Metāla materiālu metināmība attiecas uz metāla materiālu spēju iegūt izcilus metināšanas savienojumus, izmantojot noteiktus metināšanas procesus, tostarp metināšanas metodes, metināšanas materiālus, metināšanas specifikācijas un metināšanas strukturālās formas.Ja metāls var iegūt izcilus metināšanas savienojumus, izmantojot izplatītākus un vienkāršākus metināšanas procesus, tiek uzskatīts, ka tam ir laba metināšanas veiktspēja.Metāla materiālu metināmību parasti iedala divos aspektos: procesa metināmība un pielietojuma metināmība.
Procesa metināmība: attiecas uz spēju iegūt izcilus, bez defektiem metinātos savienojumus noteiktos metināšanas procesa apstākļos.Tā nav metāla raksturīgā īpašība, bet tiek novērtēta, pamatojoties uz noteiktu metināšanas metodi un konkrētajiem izmantotajiem procesa pasākumiem.Tāpēc metāla materiālu metināmība procesā ir cieši saistīta ar metināšanas procesu.
Servisa metināmība: attiecas uz pakāpi, kādā metinātais savienojums vai visa konstrukcija atbilst produkta tehniskajos nosacījumos noteiktajām ekspluatācijas īpašībām.Veiktspēja ir atkarīga no metinātās konstrukcijas darba apstākļiem un projektā izvirzītajām tehniskajām prasībām.Parasti ietver mehāniskās īpašības, izturību pret zemu temperatūru, izturību pret trausliem lūzumiem, šļūde augstā temperatūrā, noguruma īpašības, ilgstošu izturību, izturību pret koroziju un nodilumizturību utt. Piemēram, parasti izmantotajiem nerūsējošajiem tēraudiem S30403 un S31603 ir lieliska izturība pret koroziju un 16MnDR. un 09MnNiDR zemas temperatūras tēraudiem ir arī laba zemas temperatūras izturība.
Metāla materiālu metināšanas veiktspēju ietekmējošie faktori
1.Materiālie faktori
Materiāli ietver parasto metālu un metināšanas materiālus.Tādos pašos metināšanas apstākļos galvenie faktori, kas nosaka parastā metāla metināmību, ir tā fizikālās īpašības un ķīmiskais sastāvs.
Runājot par fizikālajām īpašībām: tādi faktori kā kušanas temperatūra, siltumvadītspēja, lineārās izplešanās koeficients, blīvums, siltumietilpība un citi metāla faktori ietekmē tādus procesus kā termiskais cikls, kušana, kristalizācija, fāzes maiņa utt. , tādējādi ietekmējot metināmību.Materiāliem ar zemu siltumvadītspēju, piemēram, nerūsējošajam tēraudam, ir lieli temperatūras gradienti, augsts atlikušais spriegums un liela deformācija metināšanas laikā.Turklāt, pateicoties ilgstošam uzturēšanās laikam augstā temperatūrā, graudi karstuma ietekmētajā zonā izaug, kas negatīvi ietekmē locītavas darbību.Austenīta nerūsējošajam tēraudam ir liels lineāras izplešanās koeficients un smaga savienojuma deformācija un spriegums.
Ķīmiskā sastāva ziņā visietekmīgākais elements ir ogleklis, kas nozīmē, ka oglekļa saturs metālā nosaka tā metināmību.Lielākā daļa citu tērauda sakausējuma elementu neveicina metināšanu, taču to ietekme parasti ir daudz mazāka nekā oglekļa ietekme.Palielinoties oglekļa saturam tēraudā, palielinās sacietēšanas tendence, samazinās plastiskums un ir tendence uz metināšanas plaisām.Parasti kā galvenie rādītāji, lai novērtētu materiālu metināmību, tiek izmantota metāla materiālu jutība pret plaisām metināšanas laikā un metinātā savienojuma laukuma mehānisko īpašību izmaiņas.Tāpēc, jo augstāks ir oglekļa saturs, jo sliktāka ir metināmība.Tēraudam ar zemu oglekļa saturu un zemu leģētu tēraudu, kura oglekļa saturs ir mazāks par 0,25%, ir lieliska plastiskums un triecienizturība, un arī metināto savienojumu plastiskums un triecienizturība pēc metināšanas ir ļoti laba.Metināšanas laikā nav nepieciešama priekšsildīšana un pēcmetināšanas termiskā apstrāde, un metināšanas procesu ir viegli kontrolēt, tāpēc tam ir laba metināmība.
Turklāt tērauda kausēšanas un velmēšanas stāvoklis, termiskās apstrādes stāvoklis, organizatoriskais stāvoklis utt. dažādās pakāpēs ietekmē metināmību.Tērauda metināmību var uzlabot, rafinējot vai rafinējot graudus un kontrolējot velmēšanas procesus.
Metināšanas materiāli metināšanas procesā tieši piedalās virknē ķīmisko metalurģisko reakciju, kas nosaka metinātā metāla sastāvu, struktūru, īpašības un defektu veidošanos.Ja metināšanas materiāli ir nepareizi izvēlēti un neatbilst parastajam metālam, ne tikai netiks iegūts lietošanas prasībām atbilstošs savienojums, bet arī radīsies tādi defekti kā plaisas un konstrukcijas īpašību izmaiņas.Tāpēc pareiza metināšanas materiālu izvēle ir svarīgs faktors augstas kvalitātes metināto savienojumu nodrošināšanai.
2. Procesa faktori
Procesa faktori ietver metināšanas metodes, metināšanas procesa parametrus, metināšanas secību, priekšsildīšanu, pēckarsēšanu un pēcmetināšanas termisko apstrādi utt. Metināšanas metodei ir liela ietekme uz metināmību, galvenokārt divos aspektos: siltuma avota raksturlielumos un aizsardzības apstākļos.
Dažādām metināšanas metodēm ir ļoti atšķirīgi siltuma avoti jaudas, enerģijas blīvuma, maksimālās sildīšanas temperatūras uc ziņā. Metāliem, kas metināti zem dažādiem siltuma avotiem, būs atšķirīgas metināšanas īpašības.Piemēram, elektrosārņu metināšanas jauda ir ļoti augsta, bet enerģijas blīvums ir ļoti zems, un maksimālā sildīšanas temperatūra nav augsta.Metināšanas laikā karsēšana ir lēna, un augstās temperatūras uzturēšanās laiks ir ilgs, kā rezultātā siltuma skartajā zonā veidojas rupji graudi un ievērojami samazinās triecienizturība, kas ir jānormalizē.Uzlabot.Turpretim elektronu staru metināšanai, lāzermetināšanai un citām metodēm ir maza jauda, bet augsts enerģijas blīvums un ātra uzsilšana.Augstas temperatūras uzturēšanās laiks ir īss, siltuma ietekmes zona ir ļoti šaura, un nav draudu graudu augšanai.
Pielāgojot metināšanas procesa parametrus un veicot citus procesa pasākumus, piemēram, priekšsildīšanu, pēckarsēšanu, daudzslāņu metināšanu un starpslāņu temperatūras kontroli, var pielāgot un kontrolēt metināšanas termisko ciklu, tādējādi mainot metāla metināmību.Ja tiek veikti tādi pasākumi kā priekšsildīšana pirms metināšanas vai termiskā apstrāde pēc metināšanas, ir pilnībā iespējams iegūt metinātos savienojumus bez plaisu defektiem, kas atbilst veiktspējas prasībām.
3. Strukturālie faktori
Tas galvenokārt attiecas uz metinātās konstrukcijas un metināto savienojumu konstrukcijas formu, piemēram, tādu faktoru kā konstrukcijas forma, izmērs, biezums, savienojuma rievas forma, metinājuma izkārtojums un tā šķērsgriezuma forma ietekmi uz metināmību.Tās ietekme galvenokārt izpaužas siltuma pārnesē un spēka stāvoklī.Dažādiem plākšņu biezumiem, dažādām savienojumu formām vai rievu formām ir dažādi siltuma pārneses ātruma virzieni un ātrumi, kas ietekmēs izkausētā baseina kristalizācijas virzienu un graudu augšanu.Struktūras slēdzis, plāksnes biezums un metinājuma izvietojums nosaka savienojuma stingrību un noturību, kas ietekmē savienojuma sprieguma stāvokli.Slikta kristālu morfoloģija, spēcīga sprieguma koncentrācija un pārmērīgs metināšanas spriegums ir pamatnosacījumi metināšanas plaisu veidošanās procesam.Konstrukcijā šuvju stingrības samazināšana, šķērsmetinājumu samazināšana un dažādu faktoru, kas izraisa sprieguma koncentrāciju, samazināšana ir svarīgi pasākumi metināmības uzlabošanai.
4. Lietošanas nosacījumi
Tas attiecas uz darba temperatūru, slodzes apstākļiem un darba vidi metinātās konstrukcijas ekspluatācijas periodā.Šī darba vide un darbības apstākļi prasa, lai metinātām konstrukcijām būtu atbilstoša veiktspēja.Piemēram, metinātām konstrukcijām, kas strādā zemā temperatūrā, jābūt trauslām pret lūzumiem;konstrukcijām, kas strādā augstā temperatūrā, jābūt ar šļūdes pretestību;konstrukcijām, kas strādā ar mainīgām slodzēm, jābūt ar labu noguruma izturību;struktūras, kas strādā skābju, sārmu vai sāļu vidē. Metinātajam konteineram jābūt ar augstu izturību pret koroziju un tā tālāk.Īsāk sakot, jo stingrāki ir lietošanas apstākļi, jo augstākas kvalitātes prasības metinātajiem savienojumiem, un jo grūtāk nodrošināt materiāla metināmību.
Metāla materiālu metināmības identifikācijas un novērtēšanas indekss
Metināšanas procesā izstrādājumam tiek pakļauti metināšanas termiskie procesi, metalurģiskas reakcijas, kā arī metināšanas spriegums un deformācija, kā rezultātā mainās ķīmiskais sastāvs, metalogrāfiskā struktūra, izmērs un forma, kā rezultātā metinātā savienojuma veiktspēja bieži atšķiras no metināšanas savienojuma veiktspējas. pamatmateriāls, dažreiz pat Nevar atbilst lietošanas prasībām.Lai iegūtu augstas kvalitātes savienojumus, daudziem reaktīviem vai ugunsizturīgiem metāliem jāizmanto īpašas metināšanas metodes, piemēram, metināšana ar elektronu staru vai lāzera metināšanu.Jo mazāk aprīkojuma apstākļu un mazāk grūtību nepieciešams, lai no materiāla izveidotu labu metināto savienojumu, jo labāka ir materiāla metināmība;gluži pretēji, ja ir nepieciešamas sarežģītas un dārgas metināšanas metodes, speciāli metināšanas materiāli un procesa pasākumi, tas nozīmē, ka materiāla metināmība ir slikta.
Izgatavojot izstrādājumus, vispirms ir jāizvērtē izmantoto materiālu metināmība, lai noteiktu, vai izvēlētie konstrukcijas materiāli, metināšanas materiāli un metināšanas metodes ir piemērotas.Ir daudzas metodes, lai novērtētu materiālu metināmību.Katra metode var izskaidrot tikai noteiktu metināmības aspektu.Tāpēc, lai pilnībā noteiktu metināmību, ir jāveic testi.Pārbaudes metodes var iedalīt simulācijas tipa un eksperimentālajā veidā.Pirmais simulē metināšanas sildīšanas un dzesēšanas īpašības;pēdējos testus veic atbilstoši faktiskajiem metināšanas apstākļiem.Pārbaudes saturs galvenokārt ir paredzēts, lai noteiktu parastā metāla un metinātā metāla ķīmisko sastāvu, metalogrāfisko struktūru, mehāniskās īpašības un metināšanas defektu esamību vai neesamību, kā arī noteiktu veiktspēju zemā temperatūrā, veiktspēju augstā temperatūrā, izturību pret koroziju un metinātā savienojuma izturība pret plaisām.
Parasti izmantoto metālu materiālu metināšanas raksturlielumi
1. Oglekļa tērauda metināšana
(1) Zema oglekļa tērauda metināšana
Tēraudam ar zemu oglekļa saturu ir zems oglekļa saturs, zems mangāna un silīcija saturs.Normālos apstākļos tas neizraisīs nopietnu struktūras sacietēšanu vai rūdīšanu metināšanas dēļ.Šim tērauda veidam ir lieliska plastika un triecienizturība, un arī tā metināto savienojumu plastiskums un stingrība ir ļoti laba.Metināšanas laikā priekšsildīšana un pēckarsēšana parasti nav nepieciešama, un nav nepieciešami īpaši procesa pasākumi, lai iegūtu apmierinošas kvalitātes metinātos savienojumus.Tāpēc zema oglekļa tēraudam ir lieliska metināšanas veiktspēja, un tas ir tērauds ar vislabāko metināšanas veiktspēju starp visiem tēraudiem..
(2) Vidēja oglekļa tērauda metināšana
Vidēja oglekļa tēraudam ir lielāks oglekļa saturs, un tā metināmība ir sliktāka nekā tēraudam ar zemu oglekļa saturu.Kad CE ir tuvu zemākajai robežai (0,25%), metināmība ir laba.Palielinoties oglekļa saturam, palielinās sacietēšanas tendence, un siltuma ietekmētajā zonā viegli veidojas zemas plastiskuma martensīta struktūra.Ja metināšana ir samērā stingra vai metināšanas materiāli un procesa parametri ir nepareizi izvēlēti, var rasties aukstas plaisas.Metinot pirmo daudzslāņu metināšanas kārtu, pateicoties lielajam šuvē iekausētā parastā metāla īpatsvaram, palielinās oglekļa saturs, sēra un fosfora saturs, kas atvieglo karsto plaisu veidošanos.Turklāt, ja oglekļa saturs ir augsts, palielinās arī stomatāla jutība.
(3) Tērauda ar augstu oglekļa saturu metināšana
Tēraudam ar augstu oglekļa saturu ar CE, kas pārsniedz 0,6%, ir augsta rūdāmība, un tas ir pakļauts cietam un trauslam martensītam ar augstu oglekļa saturu.Plaisas mēdz rasties metinātajās šuvēs un karstuma skartajās zonās, kas apgrūtina metināšanu.Tādēļ šāda veida tēraudu parasti neizmanto metināto konstrukciju izgatavošanai, bet to izmanto, lai izgatavotu sastāvdaļas vai detaļas ar augstu cietību vai nodilumizturību.Lielākā daļa to metināšanas ir bojātu daļu remonts.Šīs daļas un komponenti pirms metināšanas remonta ir jāatkvēlina, lai samazinātu metināšanas plaisas, un pēc tam pēc metināšanas vēlreiz termiski jāapstrādā.
2. Mazleģēta augstas stiprības tērauda metināšana
Oglekļa saturs zema leģētā augstas stiprības tēraudam parasti nepārsniedz 0,20%, un kopējais leģējošo elementu daudzums parasti nepārsniedz 5%.Tieši tāpēc, ka mazleģētais augstas stiprības tērauds satur noteiktu daudzumu sakausējuma elementu, tā metināšanas veiktspēja nedaudz atšķiras no oglekļa tērauda metināšanas veiktspējas.Tās metināšanas īpašības ir šādas:
(1) Metināšanas plaisas metinātajos savienojumos
Auksti krekinga mazleģētais augstas stiprības tērauds satur C, Mn, V, Nb un citus elementus, kas stiprina tēraudu, tāpēc tas ir viegli rūdāms metināšanas laikā.Šīs rūdītās struktūras ir ļoti jutīgas.Tāpēc, ja stingrība ir liela vai ierobežojošais spriegums ir augsts, ja nepareizs metināšanas process var viegli izraisīt aukstas plaisas.Turklāt šāda veida plaisām ir zināma kavēšanās un tā ir ārkārtīgi kaitīga.
Atkārtotas uzsildīšanas (SR) plaisas Atkārtotas uzsildīšanas plaisas ir starpgraudainas plaisas, kas rodas rupjgraudainajā zonā pie saplūšanas līnijas termiskās apstrādes laikā pēc metināšanas spriedzes samazināšanas vai ilgstošas darbības augstā temperatūrā.Parasti tiek uzskatīts, ka tas notiek metināšanas augstās temperatūras dēļ, kā rezultātā V, Nb, Cr, Mo un citi karbīdi HAZ tuvumā ir cieti izšķīduši austenītā.Tiem nav laika izgulsnēties dzesēšanas laikā pēc metināšanas, bet izkliedējas un izgulsnējas PWHT laikā, tādējādi nostiprinot kristāla struktūru.Tā ietvaros šļūdes deformācija sprieguma relaksācijas laikā koncentrējas uz graudu robežām.
Zema leģēta augstas stiprības tērauda metinātie savienojumi parasti nav pakļauti atkārtotai plaisām, piemēram, 16MnR, 15MnVR utt. Tomēr Mn-Mo-Nb un Mn-Mo-V sērijas mazleģētiem augstas stiprības tēraudiem, piemēram, 07MnCrMoVR, tā kā Nb, V un Mo ir elementi, kuriem ir liela jutība pret atkārtotu plaisāšanu, šāda veida tērauds ir jāapstrādā termiskās apstrādes laikā pēc metināšanas.Jāuzmanās, lai izvairītos no jutīgās temperatūras zonas uzsildīšanas plaisām, lai novērstu atkārtotas uzsildīšanas plaisu rašanos.
(2) Metināto savienojumu trauslums un mīkstināšana
Trausls no deformācijas, novecošanās.Tērauds radīs plastisko deformāciju.Ja zonu vēl vairāk uzsilda līdz 200 līdz 450°C, notiks deformācijas novecošanās..Trausls no deformācijas, kas noveco, samazinās tērauda plastiskumu un paaugstinās trauslās pārejas temperatūru, kā rezultātā iekārta saplīsīs.Termiskā apstrāde pēc metināšanas var novērst šādu metinātās struktūras deformācijas novecošanos un atjaunot stingrību.
Metināto šuvju un siltuma ietekmēto zonu trauslums Metināšana ir nevienmērīgs sildīšanas un dzesēšanas process, kā rezultātā veidojas nevienmērīga struktūra.Metinātās šuves (WM) un siltuma skartās zonas (HAZ) trauslā pārejas temperatūra ir augstāka nekā parastajam metālam, un tā ir savienojuma vājā saite.Metināšanas līnijas enerģijai ir būtiska ietekme uz zema leģētā augstas stiprības tērauda WM un HAZ īpašībām.Zemu leģētu augstas stiprības tēraudu ir viegli sacietēt.Ja līnijas enerģija ir pārāk maza, martensīts parādīsies HAZ un radīs plaisas.Ja līnijas enerģija ir pārāk liela, WM un HAZ graudi kļūs rupji.Izraisīs locītavas trauslumu.Salīdzinot ar karsti velmētu un normalizētu tēraudu, rūdītam un zema oglekļa satura tēraudam ir nopietnāka tendence uz HAZ trauslumu, ko izraisa pārmērīga lineārā enerģija.Tāpēc metināšanas laikā līnijas enerģija jāierobežo līdz noteiktam diapazonam.
Metināto savienojumu karstuma ietekmes zonas mīkstināšana Metināšanas siltuma iedarbības dēļ zema oglekļa satura rūdīta un rūdīta tērauda karstuma ietekmes zonas (HAZ) ārpuse tiek uzkarsēta virs rūdīšanas temperatūras, īpaši apgabals pie Ac1, kas radīs mīkstināšanas zonu ar samazinātu izturību.Strukturālā mīkstināšana HAZ zonā palielinās līdz ar metināšanas līnijas enerģijas un priekšsildīšanas temperatūras paaugstināšanos, bet parasti stiepes izturība mīkstinātajā zonā joprojām ir augstāka par parastā metāla standarta vērtības apakšējo robežu, tāpēc siltuma ietekmētā zona. Šāda veida tērauds mīkstina Kamēr darbs ir pienācīgs, problēma neietekmēs savienojuma veiktspēju.
3. Nerūsējošā tērauda metināšana
Nerūsējošo tēraudu var iedalīt četrās kategorijās atkarībā no tā dažādajām tērauda konstrukcijām, proti, austenīta nerūsējošais tērauds, ferīta nerūsējošais tērauds, martensīta nerūsējošais tērauds un austenīta-ferīta dupleksais nerūsējošais tērauds.Tālāk galvenokārt analizētas austenīta nerūsējošā tērauda un divvirzienu nerūsējošā tērauda metināšanas īpašības.
(1) Austenīta nerūsējošā tērauda metināšana
Austenīta nerūsējošais tērauds ir vieglāk metināms nekā citi nerūsējošie tēraudi.Nevienā temperatūrā nenotiks fāzes transformācija, un tas nav jutīgs pret ūdeņraža trauslumu.Austenīta nerūsējošā tērauda savienojumam ir arī laba plastika un stingrība metinātā stāvoklī.Galvenās metināšanas problēmas ir: metināšanas karstā plaisāšana, trauslums, starpkristālu korozija un sprieguma korozija utt. Turklāt sliktas siltumvadītspējas un lielā lineārās izplešanās koeficienta dēļ metināšanas spriegums un deformācija ir liela.Metinot, metināšanas siltuma padevei jābūt pēc iespējas mazākai, nedrīkst būt iepriekšēja uzsildīšana, kā arī jāsamazina starpslāņa temperatūra.Starpslāņu temperatūra jākontrolē zem 60°C, un metinātie savienojumi ir jāsakārto.Lai samazinātu siltuma padevi, metināšanas ātrumu nedrīkst pārmērīgi palielināt, bet attiecīgi jāsamazina metināšanas strāva.
(2) Austenīta-ferīta divvirzienu nerūsējošā tērauda metināšana
Austenīta-ferīta dupleksais nerūsējošais tērauds ir duplekss nerūsējošais tērauds, kas sastāv no divām fāzēm: austenīta un ferīta.Tas apvieno austenīta tērauda un ferīta tērauda priekšrocības, tāpēc tam piemīt augsta izturība, laba izturība pret koroziju un viegla metināšana.Pašlaik ir trīs galvenie dupleksā nerūsējošā tērauda veidi: Cr18, Cr21 un Cr25.Šāda veida tērauda metināšanas galvenās īpašības ir: zemāka termiskā tendence salīdzinājumā ar austenīta nerūsējošo tēraudu;zemāka trausluma tendence pēc metināšanas, salīdzinot ar tīru ferīta nerūsējošo tēraudu, un ferīta rupjības pakāpe metināšanas siltuma ietekmētajā zonā. Tā ir arī zemāka, tāpēc metināmība ir labāka.
Tā kā šāda veida tēraudam ir labas metināšanas īpašības, metināšanas laikā nav nepieciešama priekšsildīšana un pēckarsēšana.Plānās plāksnes jāmetina ar TIG, un vidējas un biezas plāksnes var metināt ar loka metināšanu.Metinot ar loka metināšanu, jāizmanto speciāli metināšanas stieņi ar līdzīgu sastāvu parastajam metālam vai austenīta metināšanas stieņi ar zemu oglekļa saturu.Niķeļa sakausējuma elektrodus var izmantot arī Cr25 tipa divfāžu tēraudam.
Divfāzu tēraudos ir lielāks ferīta īpatsvars, un ferīta tēraudiem raksturīgās trausluma tendences, piemēram, trauslums 475 °C temperatūrā, σ fāzes nokrišņu trauslums un rupji graudi, joprojām pastāv tikai austenīta klātbūtnes dēļ.Līdzsvarošanas efekts var panākt zināmu atvieglojumu, taču metināšanas laikā jums joprojām ir jāpievērš uzmanība.Metinot bez Ni vai zemu Ni duplekso nerūsējošo tēraudu, siltuma skartajā zonā ir tendence uz vienfāzes ferītu un graudu rupjību.Šajā laikā ir jāpievērš uzmanība metināšanas siltuma ievades kontrolei un jācenšas izmantot mazu strāvu, lielu metināšanas ātrumu un šauru kanālu metināšanu.Un daudzkārtu metināšana, lai novērstu graudu rupināšanu un vienfāzes feritizāciju siltuma ietekmētajā zonā.Starpslāņu temperatūra nedrīkst būt pārāk augsta.Vislabāk nākamo kārtu metināt pēc atdzesēšanas.
Izlikšanas laiks: 11. septembris 2023