Istnieją pewne nieodłączne problemy związane ze spawaniem metali odmiennych, które utrudniają jego rozwój, takie jak skład i działanie strefy wtapiania metali odmiennych.Większość uszkodzeń odmiennej struktury spawania metalu występuje w strefie wtopienia.Ze względu na różną charakterystykę krystalizacji spoin w każdej sekcji w pobliżu strefy wtopienia, łatwo jest również utworzyć warstwę przejściową o słabej wydajności i zmianach składu.
Dodatkowo, na skutek długiego przebywania w wysokiej temperaturze, warstwa dyfuzyjna w tym obszarze będzie się rozszerzać, co jeszcze bardziej zwiększy nierówności metalu.Ponadto, podczas spawania różnych metali lub po obróbce cieplnej lub operacji w wysokiej temperaturze po spawaniu, często stwierdza się, że węgiel po stronie niskostopowej „migruje” przez granicę spoiny do spoiny wysokostopowej, tworząc warstwy odwęglania po obu stronach linii stapiania.A warstwa nawęglania, metal nieszlachetny, tworzy warstwę odwęglania po stronie niskostopowej, a warstwa nawęglania tworzy się po stronie spoiny wysokostopowej.
Przeszkody i bariery w stosowaniu i rozwoju odmiennych konstrukcji metalowych przejawiają się głównie w następujących aspektach:
1. W temperaturze pokojowej właściwości mechaniczne (takie jak rozciąganie, udarność, zginanie itp.) obszaru złącza spawanego różnych metali są na ogół lepsze niż spawanego metalu nieszlachetnego.Jednakże w wysokich temperaturach lub po długotrwałej pracy w wysokich temperaturach wydajność obszaru złącza jest gorsza niż w przypadku metalu nieszlachetnego.materiał.
2. Pomiędzy spoiną austenityczną a metalem nieszlachetnym perlitowym występuje martenzytyczna strefa przejściowa.Strefa ta ma niską wytrzymałość i jest kruchą warstwą o dużej twardości.Jest to również słaba strefa, która powoduje awarię i uszkodzenie podzespołów.Zmniejszy to konstrukcję spawaną.niezawodność użytkowania.
3. Migracja węgla podczas obróbki cieplnej po spawaniu lub pracy w wysokiej temperaturze spowoduje powstawanie warstw nawęglonych i odwęglonych po obu stronach linii wtopienia.Powszechnie uważa się, że redukcja węgla w warstwie odwęglonej doprowadzi do poważnych zmian (ogólnie pogorszenia) w strukturze i działaniu obszaru, czyniąc ten obszar podatnym na wczesne uszkodzenia w trakcie eksploatacji.Uszkodzone części wielu rurociągów wysokotemperaturowych eksploatowanych lub poddawanych testom gromadzą się w warstwie odwęglenia.
4. Awaria jest związana z warunkami takimi jak czas, temperatura i naprężenia zmienne.
5. Obróbka cieplna po spawaniu nie może wyeliminować rozkładu naprężeń szczątkowych w obszarze złącza.
6. Niejednorodność składu chemicznego.
Kiedy spawane są różne metale, ponieważ metale po obu stronach spoiny i skład stopu spoiny są oczywiście różne, podczas procesu spawania metal nieszlachetny i materiał spawalniczy topią się i mieszają ze sobą.Równomierność mieszania będzie się zmieniać wraz ze zmianą procesu spawania.Zmiany i równomierność mieszania są również bardzo różne w różnych pozycjach złącza spawanego, co skutkuje niejednorodnością składu chemicznego złącza spawanego.
7. Niejednorodność struktury metalograficznej.
Ze względu na nieciągłość składu chemicznego złącza spawanego, po przejściu cyklu termicznego spawania, w każdym obszarze złącza spawanego pojawiają się różne struktury, a w niektórych obszarach często pojawiają się niezwykle złożone struktury organizacyjne.
8. Brak ciągłości świadczenia.
Różnice w składzie chemicznym i strukturze metalograficznej złączy spawanych powodują odmienne właściwości mechaniczne złączy spawanych.Wytrzymałość, twardość, plastyczność, udarność, pełzanie w wysokiej temperaturze i właściwości wytrzymałościowe różnych obszarów wzdłuż złącza spawanego są bardzo różne.Ta znaczna niejednorodność powoduje, że różne obszary złącza spawanego zachowują się bardzo odmiennie w tych samych warunkach, pojawiają się obszary osłabione i wzmocnione.Zwłaszcza w warunkach wysokiej temperatury, podczas procesu serwisowego działają złącza spawane z różnych metali.Często zdarzają się awarie na wczesnym etapie.
Charakterystyka różnych metod spawania przy spawaniu metali różnych
Większość metod spawania można stosować do spawania różnych metali, ale przy wyborze metod spawania i formułowaniu środków procesowych należy nadal brać pod uwagę właściwości metali różnych.Zgodnie z różnymi wymaganiami dotyczącymi metalu nieszlachetnego i złączy spawanych, przy spawaniu metali różnych stosuje się zgrzewanie, zgrzewanie ciśnieniowe i inne metody spawania, ale każdy z nich ma swoje zalety i wady.
1. Spawanie
Najczęściej stosowaną metodą spawania przy spawaniu metali różnoimiennych jest spawanie łukiem elektrodowym, spawanie łukiem krytym, spawanie łukiem w osłonie gazu, spawanie elektrożużlowe, spawanie łukiem plazmowym, spawanie wiązką elektronów, spawanie laserowe itp. Aby zmniejszyć rozcieńczenie, należy obniżyć stopień wtopienia Zwykle można stosować stosunek lub kontrolę ilości topienia różnych materiałów na bazie metalu, spawanie wiązką elektronów, spawanie laserowe, spawanie łukiem plazmowym i inne metody o wyższej gęstości energii źródła ciepła.
W celu zmniejszenia głębokości wtopienia można zastosować środki technologiczne takie jak łuk pośredni, drut spawalniczy wahliwy, elektroda taśmowa i dodatkowy drut spawalniczy bez napięcia.Ale bez względu na wszystko, dopóki jest to spawanie, część metalu nieszlachetnego zawsze wtapia się w spoinę i powoduje rozcieńczenie.Ponadto utworzą się również związki międzymetaliczne, eutektyki itp.Aby złagodzić takie niekorzystne skutki, należy kontrolować i skracać czas przebywania metali w stanie ciekłym lub w stanie stałym o wysokiej temperaturze.
Jednakże pomimo ciągłego doskonalenia metod spawania i środków procesowych, nadal trudno jest rozwiązać wszystkie problemy podczas spawania różnych metali, ponieważ istnieje wiele rodzajów metali, różne wymagania eksploatacyjne i różne formy złączy.W wielu przypadkach konieczne jest zastosowanie zgrzewania ciśnieniowego lub innych metod spawania, aby rozwiązać problemy spawalnicze określonych połączeń różnych metali.
2. Zgrzewanie ciśnieniowe
Większość metod zgrzewania ciśnieniowego jedynie podgrzewa spawany metal do stanu plastycznego lub nawet go nie nagrzewa, ale podstawową cechą jest zastosowanie określonego ciśnienia.W porównaniu ze spawaniem, zgrzewanie ciśnieniowe ma pewne zalety podczas spawania połączeń różnych metali.O ile pozwala na to kształt złącza i jakość spawania spełnia wymagania, zgrzewanie ciśnieniowe jest często bardziej rozsądnym wyborem.
Podczas zgrzewania ciśnieniowego powierzchnie styku różnych metali mogą się stopić lub nie.Jednak ze względu na działanie ciśnienia, nawet jeśli na powierzchni znajduje się stopiony metal, zostanie on wytłaczany i rozładowywany (np. Zgrzewanie rzutowe i zgrzewanie tarciowe).Tylko w nielicznych przypadkach Po zgrzewaniu ciśnieniowym (np. zgrzewaniu punktowym) pozostaje roztopiony metal.
Ponieważ zgrzewanie ciśnieniowe nie nagrzewa się lub temperatura nagrzewania jest niska, może zmniejszyć lub uniknąć niekorzystnego wpływu cykli termicznych na właściwości metalu nieszlachetnego i zapobiec tworzeniu się kruchych związków międzymetalicznych.Niektóre formy zgrzewania ciśnieniowego mogą nawet wycisnąć powstałe w złączu związki międzymetaliczne.Ponadto nie ma problemu zmian właściwości metalu spoiny na skutek rozcieńczenia podczas zgrzewania.
Jednak większość metod zgrzewania ciśnieniowego ma pewne wymagania dotyczące kształtu złącza.Na przykład zgrzewanie punktowe, zgrzewanie szwów i zgrzewanie ultradźwiękowe muszą wykorzystywać połączenia zakładkowe;podczas zgrzewania tarciowego co najmniej jeden przedmiot obrabiany musi mieć przekrój korpusu obrotowego;zgrzewanie wybuchowe ma zastosowanie tylko do połączeń o większej powierzchni itp. Sprzęt do zgrzewania ciśnieniowego nie jest jeszcze popularny.Ograniczają one niewątpliwie zakres zastosowań zgrzewania ciśnieniowego.
3. Inne metody
Oprócz zgrzewania i zgrzewania ciśnieniowego istnieje kilka metod spawania różnych metali.Na przykład lutowanie twarde jest metodą spawania różnych metali pomiędzy metalem dodatkowym a metalem nieszlachetnym, ale tutaj omawiamy bardziej specjalną metodę lutowania twardego.
Istnieje metoda zwana lutowaniem stopionym, to znaczy strona metalu nieszlachetnego o niskiej temperaturze topnienia złącza z metalu innego jest spawana, a strona metalu podstawowego o wysokiej temperaturze topnienia jest lutowana.Zwykle jako lut stosuje się ten sam metal, co materiał bazowy o niskiej temperaturze topnienia.Dlatego proces spawania pomiędzy materiałem dodatkowym do lutowania twardego a metalem podstawowym o niskiej temperaturze topnienia jest tym samym metalem i nie powoduje żadnych specjalnych trudności.
Proces lutowania zachodzi pomiędzy metalem wypełniającym a metalem podstawowym o wysokiej temperaturze topnienia.Metal nieszlachetny nie topi się ani nie krystalizuje, co pozwala uniknąć wielu problemów ze spawalnością, ale metal dodatkowy musi dobrze zwilżać metal nieszlachetny.
Inna metoda nazywa się lutowaniem eutektycznym lub lutowaniem dyfuzyjnym eutektycznym.Ma to na celu podgrzanie powierzchni styku różnych metali do określonej temperatury, tak aby oba metale utworzyły na powierzchni styku eutektykę o niskiej temperaturze topnienia.W tej temperaturze eutektyka o niskiej temperaturze topnienia jest cieczą, stając się zasadniczo rodzajem lutowia bez potrzeby stosowania lutowia zewnętrznego.Metoda lutowania.
Oczywiście wymaga to utworzenia eutektyki o niskiej temperaturze topnienia pomiędzy dwoma metalami.Podczas spawania dyfuzyjnego różnych metali dodaje się materiał warstwy pośredniej, który jest podgrzewany pod bardzo niskim ciśnieniem w celu stopienia lub utworzenia eutektyki o niskiej temperaturze topnienia w kontakcie ze spawanym metalem.Powstała w tym czasie cienka warstwa cieczy, po pewnym okresie utrwalania termicznego, powoduje stopienie materiału warstwy pośredniej.Kiedy wszystkie materiały warstwy pośredniej zostaną rozproszone w materiale bazowym i ujednorodnione, można utworzyć połączenie różnych metali bez materiałów pośrednich.
Ten rodzaj metody powoduje wytworzenie niewielkiej ilości ciekłego metalu podczas procesu spawania.Dlatego nazywa się to również spawaniem z przejściem fazowym w fazie ciekłej.Ich wspólną cechą jest brak struktury odlewniczej w złączu.
O czym należy pamiętać podczas spawania różnych metali
1. Rozważ właściwości fizyczne, mechaniczne i skład chemiczny konstrukcji spawanej
(1) Z punktu widzenia jednakowej wytrzymałości wybrać pręty spawalnicze, które odpowiadają właściwościom mechanicznym metalu nieszlachetnego lub łączą spawalność metalu nieszlachetnego ze prętami spawalniczymi o nierównej wytrzymałości i dobrej spawalności, ale należy wziąć pod uwagę formę strukturalną metalu spawać, aby uzyskać jednakową wytrzymałość.Wytrzymałość i inne wymagania dotyczące sztywności.
(2) Spraw, aby skład stopu był spójny lub zbliżony do materiału podstawowego.
(3) Jeżeli metal nieszlachetny zawiera duże ilości szkodliwych zanieczyszczeń C, S i P, należy wybrać pręty spawalnicze o lepszej odporności na pękanie i porowatość.Zaleca się stosowanie elektrody z tlenkiem wapniowo-tytanowym.Jeśli nadal nie można rozwiązać problemu, można zastosować drut spawalniczy o niskiej zawartości wodoru i sodu.
2. Rozważ warunki pracy i wydajność konstrukcji spawanej
(1) Pod warunkiem obciążenia dynamicznego i obciążenia udarowego łożyska, oprócz zapewnienia wytrzymałości, istnieją wysokie wymagania dotyczące udarności i wydłużenia.Elektrody o niskiej zawartości wodoru, typu tytanu wapniowego i typu tlenku żelaza należy wybrać jednocześnie.
(2) W przypadku kontaktu z mediami korozyjnymi należy wybrać odpowiednie pręty spawalnicze ze stali nierdzewnej w zależności od rodzaju, stężenia, temperatury roboczej mediów oraz tego, czy jest to korozja ogólna odzieżowa, czy korozja międzykrystaliczna.
(3) Podczas pracy w warunkach zużycia należy rozróżnić, czy jest to zużycie normalne, czy udarowe oraz czy jest to zużycie w normalnej, czy w wysokiej temperaturze.
(4) Podczas pracy w warunkach innych niż temperatura należy wybrać odpowiednie pręty spawalnicze, które zapewniają właściwości mechaniczne w niskich lub wysokich temperaturach.
3. Rozważ złożoność zbiorczego kształtu konstrukcji spawanej, sztywność, przygotowanie pęknięcia spawalniczego i pozycję spawania.
(1) W przypadku spawów o skomplikowanych kształtach lub dużych grubościach naprężenie skurczowe metalu spoiny podczas chłodzenia jest duże i istnieje ryzyko wystąpienia pęknięć.Należy wybrać pręty spawalnicze o dużej odporności na pękanie, takie jak pręty spawalnicze o niskiej zawartości wodoru, pręty spawalnicze o wysokiej wytrzymałości lub pręty spawalnicze z tlenku żelaza.
(2) W przypadku elementów spawanych, których ze względu na warunki nie można obrócić, należy wybrać pręty spawalnicze, które można spawać we wszystkich pozycjach.
(3) Do spawania części trudnych do czyszczenia należy używać kwaśnych prętów spawalniczych, które są silnie utleniające i niewrażliwe na zgorzelinę i olej, aby uniknąć defektów, takich jak pory.
4. Weź pod uwagę wyposażenie miejsca spawania
W miejscach gdzie nie ma spawarki prądu stałego nie zaleca się stosowania sznurów spawalniczych o ograniczonym zasilaniu prądem stałym.Zamiast tego należy stosować druty spawalnicze zasilane prądem przemiennym i stałym.Niektóre stale (takie jak perlityczna stal żaroodporna) muszą eliminować naprężenia termiczne po spawaniu, ale nie można ich poddawać obróbce cieplnej ze względu na warunki sprzętowe (lub ograniczenia konstrukcyjne).Zamiast tego należy stosować pręty spawalnicze wykonane z materiałów innych niż metale nieszlachetne (takie jak austenityczna stal nierdzewna), a obróbka cieplna po spawaniu nie jest konieczna.
5. Rozważ udoskonalenie procesów spawania i ochronę zdrowia pracowników
Tam, gdzie wymagania mogą spełniać zarówno elektrody kwasowe, jak i zasadowe, należy w miarę możliwości stosować elektrody kwasowe.
6. Rozważ produktywność pracy i racjonalność ekonomiczną
W przypadku takich samych parametrów należy zamiast alkalicznych stosować tańsze sznury spawalnicze kwasowe.Spośród prętów kwasowych najdroższe są pręty tytanowe i tytanowo-wapniowe.W związku z sytuacją zasobów mineralnych mojego kraju należy aktywnie promować tytan-żelazo.Powlekany pręt spawalniczy.
Czas publikacji: 27 października 2023 r