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常用金属材料的焊接特点
发布时间:2020-04-02 03:05:03来源:原创浏览:289次

1碳钢的焊接

(1)低碳钢的焊接

低碳钢含碳量低,锰、硅含量少,在通常情况下不会因焊接而引起严重组织硬化或出现淬火组织。这种钢的塑性和冲击韧性优良,其焊接接头的塑性、韧性也极其良好。焊接时一般不需预热和后热,不需采取特殊的工艺措施,即可获得质量满意的焊接接头,故低碳钢钢具有优良的焊接性能,是所有钢材中焊接性能最好的钢种。

(2)中碳钢的焊接

中碳钢含碳量较高,其焊接性比低碳钢差。当CE接近下限(0.25%)时焊接性良好,随着含碳量增加,其淬硬倾向随之增大,在热影响区容易产生低塑性的马氏体组织。当焊件刚性较大或焊接材料、工艺参数选择不当时,容易产生冷裂纹。多层焊焊接第一层焊缝时,由于母材熔合到焊缝中的比例大,使其含碳量及硫、磷含量增高、容易生产热裂纹。此外,碳含量高时,气孔敏感性也增大。

(3)高碳钢的焊接

CE大于0.6%的高碳钢淬硬性高、很容易产生硬又脆的高碳马氏体。在焊缝和热影响区中容易产生裂纹,难以焊接。故一般都不用这类钢制造焊接结构,而用于制造高硬度或耐磨的部件或零件,对它们的焊接多数是破损件的焊补修理。焊补这些零、部件之前应先行退火,以减少焊接裂纹,焊后再重新进行热处理。

X射线残余应力分析仪可快速、轻松分析焊接材料应力,奥氏体残余应力,以及齿轮、轴承、轧辊、曲轴、凸轮轴、压力容器管道以及其它一些零部件在热处理、机加工、焊接、喷丸、滚压等处理过程中产生的残余应力。

2低合金高强度钢的焊接

低合金高强钢的含碳量一般不超过0.20%,合金元素总量一般不超过5%。正是由于低合金高强钢含有一定量的合金元素,使其焊接性能与碳钢有一定差别,其焊接特点表现在:

(1)焊接接头的焊接裂纹

冷裂纹  低合金高强钢由于含使钢材强化的C、Mn、V、Nb等元素,在焊接时易淬硬,这些硬化组织很敏感,因此,在刚性较大或拘束应力高的情况下,若焊接工艺不当,很容易产生冷裂纹。而且这类裂纹有一定的延迟性,其危害极大。

再热(SR)裂纹  再热裂纹是焊接接头在焊后消除应力热处理过程或长期处于高温运行中发生在靠近熔合线粗晶区的沿晶开裂。一般认为,其产生是由于焊接高温使HAZ附近的V、Nb、Cr、Mo等碳化物固溶于奥氏体中,焊后冷却时来不及析出,而在PWHT时呈弥散析出,从而强化了晶内,使应力松弛时的蠕变变形集中于晶界。

低合金高强钢焊接接头一般不易产生再热裂纹,如16MnR、15MnVR等。但对于Mn-Mo-Nb和Mn-Mo-V系低合金高强钢,如07MnCrMoVR,由于Nb、V、Mo是促使再热裂纹敏感性较强的元素,因此这一类钢在焊后热处理时应注意避开再热裂纹的敏感温度区,防止再热裂纹的发生。

(2)焊接接头的脆化和软化

应变时效脆化 焊接接头在焊接前需经受各种冷加工(下料剪切、筒体卷圆等),钢材会产生塑性变形,如果该区再经200~450℃的热作用就会引起应变时效。应变时效脆化会使钢材塑性降低,脆性转变温度提高,从而导致设备脆断。焊后热处理可消除焊接结构这类应变时效,使韧性恢复。

焊缝和热影响区脆化  焊接是不均匀的加热和冷却过程,从而形成不均匀组织。焊缝(WM)和热影响区(HAZ)的脆性转变温度比母材高,是接头中的薄弱环节。焊接线能量对低合金高强钢WM和HAZ性能有重要影响,低合金高强钢易淬硬,线能量过小,HAZ会出现马氏体引起裂纹;线能量过大,WM和HAZ的晶粒粗大会造成接头脆化。低碳调质钢与热轧、正火钢相比,对线能量过大而引起的HAZ脆化倾向更严重。所以焊接时,应将线能量限制在一定范围。

焊接接头的热影响区软化  由于焊接热作用,低碳调质钢的热影响区(HAZ)外侧加热到回火温度以上特别是Ac1附近的区域,会产生强度下降的软化带。HAZ区的组织软化随着焊接线能量的增加和预热温度的提高而加重,但一般其软化区的抗拉强度仍高于母材标准值的下限要求,所以这类钢的热影响区软化问题只要工艺得当,不致影响其接头的使用性能。

3不锈钢的焊接

不锈钢按其钢的组织不同可分为四类,即奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢。以下主要分析奥氏体不锈钢和双向不锈钢的焊接特点。

(1)奥氏体不锈钢的焊接

奥氏体不锈钢比其他不锈钢容易焊接。在任何温度下都不会发生相变,对氢脆不敏感,在焊态下奥氏体不锈钢接头也有较好的塑性和韧性。焊接的主要问题是:焊接热裂纹、脆化、晶间腐蚀和应力腐蚀等。此外,因导热性差,线胀系数大,焊接应力和变形较大。在焊接时应尽量采用小的焊接热输入,而且不应预热,并降低层间温度,层间温度控制在60℃以下,焊缝接头相互错开。减小热输入,不应过分增大焊接速度,而应适应降低焊接电流。

(2)奥氏体-铁素体双向不锈钢的焊接

奥氏体-铁素体双向不锈钢是由奥氏体和铁素体两相组成的双相不锈钢。它兼备了奥氏体钢和铁素体钢的优点,故具有强度高、耐腐蚀性好和易于焊接的特点。目前主要有CR18、CR21、CR25三种类型的双相不锈钢。这类钢焊接的主要特点是:与奥氏体不锈钢比具有较低的热倾向;与纯铁素体不锈钢比焊后具有较低的脆化倾向,而且焊接热影响区铁素体粗化程度也较低,故焊接性较好。

由于这类钢焊接性能良好,焊时可不预热和后热。薄板宜用TIG焊,中厚板可用焊条电弧焊,焊条电弧焊时宜选用成分与母材相近的专用焊条或含碳量低的奥氏体焊条。对于CR25型双相钢也可选用镍基合金焊条。

双相钢中因有较大比例铁素体存在,而铁素体钢所固有的脆化倾向,如475℃脆性、σ相析出脆化和晶粒粗大,依然存在,只因有奥氏体的平衡作用而获得一定缓解,焊接时,仍需注意。对无NI或低NI双相不锈钢焊接时,在热影响区有单相铁素体及晶粒粗化倾向,这时应注意控制焊接热输入,尽量用小电流、高焊速、窄道焊和多道焊,以防止热影响区晶粒粗化和单相铁素体化,层间温度不宜太高,最好冷后再焊下一道。

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