels requisits tècnics plantejats en el disseny.Normalment inclouen propietats mecàniques, resistència a la duresa a baixa temperatura, resistència a la fractura fràgil, fluència a alta temperatura, propietats a la fatiga, resistència duradora, resistència a la corrosió i resistència al desgast, etc. Per exemple, els acers inoxidables S30403 i S31603 d'ús habitual tenen una excel·lent resistència a la corrosió i 16MnDR i els acers de baixa temperatura 09MnNiDR també tenen una bona resistència a la tenacitat a baixa temperatura.
Factors que afecten el rendiment de la soldadura de materials metàl·lics
1.Factors materials
Els materials inclouen metalls bàsics i materials de soldadura.En les mateixes condicions de soldadura, els principals factors que determinen la soldabilitat del metall base són les seves propietats físiques i la seva composició química.
Pel que fa a les propietats físiques: factors com el punt de fusió, la conductivitat tèrmica, el coeficient d'expansió lineal, la densitat, la capacitat calorífica i altres factors del metall tenen un impacte en processos com ara el cicle tèrmic, la fusió, la cristal·lització, el canvi de fase, etc. , afectant així la soldabilitat.Els materials amb baixa conductivitat tèrmica, com l'acer inoxidable, tenen grans gradients de temperatura, un alt esforç residual i una gran deformació durant la soldadura.A més, a causa del llarg temps de residència a alta temperatura, els grans de la zona afectada per la calor creixen, la qual cosa perjudica el rendiment de la junta.L'acer inoxidable austenític té un gran coeficient d'expansió lineal i una forta deformació i tensió de les articulacions.
Pel que fa a la composició química, l'element més influent és el carboni, la qual cosa significa que el contingut de carboni del metall determina la seva soldabilitat.La majoria dels altres elements d'aliatge de l'acer no són propicis per a la soldadura, però el seu impacte és generalment molt menor que el del carboni.A mesura que augmenta el contingut de carboni de l'acer, augmenta la tendència a l'enduriment, la plasticitat disminueix i les esquerdes de soldadura són propenses a produir-se.Normalment, la sensibilitat dels materials metàl·lics a les esquerdes durant la soldadura i els canvis en les propietats mecàniques de la zona de la junta soldada s'utilitzen com a indicadors principals per avaluar la soldabilitat dels materials.Per tant, com més gran sigui el contingut de carboni, pitjor serà la soldabilitat.L'acer baix en carboni i l'acer baix aliat amb un contingut de carboni inferior al 0,25% tenen una plasticitat i una resistència a l'impacte excel·lents, i la plasticitat i la resistència a l'impacte de les juntes soldades després de la soldadura també són molt bones.No es requereix tractament tèrmic de preescalfament i postsoldadura durant la soldadura, i el procés de soldadura és fàcil de controlar, de manera que té una bona soldabilitat.
A més, l'estat de fosa i laminació, l'estat de tractament tèrmic, l'estat organitzatiu, etc. de l'acer afecten la soldabilitat en diferents graus.La soldabilitat de l'acer es pot millorar refinant o refinant grans i processos de laminació controlats.
Els materials de soldadura participen directament en una sèrie de reaccions químiques metal·lúrgiques durant el procés de soldadura, que determinen la composició, estructura, propietats i formació de defectes del metall de soldadura.Si els materials de soldadura estan mal seleccionats i no coincideixen amb el metall base, no només no s'obtindrà una unió que compleixi els requisits d'ús, sinó que també s'introduiran defectes com esquerdes i canvis en les propietats estructurals.Per tant, la selecció correcta dels materials de soldadura és un factor important per garantir unions de soldadura d'alta qualitat.
2. Factors de procés
Els factors del procés inclouen mètodes de soldadura, paràmetres del procés de soldadura, seqüència de soldadura, preescalfament, postescalfament i tractament tèrmic posterior a la soldadura, etc. El mètode de soldadura té una gran influència en la soldabilitat, principalment en dos aspectes: característiques de la font de calor i condicions de protecció.
Els diferents mètodes de soldadura tenen fonts de calor molt diferents en termes de potència, densitat d'energia, temperatura màxima d'escalfament, etc. Els metalls soldats sota diferents fonts de calor mostraran diferents propietats de soldadura.Per exemple, la potència de la soldadura d'electroescòria és molt alta, però la densitat d'energia és molt baixa i la temperatura màxima d'escalfament no és alta.L'escalfament és lent durant la soldadura i el temps de residència a alta temperatura és llarg, donant lloc a grans gruixuts a la zona afectada per la calor i una reducció significativa de la resistència a l'impacte, que s'ha de normalitzar.Millorar.En canvi, la soldadura per feix d'electrons, la soldadura per làser i altres mètodes tenen poca potència, però alta densitat d'energia i escalfament ràpid.El temps de residència a alta temperatura és curt, la zona afectada per la calor és molt estreta i no hi ha perill de creixement del gra.
L'ajust dels paràmetres del procés de soldadura i l'adopció d'altres mesures de procés com ara el preescalfament, el postescalfament, la soldadura multicapa i el control de la temperatura entre capes poden ajustar i controlar el cicle tèrmic de soldadura, canviant així la soldabilitat del metall.Si es prenen mesures com el preescalfament abans de la soldadura o el tractament tèrmic després de la soldadura, és totalment possible obtenir juntes soldades sense defectes de fissura que compleixin els requisits de rendiment.
3. Factors estructurals
Es refereix principalment a la forma de disseny de l'estructura soldada i les juntes soldades, com ara l'impacte de factors com la forma estructural, la mida, el gruix, la forma de la ranura de la junta, la disposició de la soldadura i la seva forma de secció transversal sobre la soldabilitat.La seva influència es reflecteix principalment en la transferència de calor i l'estat de força.Els diferents gruixos de plaques, diferents formes d'unió o formes de ranura tenen diferents direccions i velocitats de transferència de calor, que afectaran la direcció de cristal·lització i el creixement del gra de la piscina fosa.L'interruptor estructural, el gruix de la placa i la disposició de la soldadura determinen la rigidesa i la restricció de la unió, que afecta l'estat de tensió de la unió.La mala morfologia del cristall, la concentració d'estrès severa i l'excés d'esforç de soldadura són les condicions bàsiques per a la formació d'esquerdes de soldadura.En el disseny, la reducció de la rigidesa de les unions, la reducció de les soldadures creuades i la reducció de diversos factors que causen la concentració d'estrès són mesures importants per millorar la soldabilitat.
4. Condicions d'ús
Es refereix a la temperatura de funcionament, les condicions de càrrega i el medi de treball durant el període de servei de l'estructura soldada.Aquests entorns de treball i condicions de funcionament requereixen que les estructures soldades tinguin el rendiment corresponent.Per exemple, les estructures soldades que treballen a baixes temperatures han de tenir una resistència a la fractura fràgil;les estructures que treballen a altes temperatures han de tenir resistència a la fluència;les estructures que treballen sota càrregues alternes han de tenir una bona resistència a la fatiga;estructures que treballen en medis àcids, àlcalis o salins El recipient soldat ha de tenir una alta resistència a la corrosió, etc.En resum, com més severes siguin les condicions d'ús, més alts són els requisits de qualitat de les juntes soldades i més difícil és assegurar la soldabilitat del material.
Identificació i avaluació de l'índex de soldabilitat de materials metàl·lics
Durant el procés de soldadura, el producte experimenta processos tèrmics de soldadura, reaccions metal·lúrgiques, així com esforços i deformacions de soldadura, que produeixen canvis en la composició química, l'estructura metal·logràfica, la mida i la forma, fent que el rendiment de la junta soldada sovint sigui diferent del de la material base, de vegades fins i tot no pot complir els requisits d'ús.Per a molts metalls reactius o refractaris, s'han d'utilitzar mètodes especials de soldadura com ara la soldadura per feix d'electrons o la soldadura làser per obtenir juntes d'alta qualitat.Com menys condicions de l'equip i menys dificultat requerida per fer una bona unió soldada a partir d'un material, millor serà la soldabilitat del material;per contra, si es requereixen mètodes de soldadura complexos i costosos, materials de soldadura especials i mesures de procés, vol dir que el material La soldabilitat és deficient.
Quan es fabriquen productes, primer s'ha d'avaluar la soldabilitat dels materials utilitzats per determinar si els materials estructurals, els materials de soldadura i els mètodes de soldadura seleccionats són adequats.Hi ha molts mètodes per avaluar la soldabilitat dels materials.Cada mètode només pot explicar un aspecte determinat de la soldabilitat.Per tant, calen proves per determinar completament la soldabilitat.Els mètodes de prova es poden dividir en tipus de simulació i tipus experimental.El primer simula les característiques de calefacció i refrigeració de la soldadura;aquestes últimes proves segons les condicions reals de soldadura.El contingut de la prova és principalment detectar la composició química, l'estructura metal·logràfica, les propietats mecàniques i la presència o absència de defectes de soldadura del metall base i el metall de soldadura, i per determinar el rendiment a baixa temperatura, el rendiment a alta temperatura, la resistència a la corrosió i resistència a l'esquerda de la junta soldada.
Característiques de soldadura de materials metàl·lics d'ús habitual
1. Soldadura d'acer al carboni
(1) Soldadura d'acer baix en carboni
L'acer baix en carboni té un baix contingut en carboni, baix contingut en manganès i silici.En circumstàncies normals, no provocarà un enduriment estructural greu o una estructura d'extinció a causa de la soldadura.Aquest tipus d'acer té una excel·lent plasticitat i resistència a l'impacte, i la plasticitat i la duresa de les seves juntes soldades també són molt bones.En general, no es requereix preescalfament i postescalfament durant la soldadura, i no es requereixen mesures especials de procés per obtenir juntes soldades amb una qualitat satisfactòria.Per tant, l'acer baix en carboni té un excel·lent rendiment de soldadura i és l'acer amb el millor rendiment de soldadura entre tots els acers..
(2) Soldadura d'acer al carboni mitjà
L'acer de carboni mitjà té un contingut de carboni més elevat i la seva soldabilitat és pitjor que l'acer de baix carboni.Quan el CE està a prop del límit inferior (0,25%), la soldabilitat és bona.A mesura que augmenta el contingut de carboni, augmenta la tendència a l'enduriment i es genera fàcilment una estructura de martensita de baixa plasticitat a la zona afectada per la calor.Quan la soldadura és relativament rígida o els materials de soldadura i els paràmetres del procés estan mal seleccionats, és probable que es produeixin esquerdes fredes.Quan es solda la primera capa de soldadura multicapa, a causa de la gran proporció del metall base fusionat a la soldadura, el contingut de carboni, sofre i fòsfor augmenta, facilitant la producció d'esquerdes calentes.A més, la sensibilitat estomàtica també augmenta quan el contingut de carboni és elevat.
(3) Soldadura d'acer d'alt carboni
L'acer d'alt carboni amb CE superior al 0,6% té una alta tempabilitat i és propens a produir martensita d'alt carboni dura i trencadissa.Les esquerdes són propenses a produir-se a les soldadures i zones afectades per la calor, cosa que dificulta la soldadura.Per tant, aquest tipus d'acer generalment no s'utilitza per fer estructures soldades, sinó que s'utilitza per fabricar components o peces d'alta duresa o resistència al desgast.La major part de la seva soldadura és per reparar peces danyades.Aquestes peces i components s'han de recuit abans de la reparació de la soldadura per reduir les esquerdes de la soldadura, i després tractar-les tèrmicament de nou després de la soldadura.
2. Soldadura d'acers d'alta resistència de baix aliatge
El contingut de carboni de l'acer d'alta resistència de baix aliatge generalment no supera el 0,20% i els elements d'aliatge totals generalment no superen el 5%.És precisament perquè l'acer d'alta resistència de baix aliatge conté una certa quantitat d'elements d'aliatge que el seu rendiment de soldadura és una mica diferent del de l'acer al carboni.Les seves característiques de soldadura són les següents:
(1) Esquerdes de soldadura en juntes soldades
L'acer d'alta resistència de baix aliatge cracat en fred conté C, Mn, V, Nb i altres elements que enforteixen l'acer, de manera que és fàcil d'endurir durant la soldadura.Aquestes estructures endurides són molt sensibles.Per tant, quan la rigidesa és gran o l'estrès de restricció és elevat, si el procés de soldadura inadequat pot causar esquerdes fredes fàcilment.A més, aquest tipus de fissura té un cert retard i és extremadament perjudicial.
Esquerdes de reescalfament (SR) Les esquerdes de reescalfament són esquerdes intergranulars que es produeixen a l'àrea de gra gruixut prop de la línia de fusió durant el tractament tèrmic d'alleujament de l'estrès posterior a la soldadura o el funcionament a llarg termini a alta temperatura.En general, es creu que es produeix a causa de l'alta temperatura de soldadura que fa que V, Nb, Cr, Mo i altres carburs propers a la HAZ es dissolguin sòlids a l'austenita.No tenen temps de precipitar durant el refredament després de la soldadura, sinó que es dispersen i precipiten durant el PWHT, reforçant així l'estructura cristal·lina.A l'interior, la deformació de fluència durant la relaxació de l'esforç es concentra als límits del gra.
Les juntes soldades d'acer d'alta resistència de baix aliatge generalment no són propenses a reescalfar esquerdes, com ara 16MnR, 15MnVR, etc. Tanmateix, per als acers d'alta resistència de baix aliatge de les sèries Mn-Mo-Nb i Mn-Mo-V, com ara 07MnCrMoVR, com que Nb, V i Mo són elements que tenen una gran sensibilitat al reescalfament d'esquerdes, aquest tipus d'acer s'ha de tractar durant el tractament tèrmic posterior a la soldadura.S'ha de tenir cura d'evitar l'àrea de temperatura sensible de les esquerdes de reescalfament per evitar que es produeixin esquerdes de reescalfament.
(2) Fragilització i suavització de les juntes soldades
Fragilització per envelliment per deformació Les juntes soldades han de sotmetre's a diferents processos en fred (cisalla en blanc, laminació de barrils, etc.) abans de la soldadura.L'acer produirà una deformació plàstica.Si l'àrea s'escalfa encara més entre 200 i 450 °C, es produirà un envelliment per soca..La fragilitat de l'envelliment per tensió reduirà la plasticitat de l'acer i augmentarà la temperatura de transició fràgil, donant lloc a una fractura fràgil de l'equip.El tractament tèrmic posterior a la soldadura pot eliminar aquest envelliment per tensió de l'estructura soldada i restaurar la duresa.
Fragilització de les soldadures i zones afectades per la calor La soldadura és un procés d'escalfament i refrigeració desigual, que dóna lloc a una estructura desigual.La temperatura de transició fràgil de la soldadura (WM) i la zona afectada per la calor (HAZ) és més alta que la del metall base i és l'enllaç feble de la unió.L'energia de la línia de soldadura té un impacte important en les propietats de l'acer d'alta resistència de baix aliatge WM i HAZ.L'acer d'alta resistència de baix aliatge és fàcil d'endurir.Si l'energia de la línia és massa petita, la martensita apareixerà a HAZ i causarà esquerdes.Si l'energia de la línia és massa gran, els grans de WM i HAZ es tornaran gruixuts.Farà que l'articulació es torni trencadissa.En comparació amb l'acer laminat en calent i normalitzat, l'acer temperat i temperat amb baixes emissions de carboni té una tendència més greu a la fragilitat HAZ causada per una energia lineal excessiva.Per tant, quan es solda, l'energia de la línia s'ha de limitar a un determinat rang.
Suavització de la zona afectada per la calor de les juntes soldades A causa de l'acció de la calor de la soldadura, l'exterior de la zona afectada per la calor (HAZ) d'acer temperat i temperat amb baixes emissions de carboni s'escalfa per sobre de la temperatura de temperat, especialment l'àrea propera a Ac1, que produirà una zona de suavització amb força reduïda.El suavització estructural a la zona HAZ augmenta amb l'augment de l'energia de la línia de soldadura i la temperatura de preescalfament, però generalment la resistència a la tracció a la zona suavitzada encara és superior al límit inferior del valor estàndard del metall base, de manera que la zona afectada per la calor d'aquest tipus d'acer es suavitza Mentre la mà d'obra sigui adequada, el problema no afectarà el rendiment de la junta.
3. Soldadura d'acer inoxidable
L'acer inoxidable es pot dividir en quatre categories segons les seves diferents estructures d'acer, a saber, acer inoxidable austenític, acer inoxidable ferrític, acer inoxidable martensític i acer inoxidable dúplex austenític-ferrític.A continuació s'analitzen principalment les característiques de soldadura de l'acer inoxidable austenític i l'acer inoxidable bidireccional.
(1) Soldadura d'acer inoxidable austenític
Els acers inoxidables austenítics són més fàcils de soldar que altres acers inoxidables.No hi haurà transformació de fase a cap temperatura i no és sensible a la fragilització de l'hidrogen.La junta d'acer inoxidable austenític també té una bona plasticitat i duresa en estat de soldadura.Els principals problemes de la soldadura són: soldadura d'esquerdes en calent, fragilitat, corrosió intergranular i corrosió per tensió, etc. A més, a causa de la mala conductivitat tèrmica i el gran coeficient d'expansió lineal, la tensió i la deformació de la soldadura són grans.Quan es solda, l'entrada de calor de soldadura ha de ser tan petita com sigui possible, no hi hauria d'haver preescalfament i la temperatura entre capes s'ha de reduir.La temperatura entre capes s'ha de controlar per sota dels 60 °C i les juntes de soldadura s'han de escalonar.Per reduir l'entrada de calor, la velocitat de soldadura no s'ha d'augmentar excessivament, però el corrent de soldadura s'ha de reduir adequadament.
(2) Soldadura d'acer inoxidable austenític-ferrític de dues vies
L'acer inoxidable dúplex austenític-ferrític és un acer inoxidable dúplex format per dues fases: austenita i ferrita.Combina els avantatges de l'acer austenític i l'acer ferrític, de manera que té les característiques d'alta resistència, bona resistència a la corrosió i fàcil soldadura.Actualment, hi ha tres tipus principals d'acer inoxidable dúplex: Cr18, Cr21 i Cr25.Les principals característiques d'aquest tipus de soldadura d'acer són: menor tendència tèrmica en comparació amb l'acer inoxidable austenític;Menor tendència a la fragilitat després de la soldadura en comparació amb l'acer inoxidable ferrític pur, i el grau d'engruiximent de la ferrita a la zona afectada per la calor de la soldadura També és menor, de manera que la soldabilitat és millor.
Com que aquest tipus d'acer té bones propietats de soldadura, no es requereix preescalfament ni postescalfament durant la soldadura.Les plaques primes s'han de soldar mitjançant TIG, i les plaques mitjanes i gruixudes es poden soldar mitjançant soldadura per arc.Quan es solda per arc, s'han d'utilitzar varetes de soldadura especials amb una composició similar al metall base o barres de soldadura austenítiques amb baix contingut de carboni.Els elèctrodes d'aliatge a base de níquel també es poden utilitzar per a acer bifàsic tipus Cr25.
Els acers de doble fase tenen una proporció més gran de ferrita i les tendències inherents a la fragilitat dels acers ferrítics, com ara la fragilitat a 475 ° C, la fragilitat per precipitació en fase σ i els grans gruixuts, encara existeixen, només per la presència d'austenita.Es pot obtenir una mica d'alleujament mitjançant l'efecte d'equilibri, però encara cal parar atenció a l'hora de soldar.Quan es solda acer inoxidable dúplex sense Ni o baix Ni, hi ha una tendència a la ferrita monofàsica i l'engruiximent del gra a la zona afectada per la calor.En aquest moment, s'ha de prestar atenció a controlar l'entrada de calor de soldadura i intentar utilitzar un corrent petit, una velocitat de soldadura alta i una soldadura de canal estret.I soldadura multipass per evitar l'engruiximent del gra i la ferritització monofàsica a la zona afectada per la calor.La temperatura entre capes no ha de ser massa alta.El millor és soldar la següent passada després del refredament.
Hora de publicació: 11-set-2023