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Galleria mappe mentale Mappa mentale di ingegneria meccanica-saldatura delle strutture in lega
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Mappa mentale di ingegneria meccanica-saldatura delle strutture in lega
Questa è una mappa mentale sulla saldatura di strutture in lega di ingegneria meccanica, inclusa la classificazione e le proprietà dell'acciaio strutturale legato, la saldatura di acciaio laminato a caldo, normalizzato e laminato controllato, ecc.
Modificato alle 2023-12-01 15:14:13
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- Profilo
Saldatura di strutture in lega
Classificazione e proprietà degli acciai strutturali legati
Classificazione degli acciai strutturali legati
Acciaio resistente
Premere lo stato di rinvenimento
acciaio non bonificato
Acciaio laminato a caldo (resistenza allo snervamento 295~390MPa)
acciaio normalizzato
acciaio a laminazione controllata
Acciaio bonificato (QT)
In base al grado di snervamento e allo stato di trattamento termico dell'acciaio
Acciaio laminato a caldo e laminato controllato, normalizzato e laminato controllato
È ampiamente utilizzato in alcune strutture sollecitate che lavorano a temperatura ambiente, come recipienti a pressione, apparecchiature elettriche, macchine edili, ponti, strutture edili e condutture, ecc.
Acciaio bonificato a basso tenore di carbonio
Il contenuto di carbonio è basso (generalmente la frazione di massa del carbonio è inferiore allo 0,22%), che ha elevata resistenza, buona plasticità e tenacità. Può essere saldato direttamente nello stato bonificato e non necessita di essere bonificato dopo la saldatura.
Utilizzato in macchinari di ingegneria di grandi dimensioni, recipienti a pressione e costruzioni navali, ecc.
Acciaio bonificato a medio carbonio
Ha un elevato contenuto di carbonio (la frazione in massa del carbonio è 0,25% ~ 0,5%) ed è un acciaio rinforzato trattato termicamente. La temprabilità è molto superiore a quella dell'acciaio bonificato a basso tenore di carbonio. Ha elevata durezza e resistenza, ma la sua tenacità è relativamente bassa, il che comporta grandi difficoltà alla saldatura.
Utilizzato per prodotti o componenti con requisiti di resistenza elevati, come involucri di motori a razzo, carrelli di atterraggio di aerei, ecc.
Acciai speciali basso e medio legati
Utilizzato principalmente per parti meccaniche e strutture ingegneristiche che lavorano in determinate condizioni
Acciaio perlitico resistente al calore
Acciaio basso e medio legato a base di Cr e Mo, all'aumentare della temperatura di esercizio Per migliorare la resistenza, è possibile aggiungere anche V, W, Nb, B e altri elementi di lega per avere una migliore resistenza alle alte temperature e proprietà di ossidazione ad alta temperatura.
Utilizzato principalmente per apparecchiature ad alta temperatura con temperatura di esercizio di 500-600 ℃, come apparecchiature per l'energia termica e apparecchiature chimiche, ecc.
acciaio a bassa temperatura
La maggior parte degli acciai a bassa temperatura sono acciai bassolegati contenenti Ni o esenti da Mi, che vengono generalmente utilizzati negli stati normalizzati o bonificati.
Utilizzato principalmente in vari dispositivi a bassa temperatura (-40~-196℃) e in alcune strutture ingegneristiche in aree molto fredde, come il petrolio liquefatto Contenitori per lo stoccaggio di gas, gas naturale, ecc. Rispetto al normale acciaio bassolegato, l'acciaio a bassa temperatura deve garantire una quantità sufficiente Elevata tenacità alle basse temperature, nessun requisito speciale per la resistenza
Acciaio bassolegato resistente alla corrosione
Oltre alle proprietà meccaniche generali, deve avere anche il requisito speciale di resistenza alla corrosione.
Questo tipo di acciaio viene utilizzato principalmente per varie apparecchiature meccaniche e apparecchiature che lavorano in ambienti marci come l'atmosfera, l'acqua di mare, l'industria petrolchimica, ecc. Costruzione saldata. A causa dei diversi fluidi, anche i tipi e le composizioni dell'acciaio resistente alla corrosione sono diversi. L'acciaio resistente alla corrosione più utilizzato è l'acciaio resistente alla corrosione atmosferica e dell'acqua di mare.
riepilogo
Proprietà fondamentali degli acciai strutturali legati
Composizione chimica
La composizione chimica dell'acciaio a basso tenore di carbonio è: Wc=0,10%~0,25%, Wsi≤0,3%, WMn=0,5%~0,8% Elementi aggiunti all'acciaio bassolegato: Mn.Si.Cr, Ni, Mo, V, Nb, B.Cu
La frazione di massa totale degli elementi di lega negli acciai basso e medio legati utilizzati per strutture saldate generalmente non supera il 10%
L'influenza globale di vari elementi sulla temperatura del punto critico inferiore A₁ (℃) dell'acciaio strutturale legato può essere espressa dalla seguente formula, A₁=720 28WSi 5WCr 6WCo 3WTi-5WMn-10WNi-3WV
quando si scioglie Negli acciai strutturali legati, l'azoto è ampiamente utilizzato come elemento di lega. L'azoto svolge un ruolo simile al carbonio nell'acciaio; Quando sei nel ferro, la zona Y verrà ampliata. L'azoto può formare nitruri stabili con altri elementi di lega nell'acciaio Distribuzione delle particelle disperse, affinando così i grani e migliorando il limite di snervamento e la resistenza alla frattura fragile dell'acciaio. L'effetto dell'azoto dipende dal suo contenuto La quantità dipende anche dal tipo e dalla quantità di altri elementi di lega presenti nell'acciaio
Inoltre vengono aggiunti alcuni elementi di lega, come Mn, Cr, Ni, Mo, V, Nb, B, Cu, ecc., principalmente per migliorare Temprabilità dell'acciaio e stabilità al rinvenimento della martensite. Questi elementi possono ritardare la trasformazione della perlite e della bainite, dando origine alla martensitica La velocità di raffreddamento critica per la trasformazione della massa è ridotta
Proprietà meccaniche
Maggiore è la resistenza dell'acciaio strutturale legato, minore è la differenza tra carico di snervamento e carico di rottura. Il rapporto tra carico di snervamento e carico di rottura è chiamato rapporto di snervamento.
La tenacità all’intaglio è un indicatore della resistenza di un materiale alla rottura fragile.
L'energia assorbita può riflettere il fenomeno di transizione di bruschi cambiamenti di tenacità in un determinato intervallo di temperature.
Microstruttura
In base alle diverse caratteristiche strutturali della zona termicamente alterata, la zona termicamente alterata di saldatura dell'acciaio bassolegato con tendenza alla non temprabilità è divisa in zona di fusione, zona a grana grossa, zona a grana fine, zona di ricristallizzazione incompleta e rinvenimento zona.
La microstruttura nella zona interessata dal calore dell'acciaio bassolegato è costituita principalmente da martensite a basso contenuto di carbonio, bainite, componente M-A e struttura simile alla perlite, con conseguenti diverse durezza, proprietà di resistenza, plasticità e tenacità
Saldatura di acciai laminati a caldo, normalizzati e laminati controllati
Composizione e proprietà degli acciai laminati a caldo, normalizzati e controllati
acciaio laminato a caldo
L'acciaio ordinario bassolegato con un limite di snervamento compreso tra 295 e 390 MPa appartiene all'acciaio laminato a caldo. Questo tipo di acciaio garantisce la resistenza dell'acciaio attraverso il rafforzamento della soluzione solida di elementi di lega come Mn e Si sulla base di Wc ≤ 0,2%. . , che appartiene agli acciai della serie C-Mn o Mn-Si, è possibile aggiungere anche V e Nb per ottenere l'affinamento del grano e il rafforzamento delle precipitazioni.
L'acciaio laminato a caldo è solitamente ferrite a grana fine e acciaio perlite calmato con alluminio, che viene generalmente utilizzato nello stato laminato a caldo.
acciaio normalizzato
La normalizzazione dell'acciaio si basa sul rafforzamento della soluzione solida, aggiungendo alcuni elementi che formano composti di carbonio e azoto (come V, Nb, Ti e Mo, ecc.) per rafforzare e affinare i grani attraverso la precipitazione, migliorando ulteriormente la resistenza dell'acciaio e garantendo la tenacità .
L'acciaio utilizzato nello stato normalizzato è principalmente acciaio contenente V, N b, Ti, come Q390, Q345, ecc. La caratteristica principale è che il rapporto di resistenza allo snervamento è elevato.
Acciaio contenente Mo utilizzato in condizioni di normalizzazione e rinvenimento, come 14 MnMoV, 18MnMoNb, ecc.
Acciaio in direzione Z resistente allo strappo lamellare, carico di snervamento Rm≥343MPa
Acciaio a laminazione controllata da microleghe
Gli acciai che aggiungono oligoelementi leganti con una frazione di massa di circa lo 0,1% che hanno un impatto significativo o speciale sulle proprietà strutturali dell'acciaio sono chiamati acciai microlegati.
Utilizza tecnologie come la microlega (aggiunta di tracce di Nb, V, Ti) e la laminazione controllata per ottenere una combinazione di raffinazione del grano e rafforzamento delle precipitazioni.
L'acciaio a laminazione controllata presenta i vantaggi di elevata resistenza, elevata tenacità e buona saldabilità.
Il problema principale nella saldatura dell'acciaio per tubazioni a laminazione controllata è che la dimensione del grano nella zona surriscaldata è grossolana, il che riduce la resistenza all'impatto. Le misure di miglioramento consistono nell'aggiungere elementi di rafforzamento delle precipitazioni (formando TiO₂, TiN) all'acciaio per prevenire la formazione di grano crescita e per ottimizzare il processo e le specifiche di saldatura.
Proprietà di saldatura degli acciai laminati a caldo, normalizzati e controllati
Crepe fredde e fattori che influenzano
equivalente di carbonio
Tendenza all'indurimento (per qualsiasi acciaio con una grande tendenza all'indurimento, la curva di transizione del raffreddamento continuo si sposterà verso destra)
L'equivalente di carbonio dell'acciaio laminato a caldo con carico di snervamento 295-390 MPa è generalmente inferiore a 0,4%, buona saldabilità, tranne quando la lamiera d'acciaio è molto spessa e la temperatura ambiente è molto bassa. Inoltre, generalmente non sono necessari il preriscaldamento e un controllo rigoroso dell'apporto termico di saldatura.
L'acciaio normalizzato con un carico di snervamento di 420~490 MPa, come Q420, ha la tendenza a indurirsi. All'aumentare dello spessore della lamiera è necessario adottare alcune misure di preriscaldamento.
Il Ceq di 18MnMoNb è superiore allo 0,5% e la sensibilità al cracking a freddo è elevata, il che è Per evitare il verificarsi di cricche a freddo, è necessario adottare misure di processo più rigorose, ad esempio rigorose Controllare l'apporto di calore, il preriscaldamento, il trattamento termico post-saldatura, ecc.
Ridurre la velocità di raffreddamento è vantaggioso per ridurre la temprabilità della zona termicamente alterata e la durezza massima della zona termicamente alterata e può ridurre la tendenza alle cricche fredde
Esiste una relazione diretta tra la durezza massima della zona termicamente alterata e la probabilità di cricche sotto il cordone di saldatura.
Cracking termico e riduzione delle crepe da stress
Le cricche a caldo nelle saldature sono principalmente legate all'elevato contenuto o alla grave segregazione di C, S, P e altri elementi nell'acciaio laminato a caldo e normalizzato.
Le crepe da riscaldamento si verificano generalmente nell'area a grana grossa della zona interessata dal calore
Struttura e tenacità delle saldature di acciaio non bonificato
La tenacità è una proprietà che caratterizza la facilità di un metallo a generare e propagare cricche fragili.
La tenacità della saldatura dipende dalla proporzione delle strutture di ferrite aciculare (AF) e proeutettoide (PF)
Il rapporto di snervamento dei metalli saldati dominati dalla struttura di ferrite aciculare è generalmente maggiore di 0,8. Il rapporto snervamento/resistenza dei metalli saldati dominati dalla struttura di ferrite proeutettoide è solitamente inferiore a 0,8. Quando è presente bainite superiore nel metallo saldato, il rapporto di snervamento è inferiore a 0,7
Infragilimento delle zone colpite dal calore
Infragilimento dell'area a grana grossa: la zona surriscaldata della zona alterata dal calore, riscaldata oltre i 1200°C, può causare infragilimento dell'area a grana grossa e la tenacità sarà notevolmente ridotta.
L'uso di un piccolo apporto di calore di saldatura è una misura efficace per evitare l'infragilimento in aree così calde.
Infragilimento da deformazione termica: si verifica nella zona di fusione della saldatura e nella zona subcritica termicamente alterata dove la temperatura massima di riscaldamento è inferiore a AC1
Strappo lamellare (una forma speciale di fessura che si verifica principalmente nelle strutture a piastre spesse che richiedono la penetrazione di giunti angolari o giunti a T)
Il verificarsi della lacerazione lamellare non è limitato dal tipo e dal livello di resistenza dell'acciaio. Considerando la forza di legame nella direzione z, la lacerazione lamellare è strettamente correlata alla piastra. È correlato allo spessore. Generalmente, la lacerazione lamellare non si verifica quando lo spessore della piastra è inferiore a 16 mm.
Dalla natura dell'acciaio, dipende principalmente dalla qualità della raffinazione. Il solfuro di scaglie e il silicato stratificato nell'acciaio o un gran numero di scaglie sono concentrati Le inclusioni di ossido sullo stesso piano riducono la plasticità nella direzione Z, portando alla lacerazione lamellare, tra le quali i solfuri lamellari hanno l'impatto più grave.
Il contenuto di zolfo e il ritiro dell'area in direzione Z sono gli indicatori principali per valutare la sensibilità alla lacerazione lamellare dell'acciaio.
Selezionare ragionevolmente materiali in acciaio con bassa sensibilità allo strappo lamellare e migliorare le forme dei giunti per ridurre lo stress e la tensione nella direzione Z della piastra in acciaio. Con la premessa di soddisfare i requisiti di utilizzo del prodotto, dovrebbero essere selezionati materiali di saldatura con livelli di resistenza inferiori e dovrebbero essere adottate misure ausiliarie come il preriscaldamento e la riduzione dell'idrogeno. Aiuta a prevenire la formazione di rotture lamellari
Processi di saldatura di acciai laminati a caldo, normalizzati e controllati
Scanalatura, assemblaggio e puntatura
La lavorazione di scanalatura può essere eseguita mediante lavorazione meccanica, che ha un'elevata precisione di lavorazione, oppure è possibile utilizzare il taglio a fiamma o la scriccatura con arco di carbonio.
Lo spazio di assemblaggio delle parti saldate non dovrebbe essere troppo grande e l'assemblaggio forte dovrebbe essere evitato il più possibile per ridurre lo stress di saldatura.
Selezione dei materiali di saldatura
1. Non dovrebbero essere presenti difetti di saldatura come crepe 2. Può soddisfare i requisiti prestazionali.
Selezionare il grado corrispondente di materiali di saldatura che corrispondono alle proprietà meccaniche del metallo di base
Considerare anche gli effetti del rapporto di fusione e della velocità di raffreddamento
Considerare l'effetto del trattamento termico post-saldatura sulle proprietà meccaniche della saldatura
Determinazione dei parametri di saldatura
Apporto termico di saldatura (a seconda che nella zona della giunzione si verifichino fessurazioni a freddo e infragilimento delle zone colpite dal calore)
La saldatura ad arco con bacchetta di saldatura è adatta per saldare cordoni di varie forme irregolari e varie posizioni di saldatura.
Saldatura automatica, laminazione a caldo e normalizzazione dell'acciaio I metodi di saldatura automatica comunemente utilizzati sono la saldatura ad arco sommerso, la saldatura a scorie, la saldatura con protezione di gas di anidride carbonica, ecc.
Saldatura ad arco di argon, utilizzata per la saldatura del fondo di alcune importanti saldature multistrato di acciaio a bassa lega, saldatura del fondo di tubazioni o saldatura di piastre di tubi per garantire la qualità della saldatura alla radice della saldatura
Preriscaldamento e trattamento termico post-saldatura (lo scopo è principalmente quello di prevenire crepe, ma anche di migliorare in una certa misura la struttura e le prestazioni)
Preriscaldamento, la temperatura di preriscaldamento è correlata a fattori quali la temprabilità, lo spessore della lamiera, il limite e il contenuto di idrogeno dell'acciaio.
Trattamento termico post saldatura
Non superare la temperatura di rinvenimento originale del materiale di base per evitare di compromettere le prestazioni del materiale di base stesso.
Per i materiali fragili da rinvenimento, evitare l'intervallo di temperature in cui si verifica la fragilità da rinvenimento.
Proprietà meccaniche dei giunti saldati
Saldatura di acciaio perlitico resistente al calore
L'acciaio resistente al calore perlite è composto principalmente da acciaio legato multicomponente a base di Cr-Mo e Gr-Mo, con elementi di lega Cr, Mo, V e talvolta una piccola quantità di W, Ti, Nb, B, ecc. aggiunti. La frazione in massa totale degli elementi di lega è inferiore al 10%
Composizione e proprietà dell'acciaio perlitico resistente al calore
La frazione in massa di Cr nell'acciaio perlitico resistente al calore è generalmente pari allo 0,5%~9% e la frazione in massa di M0 è generalmente pari allo 0,5% o all'1%. All'aumentare del contenuto di Cr e Mo, aumentano anche la resistenza all'ossidazione, la resistenza alle alte temperature e la resistenza alla corrosione da solfuri dell'acciaio.
Rafforzamento della soluzione solida della matrice: aggiunta di elementi di lega per rafforzare la matrice di ferrite Elementi comunemente usati come Cr, Mo, W e Nb possono Per migliorare la resistenza termica. Tra questi, l'effetto di rafforzamento della soluzione solida di Mo e W è il più significativo, l'effetto di rafforzamento del Cr è già molto significativo quando WCr=1%. Ovviamente, l'effetto rinforzante derivante dal continuo aumento del contenuto di Cr non è significativo, ma la resistenza duratura può essere migliorata.
Rafforzamento per precipitazione della seconda fase Negli acciai resistenti al calore con ferrite come matrice, la fase di rinforzo è principalmente carburo di lega (V4C3 Oppure VC, NbC, TiC, ecc.). L'effetto di rafforzamento delle precipitazioni può essere mantenuto fino a 0,7TM (TM è il punto di fusione) e l'effetto di rafforzamento della soluzione solida è 0.6TM, quanto sopra è notevolmente indebolito. Tuttavia, il tipo, la forma e la dispersione dei carburi hanno una grande influenza sulla resistenza termica. Tra questi, i cristalli cubici a corpo centrato I carburi del sistema come V4C3, NbC, TiC, ecc. sono i più efficaci. Mo2C ha un certo effetto di rafforzamento delle precipitazioni quando la temperatura è inferiore a 520°C; Cr7C3 e Cr23C6. È estremamente instabile a circa 540 ℃ e facile da aggregare.
Il rafforzamento dei bordi del grano aggiunge oligoelementi (RE, B, Ti B, ecc.) che possono essere adsorbiti sui bordi del grano e ritardare gli elementi leganti lungo il grano. diffusione dei bordi di grano, rafforzando così i bordi di grano
Analisi della saldabilità di acciai perlitici resistenti al calore
Indurimento della zona interessata dal calore e fessurazione a freddo
Durante la saldatura di acciai perlitici resistenti al calore con elevata temprabilità possono verificarsi cricche a freddo. La tendenza alle cricche aumenta generalmente con l'aumento del contenuto di Cr e Mo nell'acciaio.
I fattori che influenzano la comparsa di cricche a freddo nella saldatura di acciaio resistente al calore comprendono la temprabilità dell'acciaio (fattori strutturali), il contenuto di idrogeno diffusibile della saldatura e il grado di vincolo del giunto (stato di sollecitazione).
riscaldare la crepa
Le cricche da riscaldamento nell'acciaio perlitico resistente al calore compaiono nell'area a grana grossa della zona interessata dal calore della saldatura, che è correlata al processo di saldatura e allo stress residuo della saldatura.
Misure preventive per il cracking da riscaldamento
Utilizzare materiali di saldatura con plasticità alle alte temperature più elevata rispetto al metallo di base e limitare la composizione della lega del metallo di base e dei materiali di saldatura, in particolare Limitare rigorosamente al livello minimo il contenuto di V, Ti, Nb e altri elementi di lega
Fragilità di carattere nella zona colpita dal calore
La fragilità dell'acciaio resistente al calore al cromo-molibdeno e dei suoi giunti saldati si verifica durante il funzionamento a lungo termine nell'intervallo di temperature compreso tra 300 e 500°C, fenomeno chiamato fragilità da rinvenimento.
Caratteristiche di fragilità anti-tempera dell'acciaio 2.25Cr-1Mo
Il fatto che sia fragile o meno può essere confrontato confrontando i cambiamenti nella temperatura di transizione duttile-fragile nella prova di impatto prima e dopo il rinvenimento.
L'acciaio bassolegato contenente elementi impuri come P, Sb, Sn, As, ecc. si danneggia facilmente se riscaldato per lungo tempo nell'intervallo di temperatura di 375~575℃. Si verifica infragilimento. La frattura da impatto del provino infragilito inizia dal confine originale del grano dell'austenite. L'acciaio fragile viene riscaldato ad una certa temperatura acceso, la resilienza può essere ripristinata
Oltre agli elementi impuri di cui sopra, anche Mn, Si, Cr e Ni intensificano l'infragilimento, mentre Mo e W possono ritardare il processo di infragilimento.
Per acciai con la stessa composizione chimica il grado di infragilimento diminuisce con strutture diverse nel seguente ordine: martensite, bainite Perlite. Se i grani dell’austenite sono grossolani anche il grado di infragilimento sarà maggiore.
Caratteristiche del processo di saldatura degli acciai perlitici resistenti al calore
Metodi di saldatura comuni e materiali di saldatura
Metodi di saldatura: saldatura ad arco con elettrodo, saldatura ad arco sommerso, saldatura con fusione e protezione a gas, saldatura con elettroscoria, saldatura ad arco di tungsteno, ecc. Possono essere utilizzati per saldare acciaio perlitico resistente al calore
Selezione dei materiali di saldatura: la composizione della lega e le prestazioni di resistenza del metallo di saldatura alla temperatura di esercizio devono essere coerenti con gli indicatori corrispondenti del metallo di base o soddisfare gli indicatori di prestazione minimi proposti dalle condizioni tecniche del prodotto.
Il controllo del contenuto di umidità dei materiali di saldatura è una delle misure principali per prevenire crepe di saldatura e le bacchette di saldatura e i flussi utilizzati nell'acciaio perlitico resistente al calore assorbono facilmente l'umidità.
Trattamento di preriscaldamento e post-saldatura
Il trattamento di deidrogenazione post-calore è una delle misure importanti per prevenire il cracking a freddo
Saldatura di acciai bonificati a medio carbonio
Composizione e proprietà dell'acciaio modulato a medio carbonio
Il limite di snervamento dell'acciaio modulato a medio carbonio è superiore a 880 ~ 1176 MPa
Le caratteristiche principali dell'acciaio bonificato a medio carbonio sono l'elevata resistenza specifica e l'elevata durezza (ad esempio, può essere utilizzato come acciaio per razzi e armature, ecc.). La temprabilità dell'acciaio bonificato a medio carbonio è molto superiore a quella di acciaio bonificato a basso tenore di carbonio e può raggiungere un valore molto elevato dopo il trattamento termico in termini di resistenza e durezza, ma tenacità relativamente bassa, il che comporta grandi difficoltà alla saldatura
Sistemi legati per acciai bonificati a medio carbonio
40Cr
35CrMoA e 35CrMoVA
30CrMnSiA, 30CrMnSiNi2A e 40CrMnSiMoVA
40CrNiMoA e 34CrNi3MoA
Analisi della saldabilità di acciaio modulato a medio carbonio
Cricche termiche nelle saldature
L'acciaio bonificato a medio carbonio ha un elevato contenuto di carbonio e di elementi leganti. Quando la saldatura solidifica e cristallizza, l'intervallo di temperatura solido-liquido è ampio e la tendenza alla segregazione della cristallizzazione è soggetta a crepe di cristallizzazione durante la saldatura. ed ha una maggiore sensibilità alle cricche calde.
Dovrebbero essere utilizzati il più possibile materiali di saldatura con basso contenuto di carbonio e poche impurità di S e P
Temprabilità e fessurazione a freddo
La tendenza all'indurimento dell'acciaio bonificato a medio carbonio è molto evidente e la struttura dura e fragile della martensite tende a comparire nella zona interessata dal calore della saldatura, il che aumenta la tendenza alla fessurazione a freddo nell'area del giunto saldato.
Maggiore è il contenuto di carbonio del metallo base, maggiore è la temprabilità e maggiore la tendenza a saldare cricche a freddo.
Infragilimento e rammollimento della zona alterata dal calore
Infragilimento nella zona interessata dal calore. L'acciaio bonificato a medio carbonio ha una notevole tendenza all'indurimento a causa del suo contenuto di carbonio più elevato e di più elementi leganti. Ha una bassa temperatura di trasformazione martensitica e nessun processo di "autotempra", ma dovrebbe essere utilizzato durante saldatura. La zona alterata dal calore tende a produrre una grande quantità di struttura martensitica fragile e dura, con conseguente infragilimento della zona alterata dal calore.
La zona alterata dal calore viene ammorbidita Quando un materiale di acciaio che si trova in uno stato bonificato prima della saldatura viene riscaldato al di sopra della temperatura di rinvenimento dell'acciaio bonificato durante la saldatura, apparirà una zona rammollita nella zona alterata dal calore di saldatura con. resistenza e durezza inferiori rispetto al metallo base.
Caratteristiche del processo di saldatura di acciai modulati a medio carbonio
Saldatura allo stato ricotto o normalizzato
L'acciaio bonificato a medio carbonio viene saldato meglio allo stato ricotto o normalizzato. Dopo la saldatura, il processo di modulazione complessivo viene utilizzato per ottenere un giunto saldato con prestazioni soddisfacenti.
Quando si selezionano i materiali di saldatura, oltre ai requisiti di lavorazione per garantire che non si verifichino cricche a caldo e a freddo, ci sono anche alcuni requisiti speciali, ovvero le specifiche di modulazione e lavorazione del metallo di saldatura dovrebbero essere coerenti con quelle del metallo di base da saldare. garantire che anche la prestazione congiunta dopo la modulazione sia la stessa del metallo base.
Nel caso di tempra e rinvenimento post-saldatura, la determinazione dei parametri di saldatura serve principalmente a garantire che non si verifichino crepe prima del trattamento di tempra e rinvenimento e le prestazioni del giunto Ciò può essere garantito mediante trattamento termico post-saldatura. Pertanto, è possibile utilizzare temperature di preriscaldamento e interstrato molto elevate (200~350℃). Inoltre, In molti casi, spesso è troppo tardi per effettuare il trattamento di tempra e rinvenimento immediatamente dopo la saldatura per garantire che il giunto saldato venga raffreddato a temperatura ambiente e trattato nel luogo di tempra e rinvenimento. Per evitare cricche ritardate prima della saldatura, è necessario effettuare subito dopo la saldatura un trattamento termico intermedio. Questo trattamento termico viene generalmente mantenuto per un periodo di tempo pari o superiore alla temperatura di preriscaldamento dopo la saldatura. Lo scopo è quello di ottenere due aspetti: Previene le fessurazioni ritardate: in primo luogo, svolge il ruolo di diffusione e rimozione dell'idrogeno, in secondo luogo trasforma la struttura in una struttura con bassa sensibilità alla fessurazione a freddo;
Quando si utilizza il preriscaldamento locale, l'intervallo di temperatura di preriscaldamento non deve essere inferiore a 100 mm da entrambi i lati della saldatura. Se non può essere temperato in tempo dopo la saldatura, deve essere temperato a 680°C.
Saldatura allo stato bonificato
L'infragilimento e l'indurimento causati dalla martensite ad alto contenuto di carbonio possono essere risolti mediante un trattamento di rinvenimento post-saldatura
Per evitare cricche a freddo durante la saldatura si possono utilizzare anche elettrodi austenitici con buona plasticità e tenacità.
Per le saldature che devono essere in stato modulato, si dovrebbe utilizzare il minor apporto termico di saldatura possibile
Metodi di saldatura e materiali di saldatura
Metodo di saldatura I metodi di saldatura comunemente usati per l'acciaio bonificato a medio carbonio includono la saldatura ad arco, la saldatura con protezione di gas, la saldatura ad arco sommerso, ecc. Utilizzando metodi come la saldatura ad arco di argon pulsato, la saldatura ad arco plasma e la saldatura a fascio di elettroni con calore concentrato, È vantaggioso ridurre la larghezza della zona interessata dal calore della saldatura, ottenere una struttura a grana fine e migliorare le proprietà meccaniche del giunto saldato. Alcuni metodi di saldatura di lamiere sottili utilizzano principalmente la saldatura con protezione di gas, la saldatura ad arco di tungsteno e la saldatura ad arco al plasma a microfascio.
Materiali di saldatura I materiali di saldatura in acciaio bonificato a medio carbonio devono utilizzare un sistema di leghe a basso tenore di carbonio per ridurre il contenuto di impurità S e P del metallo di saldatura per garantire tenacità, plasticità e resistenza del metallo di saldatura e migliorare la resistenza alle crepe del metallo di saldatura. Per i componenti che richiedono un trattamento termico dopo la saldatura, la composizione chimica del metallo saldato deve essere simile a quella del metallo base. I materiali di saldatura devono essere selezionati in base alle condizioni di stress, ai requisiti prestazionali e alle condizioni di trattamento termico post-saldatura della saldatura.
Trattamento termico di preriscaldo e post-saldatura Il preriscaldamento e il trattamento termico post-saldatura sono misure di processo importanti per l'acciaio bonificato a medio contenuto di carbonio. L'eventuale preriscaldamento e il livello della temperatura di preriscaldamento dipendono dalla struttura della saldatura e dalle condizioni di produzione. Oltre ad essere meno restrittivo, Ad eccezione dei gusci a parete sottile o delle saldature con strutture semplici che non richiedono preriscaldamento, in generale è necessario adottare misure di preriscaldamento o postriscaldamento tempestivo durante la saldatura di acciaio bonificato a medio contenuto di carbonio. La temperatura di preriscaldamento è generalmente 200~350℃.
Saldatura di acciai bonificati a basso tenore di carbonio
Tipi, composizione e proprietà degli acciai temperati a basso tenore di carbonio
In generale, l’effetto degli elementi di lega sulla plasticità e tenacità dell’acciaio è opposto al suo effetto rinforzante.
Dopo che l'acciaio è stato temprato, sia che sia temperato ad alta temperatura o rinvenuto a bassa temperatura, viene chiamato "bonificato e temperato". L'acciaio che è stato trattato termicamente mediante "tempra e rinvenimento" è chiamato "acciaio bonificato".
Acciaio a basso tenore di carbonio (la frazione di massa del carbonio non è superiore allo 0,22%)
L'acciaio strutturale ad alta resistenza (Rm=600~800MPa) viene utilizzato principalmente nell'ingegneria delle strutture saldate e le aree di saldatura sopportano principalmente carichi di trazione.
L'acciaio resistente all'usura ad alta resistenza (Rm≥1000MPa) viene utilizzato principalmente per strutture ingegneristiche resistenti all'usura ad alta resistenza e parti che devono resistere agli urti e alla resistenza all'usura.
Acciaio ad alta resistenza e alta tenacità (Rm≥700MPa, questo tipo di acciaio richiede elevata resistenza ed elevata tenacità allo stesso tempo e viene utilizzato principalmente per strutture saldate ad alta resistenza e alta tenacità)
Analisi della saldabilità dell'acciaio modulato a basso tenore di carbonio
La frazione di massa dell'acciaio al carbonio bonificato e bonificato a basso tenore di carbonio non supera lo 0,18% e le prestazioni di saldatura sono molto migliori di quelle dell'acciaio bonificato e temperato a medio carbonio.
L'adattamento della resistenza e della tenacità della saldatura (coefficiente di adattamento della resistenza della saldatura S=(Rm)w/(Rm)b) è uno dei parametri che caratterizza l'eterogeneità meccanica del giunto.
Quando (Rm)w/(Rm)b>1, si parla di "abbinamento super forte"
Quando (Rm)w/(Rm)b=1, si parla di “abbinamento altrettanto forte”
Quando (Rm)w/(Rm)b<1, si parla di "abbinamento a bassa resistenza"
crepa fredda
Il principio di lega dell'acciaio modulato a basso tenore di carbonio si basa sul basso tenore di carbonio, aggiungendo una varietà di elementi di lega per migliorare la temprabilità per garantire elevata resistenza e buona tenacità martensite "autotemperante" a basso tenore di carbonio e parte del tessuto misto bainite inferiore
Cracking a caldo e cracking a riscaldamento
Influenza della composizione chimica: il contenuto di C è basso, il contenuto di Mn è alto e il contenuto di S, Anche il controllo di P è più severo, quindi la tendenza al cracking a caldo è minore. Tuttavia, i tipi di acciaio con alto contenuto di Ni e basso Mn hanno una certa sensibilità alla criccatura a caldo. È correlato a C, Mn/S e N e viene prodotto principalmente nella zona surriscaldata della zona termicamente interessata. Chiamate crepe da liquefazione.
Maggiore è l'apporto termico di saldatura, più grossolani saranno i grani nella zona termicamente alterata e maggiore sarà la fusione dei bordi dei grani. Seriamente, più a lungo esiste lo strato intergranulare liquido tra i grani di cristallo, più liquido è Maggiore è la tendenza alla fessurazione. Per prevenire il verificarsi di cricche da liquefazione: nel processo è necessario adottare un apporto di calore e un controllo minimi. Controllare la forma del bagno di fusione e ridurre la concavità della zona di fusione
V ha l'impatto maggiore sul cracking da riscaldamento, seguito da Mo. Quando V e Mo sono uguali Sarà più sensibile una volta aggiunto. L'impatto del Cr è legato al contenuto (1%)
Le prestazioni della zona interessata dal calore cambiano
Caratteristiche microstrutturali della zona alterata dal calore dell'acciaio bonificato
Infragilimento delle zone colpite dal calore
Sotto l'azione del ciclo termico di saldatura, quando t8/5 continua ad aumentare, la zona surriscaldata della zona interessata dal calore dell'acciaio modulato a basso tenore di carbonio è soggetta a infragilimento, ovvero la resilienza è significativamente ridotta.
La causa dell’infragilimento nella zona termicamente alterata non è solo l’ingrossamento dei grani di austenite, ma anche la formazione di bainite superiore e di componenti M-A.
Ammorbidimento della zona interessata dal calore
La temperatura di picco della zona interessata dal calore dell'acciaio modulato a basso tenore di carbonio è superiore alla temperatura di rinvenimento del metallo di base ad Ac1 e si verificherà un rammollimento (resistenza e durezza sono ridotte).
Caratteristiche del processo di saldatura dell'acciaio modulato a basso tenore di carbonio
1. È necessario che la velocità di raffreddamento durante la trasformazione della martensite non sia troppo elevata, in modo che la martensite abbia un effetto autotemperante per prevenire il verificarsi di cricche a freddo. 2. La velocità di raffreddamento compresa tra 800 e 500 ℃ deve essere maggiore della velocità critica per produrre una struttura mista fragile.
Metodi di saldatura e scelta dei materiali di saldatura
Prevenire le crepe
Pur garantendo il rispetto dei requisiti di elevata resistenza, la tenacità del metallo saldato e della zona alterata dal calore risulta migliorata.
Generalmente vengono utilizzati metodi di saldatura meccanizzata automatizzati o semiautomatici come la saldatura ad arco di gas metallico o la saldatura ad arco di gas attivo.
Selezione dei parametri di saldatura
Determinazione dell'apporto termico di saldatura
La determinazione dell'apporto termico di saldatura E si basa sui requisiti di resistenza alla fessurazione e tenacità della zona interessata dal calore.
Per l'acciaio bassolegato a basso contenuto di carbonio, l'aumento della velocità di raffreddamento (riducendo l'apporto di calore) ha formato martensite a basso contenuto di carbonio, che è vantaggiosa per garantire la tenacità.
Temperatura di preriscaldo e trattamento termico post-saldatura
Lo scopo del preriscaldamento è ridurre la velocità di raffreddamento durante la trasformazione della martensite e migliorare la resistenza alla fessurazione attraverso l'effetto "autotemperante" della martensite.
Le strutture saldate in acciaio bonificato e bonificato a basso tenore di carbonio vengono generalmente utilizzate allo stato saldato e il trattamento termico post-saldatura non viene eseguito in circostanze normali. A meno che la resistenza e la tenacità dell'area del giunto dopo la saldatura non siano troppo basse, Il trattamento termico post-saldatura viene eseguito solo quando la struttura saldata è sottoposta a forti sollecitazioni o è soggetta a tensocorrosione e richiede una lavorazione ad alta precisione dopo la saldatura per garantire le dimensioni strutturali.
Proprietà meccaniche dei giunti saldati in acciaio bonificato a basso tenore di carbonio
Gli elementi di infragilimento dannosi per il metallo saldato dell'acciaio modificato a basso tenore di carbonio sono S, P, N, O e H, che devono essere limitati.