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Mapa mental de ingeniería mecánica y soldadura de estructuras de aleaciones
Este es un mapa mental sobre la soldadura de estructuras de aleaciones de ingeniería mecánica, incluida la clasificación y las propiedades del acero estructural de aleación, la soldadura de acero laminado en caliente, acero normalizado y acero laminado controlado, etc.
Editado a las 2023-12-01 15:14:13,
Mapa mental de ingeniería mecánica y soldadura de estructuras de aleaciones
- Recomendados
- Resumen
Soldadura de estructuras de aleaciones.
Clasificación y propiedades del acero estructural aleado.
Clasificación de acero estructural aleado.
Acero resistente
Estado de templado de prensa
acero no templado y revenido
Acero laminado en caliente (límite elástico 295~390MPa)
acero normalizado
acero laminado controlado
Acero templado y revenido (QT)
Según el grado de límite elástico y el estado del tratamiento térmico del acero.
Aceros laminados en caliente y laminados controlados, normalizados y controlados
Se usa ampliamente en algunas estructuras sometidas a tensión que trabajan a temperatura ambiente, como recipientes a presión, equipos eléctricos, maquinaria de construcción, puentes, estructuras de edificios y tuberías, etc.
Acero templado y revenido con bajo contenido de carbono.
El contenido de carbono es bajo (generalmente la fracción de masa de carbono es inferior al 0,22%), que tiene alta resistencia, buena plasticidad y tenacidad. Puede soldarse directamente en estado templado y revenido, y no necesita ser templado ni revenido. después de soldar.
Utilizado en grandes maquinarias de ingeniería, recipientes a presión y construcción naval, etc.
Acero templado y revenido con medio carbono
Tiene un alto contenido de carbono (la fracción de masa de carbono es del 0,25% al 0,5%) y es un acero reforzado tratado térmicamente. La templabilidad es mucho mayor que la del acero templado y revenido con bajo contenido de carbono. Tiene alta dureza y resistencia, pero su tenacidad es relativamente baja, lo que genera grandes dificultades para la soldadura.
Se utiliza para productos o componentes con requisitos de alta resistencia, como carcasas de motores de cohetes, trenes de aterrizaje de aviones, etc.
Aceros especiales de baja y media aleación.
Se utiliza principalmente para piezas mecánicas y estructuras de ingeniería que funcionan bajo ciertas condiciones.
Acero perlítico resistente al calor
Aceros de baja y media aleación a base de Cr y Mo, a medida que aumenta la temperatura de trabajo Para mejorar la resistencia, también se pueden agregar V, W, Nb, B y otros elementos de aleación para tener mejores propiedades de resistencia a altas temperaturas y de oxidación a altas temperaturas.
Se utiliza principalmente para equipos de alta temperatura con una temperatura de trabajo de 500-600 ℃, como equipos de energía térmica y equipos químicos, etc.
acero de baja temperatura
La mayoría de los aceros de baja temperatura son aceros de baja aleación que contienen Ni o libres de Mi, que generalmente se utilizan en estados normalizados o templados y revenidos.
Se utiliza principalmente en varios dispositivos de baja temperatura (-40~-196 ℃) y algunas estructuras de ingeniería en áreas extremadamente frías, como el petróleo licuado. Contenedores de almacenamiento de gas, gas natural, etc. En comparación con el acero ordinario de baja aleación, el acero de baja temperatura debe garantizar que tenga suficiente Dureza a altas temperaturas y sin requisitos especiales de resistencia.
Acero resistente a la corrosión de baja aleación.
Además de las propiedades mecánicas generales, también debe tener el requisito especial de resistencia a la corrosión.
Este tipo de acero se utiliza principalmente para diversos equipos mecánicos y equipos que trabajan en medios podridos como la atmósfera, el agua de mar, la industria petroquímica, etc. Construcción soldada. Debido a los diferentes medios, los tipos y composiciones del acero resistente a la corrosión también son diferentes. El acero resistente a la corrosión más utilizado es el acero resistente a la corrosión atmosférica y del agua de mar.
resumen
Propiedades básicas del acero estructural aleado.
composición química
La composición química del acero con bajo contenido de carbono es: Wc=0,10%~0,25%, Wsi≤0,3%, WMn=0,5%~0,8% Elementos añadidos al acero de baja aleación: Mn.Si.Cr, Ni, Mo, V, Nb, B.Cu
La fracción de masa total de elementos de aleación en aceros de baja y media aleación utilizados para estructuras soldadas generalmente no excede el 10%.
La influencia integral de varios elementos en la temperatura del punto crítico inferior A₁ (℃) del acero estructural de aleación se puede expresar mediante la siguiente fórmula, A₁=720 28WSi 5WCr 6WCo 3WTi-5WMn-10WNi-3WV
cuando se disuelve En el acero estructural aleado, el nitrógeno se utiliza ampliamente como elemento de aleación. El nitrógeno desempeña un papel similar al del carbono en el acero; Cuando esté en hierro, la zona Y se expandirá. El nitrógeno puede formar nitruros estables con otros elementos de aleación en el acero. Distribución de partículas dispersas, refinando así los granos y mejorando el límite elástico y la resistencia a la fractura frágil del acero. El impacto del nitrógeno depende de su contenido. La cantidad también depende del tipo y cantidad de otros elementos de aleación presentes en el acero.
Además, se añaden algunos elementos de aleación, como Mn, Cr, Ni, Mo, V, Nb, B, Cu, etc., principalmente para mejorar Templabilidad del acero y estabilidad al revenido de la martensita. Estos elementos pueden retrasar la transformación de la perlita y la bainita, dando lugar a martensítico. Se reduce la velocidad de enfriamiento crítica para la transformación a granel.
Propiedades mecánicas
Cuanto mayor sea la resistencia del acero estructural de aleación, menor será la diferencia entre el límite elástico y la resistencia a la tracción. La relación entre el límite elástico y la resistencia a la tracción se denomina índice de fluencia.
La tenacidad a la entalla es un indicador de la resistencia de un material a la falla por fragilidad.
La energía absorbida puede reflejar el fenómeno de transición de cambios bruscos en la tenacidad en un cierto rango de temperatura.
Microestructura
Según las diferentes características estructurales de la zona afectada por el calor, la zona afectada por el calor de soldadura de acero de baja aleación con tendencia a la no templabilidad se divide en zona de fusión, zona de grano grueso, zona de grano fino, zona de recristalización incompleta y zona de revenido.
La microestructura en la zona afectada por el calor del acero de baja aleación es principalmente martensita con bajo contenido de carbono, bainita, componente M-A y estructura similar a la perlita, lo que da como resultado diferentes durezas, propiedades de resistencia, plasticidad y tenacidad.
Soldadura de aceros laminados en caliente, normalizados y controlados
Composición y propiedades del acero laminado en caliente, normalizado y controlado.
acero laminado en caliente
El acero ordinario de baja aleación con un límite elástico de 295 a 390 MPa pertenece al acero laminado en caliente. Este tipo de acero garantiza la resistencia del acero mediante el refuerzo con solución sólida de elementos de aleación como Mn y Si sobre la base de Wc ≤ 0,2%. . , que pertenece al acero de la serie C-Mn o Mn-Si, también se puede agregar V y Nb para lograr el refinamiento del grano y el fortalecimiento por precipitación.
El acero laminado en caliente suele ser acero de ferrita y perlita de grano fino muerto con aluminio, que generalmente se utiliza en estado laminado en caliente.
acero normalizado
La normalización del acero se basa en el fortalecimiento de una solución sólida, agregando algunos elementos formadores de compuestos de carbono y nitrógeno (como V, Nb, Ti y Mo, etc.) para fortalecer y refinar los granos mediante precipitación, mejorando aún más la resistencia del acero y asegurando su tenacidad. .
El acero utilizado en estado normalizado es principalmente acero que contiene V, N b, Ti, como Q390, Q345, etc. La característica principal es que el índice de límite elástico es alto.
Acero que contiene Mo utilizado en condiciones de normalización y revenido, como 14 MnMoV, 18MnMoNb, etc.
Acero en dirección Z resistente al desgarro laminar, límite elástico Rm≥343MPa
Acero laminado controlado por microaleaciones.
Los aceros a los que se añaden trazas de elementos de aleación con una fracción de masa de aproximadamente el 0,1% que tienen un impacto significativo o especial en las propiedades estructurales del acero se denominan aceros microaleados.
Utiliza tecnologías como la microaleación (agregando trazas de Nb, V, Ti) y laminación controlada para lograr una combinación de refinamiento del grano y fortalecimiento por precipitación.
El acero laminado controlado tiene las ventajas de alta resistencia, alta tenacidad y buena soldabilidad.
El principal problema en la soldadura de acero para tuberías con laminación controlada es que el tamaño del grano en la zona sobrecalentada es grueso, lo que reduce la resistencia al impacto. Las medidas de mejora consisten en agregar elementos de refuerzo por precipitación (que forman TiO₂, TiN) al acero para evitar el grano. crecimiento y optimizar el proceso y las especificaciones de soldadura.
Propiedades de soldadura de aceros laminados en caliente, normalizados y controlados.
Grietas en frío y factores que influyen.
equivalente de carbono
Tendencia al endurecimiento (para cualquier acero con una gran tendencia al endurecimiento, la curva de transición de enfriamiento continuo se desplazará hacia la derecha)
El equivalente de carbono del acero laminado en caliente con un límite elástico de 295-390 MPa es generalmente inferior a 0,4%, buena soldabilidad, excepto cuando la placa de acero es muy gruesa y la temperatura ambiente es muy baja. Además, generalmente no se requiere precalentamiento ni un control estricto del aporte de calor de soldadura.
El acero normalizado con un límite elástico de 420 ~ 490 MPa, como el Q420, tiene tendencia a endurecerse. A medida que aumenta el espesor de la placa, es necesario tomar ciertas medidas de precalentamiento.
El Ceq de 18MnMoNb está por encima del 0,5% y la sensibilidad al craqueo en frío es grande, lo cual es Para evitar la aparición de grietas por frío, se deben tomar medidas de proceso más estrictas, como estrictas Controlar el aporte de calor, precalentamiento, tratamiento térmico post-soldadura, etc.
Reducir la velocidad de enfriamiento es beneficioso para reducir la templabilidad de la zona afectada por el calor y la dureza máxima de la zona afectada por el calor, y puede reducir la tendencia a las grietas en frío.
Existe una relación directa entre la dureza máxima de la zona afectada por el calor y la probabilidad de grietas debajo del cordón de soldadura.
Alivio de fisuras térmicas y fisuras por tensión.
Las grietas en caliente en las soldaduras están relacionadas principalmente con el alto contenido o la severa segregación de C, S, P y otros elementos en el acero laminado en caliente y normalizado.
Las grietas por recalentamiento generalmente ocurren en el área de grano grueso de la zona afectada por el calor.
Estructura y tenacidad de soldaduras de acero revenido y no templado.
La tenacidad es una propiedad que caracteriza la facilidad de un metal para generar y propagar grietas frágiles.
La tenacidad de la soldadura depende de la proporción de estructuras de ferrita acicular (AF) y ferrita proeutectoide (PF).
El ratio de rendimiento de los metales de soldadura dominados por una estructura de ferrita acicular es generalmente superior a 0,8. La relación límite elástico-resistencia de los metales de soldadura dominados por una estructura de ferrita proeutectoide suele ser inferior a 0,8. Cuando hay bainita superior en el metal de soldadura, el índice de rendimiento es inferior a 0,7
Fragilización de la zona afectada por el calor
Fragilización del área de grano grueso: La zona sobrecalentada de la zona afectada por el calor calentada por encima de 1200°C puede causar fragilización del área de grano grueso y la tenacidad se reducirá significativamente.
El uso de un pequeño aporte de calor de soldadura es una medida eficaz para evitar la fragilización en zonas tan calientes.
Fragilización por deformación térmica: ocurre en la zona de fusión de soldadura y en la zona subcrítica afectada por el calor donde la temperatura máxima de calentamiento es inferior a AC1.
Desgarro laminar (una forma especial de grieta que ocurre principalmente en estructuras de placas gruesas que requieren penetración en juntas de esquina o juntas en T)
La aparición de desgarro laminar no está limitada por el tipo y nivel de resistencia del acero. Considerando la fuerza de unión en la dirección z, el desgarro laminar está estrechamente relacionado con la placa. Está relacionado con el espesor. Generalmente, no se producirá desgarro laminar cuando el espesor de la placa sea inferior a 16 mm.
De la naturaleza del acero, depende principalmente de la calidad del refinado. El sulfuro en escamas y el silicato en capas en el acero o una gran cantidad de escamas se concentran. Las inclusiones de óxido en el mismo plano reducen la plasticidad en la dirección Z, lo que provoca desgarro laminar, entre los cuales los sulfuros laminares tienen el impacto más grave.
El contenido de azufre y la contracción del área en la dirección Z son los principales indicadores para evaluar la sensibilidad al desgarro laminar del acero.
Seleccione razonablemente materiales de acero con baja sensibilidad al desgarro laminar y mejore las formas de las juntas para reducir la tensión y la deformación en la dirección Z de la placa de acero. Bajo la premisa de cumplir con los requisitos de uso del producto, se deben seleccionar materiales de soldadura con niveles de resistencia más bajos y se deben adoptar medidas auxiliares como el precalentamiento y la reducción de hidrógeno. Ayuda a prevenir que se produzcan desgarros laminares.
Procesos de soldadura de acero laminado en caliente, normalizado y controlado.
Ranurado, montaje y soldadura por puntos.
El procesamiento de ranurado se puede realizar mediante procesamiento mecánico, que tiene una alta precisión de procesamiento, o se puede utilizar corte con llama o ranurado por arco de carbono.
El espacio de montaje de las piezas soldadas no debe ser demasiado grande y se debe evitar en la medida de lo posible un montaje fuerte para reducir la tensión de soldadura.
Selección de materiales de soldadura.
1. No debe haber defectos de soldadura como grietas. 2. Puede cumplir con los requisitos de rendimiento.
Seleccione el grado correspondiente de materiales de soldadura que coincidan con las propiedades mecánicas del metal base.
Considere también los efectos de la relación de fusión y la velocidad de enfriamiento.
Considere el efecto del tratamiento térmico posterior a la soldadura sobre las propiedades mecánicas de la soldadura.
Determinación de parámetros de soldadura.
Aporte de calor de soldadura (dependiendo de si en la zona de la unión se producen fisuras en frío y fragilización de la zona afectada por el calor)
La soldadura por arco con varilla de soldadura es adecuada para soldar costuras de diversas formas irregulares y diversas posiciones de soldadura.
Soldadura automática, laminado en caliente y normalización de acero. Los métodos de soldadura automática más utilizados son la soldadura por arco sumergido, la soldadura por electroescoria, la soldadura protegida con gas de dióxido de carbono, etc.
Soldadura por arco de argón, utilizada para la soldadura inferior de algunas soldaduras multicapa importantes de acero de baja aleación, soldadura del fondo de tuberías o soldadura de placas de tuberías para garantizar la calidad de la soldadura en la raíz de la soldadura.
Tratamiento térmico de precalentamiento y post-soldadura (el propósito es principalmente prevenir grietas, pero también mejorar la estructura y el rendimiento hasta cierto punto)
Precalentamiento, la temperatura de precalentamiento está relacionada con factores como la templabilidad, el espesor de la placa, la restricción y el contenido de hidrógeno del acero.
Posterior a la soldadura de tratamiento térmico
No exceda la temperatura de templado original del material base para evitar afectar el rendimiento del propio material base.
Para materiales con fragilidad por temple, evite el rango de temperatura donde se produce la fragilidad por temple.
Propiedades mecánicas de uniones soldadas.
Soldadura de acero perlítico resistente al calor
El acero perlita resistente al calor se compone principalmente de acero de aleación multicomponente a base de Cr-Mo y Gr-Mo, con elementos de aleación Cr, Mo, V y, a veces, una pequeña cantidad de W, Ti, Nb, B, etc. La fracción de masa total de elementos de aleación es inferior al 10 %.
Composición y propiedades del acero perlítico resistente al calor.
La fracción de masa de Cr en el acero perlítico resistente al calor es generalmente de 0,5% a 9%, y la fracción de masa de M0 es generalmente de 0,5% o 1%. A medida que aumenta el contenido de Cr y Mo, también aumentan la resistencia a la oxidación, la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la corrosión por sulfuros del acero.
Fortalecimiento de la matriz con solución sólida: adición de elementos de aleación para fortalecer la matriz de ferrita. Latas de elementos comúnmente utilizados como Cr, Mo, W y Nb. Para mejorar la resistencia térmica. Entre ellos, el efecto fortalecedor de la solución sólida de Mo y W es el más significativo; el efecto fortalecedor del Cr ya es muy significativo cuando WCr = 1%. Obviamente, el efecto fortalecedor de seguir aumentando el contenido de Cr no es significativo, pero se puede mejorar la resistencia duradera.
Refuerzo por precipitación de segunda fase En acero resistente al calor con ferrita como matriz, la fase de refuerzo es principalmente carburo de aleación (V4C3 O VC, NbC, TiC, etc.). El efecto de fortalecimiento de la precipitación se puede mantener hasta 0,7 TM (TM es el punto de fusión) y el efecto de fortalecimiento de la solución sólida es 0.6TM, lo anterior se debilita significativamente. Sin embargo, el tipo, forma y dispersión de los carburos tienen una gran influencia en la resistencia térmica. Entre ellos, los cristales cúbicos centrados en el cuerpo. Los carburos del sistema como V4C3, NbC, TiC, etc. son los más eficaces. El Mo2C tiene cierto efecto fortalecedor de la precipitación cuando la temperatura es inferior a 520 °C; Cr7C3 y Cr23C6. Es extremadamente inestable a alrededor de 540 ℃ y fácil de agregar.
El fortalecimiento de los límites de grano agrega oligoelementos (RE, B, Ti B, etc.) que pueden adsorberse en los límites de grano y retrasar los elementos de aleación a lo largo del grano. difusión de los límites de los granos, fortaleciendo así los límites de los granos
Análisis de soldabilidad del acero perlítico resistente al calor.
Endurecimiento de la zona afectada por el calor y agrietamiento en frío.
Pueden ocurrir grietas en frío durante la soldadura de acero perlítico resistente al calor con alta templabilidad. La tendencia a las grietas generalmente aumenta con el aumento del contenido de Cr y Mo en el acero.
Los factores que afectan la aparición de grietas en frío en la soldadura de acero resistente al calor incluyen la templabilidad del acero (factores estructurales), el contenido de hidrógeno difusible de la soldadura y el grado de restricción de la unión (estado de tensión).
recalentar crack
Las grietas por recalentamiento en el acero perlítico resistente al calor aparecen en el área de grano grueso de la zona afectada por el calor de la soldadura, lo que está relacionado con el proceso de soldadura y la tensión residual de la soldadura.
Medidas preventivas para el craqueo por recalentamiento.
Utilice materiales de soldadura con mayor plasticidad a alta temperatura que el metal base y limite la composición de la aleación del metal base y los materiales de soldadura, especialmente Limitar estrictamente el contenido de V, Ti, Nb y otros elementos de aleación al nivel mínimo.
Fragilidad del temperamento en la zona afectada por el calor.
La fragilidad del acero al cromo-molibdeno resistente al calor y sus uniones soldadas se produce durante el funcionamiento prolongado en el rango de temperatura de 300 a 500 °C, lo que se denomina fragilidad por temple.
Características de fragilidad antitemperatura del acero 2.25Cr-1Mo
Si es frágil o no se puede comparar comparando los cambios en la temperatura de transición dúctil-frágil en la prueba de impacto antes y después del templado.
El acero de baja aleación que contiene elementos impuros como P, Sb, Sn, As, etc. se daña fácilmente cuando se calienta durante mucho tiempo en el rango de temperatura de 375~575 ℃. Se produce fragilidad. La fractura por impacto de la muestra quebradiza comienza desde el límite original del grano de austenita. El acero quebradizo se calienta a una temperatura determinada para adelante, se puede restaurar la resiliencia
Además de las impurezas anteriores, Mn, Si, Cr y Ni también intensifican la fragilización, mientras que Mo y W pueden retrasar el proceso de fragilización.
Para aceros con la misma composición química, el grado de fragilidad disminuye con diferentes estructuras en el siguiente orden: martensita, bainita Perlita. Si los granos de austenita son gruesos, el grado de fragilización también será mayor.
Características del proceso de soldadura del acero perlítico resistente al calor.
Métodos de soldadura y materiales de soldadura comunes.
Métodos de soldadura: soldadura por arco con electrodo, soldadura por arco sumergido, soldadura por fusión y con protección de gas, soldadura por electroescoria, soldadura por arco de tungsteno, etc., se pueden utilizar para soldar acero perlítico resistente al calor.
Selección de materiales de soldadura: La composición de la aleación y el rendimiento de resistencia del metal de soldadura a la temperatura de funcionamiento deben ser consistentes con los indicadores correspondientes del metal base, o cumplir con los indicadores de rendimiento mínimos propuestos por las condiciones técnicas del producto.
Controlar el contenido de humedad de los materiales de soldadura es una de las principales medidas para prevenir grietas en la soldadura, y las varillas y fundentes de soldadura utilizados en acero perlítico resistente al calor son fáciles de absorber la humedad.
Tratamiento de precalentamiento y post-soldadura
El tratamiento de deshidrogenación post-calor es una de las medidas importantes para prevenir el agrietamiento en frío.
Soldadura de acero templado y revenido al carbono medio.
Composición y propiedades del acero modulado al carbono medio.
El límite elástico del acero modulado con medio carbono es superior a 880 ~ 1176 MPa.
Las principales características del acero templado y revenido con medio carbono son una alta resistencia específica y una alta dureza (por ejemplo, se puede utilizar como acero para armazones y armaduras de cohetes, etc. La templabilidad del acero templado y revenido con medio carbono es mucho mayor que esa). de acero templado y revenido con bajo contenido de carbono, y puede alcanzar un valor muy alto después del tratamiento térmico de resistencia y dureza, pero una tenacidad relativamente baja, lo que trae grandes dificultades a la soldadura.
Sistemas de aleaciones para aceros templados de medio carbono.
40Cr
35CrMoA y 35CrMoVA
30CrMnSiA, 30CrMnSiNi2A y 40CrMnSiMoVA
40CrNiMoA y 34CrNi3MoA
Análisis de soldabilidad de acero modulado con medio carbono
Grietas térmicas en soldaduras.
El acero templado y revenido con medio carbono tiene un alto contenido de carbono y de elementos de aleación. Cuando la soldadura se solidifica y cristaliza, el rango de temperatura sólido-líquido es grande y la tendencia a la segregación de cristalización es propensa a ocurrir durante la soldadura. y tiene una mayor sensibilidad a las grietas calientes.
Se deben utilizar, en la medida de lo posible, materiales de soldadura con bajo contenido de carbono y bajas impurezas de S y P.
Templabilidad y craqueo en frío.
La tendencia al endurecimiento del acero templado y revenido con medio carbono es muy obvia, y la estructura de martensita dura y quebradiza tiende a aparecer en la zona afectada por el calor de la soldadura, lo que aumenta la tendencia al agrietamiento en frío en el área de la junta soldada.
Cuanto mayor sea el contenido de carbono del metal base, mayor será la templabilidad y mayor la tendencia a sufrir grietas en frío por soldadura.
Fragilización y ablandamiento de la zona afectada por el calor
La fragilidad en la zona afectada por el calor. El acero templado y revenido con medio carbono tiene una tendencia considerable a endurecerse debido a su mayor contenido de carbono y más elementos de aleación. Tiene una temperatura de transformación martensítica baja y no tiene un proceso de "autotemperamento", pero debe usarse durante. soldadura La zona afectada por el calor es propensa a producir una gran cantidad de estructura de martensita dura y quebradiza, lo que resulta en la fragilización de la zona afectada por el calor.
La zona afectada por el calor se ablanda cuando un material de acero que está en un estado templado y revenido antes de la soldadura se calienta por encima de la temperatura de revenido del acero templado y revenido durante la soldadura, aparecerá una zona ablanda en la zona afectada por el calor de la soldadura. menor resistencia y dureza que el metal base.
Características del proceso de soldadura del acero modulado con medio carbono.
Soldadura en estado recocido o normalizado.
El acero templado y revenido con medio carbono se suelda mejor en estado recocido o normalizado. Después de la soldadura, se utiliza el proceso de modulación general para obtener una unión soldada con un rendimiento satisfactorio.
Al seleccionar materiales de soldadura, además de los requisitos de procesamiento para garantizar que no se produzcan grietas en frío o en caliente, también existen algunos requisitos especiales, es decir, las especificaciones de modulación y procesamiento del metal de soldadura deben ser consistentes con las del metal base para Asegúrese de que el rendimiento de la junta después de la modulación también sea el mismo que el del metal base.
En el caso del enfriamiento y revenido posterior a la soldadura, la determinación de los parámetros de soldadura es principalmente para garantizar que no se produzcan grietas antes del tratamiento de enfriamiento y revenido, y que el rendimiento de la junta Esto puede garantizarse mediante un tratamiento térmico posterior a la soldadura. Por lo tanto, se pueden utilizar temperaturas de precalentamiento muy altas (200~350 ℃) y temperaturas entre capas. además, En muchos casos, a menudo es demasiado tarde para realizar un tratamiento de enfriamiento y revenido inmediatamente después de la soldadura para garantizar que la junta soldada se enfríe a temperatura ambiente y se trate en el lugar de enfriamiento y revenido. Para evitar grietas retardadas antes de soldar, se debe realizar un tratamiento térmico intermedio inmediatamente después de soldar. Este tratamiento térmico generalmente se mantiene durante un período de tiempo a la temperatura de precalentamiento o por encima de ella después de la soldadura. El propósito es lograr dos aspectos: Previene grietas retardadas: en primer lugar, desempeña el papel de difusión y eliminación de hidrógeno, en segundo lugar, transforma la estructura en una estructura con baja sensibilidad al agrietamiento en frío;
Cuando se utiliza precalentamiento local, el rango de temperatura de precalentamiento no debe ser inferior a 100 mm desde ambos lados de la soldadura. Si no se puede templar a tiempo después de soldar, se debe templar a 680 °C.
Soldadura en estado templado y revenido.
La fragilidad y el endurecimiento causados por la martensita con alto contenido de carbono se pueden resolver mediante un tratamiento de revenido posterior a la soldadura.
Para evitar grietas en frío en la soldadura, también se pueden utilizar electrodos austeníticos con buena plasticidad y tenacidad.
Para soldaduras que deben realizarse en un estado modulado, se debe utilizar el menor aporte de calor de soldadura posible.
Métodos de soldadura y materiales de soldadura.
Método de soldadura Los métodos de soldadura comúnmente utilizados para acero templado y revenido con medio carbono incluyen soldadura por arco, soldadura con protección de gas, soldadura por arco sumergido, etc. Utilizando métodos como la soldadura por arco de argón pulsado, la soldadura por arco de plasma y la soldadura por haz de electrones con calor concentrado, Es beneficioso reducir el ancho de la zona afectada por el calor de la soldadura, obtener una estructura de grano fino y mejorar las propiedades mecánicas de la junta soldada. Algunos métodos de soldadura de placas delgadas utilizan principalmente soldadura con protección de gas, soldadura por arco de tungsteno y soldadura por arco de plasma con microhaz.
Materiales de soldadura Los materiales de soldadura de acero templado y revenido con medio carbono deben utilizar un sistema de aleación con bajo contenido de carbono para reducir el contenido de impurezas S y P del metal de soldadura para garantizar la tenacidad, plasticidad y resistencia del metal de soldadura y mejorar la resistencia al agrietamiento del metal de soldadura. Para componentes que requieren tratamiento térmico después de la soldadura, la composición química del metal de soldadura debe ser similar a la del metal base. Los materiales de soldadura deben seleccionarse de acuerdo con las condiciones de tensión, los requisitos de rendimiento y las condiciones del tratamiento térmico posterior a la soldadura.
Tratamiento térmico de precalentamiento y post-soldadura. El precalentamiento y el tratamiento térmico posterior a la soldadura son medidas de proceso importantes para el acero templado y revenido con contenido medio de carbono. La posibilidad de precalentar y el nivel de temperatura de precalentamiento dependen de la estructura de la soldadura y las condiciones de producción. Además de ser menos restrictivo, Excepto para carcasas de paredes delgadas o piezas soldadas con estructuras simples que no requieren precalentamiento, en general, se deben tomar medidas de precalentamiento o poscalentamiento oportuno al soldar acero templado y revenido con medio carbono. La temperatura de precalentamiento es generalmente de 200 ~ 350 ℃.
Soldadura de acero templado y revenido con bajo contenido de carbono.
Tipos, composición y propiedades del acero templado con bajo contenido de carbono.
En términos generales, el efecto de los elementos de aleación sobre la plasticidad y tenacidad del acero es opuesto a su efecto fortalecedor.
Una vez templado el acero, ya sea a alta temperatura o a baja temperatura, se denomina "templado y revenido". El acero que ha sido tratado térmicamente mediante "templado y revenido" se denomina "acero templado y revenido".
Acero con bajo contenido de carbono (la fracción de masa de carbono no supera el 0,22%)
El acero estructural de alta resistencia (Rm=600~800MPa) se utiliza principalmente en estructuras soldadas de ingeniería. Las soldaduras y las áreas de soldadura soportan principalmente cargas de tracción.
El acero resistente al desgaste de alta resistencia (Rm≥1000MPa) se utiliza principalmente para estructuras y piezas de ingeniería resistentes al desgaste de alta resistencia que deben resistir impactos y resistencia al desgaste.
Acero de alta resistencia y alta tenacidad (Rm≥700MPa, este tipo de acero requiere alta resistencia y alta tenacidad al mismo tiempo, y se utiliza principalmente para estructuras soldadas de alta resistencia y alta tenacidad)
Análisis de soldabilidad del acero modulado con bajo contenido de carbono
La fracción de masa del acero al carbono templado y revenido con bajo contenido de carbono no supera el 0,18%, y el rendimiento de la soldadura es mucho mejor que el del acero templado y revenido con medio carbono.
La coincidencia de resistencia y tenacidad de la soldadura (coeficiente de coincidencia de resistencia de la soldadura S = (Rm)w/(Rm)b) es uno de los parámetros que caracteriza la heterogeneidad mecánica de la unión.
Cuando (Rm)w/(Rm)b>1, se denomina “coincidencia súper fuerte”
Cuando (Rm)w/(Rm)b=1, se denomina “coincidencia igualmente fuerte”
Cuando (Rm)w/(Rm)b<1, se denomina "coincidencia de baja resistencia"
grieta fría
El principio de aleación del acero modulado con bajo contenido de carbono se basa en la adición de una variedad de elementos de aleación para mejorar la templabilidad y garantizar alta resistencia y buena tenacidad. Martensita "autotemplada" con bajo contenido de carbono y parte de tejido mixto de bainita inferior.
Craqueo en caliente y craqueo por recalentamiento
Influencia de la composición química: el contenido de C es bajo, el contenido de Mn es alto y el contenido de S, El control de P también es más estricto, por lo que la tendencia al agrietamiento en caliente es menor. Sin embargo, los tipos de acero con alto contenido de Ni y bajo Mn tienen cierta sensibilidad al agrietamiento en caliente. Está relacionado con C, Mn/S y N, y se produce principalmente en la zona sobrecalentada de la zona afectada por el calor. Llamadas grietas de licuefacción.
Cuanto mayor es el aporte de calor de soldadura, más gruesos son los granos en la zona afectada por el calor y mayor es la fusión de los límites de grano. En serio, cuanto más larga sea la capa intergranular líquida entre los granos de cristal, más líquido Cuanto mayor sea la tendencia al agrietamiento. Para evitar la aparición de grietas por licuefacción: se debe adoptar un pequeño aporte de calor y control en el proceso. Controlar la forma del baño fundido y reducir la concavidad de la zona de fusión.
V tiene el mayor impacto en el craqueo por recalentamiento, seguido por Mo. Cuando V y Mo son iguales Será más sensible cuando se agregue. El impacto de la Cr está relacionado con el contenido (1%)
Cambios en el rendimiento de la zona afectada por el calor
Características de la microestructura de la zona afectada por el calor de acero templado y revenido.
Fragilización de la zona afectada por el calor
Bajo la acción del ciclo de calor de soldadura, cuando t8/5 continúa aumentando, la zona sobrecalentada de la zona afectada por el calor del acero modulado con bajo contenido de carbono es propensa a la fragilización, es decir, la tenacidad al impacto se reduce significativamente.
La causa de la fragilización en la zona afectada por el calor no es sólo el engrosamiento de los granos de austenita, sino también la formación de componentes superiores de bainita y MA.
Ablandamiento de la zona afectada por el calor
La temperatura máxima de la zona afectada por el calor del acero modulado con bajo contenido de carbono es mayor que la temperatura de templado del metal base a Ac1, y se producirá un ablandamiento (se reducen la resistencia y la dureza).
Características del proceso de soldadura del acero modulado con bajo contenido de carbono.
1. Se requiere que la velocidad de enfriamiento durante la transformación de la martensita no sea demasiado rápida, de modo que la martensita tenga un efecto de autotemplado para evitar la aparición de grietas por frío. 2. Se requiere que la velocidad de enfriamiento entre 800 y 500 ℃ sea mayor que la velocidad crítica para producir una estructura mixta quebradiza.
Métodos de soldadura y selección de materiales de soldadura.
Prevenir grietas
Al tiempo que se garantiza que se cumplan los requisitos de alta resistencia, se mejora la tenacidad del metal de soldadura y la zona afectada por el calor.
Generalmente, se utilizan métodos de soldadura mecanizados automatizados o semiautomáticos, como la soldadura por arco metálico con gas o la soldadura por arco activo con gas.
Selección de parámetros de soldadura.
Determinación del aporte de calor de soldadura.
La determinación del aporte de calor de soldadura E se basa en los requisitos de resistencia al agrietamiento y tenacidad de la zona afectada por el calor.
En el caso del acero de baja aleación con bajo contenido de carbono, el aumento de la velocidad de enfriamiento (reduciendo el aporte de calor) ha formado martensita con bajo contenido de carbono, lo que es beneficioso para garantizar la tenacidad.
Temperatura de precalentamiento y tratamiento térmico post-soldadura.
El propósito del precalentamiento es reducir la velocidad de enfriamiento durante la transformación de la martensita y mejorar la resistencia al agrietamiento mediante el efecto de "autotemperamento" de la martensita.
Las estructuras soldadas de acero templado y revenido con bajo contenido de carbono se utilizan generalmente en estado soldado y, en circunstancias normales, no se realiza un tratamiento térmico posterior a la soldadura. A menos que la resistencia y tenacidad del área de la unión después de la soldadura sean demasiado bajas, El tratamiento térmico posterior a la soldadura solo se lleva a cabo cuando la estructura soldada está sometida a una gran tensión o está sujeta a corrosión bajo tensión y requiere un procesamiento de alta precisión después de la soldadura para garantizar las dimensiones estructurales.
Propiedades mecánicas de uniones soldadas de acero templado y revenido con bajo contenido de carbono.
Los elementos fragilizantes perjudiciales para el metal de soldadura del acero modificado con bajo contenido de carbono son S, P, N, O y H, que deben restringirse.