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關于金屬材料的焊接性能你知道多少呢?

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關于金屬材料的焊接性能你知道多少呢?


金屬材料的焊接性是指金屬材料在采用一定的焊接工藝包括焊接方法、焊接材料、焊接規范及焊接結構形式等條件下,獲得優良焊接接頭的能力。一種金屬,如果能用較多普通又簡便的焊接工藝獲得優良的焊接接頭,則認為這種金屬具有良好的焊接性能金屬材料焊接性一般分為工藝焊接性和使用焊接性兩個方面。


工藝焊接性:是指在一定焊接工藝條件下,獲得優良,無缺陷焊接接頭的能力。它不是金屬固有的性質,而是根據某種焊接方法和所采用的具體工藝措施來進行的評定。所以金屬材料的工藝焊接性與焊接過程密切相關。


使用焊接性:是指焊接接頭或整個結構滿足產品技術條件規定的使用性能的程度。使用性能取決于焊接結構的工作條件和設計上提出的技術要求。通常包括力學性能、抗低溫韌性、抗脆斷性能、高溫蠕變、疲勞性能、持久強度、耐蝕性能和耐磨性能等。例如常用的S30403,S31603不銹鋼就具有優良的耐蝕性能,16MnDR,09MnNiDR低溫鋼也有具備良好的抗低溫韌性性能。

金屬材料焊接性能的影響因素


1、材料因素


材料包括母材和焊接材料。在相同的焊接條件下,決定母材焊接性的主要因素是它本身的物理性能和化學組成。


物理性能方面:如金屬的熔點、熱導率、線膨脹系數、密度、熱容量等因素,都對熱循環、熔化、結晶、相變等過程產生影響,從而影響焊接性。不銹鋼等熱導率低的材料,焊接時溫度梯度大,殘余應力高,變形大,。而且由于高溫停留時間長,熱影響區晶粒長大,對接頭性能不利。奧氏體不銹鋼線膨脹系數大、接頭的變形和應力較為嚴重。

化學組成方面,其中影響最大的是碳元素,也就是說金屬含碳量的多少決定了它的可焊性。鋼中的其他合金元素大部分也不利于焊接,但其影響程度一般都比碳小得多。鋼中含碳量增加,淬硬傾向就增大,塑性則下降,容易產生焊接裂紋。通常,把金屬材料在焊接時產生裂紋的敏感性及焊接接頭區力學性能的變化作為評價材料可焊性的主要指標。所以含碳量越高,可焊性越差。含碳量小于0.25%的低碳鋼和低合金鋼,塑性和沖擊韌性優良,焊后的焊接接頭塑性和沖擊韌性也很好。焊接時不需要預熱和焊后熱處理,焊接過程容易控制,因此具有良好的焊接性。


此外,鋼材的冶煉軋制狀態、熱處理狀態、組織狀態等,在不同程度上都對焊接性發生影響。通過精煉提純或細化晶粒和控軋工藝等手段,來改善鋼材的焊接性。


焊接材料直接參與焊接過程一系列化學冶金反應,決定著焊縫金屬的成分、組織、性能及缺陷的形成。如果選擇焊接材料不當,與母材不匹配,不僅不能獲得滿足使用要求的接頭,還會引進裂紋等缺陷的產生和組織性能的變化。因此,正確選用焊接材料是保證獲得優質焊接接頭的重要因素。


2、工藝因素


工藝因素包括焊接方法、焊接工藝參數、焊接順序、預熱、后熱及焊后熱處理等。焊接方法對焊接性影響很大,主要表現在熱源特性和保護條件兩個方面。


不同的焊接方法其熱源在功率、能量密度、最高加熱溫度等方面有很大差別。金屬在不同熱源下焊接,將顯示出不同的焊接性能。如電渣焊功率很大,但能量密度很低,最高加熱溫度也不高,焊接時加熱緩慢,高溫停留時間長,使得熱影響區晶粒粗大,沖擊韌性顯著降低,必須經正火處理才能改善。與此相反,電子束焊、激光焊等方法,功率不大,但能量密度很高,加熱迅速。高溫停留時間短,熱影響區很窄,沒有晶粒長大的危險。


調整焊接工藝參數,采取預熱、后熱、多層焊和控制層間溫度等其它工藝措施,可以調節和控制焊接熱循環,從而可改變金屬的焊接性。如采取焊前預熱或焊后熱處理等措施,則完全可能獲得沒有裂紋缺陷,滿足使用性能要求的焊接接頭。


3、結構因素


主要是指焊接結構和焊接接頭的設計形式,如結構形狀、尺寸、厚度、接頭坡口形式、焊縫布置及其截面形狀等因素對焊接性的影響。其影響主要表現在熱的傳遞和力的狀態方面。不同板厚、不同接頭形式或坡口形狀其傳熱速度方向和傳熱速度不一樣,從而對熔池結晶方向和晶粒成長發生影響。結構的開關、板厚和焊縫的布置等,決定接頭的剛度和拘束度,對接頭的應力狀態產生影響。不良的結晶形態,嚴重的應力集中和過大的焊接應力等是形成焊接裂紋的基本條件。設計中減少接頭的剛度、減少交叉焊縫,減少造成應力集中的各種因素,都是改善焊接性的重要措施。


4、使用條件


是指焊接結構服役期間的工作溫度、負載條件和工作介質等。這些工作環境和運行條件要求焊接結構具有相應的使用性能。如在低溫工作的焊接結構,必須具備抗脆性斷裂性能;在高溫工作的結構要具有抗蠕變性能;在交變載荷下工作的結構具有良好的抗疲勞;在酸、堿或鹽類介質工作的焊接容器應具有高的耐蝕性能等等??傊?,使用條件越苛刻,對焊接接頭的質量要求就越高,材料的焊接性就越不容易保證。