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常用金屬材料的焊接特點
發布時間:2020-04-02 03:05:03來源:原創瀏覽:142次

1碳鋼的焊接

(1)低碳鋼的焊接

低碳鋼含碳量低,錳、硅含量少,在通常情況下不會因焊接而引起嚴重組織硬化或出現淬火組織。這種鋼的塑性和沖擊韌性優良,其焊接接頭的塑性、韌性也極其良好。焊接時一般不需預熱和后熱,不需采取特殊的工藝措施,即可獲得質量滿意的焊接接頭,故低碳鋼鋼具有優良的焊接性能,是所有鋼材中焊接性能最好的鋼種。

(2)中碳鋼的焊接

中碳鋼含碳量較高,其焊接性比低碳鋼差。當CE接近下限(0.25%)時焊接性良好,隨著含碳量增加,其淬硬傾向隨之增大,在熱影響區容易產生低塑性的馬氏體組織。當焊件剛性較大或焊接材料、工藝參數選擇不當時,容易產生冷裂紋。多層焊焊接第一層焊縫時,由于母材熔合到焊縫中的比例大,使其含碳量及硫、磷含量增高、容易生產熱裂紋。此外,碳含量高時,氣孔敏感性也增大。

(3)高碳鋼的焊接

CE大于0.6%的高碳鋼淬硬性高、很容易產生硬又脆的高碳馬氏體。在焊縫和熱影響區中容易產生裂紋,難以焊接。故一般都不用這類鋼制造焊接結構,而用于制造高硬度或耐磨的部件或零件,對它們的焊接多數是破損件的焊補修理。焊補這些零、部件之前應先行退火,以減少焊接裂紋,焊后再重新進行熱處理。

X射線殘余應力分析儀可快速、輕松分析焊接材料應力,奧氏體殘余應力,以及齒輪、軸承、軋輥、曲軸、凸輪軸、壓力容器管道以及其它一些零部件在熱處理、機加工、焊接、噴丸、滾壓等處理過程中產生的殘余應力。

2低合金高強度鋼的焊接

低合金高強鋼的含碳量一般不超過0.20%,合金元素總量一般不超過5%。正是由于低合金高強鋼含有一定量的合金元素,使其焊接性能與碳鋼有一定差別,其焊接特點表現在:

(1)焊接接頭的焊接裂紋

冷裂紋  低合金高強鋼由于含使鋼材強化的C、Mn、V、Nb等元素,在焊接時易淬硬,這些硬化組織很敏感,因此,在剛性較大或拘束應力高的情況下,若焊接工藝不當,很容易產生冷裂紋。而且這類裂紋有一定的延遲性,其危害極大。

再熱(SR)裂紋  再熱裂紋是焊接接頭在焊后消除應力熱處理過程或長期處于高溫運行中發生在靠近熔合線粗晶區的沿晶開裂。一般認為,其產生是由于焊接高溫使HAZ附近的V、Nb、Cr、Mo等碳化物固溶于奧氏體中,焊后冷卻時來不及析出,而在PWHT時呈彌散析出,從而強化了晶內,使應力松弛時的蠕變變形集中于晶界。

低合金高強鋼焊接接頭一般不易產生再熱裂紋,如16MnR、15MnVR等。但對于Mn-Mo-Nb和Mn-Mo-V系低合金高強鋼,如07MnCrMoVR,由于Nb、V、Mo是促使再熱裂紋敏感性較強的元素,因此這一類鋼在焊后熱處理時應注意避開再熱裂紋的敏感溫度區,防止再熱裂紋的發生。

(2)焊接接頭的脆化和軟化

應變時效脆化 焊接接頭在焊接前需經受各種冷加工(下料剪切、筒體卷圓等),鋼材會產生塑性變形,如果該區再經200~450℃的熱作用就會引起應變時效。應變時效脆化會使鋼材塑性降低,脆性轉變溫度提高,從而導致設備脆斷。焊后熱處理可消除焊接結構這類應變時效,使韌性恢復。

焊縫和熱影響區脆化  焊接是不均勻的加熱和冷卻過程,從而形成不均勻組織。焊縫(WM)和熱影響區(HAZ)的脆性轉變溫度比母材高,是接頭中的薄弱環節。焊接線能量對低合金高強鋼WM和HAZ性能有重要影響,低合金高強鋼易淬硬,線能量過小,HAZ會出現馬氏體引起裂紋;線能量過大,WM和HAZ的晶粒粗大會造成接頭脆化。低碳調質鋼與熱軋、正火鋼相比,對線能量過大而引起的HAZ脆化傾向更嚴重。所以焊接時,應將線能量限制在一定范圍。

焊接接頭的熱影響區軟化  由于焊接熱作用,低碳調質鋼的熱影響區(HAZ)外側加熱到回火溫度以上特別是Ac1附近的區域,會產生強度下降的軟化帶。HAZ區的組織軟化隨著焊接線能量的增加和預熱溫度的提高而加重,但一般其軟化區的抗拉強度仍高于母材標準值的下限要求,所以這類鋼的熱影響區軟化問題只要工藝得當,不致影響其接頭的使用性能。

3不銹鋼的焊接

不銹鋼按其鋼的組織不同可分為四類,即奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。以下主要分析奧氏體不銹鋼和雙向不銹鋼的焊接特點。

(1)奧氏體不銹鋼的焊接

奧氏體不銹鋼比其他不銹鋼容易焊接。在任何溫度下都不會發生相變,對氫脆不敏感,在焊態下奧氏體不銹鋼接頭也有較好的塑性和韌性。焊接的主要問題是:焊接熱裂紋、脆化、晶間腐蝕和應力腐蝕等。此外,因導熱性差,線脹系數大,焊接應力和變形較大。在焊接時應盡量采用小的焊接熱輸入,而且不應預熱,并降低層間溫度,層間溫度控制在60℃以下,焊縫接頭相互錯開。減小熱輸入,不應過分增大焊接速度,而應適應降低焊接電流。

(2)奧氏體-鐵素體雙向不銹鋼的焊接

奧氏體-鐵素體雙向不銹鋼是由奧氏體和鐵素體兩相組成的雙相不銹鋼。它兼備了奧氏體鋼和鐵素體鋼的優點,故具有強度高、耐腐蝕性好和易于焊接的特點。目前主要有CR18、CR21、CR25三種類型的雙相不銹鋼。這類鋼焊接的主要特點是:與奧氏體不銹鋼比具有較低的熱傾向;與純鐵素體不銹鋼比焊后具有較低的脆化傾向,而且焊接熱影響區鐵素體粗化程度也較低,故焊接性較好。

由于這類鋼焊接性能良好,焊時可不預熱和后熱。薄板宜用TIG焊,中厚板可用焊條電弧焊,焊條電弧焊時宜選用成分與母材相近的專用焊條或含碳量低的奧氏體焊條。對于CR25型雙相鋼也可選用鎳基合金焊條。

雙相鋼中因有較大比例鐵素體存在,而鐵素體鋼所固有的脆化傾向,如475℃脆性、σ相析出脆化和晶粒粗大,依然存在,只因有奧氏體的平衡作用而獲得一定緩解,焊接時,仍需注意。對無NI或低NI雙相不銹鋼焊接時,在熱影響區有單相鐵素體及晶粒粗化傾向,這時應注意控制焊接熱輸入,盡量用小電流、高焊速、窄道焊和多道焊,以防止熱影響區晶粒粗化和單相鐵素體化,層間溫度不宜太高,最好冷后再焊下一道。

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