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影响金属材料焊接性的因素有哪些

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影响金属材料焊接性的因素有哪些

发布日期:2019-07-08 作者: 点击:

影响不锈钢管件金属材料焊接性的因素很多,主要有:金属材料、结构设计、工艺措施、服役环境等四个方面。焊接性是取决于母材和焊缝金属的化学成分、焊接结构和焊接接头的设计、焊接方法、焊接工艺等的一种综合性能。

材料因素

材料因素是指木材本身和焊接材料;包括材料的化学成分、冶炼轧制状态、热处理、组织状态和力学性能等。

焊接材料如焊条电弧焊时的焊条、埋弧焊时的焊丝和焊剂、起提包弧焊时的焊丝和保护气体等。在焊接过程中,木材和焊接材料直接参与熔池或熔合区的冶金反应,对焊接性和焊接质量有重要影响。当母材或焊接材料选用不当时,会造成焊缝成分不合格,力学性能和其他性能降低,甚至会出现裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷,也就是焊接工艺性变差,因此必须正确选择。

在母材方面,以化学成分影响最大。如钢材只是依靠合金元素来实现固溶强化,一般情况下在焊接过程中最易使焊缝金属、热影响区以及母材有良好的相匹配性能。如果钢材为较复杂的合金系,并通过热处理、变形加工等方式实现强化,则不易获得与母材完全匹配的焊缝金属,甚至整个焊接接头。对钢来说,影响焊接性较大的元素有C、P、H、S、O、N等,合金元素中的Mn、Si、Cr、Ni、Mo、Ti、V、Nb、Cu及B等,都在不同程度有可能增加焊接接头的淬硬倾向和裂纹敏感性。一般来说,钢材的焊接性将随含碳量和合金元素含量的增加而恶化。

在冶炼方法、轧制工艺及热处理状态等,也都在不同程度上影响焊接性。现在的CF钢(抗裂钢)、Z向钢、TMCP钢(控轧钢)等,都是通过精炼提纯、控制轧制工艺等手段来提高材料的焊接性。

结构因素

结构因素有焊接结构和焊接接头的形式、刚度、及应力状态等,

这些将影响接头的力学性能和产生焊接缺陷。

对于体积和重量有要求的焊接结构,设计中应选择比强度较高的材料(如轻合金材料),以达到缩小体积、减轻重量的目的。对体积和重量无特殊要求的焊接结构,选用强度等级较高的材料也有其技术经济意义,这样可以减轻结构自重,节约母材和焊材,避免大型结构吊装和运输上的困难,并且能提高承载能力。

焊接接头的结构设计会影响应力状态,从而对焊接性产生影响。在设计时应使接头处的应力处于较小的状态,能够自由收缩,这样有利于减小应力集中和防止焊接裂纹。要尽量避免接头处的缺口、截面突变、对高过大、交叉焊缝等容易引起应力集中。也要避免不必要的增大母材厚度或焊缝体积而产生多向应力。

对于焊接热源特点、功率密度、线能量等工艺参数会直接决定接头的温度场和热循环,从而对焊缝及热影响区范围大小、组织变化和产生缺陷的敏感性等有明显的影响。比如,采用焊前预热和焊后缓冷可降低接头的冷却速度,可以降低接头的淬硬倾向和冷裂纹敏感性。选择合理的焊接顺序可以改善结构的约束程度和盈利状态。采用氩弧焊等焊接方法可使焊接区保护严密,减少合金元素烧损,获得满意的接头性能等。

工艺因素

工艺因素包括施工时所采用的焊接方法、焊接工艺规程(如焊接热输入、预热、焊接顺序等)、焊后热处理等。

对于同一种母材,采用不同的焊接方法和工艺措施,所表现出来的焊接性有很大的差异。比如,铝及其合金用气焊较难焊接,但用氩弧焊就能取得良好的效果;钛合金对、O、H、N极为敏感,用气焊和焊条电弧焊不可能焊好,而用氩弧焊或电子束焊就比较容易焊接。因此,发展新的焊接方法和新工艺是改善工艺焊接性的重要途径。

焊接方法对焊接性的影响首先表现在焊接热源能量密度、温度以及热输入上;其次表现在保护熔池及接头附近的方式上,如渣保护、气体保护、渣-气联合保护、真空中焊接等。对于有过热敏感性的高强度钢,从防止过热角度看,可选用窄间隙气体保护焊、脉冲电弧焊、等离子弧焊等,有利于改善其焊接性。

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关键词:焊接材料,不锈钢代铜,不锈钢管件

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