Zavarljivost metalnih materijala odnosi se na sposobnost metalnih materijala da dobiju odlične spojeve za zavarivanje upotrebom određenih procesa zavarivanja, uključujući metode zavarivanja, materijale za zavarivanje, specifikacije zavarivanja i zavarivanje strukturnih oblika.Ako metal može dobiti odlične zavarene spojeve korištenjem uobičajenih i jednostavnijih procesa zavarivanja, smatra se da ima dobre performanse zavarivanja.Zavarljivost metalnih materijala općenito se dijeli na dva aspekta: zavarljivost postupkom i zavarljivost pri primjeni.
Zavarljivost procesa: odnosi se na sposobnost dobijanja odličnih zavarenih spojeva bez grešaka pod određenim uslovima procesa zavarivanja.To nije inherentno svojstvo metala, već se procjenjuje na osnovu određene metode zavarivanja i specifičnih mjera procesa koji se koriste.Stoga je procesna zavarljivost metalnih materijala usko povezana s procesom zavarivanja.
Servisna zavarljivost: odnosi se na stepen do kojeg zavareni spoj ili cijela konstrukcija ispunjavaju performanse koje su navedene u tehničkim uvjetima proizvoda.Performanse zavise od radnih uslova zavarene konstrukcije i tehničkih zahteva postavljenih u projektu.Obično uključuju mehanička svojstva, otpornost na niske temperature, otpornost na krhko lomljenje, puzanje na visokim temperaturama, svojstva zamora, trajnu čvrstoću, otpornost na koroziju i otpornost na habanje, itd. Na primjer, uobičajeno korišteni nehrđajući čelici S30403 i S31603 imaju odličnu otpornost na koroziju i 16MnDR i 09MnNiDR niskotemperaturni čelici također imaju dobru otpornost na žilavost pri niskim temperaturama.
Faktori koji utiču na performanse zavarivanja metalnih materijala
1. Materijalni faktori
Materijali uključuju obični metal i materijale za zavarivanje.Pod istim uslovima zavarivanja, glavni faktori koji određuju zavarljivost osnovnog metala su njegova fizička svojstva i hemijski sastav.
U pogledu fizičkih svojstava: faktori kao što su tačka topljenja, toplotna provodljivost, koeficijent linearne ekspanzije, gustina, toplotni kapacitet i drugi faktori metala imaju uticaj na procese kao što su termički ciklus, topljenje, kristalizacija, promena faze itd. , što utiče na zavarljivost.Materijali niske toplotne provodljivosti kao što je nerđajući čelik imaju velike temperaturne gradijente, visoko zaostalo naprezanje i veliku deformaciju tokom zavarivanja.Štaviše, zbog dugog vremena zadržavanja na visokoj temperaturi, zrna u zoni zahvaćenom toplotom rastu, što je štetno za performanse spoja.Austenitni nerđajući čelik ima veliki koeficijent linearnog širenja i velike deformacije i naprezanja zgloba.
U pogledu hemijskog sastava, najuticajniji element je ugljenik, što znači da sadržaj ugljenika u metalu određuje njegovu zavarljivost.Većina drugih legirajućih elemenata u čeliku nije pogodna za zavarivanje, ali je njihov utjecaj općenito mnogo manji od utjecaja ugljika.Kako se sadržaj ugljika u čeliku povećava, povećava se sklonost ka stvrdnjavanju, smanjuje se plastičnost i sklone su nastanku pukotina od zavarivanja.Obično se osjetljivost metalnih materijala na pukotine tokom zavarivanja i promjene mehaničkih svojstava područja zavarenog spoja koriste kao glavni pokazatelji za procjenu zavarljivosti materijala.Stoga, što je veći sadržaj ugljika, lošija je zavarljivost.Niskougljični čelik i niskolegirani čelik sa sadržajem ugljika manjim od 0,25% imaju odličnu plastičnost i udarnu žilavost, a plastičnost i udarna žilavost zavarenih spojeva nakon zavarivanja su također vrlo dobre.Predgrijavanje i termička obrada nakon zavarivanja nisu potrebni tokom zavarivanja, a proces zavarivanja je lak za kontrolu, tako da ima dobru zavarljivost.
Pored toga, stanje topljenja i valjanja, stanje termičke obrade, organizaciono stanje, itd. čelika u različitom stepenu utiču na zavarljivost.Zavarljivost čelika može se poboljšati rafiniranjem ili rafiniranjem zrna i kontroliranim procesima valjanja.
Materijali za zavarivanje direktno učestvuju u nizu hemijskih metalurških reakcija tokom procesa zavarivanja, koje određuju sastav, strukturu, svojstva i formiranje defekata metala šava.Ako su materijali za zavarivanje nepravilno odabrani i ne odgovaraju osnovnom metalu, ne samo da se neće dobiti spoj koji ispunjava zahtjeve upotrebe, već će se pojaviti i nedostaci kao što su pukotine i promjene u strukturnim svojstvima.Stoga je pravilan odabir materijala za zavarivanje važan faktor u osiguravanju kvalitetnih zavarenih spojeva.
2. Procesni faktori
Faktori procesa uključuju metode zavarivanja, parametre procesa zavarivanja, redoslijed zavarivanja, predgrijavanje, naknadno zagrijavanje i termičku obradu nakon zavarivanja, itd. Metoda zavarivanja ima veliki utjecaj na zavarljivost, uglavnom u dva aspekta: karakteristike izvora topline i uvjeti zaštite.
Različite metode zavarivanja imaju veoma različite izvore toplote u smislu snage, gustine energije, maksimalne temperature grejanja, itd. Metali zavareni pod različitim izvorima toplote će pokazati različita svojstva zavarivanja.Na primjer, snaga zavarivanja elektrotroskom je vrlo visoka, ali je gustoća energije vrlo niska, a maksimalna temperatura grijanja nije visoka.Zagrijavanje je sporo tokom zavarivanja, a vrijeme zadržavanja na visokoj temperaturi je dugo, što rezultira krupnim zrnima u zoni utjecaja topline i značajnim smanjenjem udarne žilavosti, koja se mora normalizirati.Poboljšati.Nasuprot tome, zavarivanje elektronskim snopom, lasersko zavarivanje i druge metode imaju malu snagu, ali veliku gustoću energije i brzo zagrijavanje.Vrijeme zadržavanja na visokoj temperaturi je kratko, zona utjecaja topline je vrlo uska i nema opasnosti od rasta zrna.
Podešavanjem parametara procesa zavarivanja i usvajanjem drugih mjera procesa kao što su predgrijavanje, naknadno zagrijavanje, višeslojno zavarivanje i kontrola međuslojne temperature može se podesiti i kontrolirati termički ciklus zavarivanja, čime se mijenja zavarljivost metala.Ako se preduzmu mjere kao što su predgrijavanje prije zavarivanja ili toplinska obrada nakon zavarivanja, potpuno je moguće dobiti zavarene spojeve bez pukotina koji zadovoljavaju zahtjeve performansi.
3. Strukturni faktori
Uglavnom se odnosi na oblik dizajna zavarene konstrukcije i zavarenih spojeva, kao što je utjecaj faktora kao što su oblik konstrukcije, veličina, debljina, oblik utora spoja, raspored zavara i oblik njegovog poprečnog presjeka na zavarljivost.Njegov uticaj se uglavnom ogleda u prenosu toplote i stanju sile.Različite debljine ploča, različiti oblici spojeva ili oblici žljebova imaju različite smjerove i brzine prijenosa topline, što će utjecati na smjer kristalizacije i rast zrna rastopljenog bazena.Strukturalni prekidač, debljina ploče i raspored zavara određuju krutost i ograničenje spoja, što utiče na stanje naprezanja spoja.Loša morfologija kristala, velika koncentracija naprezanja i prekomjerno naprezanje pri zavarivanju osnovni su uvjeti za nastanak pukotina od zavarivanja.U dizajnu, smanjenje krutosti spoja, smanjenje poprečnih zavarenih spojeva i smanjenje različitih faktora koji uzrokuju koncentraciju naprezanja su sve važne mjere za poboljšanje zavarljivosti.
4. Uvjeti korištenja
Odnosi se na radnu temperaturu, uslove opterećenja i radni medij tokom radnog perioda zavarene konstrukcije.Ova radna okruženja i uslovi rada zahtevaju da zavarene konstrukcije imaju odgovarajuće performanse.Na primjer, zavarene konstrukcije koje rade na niskim temperaturama moraju imati otpornost na krt lom;konstrukcije koje rade na visokim temperaturama moraju imati otpornost na puzanje;konstrukcije koje rade pod naizmjeničnim opterećenjima moraju imati dobru otpornost na zamor;strukture koje rade u kiselim, alkalnim ili slanim medijima. Zavareni kontejner treba da ima visoku otpornost na koroziju i tako dalje.Ukratko, što su stroži uvjeti upotrebe, to su zahtjevi za kvalitetom zavarenih spojeva veći i teže je osigurati zavarljivost materijala.
Indeks identifikacije i evaluacije zavarljivosti metalnih materijala
Tokom procesa zavarivanja, proizvod se podvrgava termičkim procesima zavarivanja, metalurškim reakcijama, kao i naprezanju i deformaciji zavarivanja, što rezultira promjenama u hemijskom sastavu, metalografskoj strukturi, veličini i obliku, zbog čega se performanse zavarenog spoja često razlikuju od performansi zavarenog spoja. osnovni materijal, ponekad čak i Ne može ispuniti zahtjeve za korištenje.Za mnoge reaktivne ili vatrostalne metale treba koristiti posebne metode zavarivanja kao što su zavarivanje elektronskim snopom ili lasersko zavarivanje kako bi se dobili visokokvalitetni spojevi.Što je manje uslova opreme i manje poteškoća potrebnih da bi se napravio dobar zavareni spoj od materijala, to je bolja zavarljivost materijala;naprotiv, ako su potrebne složene i skupe metode zavarivanja, posebni materijali za zavarivanje i procesne mjere, to znači da je materijal loša zavarljivost.
Prilikom proizvodnje proizvoda, zavarljivost upotrijebljenih materijala prvo se mora ocijeniti kako bi se utvrdilo da li su odabrani strukturni materijali, materijali za zavarivanje i metode zavarivanja odgovarajući.Postoji mnogo metoda za procjenu zavarljivosti materijala.Svaka metoda može objasniti samo određeni aspekt zavarljivosti.Stoga su potrebna ispitivanja kako bi se u potpunosti utvrdila zavarljivost.Metode ispitivanja se mogu podijeliti na tip simulacije i eksperimentalni tip.Prvi simulira karakteristike grijanja i hlađenja zavarivanja;potonji ispituje u skladu sa stvarnim uslovima zavarivanja.Sadržaj testa je uglavnom za otkrivanje hemijskog sastava, metalografske strukture, mehaničkih svojstava i prisutnosti ili odsustva defekata zavarivanja osnovnog metala i metala šava, kao i za određivanje performansi pri niskim temperaturama, performansama pri visokim temperaturama, otpornosti na koroziju i otpornost na pukotine zavarenog spoja.
Karakteristike zavarivanja najčešće korištenih metalnih materijala
1. Zavarivanje ugljičnog čelika
(1) Zavarivanje niskougljičnog čelika
Niskougljični čelik ima nizak sadržaj ugljika, nizak sadržaj mangana i silicija.U normalnim okolnostima, neće uzrokovati ozbiljno strukturno otvrdnjavanje ili gašenje strukture zbog zavarivanja.Ova vrsta čelika ima odličnu plastičnost i udarnu žilavost, a plastičnost i žilavost njegovih zavarenih spojeva su također izuzetno dobre.Predgrijavanje i naknadno zagrijavanje općenito nisu potrebni tokom zavarivanja, a posebne procesne mjere nisu potrebne da bi se zavareni spojevi dobili zadovoljavajućeg kvaliteta.Stoga, niskougljični čelik ima odlične performanse zavarivanja i čelik je s najboljim performansama zavarivanja među svim čelicima..
(2) Zavarivanje srednjeg ugljeničnog čelika
Čelik sa srednjim ugljikom ima veći sadržaj ugljika i njegova zavarljivost je lošija od čelika s niskim udjelom ugljika.Kada je CE blizu donje granice (0,25%), zavarljivost je dobra.Kako se sadržaj ugljika povećava, povećava se tendencija stvrdnjavanja i lako se stvara niskoplastična martenzitna struktura u zoni utjecaja topline.Kada je zavar relativno krut ili su materijali za zavarivanje i parametri procesa nepravilno odabrani, vjerovatno će doći do hladnih pukotina.Prilikom zavarivanja prvog sloja višeslojnog zavarivanja, zbog velikog udjela osnovnog metala utopljenog u šav, povećava se sadržaj ugljika, sumpora i fosfora, što olakšava stvaranje vrućih pukotina.Osim toga, osjetljivost stomata se također povećava kada je sadržaj ugljika visok.
(3) Zavarivanje visokougljičnog čelika
Visokougljični čelik sa CE većim od 0,6% ima visoku sposobnost kaljenja i sklon je stvaranju tvrdog i lomljivog martenzita s visokim udjelom ugljika.Pukotine su sklone nastanku u zavarenim spojevima i zonama pod utjecajem topline, što otežava zavarivanje.Stoga se ova vrsta čelika uglavnom ne koristi za izradu zavarenih konstrukcija, već se koristi za izradu komponenti ili dijelova visoke tvrdoće ili otpornosti na habanje.Većina njihovog zavarivanja je za popravku oštećenih dijelova.Ove dijelove i komponente treba žariti prije popravka zavarivanja kako bi se smanjile pukotine od zavarivanja, a zatim ponovo termički obraditi nakon zavarivanja.
2. Zavarivanje niskolegiranog čelika visoke čvrstoće
Sadržaj ugljika niskolegiranih čelika visoke čvrstoće uglavnom ne prelazi 0,20%, a ukupni legirajući elementi uglavnom ne prelaze 5%.Upravo zato što niskolegirani čelik visoke čvrstoće sadrži određenu količinu legiranih elemenata, njegov učinak zavarivanja je nešto drugačiji od ugljičnog čelika.Njegove karakteristike zavarivanja su sljedeće:
(1) Pukotine od zavarivanja u zavarenim spojevima
Hladno ispucani niskolegirani čelik visoke čvrstoće sadrži C, Mn, V, Nb i druge elemente koji učvršćuju čelik, pa se lako kalje prilikom zavarivanja.Ove očvrsle strukture su vrlo osjetljive.Stoga, kada je krutost velika ili je naprezanje visoko, ako nepravilan proces zavarivanja može lako uzrokovati hladne pukotine.Štaviše, ova vrsta pukotine ima određeno kašnjenje i izuzetno je štetna.
Pukotine od ponovnog zagrijavanja (SR) Pukotine od ponovnog zagrijavanja su intergranularne pukotine koje se javljaju u grubo zrnatom području u blizini linije fuzije tokom toplinske obrade za ublažavanje naprezanja nakon zavarivanja ili dugotrajnog rada na visokim temperaturama.Općenito se vjeruje da nastaje zbog visoke temperature zavarivanja zbog čega su V, Nb, Cr, Mo i drugi karbidi u blizini ZUT-a u čvrstom stanju otopljeni u austenitu.Nemaju vremena da se talože tokom hlađenja nakon zavarivanja, već se raspršuju i talože tokom PWHT-a, jačajući tako kristalnu strukturu.Unutar, deformacija puzanja tijekom relaksacije naprezanja koncentrirana je na granicama zrna.
Zavareni spojevi niskolegiranih čelika visoke čvrstoće generalno nisu skloni ponovnom zagrijavanju pukotina, kao što su 16MnR, 15MnVR, itd. Međutim, za Mn-Mo-Nb i Mn-Mo-V serije niskolegiranih čelika visoke čvrstoće, kao npr. 07MnCrMoVR, budući da su Nb, V i Mo elementi koji imaju jaku osjetljivost na pucanje od ponovnog zagrijavanja, ovaj tip čelika treba biti tretiran tokom termičke obrade nakon zavarivanja.Treba voditi računa da se izbjegne osjetljivo temperaturno područje pukotina od ponovnog zagrijavanja kako bi se spriječila pojava pukotina od ponovnog zagrijavanja.
(2) Krtost i omekšavanje zavarenih spojeva
Krtost zbog starenja zbog deformacije Zavareni spojevi prije zavarivanja moraju proći različite hladne procese (rezivanje u praznom obliku, valjanje cijevi, itd.).Čelik će proizvesti plastičnu deformaciju.Ako se područje dodatno zagrije na 200 do 450°C, doći će do starenja deformacija..Krtljivost zbog starenja će smanjiti plastičnost čelika i povećati temperaturu krtog prijelaza, što će rezultirati krhkim lomom opreme.Termička obrada nakon zavarivanja može eliminirati takvo starenje zavarene konstrukcije i vratiti žilavost.
Krtost zavarenih spojeva i zona zahvaćenih toplinom Zavarivanje je neravnomjeran proces zagrijavanja i hlađenja, što rezultira neravnomjernom strukturom.Temperatura krtog prijelaza zavara (WM) i zone utjecaja topline (HAZ) je viša od temperature osnovnog metala i slaba je karika u spoju.Energija linije za zavarivanje ima važan utjecaj na svojstva niskolegiranih čelika visoke čvrstoće WM i HAZ.Niskolegirani čelik visoke čvrstoće se lako kaljuje.Ako je energija linije premala, martenzit će se pojaviti u HAZ-u i uzrokovati pukotine.Ako je energija linije prevelika, zrna WM i HAZ će postati gruba.Uzrokuje da spoj postane lomljiv.U usporedbi s toplo valjanim i normaliziranim čelikom, niskougljični kaljeni i kaljeni čelik ima ozbiljniju tendenciju krtosti ZUT uzrokovane prekomjernom linearnom energijom.Stoga, prilikom zavarivanja, energija linije treba biti ograničena na određeni raspon.
Omekšavanje zone toplotnog uticaja zavarenih spojeva Usled dejstva toplote zavarivanja, spoljašnji deo toplotno zahvaćene zone (HAZ) niskougljičnog kaljenog i kaljenog čelika se zagreva iznad temperature kaljenja, posebno područje u blizini Ac1, što će proizvesti zonu omekšavanja smanjene čvrstoće.Strukturno omekšavanje u zoni HAZ raste sa povećanjem energije linije zavarivanja i temperature predgrijavanja, ali općenito je vlačna čvrstoća u omekšanoj zoni još uvijek viša od donje granice standardne vrijednosti osnovnog metala, tako da zona utjecaja topline ovog tipa čelika omekšava Sve dok je izrada ispravna, problem neće uticati na performanse spoja.
3. Zavarivanje nerđajućeg čelika
Nehrđajući čelik se može podijeliti u četiri kategorije prema različitim čeličnim strukturama, a to su austenitni nehrđajući čelik, feritni nehrđajući čelik, martenzitni nehrđajući čelik i austenitno-feritni dupleks nehrđajući čelik.U nastavku se uglavnom analiziraju karakteristike zavarivanja austenitnog nehrđajućeg čelika i dvosmjernog nehrđajućeg čelika.
(1) Zavarivanje austenitnog nerđajućeg čelika
Austenitni nehrđajući čelici se lakše zavaruju od drugih nehrđajućih čelika.Neće doći do fazne transformacije na bilo kojoj temperaturi i nije osjetljiva na vodoničnu krtost.Spoj od austenitnog nehrđajućeg čelika također ima dobru plastičnost i žilavost u zavarenom stanju.Glavni problemi zavarivanja su: vruće pucanje zavarivanja, krhkost, intergranularna korozija i korozija naponom itd. Osim toga, zbog loše toplotne provodljivosti i velikog koeficijenta linearnog širenja, naprezanje i deformacija zavarivanja su veliki.Prilikom zavarivanja, unos topline zavarivanja treba biti što manji, i ne smije biti predgrijavanja, a temperaturu međusloja treba smanjiti.Temperaturu međusloja treba kontrolisati ispod 60°C, a zavarene spojeve treba poređati.Da bi se smanjio unos topline, brzina zavarivanja se ne smije pretjerano povećavati, ali struju zavarivanja treba na odgovarajući način smanjiti.
(2) Zavarivanje austenitno-feritnog dvosmjernog nehrđajućeg čelika
Austenitno-feritni dupleks nerđajući čelik je dupleks nerđajući čelik sastavljen od dve faze: austenita i ferita.Kombinira prednosti austenitnog čelika i feritnog čelika, tako da ima karakteristike visoke čvrstoće, dobre otpornosti na koroziju i lakog zavarivanja.Trenutno postoje tri glavne vrste dupleks nerđajućeg čelika: Cr18, Cr21 i Cr25.Glavne karakteristike ovog tipa zavarivanja čelika su: niža termička tendencija u poređenju sa austenitnim nerđajućim čelikom;niža tendencija krtosti nakon zavarivanja u poređenju sa čistim feritnim nerđajućim čelikom, i stepen grubosti ferita u zoni uticaja toplote zavarivanja. Takođe je niži, pa je zavarljivost bolja.
Budući da ova vrsta čelika ima dobra svojstva zavarivanja, nije potrebno predgrijavanje i naknadno zagrijavanje tokom zavarivanja.Tanke ploče treba zavariti TIG-om, a srednje i debele ploče mogu se zavariti elektrolučnim zavarivanjem.Prilikom zavarivanja elektrolučnim zavarivanjem treba koristiti specijalne šipke za zavarivanje sličnog sastava kao i osnovni metal ili austenitne šipke za zavarivanje sa niskim sadržajem ugljika.Elektrode od legure na bazi nikla mogu se koristiti i za dvofazni čelik tipa Cr25.
Dvofazni čelici imaju veći udio ferita, a inherentne tendencije krhkosti feritnih čelika, kao što su lomljivost na 475°C, σ faza taloženje krtosti i krupna zrna, i dalje postoje, samo zbog prisustva austenita.Određeno olakšanje se može postići efektom balansiranja, ali ipak morate obratiti pažnju prilikom zavarivanja.Prilikom zavarivanja dupleks nerđajućeg čelika bez Ni ili sa niskim sadržajem Ni postoji tendencija jednofaznog ferita i grubog zrna u zoni uticaja toplote.U ovom trenutku treba obratiti pažnju na kontrolu unosa topline zavarivanja i pokušati koristiti malu struju, veliku brzinu zavarivanja i zavarivanje u uskim kanalima.I zavarivanje u više prolaza kako bi se spriječilo grublje zrna i jednofazna feritizacija u zoni utjecaja topline.Temperatura međuslojeva ne smije biti previsoka.Najbolje je zavariti sljedeći prolaz nakon hlađenja.
Vrijeme objave: Sep-11-2023