Varljivost kovinskih materialov se nanaša na sposobnost kovinskih materialov, da dobijo odlične varilne spoje z uporabo določenih varilnih postopkov, vključno z varilnimi metodami, varilnimi materiali, varilnimi specifikacijami in varilnimi strukturnimi oblikami.Če lahko kovina pridobi odlične varilne spoje z bolj običajnimi in preprostimi postopki varjenja, se šteje, da ima dobro varilno zmogljivost.Varljivost kovinskih materialov je na splošno razdeljena na dva vidika: procesno varjenje in aplikativno varjenje.
Procesna varljivost: se nanaša na zmožnost pridobivanja odličnih zvarnih spojev brez napak pri določenih pogojih postopka varjenja.Ni inherentna lastnost kovine, ampak se ocenjuje na podlagi določene metode varjenja in uporabljenih specifičnih procesnih ukrepov.Zato je procesna varljivost kovinskih materialov tesno povezana s postopkom varjenja.
Servisna varljivost: nanaša se na stopnjo, do katere zvarjeni spoj ali celotna konstrukcija izpolnjuje delovno zmogljivost, določeno s tehničnimi pogoji izdelka.Zmogljivost je odvisna od delovnih pogojev varjene konstrukcije in tehničnih zahtev, navedenih v načrtu.Običajno vključujejo mehanske lastnosti, odpornost na žilavost pri nizkih temperaturah, odpornost na krhek lom, lezenje pri visokih temperaturah, lastnosti utrujenosti, trajno trdnost, odpornost proti koroziji in odpornost proti obrabi itd. Na primer, običajno uporabljena nerjavna jekla S30403 in S31603 imata odlično odpornost proti koroziji in 16MnDR in nizkotemperaturna jekla 09MnNiDR imajo tudi dobro odpornost proti nizki temperaturi.
Dejavniki, ki vplivajo na varilno zmogljivost kovinskih materialov
1. Materialni dejavniki
Materiali vključujejo navadne kovine in materiale za varjenje.Pri enakih pogojih varjenja so glavni dejavniki, ki določajo varivost osnovne kovine, njene fizikalne lastnosti in kemična sestava.
Kar zadeva fizikalne lastnosti: dejavniki, kot so tališče, toplotna prevodnost, linearni raztezni koeficient, gostota, toplotna kapaciteta in drugi dejavniki kovine, vsi vplivajo na procese, kot so termični cikel, taljenje, kristalizacija, fazna sprememba itd. , kar vpliva na varljivost.Materiali z nizko toplotno prevodnostjo, kot je nerjavno jeklo, imajo velike temperaturne gradiente, visoke preostale napetosti in velike deformacije med varjenjem.Poleg tega zaradi dolgega časa zadrževanja pri visoki temperaturi zrna v območju toplotnega vpliva rastejo, kar je škodljivo za delovanje spoja.Avstenitno nerjavno jeklo ima velik koeficient linearne razteznosti ter močno deformacijo in napetost spoja.
Po kemijski sestavi je najvplivnejši element ogljik, kar pomeni, da vsebnost ogljika v kovini določa njeno varivost.Večina drugih legirnih elementov v jeklu ni primerna za varjenje, vendar je njihov vpliv na splošno veliko manjši kot vpliv ogljika.Ko se vsebnost ogljika v jeklu poveča, se nagnjenost kaljenju poveča, plastičnost se zmanjša in nagnjeni so k pojavu varilnih razpok.Običajno se kot glavni indikatorji za oceno varivosti materialov uporabljajo občutljivost kovinskih materialov na razpoke med varjenjem in spremembe mehanskih lastnosti območja zvarnega spoja.Zato je višja vsebnost ogljika slabša varivost.Nizkoogljično jeklo in nizkolegirano jeklo z vsebnostjo ogljika manj kot 0,25 % imata odlično plastičnost in udarno žilavost, zelo dobri pa sta tudi plastičnost in udarna žilavost zvarnih spojev po varjenju.Med varjenjem ni potrebno predgrevanje in toplotna obdelava po varjenju, postopek varjenja pa je enostavno nadzorovati, zato ima dobro varivost.
Poleg tega stanje taljenja in valjanja, stanje toplotne obdelave, organizacijsko stanje itd. jekla v različni meri vplivajo na varljivost.Varljivost jekla je mogoče izboljšati z rafiniranjem ali rafiniranjem zrn in nadzorovanimi postopki valjanja.
Varilni materiali neposredno sodelujejo v nizu kemijskih metalurških reakcij med postopkom varjenja, ki določajo sestavo, strukturo, lastnosti in nastanek napak v zvaru.Če so varilni materiali neustrezno izbrani in se ne ujemajo z osnovno kovino, ne le, da ne bo mogoče doseči spoja, ki bi ustrezal zahtevam uporabe, ampak se bodo pojavile tudi napake, kot so razpoke in spremembe strukturnih lastnosti.Zato je pravilna izbira varilnih materialov pomemben dejavnik pri zagotavljanju kakovostnih zvarnih spojev.
2. Procesni dejavniki
Procesni dejavniki vključujejo varilne metode, parametre varilnega postopka, zaporedje varjenja, predgretje, naknadno segrevanje in toplotno obdelavo po varjenju itd. Varilna metoda ima velik vpliv na varivost, predvsem z dveh vidikov: značilnosti vira toplote in zaščitni pogoji.
Različne metode varjenja imajo zelo različne vire toplote v smislu moči, gostote energije, najvišje temperature segrevanja itd. Kovine, varjene pod različnimi viri toplote, bodo pokazale različne varilne lastnosti.Na primer, moč elektrovarjenja z žlindro je zelo visoka, vendar je gostota energije zelo nizka, najvišja temperatura ogrevanja pa ni visoka.Med varjenjem je segrevanje počasno, čas zadrževanja pri visoki temperaturi pa dolg, kar ima za posledico groba zrna v območju toplotnega vpliva in znatno zmanjšanje udarne žilavosti, ki jo je treba normalizirati.Izboljšati.Nasprotno, varjenje z elektronskim žarkom, lasersko varjenje in druge metode imajo nizko moč, vendar visoko energijsko gostoto in hitro segrevanje.Čas zadrževanja pri visoki temperaturi je kratek, toplotno prizadeto območje je zelo ozko in ni nevarnosti rasti zrn.
Prilagajanje parametrov varilnega postopka in sprejemanje drugih procesnih ukrepov, kot so predgretje, naknadno segrevanje, večslojno varjenje in nadzor temperature vmesnega sloja, lahko prilagodijo in nadzorujejo varilni termični cikel, s čimer se spremeni varivost kovine.Če se izvedejo ukrepi, kot je predgrevanje pred varjenjem ali toplotna obdelava po varjenju, je povsem mogoče dobiti zvarne spoje brez napak pri razpokah, ki izpolnjujejo zahteve glede učinkovitosti.
3. Strukturni dejavniki
V glavnem se nanaša na konstrukcijsko obliko varjene konstrukcije in zvarnih spojev, kot je vpliv dejavnikov, kot so strukturna oblika, velikost, debelina, oblika utora za spoj, postavitev zvara in oblika njegovega preseka na varivost.Njegov vpliv se kaže predvsem v prenosu toplote in stanju sile.Različne debeline plošč, različne oblike spojev ali oblike utorov imajo različne smeri in stopnje hitrosti prenosa toplote, kar bo vplivalo na smer kristalizacije in rast zrn v bazenu staline.Konstrukcijsko stikalo, debelina plošče in razporeditev zvarov določajo togost in zadrževanje spoja, kar vpliva na napetostno stanje spoja.Slaba kristalna morfologija, velika koncentracija napetosti in prevelika varilna napetost so osnovni pogoji za nastanek varilnih razpok.Pri načrtovanju so zmanjšanje togosti spoja, zmanjšanje križnih zvarov in zmanjšanje različnih dejavnikov, ki povzročajo koncentracijo napetosti, pomembni ukrepi za izboljšanje varljivosti.
4. Pogoji uporabe
Nanaša se na delovno temperaturo, pogoje obremenitve in delovni medij med obratovalno dobo varjene konstrukcije.Ta delovna okolja in delovni pogoji zahtevajo, da imajo varjene konstrukcije ustrezno zmogljivost.Na primer, varjene konstrukcije, ki delujejo pri nizkih temperaturah, morajo imeti odpornost proti krhkemu lomu;konstrukcije, ki delujejo pri visokih temperaturah, morajo imeti odpornost proti lezenju;konstrukcije, ki delujejo pod izmeničnimi obremenitvami, morajo imeti dobro odpornost proti utrujenosti;konstrukcije, ki delujejo v kislinskih, alkalnih ali solnih medijih. Zvarjena posoda mora imeti visoko odpornost proti koroziji itd.Skratka, strožji kot so pogoji uporabe, višje so zahteve glede kakovosti zvarnih spojev in težje je zagotoviti varivost materiala.
Identifikacija in vrednotenje indeksa varljivosti kovinskih materialov
Med postopkom varjenja je izdelek podvržen varilnim termičnim postopkom, metalurškim reakcijam, kot tudi varilni napetosti in deformaciji, kar ima za posledico spremembe v kemični sestavi, metalografski strukturi, velikosti in obliki, zaradi česar se zmogljivost zvarjenega spoja pogosto razlikuje od učinkovitosti varjenega spoja. osnovni material, včasih celo ne more izpolniti zahtev glede uporabe.Za številne reaktivne ali ognjevzdržne kovine je treba uporabiti posebne metode varjenja, kot je varjenje z elektronskim žarkom ali lasersko varjenje, da dobimo visokokakovostne spoje.Čim manj pogojev opreme in manj težav je potrebnih za izdelavo dobrega zvarnega spoja iz materiala, tem boljša je varivost materiala;Nasprotno, če so potrebne zapletene in drage metode varjenja, posebni varilni materiali in procesni ukrepi, to pomeni, da je varivost materiala slaba.
Pri izdelavi izdelkov je treba najprej oceniti varivost uporabljenih materialov, da se ugotovi, ali so izbrani konstrukcijski materiali, varilni materiali in varilne metode ustrezni.Obstaja veliko metod za ocenjevanje varivosti materialov.Vsaka metoda lahko pojasni le določen vidik varljivosti.Zato so za popolno določitev varivosti potrebni preskusi.Testne metode lahko razdelimo na simulacijske in eksperimentalne.Prvi simulira lastnosti ogrevanja in hlajenja pri varjenju;slednji testira glede na dejanske pogoje varjenja.Vsebina preskusa je v glavnem zaznati kemično sestavo, metalografsko strukturo, mehanske lastnosti in prisotnost ali odsotnost napak pri varjenju osnovne kovine in zvara ter določiti nizkotemperaturno delovanje, visokotemperaturno delovanje, odpornost proti koroziji in odpornost varjenega spoja na razpoke.
Varilne lastnosti običajno uporabljenih kovinskih materialov
1. Varjenje ogljikovega jekla
(1) Varjenje nizkoogljičnega jekla
Nizkoogljično jeklo ima nizko vsebnost ogljika, nizko vsebnost mangana in silicija.V normalnih okoliščinah ne bo povzročilo resnega strukturnega utrjevanja ali gašenja strukture zaradi varjenja.Tovrstno jeklo ima odlično plastičnost in udarno žilavost, izredno dobri pa sta tudi plastičnost in žilavost njegovih zvarnih spojev.Predgretje in naknadno segrevanje med varjenjem na splošno nista potrebna, prav tako niso potrebni posebni procesni ukrepi za doseganje zvarnih spojev z zadovoljivo kakovostjo.Zato ima jeklo z nizko vsebnostjo ogljika odlično varilno zmogljivost in je jeklo z najboljšo varilno zmogljivostjo med vsemi jekli..
(2) Varjenje srednje ogljikovega jekla
Srednjeogljično jeklo ima višjo vsebnost ogljika in njegova varivost je slabša od nizkoogljičnega jekla.Ko je CE blizu spodnje meje (0,25 %), je varivost dobra.Ko se vsebnost ogljika poveča, se poveča nagnjenost kaljenju in v območju toplotnega vpliva zlahka nastane struktura martenzita z nizko plastičnostjo.Če je zvar razmeroma tog ali so varilni materiali in procesni parametri neustrezno izbrani, se verjetno pojavijo hladne razpoke.Pri varjenju prvega sloja večslojnega varjenja se zaradi velikega deleža osnovne kovine, zlite v zvar, poveča vsebnost ogljika, žvepla in fosforja, kar olajša nastanek vročih razpok.Poleg tega se občutljivost stomatov poveča tudi, ko je vsebnost ogljika visoka.
(3) Varjenje visokoogljičnega jekla
Visokoogljično jeklo z CE nad 0,6 % ima visoko kaljivost in je nagnjeno k ustvarjanju trdega in krhkega visokoogljičnega martenzita.V zvarih in na toplotno prizadetih območjih se lahko pojavijo razpoke, kar oteži varjenje.Zato se ta vrsta jekla na splošno ne uporablja za izdelavo varjenih konstrukcij, ampak se uporablja za izdelavo komponent ali delov z visoko trdoto ali odpornostjo proti obrabi.Večino njihovega varjenja namenijo popravilu poškodovanih delov.Te dele in sestavne dele je treba pred popravilom varjenja žariti, da se zmanjšajo varilne razpoke, po varjenju pa jih je treba ponovno toplotno obdelati.
2. Varjenje nizkolegiranega jekla visoke trdnosti
Vsebnost ogljika v nizkolegiranem jeklu visoke trdnosti na splošno ne presega 0,20 %, skupni legirni elementi pa na splošno ne presegajo 5 %.Ravno zato, ker nizkolegirano jeklo visoke trdnosti vsebuje določeno količino legiranih elementov, je njegova varilna zmogljivost nekoliko drugačna kot pri ogljikovem jeklu.Njegove varilne lastnosti so naslednje:
(1) Varilne razpoke v zvarnih spojih
Hladno krekirano nizkolegirano jeklo visoke trdnosti vsebuje C, Mn, V, Nb in druge elemente, ki utrdijo jeklo, zato ga je med varjenjem enostavno utrditi.Te utrjene strukture so zelo občutljive.Če je torej togost velika ali zadrževalna napetost visoka, lahko nepravilen postopek varjenja zlahka povzroči hladne razpoke.Poleg tega ima ta vrsta razpoke določeno zamudo in je zelo škodljiva.
Razpoke pri ponovnem segrevanju (SR) Razpoke pri ponovnem segrevanju so medzrnske razpoke, ki se pojavijo v grobozrnatem območju blizu talilne linije med toplotno obdelavo za razbremenitev napetosti po varjenju ali dolgotrajnim delovanjem pri visokih temperaturah.Na splošno velja, da se pojavi zaradi visoke temperature varjenja, zaradi česar so V, Nb, Cr, Mo in drugi karbidi v bližini HAZ trdni, raztopljeni v avstenitu.Med ohlajanjem po varjenju se nimajo časa izločiti, ampak se med PWHT razpršijo in izločijo ter tako okrepijo kristalno strukturo.Znotraj je deformacija lezenja med sprostitvijo napetosti koncentrirana na mejah zrn.
Varjeni spoji iz nizkolegiranih jekel visoke trdnosti na splošno niso nagnjeni k razpokam zaradi ponovnega segrevanja, kot so 16MnR, 15MnVR itd. Vendar pa nizkolegirana jekla visoke trdnosti serije Mn-Mo-Nb in Mn-Mo-V, kot je npr. 07MnCrMoVR, ker so Nb, V in Mo elementi, ki so močno občutljivi na razpoke pri ponovnem segrevanju, je treba to vrsto jekla obdelati med toplotno obdelavo po varjenju.Paziti je treba, da se izognete občutljivemu temperaturnemu območju razpok pri ponovnem segrevanju, da preprečite nastanek razpok pri ponovnem segrevanju.
(2) Krhkost in mehčanje zvarnih spojev
Krhkost zaradi deformacijskega staranja Varjeni spoji morajo biti pred varjenjem podvrženi različnim hladnim postopkom (rezanje surovcev, valjanje itd.).Jeklo bo povzročilo plastično deformacijo.Če se območje dodatno segreje na 200 do 450 °C, bo prišlo do deformacijskega staranja..Krhkost zaradi deformacijskega staranja bo zmanjšala plastičnost jekla in povečala temperaturo krhkega prehoda, kar bo povzročilo krhek zlom opreme.Toplotna obdelava po varjenju lahko odpravi takšno deformacijsko staranje varjene strukture in obnovi žilavost.
Krhkost zvarov in toplotno prizadetih območij Varjenje je neenakomeren proces segrevanja in ohlajanja, kar povzroči neenakomerno strukturo.Temperatura krhkega prehoda zvara (WM) in toplotno prizadetega območja (HAZ) je višja od temperature osnovne kovine in je šibki člen v spoju.Energija varilne linije pomembno vpliva na lastnosti nizkolegiranih jekel visoke trdnosti WM in HAZ.Nizkolegirano jeklo visoke trdnosti je enostavno kaliti.Če je linijska energija premajhna, se bo v HAZ pojavil martenzit in povzročil razpoke.Če je linijska energija prevelika, bodo zrna WM in HAZ postala groba.Povzroči, da sklep postane krhek.V primerjavi z vroče valjanim in normaliziranim jeklom je kaljeno in popuščeno jeklo z nizko vsebnostjo ogljika bolj nagnjeno k HAZ krhkosti, ki jo povzroča prekomerna linearna energija.Zato je treba pri varjenju omejiti energijo črte na določeno območje.
Zmehčanje območja toplotnega vpliva zvarnih spojev Zaradi delovanja varilne toplote se zunanja stran območja toplotnega vpliva (HAZ) nizkoogljičnega kaljenega in popuščenega jekla segreje nad temperaturo popuščanja, zlasti območje v bližini Ac1, kar bo povzročilo območje mehčanja z zmanjšano trdnostjo.Strukturno zmehčanje v coni HAZ se poveča s povečanjem energije varilne linije in temperature predgretja, vendar je na splošno natezna trdnost v zmehčanem območju še vedno višja od spodnje meje standardne vrednosti osnovne kovine, tako da območje, ki ga prizadene toplota te vrste jekla se zmehča Dokler je izdelava ustrezna, težava ne bo vplivala na delovanje spoja.
3. Varjenje nerjavnega jekla
Nerjavno jeklo lahko razdelimo v štiri kategorije glede na različne jeklene strukture, in sicer avstenitno nerjavno jeklo, feritno nerjavno jeklo, martenzitno nerjavno jeklo in avstenitno-feritno dupleks nerjavno jeklo.V nadaljevanju so analizirane predvsem varilne lastnosti avstenitnega nerjavnega jekla in dvosmernega nerjavnega jekla.
(1) Varjenje avstenitnega nerjavnega jekla
Avstenitna nerjavna jekla je lažje variti kot druga nerjavna jekla.Pri nobeni temperaturi ne bo prišlo do fazne transformacije in ni občutljiv na vodikovo krhkost.Avstenitni spoj iz nerjavečega jekla ima tudi dobro plastičnost in žilavost v zvarjenem stanju.Glavne težave pri varjenju so: vroče razpoke pri varjenju, krhkost, interkristalna korozija in napetostna korozija itd. Poleg tega sta zaradi slabe toplotne prevodnosti in velikega linearnega razteznega koeficienta velika varilna napetost in deformacija.Pri varjenju naj bo vnos varilne toplote čim manjši, predgretja naj ne bo, temperatura vmesnega sloja pa mora biti znižana.Temperaturo vmesnega sloja je treba nadzorovati pod 60°C, zvarne spoje pa zamakniti.Za zmanjšanje dovoda toplote ne smemo pretirano povečati hitrosti varjenja, temveč ustrezno zmanjšati varilni tok.
(2) Varjenje avstenitno-feritnega dvosmernega nerjavnega jekla
Avstenitno-feritno dupleks nerjavno jeklo je dupleks nerjavno jeklo, sestavljeno iz dveh faz: avstenita in ferita.Združuje prednosti avstenitnega jekla in feritnega jekla, zato ima značilnosti visoke trdnosti, dobre odpornosti proti koroziji in enostavnega varjenja.Trenutno obstajajo tri glavne vrste dupleksnega nerjavečega jekla: Cr18, Cr21 in Cr25.Glavne značilnosti te vrste varjenja jekla so: manjša toplotna nagnjenost v primerjavi z avstenitnim nerjavnim jeklom;nižja nagnjenost k krhkosti po varjenju v primerjavi s čistim feritnim nerjavnim jeklom in stopnja grobinja ferita v območju toplotnega vpliva varjenja je prav tako nižja, zato je varivost boljša.
Ker ima ta vrsta jekla dobre varilne lastnosti, med varjenjem ni potrebno predgrevanje in naknadno ogrevanje.Tanke plošče je treba variti s TIG, srednje debele plošče pa z obločnim varjenjem.Pri varjenju z obločnim varjenjem je treba uporabiti posebne varilne palice s podobno sestavo kot osnovna kovina ali avstenitne varilne palice z nizko vsebnostjo ogljika.Elektrode iz zlitine na osnovi niklja se lahko uporabljajo tudi za dvofazno jeklo tipa Cr25.
Dvofazna jekla imajo večji delež ferita in inherentna nagnjenja k krhkosti feritnih jekel, kot so krhkost pri 475 °C, krhkost zaradi izločanja σ faze in groba zrna, še vedno obstajajo, le zaradi prisotnosti avstenita.Nekaj olajšanja je mogoče doseči z izravnalnim učinkom, vendar morate biti še vedno pozorni pri varjenju.Pri varjenju dupleksnega nerjavnega jekla brez ali z nizko vsebnostjo Ni je nagnjenost k enofaznemu feritu in grobljenju zrn v območju toplotnega vpliva.V tem času je treba posvetiti pozornost nadzoru dovoda toplote pri varjenju in poskusiti uporabiti majhen tok, visoko hitrost varjenja in varjenje z ozkimi kanali.In večprehodno varjenje za preprečevanje grobljenja zrn in enofazne feritizacije v območju toplotnega vpliva.Temperatura med plastmi ne sme biti previsoka.Naslednji prehod je najbolje variti po ohlajanju.
Čas objave: 11. septembra 2023