Существуют некоторые проблемы, присущие сварке разнородных металлов, которые препятствуют ее развитию, например, состав и характеристики зоны плавления разнородных металлов.Основная часть повреждений разнородной металлической сварной конструкции происходит в зоне сплавления.Из-за различных характеристик кристаллизации сварных швов на каждом участке вблизи зоны сплавления также легко образоваться переходный слой с плохими эксплуатационными характеристиками и изменением состава.
Кроме того, из-за длительного пребывания при высокой температуре диффузионный слой в этой области расширится, что еще больше увеличит неровности металла.Более того, при сварке разнородных металлов или после термообработки или высокотемпературной эксплуатации после сварки часто обнаруживается, что углерод на низколегированной стороне «мигрирует» через границу сварного шва в высоколегированный шов, образуя обезуглероживающие слои на обе стороны линии слияния.И слой науглероживания, основной металл образует слой обезуглероживания на стороне низколегированного сплава, а слой науглероживания образуется на стороне сварного шва из высоколегированного сплава.
Препятствия и барьеры на пути использования и разработки разнородных металлоконструкций в основном проявляются в следующих аспектах:
1. При комнатной температуре механические свойства (такие как растяжение, удар, изгиб и т. д.) зоны сварного соединения разнородных металлов обычно лучше, чем у основного свариваемого металла.Однако при высоких температурах или после длительной эксплуатации при высоких температурах работоспособность области соединения уступает характеристикам основного металла.материал.
2. Между аустенитным швом и перлитным основным металлом существует мартенситная переходная зона.Эта зона имеет низкую вязкость и представляет собой хрупкий слой высокой твердости.Это также слабая зона, которая приводит к выходу из строя и повреждению компонентов.Это уменьшит сварную конструкцию.надежность использования.
3. Миграция углерода во время послесварочной термообработки или высокотемпературной эксплуатации приведет к образованию науглероженных и обезуглероженных слоев по обе стороны линии сварки.Обычно считается, что уменьшение содержания углерода в обезуглероженном слое приведет к серьезным изменениям (как правило, к ухудшению) в структуре и характеристиках этой области, что делает эту область склонной к преждевременному выходу из строя во время эксплуатации.В слое обезуглероживания сосредоточены отказные части многих высокотемпературных трубопроводов, находящихся в эксплуатации или на испытаниях.
4. Отказ связан с такими условиями, как время, температура и переменное напряжение.
5. Послесварочная термообработка не может устранить распределение остаточных напряжений в зоне соединения.
6. Неоднородность химического состава.
При сварке разнородных металлов, поскольку металлы с обеих сторон сварного шва и состав сплава сварного шва явно различны, в процессе сварки основной металл и сварочный материал плавятся и смешиваются друг с другом.Равномерность смешивания будет меняться при изменении процесса сварки.Изменяется, и равномерность перемешивания также сильно различается в разных положениях сварного соединения, что приводит к неоднородности химического состава сварного соединения.
7. Неоднородность металлографической структуры.
Из-за неоднородности химического состава сварного соединения после прохождения термического цикла сварки на каждом участке сварного соединения возникают различные структуры, а на некоторых участках зачастую возникают чрезвычайно сложные организационные структуры.
8. Прерывистость исполнения.
Различия в химическом составе и металлографической структуре сварных соединений обусловливают различные механические свойства сварных соединений.Прочность, твердость, пластичность, ударная вязкость, ударные свойства, высокотемпературная ползучесть и долговечность различных участков сварного соединения весьма различны.Эта значительная неоднородность приводит к тому, что разные участки сварного соединения в одних и тех же условиях ведут себя по-разному, с появлением ослабленных и упрочненных участков.Особенно в условиях высоких температур в процессе эксплуатации находятся в эксплуатации разнородные сварные соединения металлов.Часто случаются ранние неудачи.
Характеристики различных способов сварки при сварке разнородных металлов.
Большинство способов сварки можно применять для сварки разнородных металлов, однако при выборе способов сварки и формулировании технологических мероприятий все же следует учитывать характеристики разнородных металлов.В соответствии с различными требованиями к основному металлу и сварным соединениям для сварки разнородных металлов используются сварка плавлением, сварка давлением и другие методы сварки, но каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
1. Сварка
Наиболее часто применяемым методом сварки плавлением при сварке разнородных металлов является электродуговая сварка, сварка под флюсом, дуговая сварка в защитных газах, электрошлаковая сварка, плазменно-дуговая сварка, электронно-лучевая сварка, лазерная сварка и т. д. Чтобы уменьшить разбавление, следует снизить плавление. соотношение или контроль количества плавления различных металлических основных материалов, обычно можно использовать электронно-лучевую сварку, лазерную сварку, плазменно-дуговую сварку и другие методы с более высокой плотностью энергии источника тепла.
Чтобы уменьшить глубину проплавления, могут быть приняты технологические меры, такие как непрямая дуга, поворотная сварочная проволока, ленточный электрод и дополнительная сварочная проволока без напряжения.Но несмотря ни на что, пока это сварка плавлением, часть основного металла всегда расплавляется в сварной шов и вызывает разжижение.Кроме того, будут образовываться интерметаллиды, эвтектики и т.п.Чтобы смягчить такие неблагоприятные последствия, время пребывания металлов в жидком или высокотемпературном твердом состоянии необходимо контролировать и сокращать.
Однако, несмотря на постоянное совершенствование и усовершенствование способов сварки и технологических мероприятий, решить все проблемы при сварке разнородных металлов по-прежнему сложно, поскольку существует множество типов металлов, различные требования к эксплуатационным характеристикам и разные формы соединений.Во многих случаях необходимо использовать сварку давлением или другие методы сварки для решения проблем сварки конкретных соединений разнородных металлов.
2. Сварка давлением
Большинство методов сварки давлением только нагревают свариваемый металл до пластического состояния или даже не нагревают его, а применяют определенное давление в качестве основного признака.По сравнению со сваркой плавлением сварка давлением имеет определенные преимущества при сварке соединений разнородных металлов.Если позволяет форма соединения и качество сварки соответствует предъявляемым требованиям, сварка давлением зачастую является более разумным выбором.
При сварке давлением поверхности раздела разнородных металлов могут плавиться, а могут и не плавиться.Однако из-за воздействия давления, даже если на поверхности есть расплавленный металл, он будет выдавливаться и разряжаться (например, при сварке оплавлением и сварке трением).Лишь в некоторых случаях после сварки давлением (например, точечной сварки) остается расплавленный металл.
Поскольку сварка давлением не нагревается или температура нагрева низкая, она может уменьшить или избежать неблагоприятного воздействия термических циклов на свойства основного металла и предотвратить образование хрупких интерметаллических соединений.Некоторые виды сварки давлением могут даже выдавить интерметаллические соединения, образовавшиеся из соединения.Кроме того, не возникает проблемы изменения свойств металла шва, вызванного разбавлением при сварке давлением.
Однако большинство методов сварки давлением предъявляют определенные требования к форме соединения.Например, при точечной, шовной и ультразвуковой сварке необходимо использовать соединения внахлест;при сварке трением хотя бы одна заготовка должна иметь сечение вращающегося тела;Сварка взрывом применима только для соединений большой площади и т. д. Оборудование для сварки под давлением пока не пользуется популярностью.Это, несомненно, ограничивает область применения сварки давлением.
3. Другие методы
Помимо сварки плавлением и сварки давлением, существует несколько методов сварки разнородных металлов.Например, пайка — это метод сварки разнородных металлов между присадочным металлом и основным металлом, но здесь обсуждается более специальный метод пайки.
Существует метод, называемый сваркой-пайкой плавлением, то есть сторона из основного металла с низкой температурой плавления сваривается плавлением, а сторона из основного металла с высокой температурой плавления припаивается.Обычно в качестве припоя используется тот же металл, что и основной материал с низкой температурой плавления.Таким образом, процесс сварки между припоем и основным металлом с низкой температурой плавления представляет собой один и тот же металл, и особых трудностей не возникает.
Процесс пайки происходит между присадочным металлом и основным металлом с высокой температурой плавления.Основной металл не плавится и не кристаллизуется, что позволяет избежать многих проблем со свариваемостью, но присадочный металл должен хорошо смачивать основной металл.
Другой метод называется эвтектической пайкой или эвтектической диффузионной пайкой.Это нагрев контактной поверхности разнородных металлов до определенной температуры, так что два металла образуют на контактной поверхности легкоплавкую эвтектику.Эвтектика с низкой температурой плавления при этой температуре становится жидкой и по сути становится своего рода припоем без необходимости использования внешнего припоя.Метод пайки.
Конечно, для этого необходимо образование легкоплавкой эвтектики между двумя металлами.Во время диффузионной сварки разнородных металлов добавляется материал промежуточного слоя, который нагревается под очень низким давлением до плавления или образования эвтектики с низкой температурой плавления в контакте со свариваемым металлом.Образовавшийся в это время тонкий слой жидкости после определенного периода сохранения тепла заставляет материал промежуточного слоя плавиться.Когда все материалы промежуточного слоя диффундируют в основной материал и гомогенизируются, может быть сформировано разнородное металлическое соединение без промежуточных материалов.
Этот тип метода приводит к образованию небольшого количества жидкого металла во время процесса сварки.Поэтому ее еще называют сваркой с фазовым переходом в жидком состоянии.Их общей особенностью является отсутствие литой структуры в соединении.
На что следует обратить внимание при сварке разнородных металлов
1. Учитывайте физические, механические свойства и химический состав сварного изделия.
(1) С точки зрения равной прочности выбирайте сварочные стержни, которые соответствуют механическим свойствам основного металла, или сочетайте свариваемость основного металла со сварочными стержнями неравной прочности и хорошей свариваемостью, но учитывайте структурную форму сварить для обеспечения равной прочности.Требования к прочности и другие жесткости.
(2) Сделайте состав сплава соответствующим или близким к основному материалу.
(3) Если основной металл содержит высокие уровни вредных примесей C, S и P, следует выбирать сварочные прутки с более высокой стойкостью к растрескиванию и пористости.Рекомендуется использовать электрод из оксида кальция и титана.Если проблему все еще не удается решить, можно использовать сварочный стержень с низким содержанием водорода и натрия.
2. Учитывайте условия работы и характеристики сварной конструкции.
(1) В условиях восприятия динамической нагрузки и ударной нагрузки, помимо обеспечения прочности, предъявляются высокие требования к ударной вязкости и относительному удлинению.Электроды с низким содержанием водорода, кальциево-титановые и железооксидные электроды следует выбирать одновременно.
(2) При контакте с коррозионной средой необходимо выбирать соответствующие сварочные стержни из нержавеющей стали, исходя из типа, концентрации, рабочей температуры среды, а также того, является ли это общей одеждой или межкристаллитной коррозией.
(3) При работе в условиях износа следует различать, является ли это нормальным износом или ударным износом, а также износом при нормальной или высокой температуре.
(4) При работе в нетемпературных условиях следует выбирать соответствующие сварочные стержни, обеспечивающие механические свойства при низких или высоких температурах.
3. Учитывайте сложность собирательной формы сварного соединения, жесткость, подготовку сварочного излома и положение сварки.
(1) Для сварных деталей сложной формы или большой толщины напряжение усадки металла сварного шва во время охлаждения велико и склонно к образованию трещин.Необходимо выбирать сварочные стержни с высокой трещиностойкостью, например, сварочные стержни с низким содержанием водорода, сварочные стержни высокой прочности или сварочные стержни из оксида железа.
(2) Для сварных изделий, которые из-за определенных условий невозможно перевернуть, следует выбирать сварочные стержни, которые можно сваривать во всех положениях.
(3) Для свариваемых деталей, которые трудно очистить, используйте кислотные сварочные стержни, которые сильно окисляются и нечувствительны к окалине и маслу, чтобы избежать таких дефектов, как поры.
4. Продумайте оборудование сварочного участка.
В местах, где нет сварочного аппарата постоянного тока, нецелесообразно использовать сварочные стержни с ограниченной подачей постоянного тока.Вместо этого следует использовать сварочные стержни с питанием переменного и постоянного тока.Некоторые стали (например, перлитная жаропрочная сталь) требуют устранения термических напряжений после сварки, но не могут подвергаться термической обработке из-за состояния оборудования (или конструктивных ограничений).Вместо них следует использовать сварочные стержни, изготовленные из неосновных металлов (например, аустенитной нержавеющей стали), и термическая обработка после сварки не требуется.
5. Рассмотреть возможность улучшения сварочных процессов и защиты здоровья работников.
Если требованиям могут соответствовать как кислотные, так и щелочные электроды, следует использовать как можно больше кислотных электродов.
6. Учитывайте производительность труда и экономическую рациональность.
В случае той же производительности мы должны попытаться использовать более дешевые кислотные сварочные стержни вместо щелочных сварочных стержней.Среди кислых сварочных пруток наиболее дорогими являются титановые и титано-кальциевые.В соответствии с ситуацией с минеральными ресурсами моей страны, титановое железо следует активно продвигать.Сварочный стержень с покрытием.
Время публикации: 27 октября 2023 г.