De lasbaarheid van metalen materialen verwijst naar het vermogen van metalen materialen om uitstekende lasverbindingen te verkrijgen met behulp van bepaalde lasprocessen, waaronder lasmethoden, lasmaterialen, lasspecificaties en lasconstructievormen.Als een metaal uitstekende lasverbindingen kan verkrijgen met behulp van meer gebruikelijke en eenvoudige lasprocessen, wordt het geacht goede lasprestaties te hebben.De lasbaarheid van metalen materialen is over het algemeen verdeeld in twee aspecten: proceslasbaarheid en toepassingslasbaarheid.
Proceslasbaarheid: verwijst naar het vermogen om uitstekende, defectvrije lasverbindingen te verkrijgen onder bepaalde lasprocesomstandigheden.Het is geen inherente eigenschap van het metaal, maar wordt beoordeeld op basis van een bepaalde lasmethode en de specifieke procesmaatregelen die worden toegepast.Daarom hangt de proceslasbaarheid van metalen materialen nauw samen met het lasproces.
Service lasbaarheid: verwijst naar de mate waarin de lasverbinding of de gehele constructie voldoet aan de serviceprestaties gespecificeerd door de technische voorwaarden van het product.De prestaties zijn afhankelijk van de werkomstandigheden van de gelaste constructie en de technische eisen die in het ontwerp naar voren zijn gebracht.Omvat meestal mechanische eigenschappen, taaiheid bij lage temperaturen, weerstand tegen brosse breuken, kruip bij hoge temperaturen, vermoeiingseigenschappen, blijvende sterkte, corrosieweerstand en slijtvastheid, enz. De veelgebruikte roestvrij staalsoorten S30403 en S31603 hebben bijvoorbeeld een uitstekende corrosieweerstand en 16MnDR en 09MnNiDR-staalsoorten voor lage temperaturen hebben ook een goede taaiheidsbestendigheid bij lage temperaturen.
Factoren die de lasprestaties van metalen materialen beïnvloeden
1. Materiële factoren
Materialen omvatten basismetaal en lasmaterialen.Onder dezelfde lasomstandigheden zijn de fysische eigenschappen en chemische samenstelling de belangrijkste factoren die de lasbaarheid van het basismetaal bepalen.
In termen van fysieke eigenschappen: factoren zoals het smeltpunt, thermische geleidbaarheid, lineaire uitzettingscoëfficiënt, dichtheid, warmtecapaciteit en andere factoren van het metaal hebben allemaal invloed op processen zoals thermische cyclus, smelten, kristallisatie, faseverandering, enz. , waardoor de lasbaarheid wordt beïnvloed.Materialen met een lage thermische geleidbaarheid, zoals roestvrij staal, hebben grote temperatuurgradiënten, hoge restspanningen en grote vervormingen tijdens het lassen.Bovendien groeien de korrels in de door hitte beïnvloede zone door de lange verblijftijd bij hoge temperatuur, wat nadelig is voor de gezamenlijke prestaties.Austenitisch roestvast staal heeft een grote lineaire uitzettingscoëfficiënt en ernstige gewrichtsvervorming en spanning.
In termen van chemische samenstelling is koolstof het meest invloedrijke element, wat betekent dat het koolstofgehalte van het metaal de lasbaarheid ervan bepaalt.De meeste andere legeringselementen in staal zijn niet bevorderlijk voor lassen, maar hun impact is over het algemeen veel kleiner dan die van koolstof.Naarmate het koolstofgehalte in staal toeneemt, neemt de neiging tot verharding toe, neemt de plasticiteit af en kunnen lasscheuren ontstaan.Meestal worden de gevoeligheid van metalen materialen voor scheuren tijdens het lassen en de veranderingen in de mechanische eigenschappen van het lasverbindingsgebied gebruikt als de belangrijkste indicatoren om de lasbaarheid van materialen te evalueren.Hoe hoger het koolstofgehalte, hoe slechter de lasbaarheid.Laag koolstofstaal en laaggelegeerd staal met een koolstofgehalte van minder dan 0,25% hebben een uitstekende plasticiteit en slagvastheid, en de plasticiteit en slagvastheid van de lasverbindingen na het lassen zijn ook erg goed.Voorverwarmen en warmtebehandeling na het lassen zijn tijdens het lassen niet nodig en het lasproces is gemakkelijk te controleren, dus het heeft een goede lasbaarheid.
Bovendien hebben de smelt- en walstoestand, de warmtebehandelingstoestand, de organisatorische toestand enz. van staal allemaal in verschillende mate invloed op de lasbaarheid.De lasbaarheid van staal kan worden verbeterd door korrels te raffineren of te verfijnen en gecontroleerde walsprocessen.
Lasmaterialen nemen tijdens het lasproces rechtstreeks deel aan een reeks chemische metallurgische reacties, die de samenstelling, structuur, eigenschappen en defectvorming van het lasmetaal bepalen.Als de lasmaterialen verkeerd zijn geselecteerd en niet passen bij het basismetaal, zal er niet alleen geen verbinding worden verkregen die aan de gebruikseisen voldoet, maar zullen er ook defecten zoals scheuren en veranderingen in structurele eigenschappen worden geïntroduceerd.Daarom is de juiste keuze van lasmaterialen een belangrijke factor bij het garanderen van lasverbindingen van hoge kwaliteit.
2. Procesfactoren
Procesfactoren zijn onder meer lasmethoden, lasprocesparameters, lasvolgorde, voorverwarmen, naverwarmen en warmtebehandeling na het lassen, enz. De lasmethode heeft een grote invloed op de lasbaarheid, voornamelijk in twee aspecten: kenmerken van de warmtebron en beschermingsomstandigheden.
Verschillende lasmethoden hebben zeer verschillende warmtebronnen in termen van vermogen, energiedichtheid, maximale verwarmingstemperatuur, enz. Metalen die onder verschillende warmtebronnen worden gelast, zullen verschillende laseigenschappen vertonen.Het vermogen van elektroslaklassen is bijvoorbeeld erg hoog, maar de energiedichtheid is erg laag en de maximale verwarmingstemperatuur is niet hoog.De verwarming is langzaam tijdens het lassen en de verblijftijd bij hoge temperaturen is lang, wat resulteert in grove korrels in de door hitte beïnvloede zone en een aanzienlijke vermindering van de slagvastheid, die moet worden genormaliseerd.Verbeteren.Daarentegen hebben elektronenstraallassen, laserlassen en andere methoden een laag vermogen, maar een hoge energiedichtheid en snelle verwarming.De verblijftijd bij hoge temperaturen is kort, de door hitte beïnvloede zone is zeer smal en er bestaat geen gevaar voor graangroei.
Door de parameters van het lasproces aan te passen en andere procesmaatregelen te nemen, zoals voorverwarmen, naverwarmen, meerlaags lassen en het regelen van de tussenlaagtemperatuur, kan de thermische lascyclus worden aangepast en geregeld, waardoor de lasbaarheid van het metaal verandert.Als maatregelen zoals voorverwarmen vóór het lassen of warmtebehandeling na het lassen worden genomen, is het heel goed mogelijk om lasverbindingen te verkrijgen zonder scheurdefecten die voldoen aan de prestatie-eisen.
3. Structurele factoren
Het verwijst voornamelijk naar de ontwerpvorm van de gelaste structuur en lasverbindingen, zoals de impact van factoren zoals structurele vorm, grootte, dikte, vorm van de verbindingsgroef, lasindeling en de vorm van de dwarsdoorsnede op de lasbaarheid.De invloed ervan komt vooral tot uiting in de warmteoverdracht en de krachttoestand.Verschillende plaatdiktes, verschillende verbindingsvormen of groefvormen hebben verschillende richtingen en snelheden voor de warmteoverdrachtssnelheid, die de kristallisatierichting en korrelgroei van het gesmolten bad zullen beïnvloeden.De structurele schakelaar, plaatdikte en lasopstelling bepalen de stijfheid en terughoudendheid van de verbinding, wat de spanningstoestand van de verbinding beïnvloedt.Slechte kristalmorfologie, ernstige spanningsconcentratie en overmatige lasspanning zijn de basisvoorwaarden voor de vorming van lasscheuren.Bij het ontwerp zijn het verminderen van de stijfheid van de verbindingen, het verminderen van kruislassen en het verminderen van verschillende factoren die spanningsconcentratie veroorzaken allemaal belangrijke maatregelen om de lasbaarheid te verbeteren.
4. Gebruiksvoorwaarden
Het verwijst naar de bedrijfstemperatuur, belastingsomstandigheden en werkmedium tijdens de gebruiksperiode van de gelaste constructie.Deze werkomgevingen en bedrijfsomstandigheden vereisen dat gelaste constructies overeenkomstige prestaties leveren.Gelaste constructies die bij lage temperaturen werken, moeten bijvoorbeeld een brosse breukweerstand hebben;constructies die bij hoge temperaturen werken, moeten kruipweerstand hebben;constructies die onder wisselende belastingen werken, moeten een goede weerstand tegen vermoeidheid hebben;structuren die in zure, alkalische of zoute media werken. De gelaste container moet een hoge corrosieweerstand hebben, enzovoort.Kortom, hoe strenger de gebruiksomstandigheden, hoe hoger de kwaliteitseisen aan lasverbindingen en hoe moeilijker het is om de lasbaarheid van het materiaal te garanderen.
Identificatie- en evaluatie-index van lasbaarheid van metalen materialen
Tijdens het lasproces ondergaat het product thermische lasprocessen, metallurgische reacties, evenals lasspanning en vervorming, resulterend in veranderingen in de chemische samenstelling, metallografische structuur, grootte en vorm, waardoor de prestaties van de lasverbinding vaak verschillen van die van de lasverbinding. basismateriaal, soms zelfs. Kan niet aan de gebruikseisen voldoen.Voor veel reactieve of vuurvaste metalen moeten speciale lasmethoden zoals elektronenstraallassen of laserlassen worden gebruikt om verbindingen van hoge kwaliteit te verkrijgen.Hoe minder apparatuuromstandigheden en hoe minder moeite er nodig is om een goede lasverbinding van een materiaal te maken, hoe beter de lasbaarheid van het materiaal;integendeel, als complexe en dure lasmethoden, speciale lasmaterialen en procesmaatregelen nodig zijn, betekent dit dat het materiaal slecht lasbaar is.
Bij het vervaardigen van producten moet eerst de lasbaarheid van de gebruikte materialen worden beoordeeld om te bepalen of de geselecteerde constructiematerialen, lasmaterialen en lasmethoden geschikt zijn.Er zijn veel methoden om de lasbaarheid van materialen te evalueren.Elke methode kan slechts een bepaald aspect van de lasbaarheid verklaren.Daarom zijn tests nodig om de lasbaarheid volledig te bepalen.Testmethoden kunnen worden onderverdeeld in simulatietype en experimenteel type.De eerste simuleert de verwarmings- en koeleigenschappen van lassen;de laatste test volgens de werkelijke lasomstandigheden.De testinhoud is voornamelijk bedoeld om de chemische samenstelling, metallografische structuur, mechanische eigenschappen en de aan- of afwezigheid van lasfouten van het basismetaal en lasmetaal te detecteren, en om de prestaties bij lage temperaturen, prestaties bij hoge temperaturen, corrosieweerstand en scheurweerstand van de lasverbinding.
Laseigenschappen van veelgebruikte metalen materialen
1. Lassen van koolstofstaal
(1) Lassen van koolstofarm staal
Koolstofarm staal heeft een laag koolstofgehalte, een laag mangaan- en siliciumgehalte.Onder normale omstandigheden zal het geen ernstige structurele verharding of afschrikstructuur veroorzaken als gevolg van lassen.Dit soort staal heeft een uitstekende plasticiteit en slagvastheid, en de plasticiteit en taaiheid van de lasverbindingen zijn ook buitengewoon goed.Voorverwarmen en naverwarmen zijn over het algemeen niet vereist tijdens het lassen, en er zijn geen speciale procesmaatregelen vereist om lasverbindingen met een bevredigende kwaliteit te verkrijgen.Daarom heeft staal met een laag koolstofgehalte uitstekende lasprestaties en is het het staal met de beste lasprestaties van alle staalsoorten..
(2) Lassen van middelmatig koolstofstaal
Middelmatig koolstofstaal heeft een hoger koolstofgehalte en de lasbaarheid is slechter dan koolstofarm staal.Wanneer CE dicht bij de ondergrens (0,25%) ligt, is de lasbaarheid goed.Naarmate het koolstofgehalte toeneemt, neemt de neiging tot verharding toe en wordt gemakkelijk een martensietstructuur met lage plasticiteit gegenereerd in de door hitte beïnvloede zone.Wanneer het laswerk relatief stijf is of de lasmaterialen en procesparameters onjuist zijn geselecteerd, is de kans groot dat er koude scheuren optreden.Bij het lassen van de eerste laag van meerlaags laswerk neemt het koolstofgehalte, het zwavel- en fosforgehalte toe, vanwege het grote aandeel van het basismetaal dat in de las is gesmolten, waardoor het gemakkelijk wordt om hete scheuren te veroorzaken.Bovendien neemt de gevoeligheid van de huidmondjes ook toe als het koolstofgehalte hoog is.
(3) Lassen van koolstofstaal
Staal met een hoog koolstofgehalte met een CE van meer dan 0,6% heeft een hoge hardbaarheid en is gevoelig voor de productie van hard en bros martensiet met een hoog koolstofgehalte.In lassen en door hitte beïnvloede zones kunnen scheuren ontstaan, waardoor het lassen moeilijk wordt.Daarom wordt dit type staal doorgaans niet gebruikt voor het maken van lasconstructies, maar voor het maken van componenten of onderdelen met een hoge hardheid of slijtvastheid.Het grootste deel van hun laswerkzaamheden is bedoeld om beschadigde onderdelen te repareren.Deze onderdelen en componenten moeten vóór de lasreparatie worden uitgegloeid om lasscheuren te verminderen, en vervolgens na het lassen opnieuw een hittebehandeling ondergaan.
2. Lassen van laaggelegeerd staal met hoge sterkte
Het koolstofgehalte van laaggelegeerd staal met hoge sterkte bedraagt over het algemeen niet meer dan 0,20%, en het totale aantal legeringselementen bedraagt over het algemeen niet meer dan 5%.Juist omdat laaggelegeerd hoogsterktestaal een bepaalde hoeveelheid legeringselementen bevat, zijn de lasprestaties enigszins anders dan die van koolstofstaal.De laseigenschappen zijn als volgt:
(1) Lasscheuren in lasverbindingen
Koudgescheurd laaggelegeerd hoogsterkte staal bevat C, Mn, V, Nb en andere elementen die het staal versterken, waardoor het gemakkelijk te harden is tijdens het lassen.Deze verharde structuren zijn zeer gevoelig.Daarom, wanneer de stijfheid groot is of de tegenhoudspanning hoog is, kan een onjuist lasproces gemakkelijk koude scheuren veroorzaken.Bovendien kent dit type crack een zekere vertraging en is uiterst schadelijk.
Reheat-scheuren (SR-scheuren) Reheat-scheuren zijn intergranulaire scheuren die optreden in het grofkorrelige gebied nabij de smeltlijn tijdens een warmtebehandeling na het lassen of langdurig gebruik bij hoge temperaturen.Algemeen wordt aangenomen dat dit optreedt als gevolg van de hoge lastemperatuur, waardoor V, Nb, Cr, Mo en andere carbiden in de buurt van de HAZ vast worden opgelost in het austeniet.Ze hebben geen tijd om te precipiteren tijdens het afkoelen na het lassen, maar verspreiden en precipiteren tijdens PWHT, waardoor de kristalstructuur wordt versterkt.Binnenin concentreert de kruipvervorming tijdens spanningsrelaxatie zich op de korrelgrenzen.
Lasverbindingen van laaggelegeerd staal met hoge sterkte zijn over het algemeen niet gevoelig voor herverhittingsscheuren, zoals 16MnR, 15MnVR, enz. Voor de series Mn-Mo-Nb en Mn-Mo-V zijn echter laaggelegeerde staalsoorten met hoge sterkte, zoals 07MnCrMoVR, aangezien Nb, V en Mo elementen zijn die sterk gevoelig zijn voor herverhittingsscheuren, moet dit type staal worden behandeld tijdens de warmtebehandeling na het lassen.Er moet voor worden gezorgd dat het gevoelige temperatuurgebied van herverhittingsscheuren wordt vermeden om het optreden van herverhittingsscheuren te voorkomen.
(2) Verbrossing en verzachting van lasverbindingen
Verbrossing door veroudering door spanning Gelaste verbindingen moeten vóór het lassen verschillende koude processen ondergaan (blanco knippen, tonwalsen, enz.).Het staal zal plastische vervorming veroorzaken.Als het gebied verder wordt verwarmd tot 200 tot 450 °C, zal spanningsveroudering optreden..Verbrossing door spanningsveroudering zal de plasticiteit van het staal verminderen en de brosse overgangstemperatuur verhogen, wat resulteert in brosse breuk van de apparatuur.Warmtebehandeling na het lassen kan dergelijke spanningsveroudering van de gelaste structuur elimineren en de taaiheid herstellen.
Verbrossing van lassen en door hitte beïnvloede zones Lassen is een ongelijkmatig verwarmings- en afkoelingsproces, wat resulteert in een ongelijkmatige structuur.De brosse overgangstemperatuur van de las (WM) en de hittebeïnvloede zone (HAZ) is hoger dan die van het basismetaal en is de zwakke schakel in de verbinding.Laslijnenergie heeft een belangrijke invloed op de eigenschappen van laaggelegeerd hoogsterkte staal WM en HAZ.Laaggelegeerd hoogsterktestaal is gemakkelijk te harden.Als de lijnenergie te klein is, zal martensiet in de HAZ verschijnen en scheuren veroorzaken.Als de lijnenergie te groot is, worden de korrels van WM en HAZ grof.Zorgt ervoor dat het gewricht broos wordt.Vergeleken met warmgewalst en genormaliseerd staal heeft gehard en getemperd staal met een laag koolstofgehalte een ernstiger neiging tot HAZ-verbrossing veroorzaakt door overmatige lineaire energie.Daarom moet bij het lassen de lijnenergie beperkt worden tot een bepaald bereik.
Verzachting van de door hitte beïnvloede zone van lasverbindingen Door de werking van laswarmte wordt de buitenkant van de door hitte beïnvloede zone (HAZ) van gehard en getemperd staal met een laag koolstofgehalte verwarmd tot boven de ontlaattemperatuur, vooral het gebied nabij Ac1. waardoor een verzachtingszone met verminderde sterkte ontstaat.De structurele verzachting in de HAZ-zone neemt toe met de toename van de laslijnenergie en de voorverwarmingstemperatuur, maar over het algemeen is de treksterkte in de verzachte zone nog steeds hoger dan de ondergrens van de standaardwaarde van het basismetaal, dus de door hitte beïnvloede zone van dit type staal wordt zachter. Zolang de afwerking goed is, heeft het probleem geen invloed op de prestatie van de verbinding.
3. Lassen van roestvrij staal
Roestvast staal kan worden onderverdeeld in vier categorieën op basis van de verschillende staalconstructies, namelijk austenitisch roestvast staal, ferritisch roestvast staal, martensitisch roestvast staal en austenitisch-ferritisch duplex roestvast staal.Hieronder worden voornamelijk de laseigenschappen van austenitisch roestvast staal en bidirectioneel roestvast staal geanalyseerd.
(1) Lassen van austenitisch roestvast staal
Austenitisch roestvast staal is gemakkelijker te lassen dan ander roestvast staal.Er zal bij geen enkele temperatuur fasetransformatie plaatsvinden en het is niet gevoelig voor waterstofverbrossing.De austenitische roestvrijstalen verbinding heeft ook een goede plasticiteit en taaiheid in gelaste toestand.De belangrijkste problemen bij het lassen zijn: warmscheuren bij het lassen, brosheid, intergranulaire corrosie en spanningscorrosie, enz. Bovendien zijn de lasspanningen en vervormingen groot als gevolg van de slechte thermische geleidbaarheid en de grote lineaire uitzettingscoëfficiënt.Bij het lassen moet de laswarmte-inbreng zo klein mogelijk zijn, mag er geen voorverwarming plaatsvinden en moet de temperatuur tussen de lagen worden verlaagd.De temperatuur tussen de lagen moet onder de 60°C worden gehouden en de lasverbindingen moeten verspringend zijn.Om de warmte-inbreng te verminderen, mag de lassnelheid niet excessief worden verhoogd, maar moet de lasstroom op passende wijze worden verlaagd.
(2) Lassen van austenitisch-ferritisch tweeweg roestvast staal
Austenitisch-ferritisch duplex roestvast staal is een duplex roestvast staal dat bestaat uit twee fasen: austeniet en ferriet.Het combineert de voordelen van austenitisch staal en ferritisch staal, waardoor het de kenmerken heeft van hoge sterkte, goede corrosieweerstand en gemakkelijk lassen.Momenteel zijn er drie hoofdtypen duplex roestvrij staal: Cr18, Cr21 en Cr25.De belangrijkste kenmerken van dit type staallassen zijn: lagere thermische neiging vergeleken met austenitisch roestvast staal;lagere neiging tot verbrossing na het lassen vergeleken met puur ferritisch roestvrij staal, en de mate van ferrietvergroving in de door de laswarmte beïnvloede zone is ook lager, dus de lasbaarheid is beter.
Omdat deze staalsoort goede laseigenschappen heeft, is voor- en naverwarmen tijdens het lassen niet nodig.Dunne platen moeten TIG worden gelast, en middelzware en dikke platen kunnen worden gelast door booglassen.Bij het booglassen moeten speciale lasstaven met een vergelijkbare samenstelling als het basismetaal of austenitische lasstaven met een laag koolstofgehalte worden gebruikt.Op nikkel gebaseerde legeringselektroden kunnen ook worden gebruikt voor tweefasig staal van het Cr25-type.
Tweefasige staalsoorten hebben een groter aandeel ferriet, en de inherente neiging tot verbrossing van ferritische staalsoorten, zoals brosheid bij 475°C, verbrossing door σ-faseprecipitatie en grove korrels, bestaan nog steeds, alleen vanwege de aanwezigheid van austeniet.Door het balancerende effect kan enige verlichting worden verkregen, maar bij het lassen moet u nog steeds opletten.Bij het lassen van Ni-vrij of duplex roestvast staal met een laag Ni-gehalte bestaat de neiging tot eenfasige ferriet- en korrelvergroving in de door hitte beïnvloede zone.Op dit moment moet aandacht worden besteed aan het beheersen van de laswarmte-inbreng en proberen kleine stroomsterkte, hoge lassnelheid en smal kanaallassen te gebruiken.En meervoudig lassen om korrelvergroving en eenfasige ferrietisatie in de door hitte beïnvloede zone te voorkomen.De temperatuur tussen de lagen mag niet te hoog zijn.Het is het beste om de volgende pas na afkoeling te lassen.
Posttijd: 11 september 2023