Johdatus useisiin hitsaushalkeamiin

Hitsaushalkeamat luonteeltaan pisteisiin voidaan jakaa kuumahalkeamiin, lämmityshalkeamiin, kylmähalkeamiin, laminoituihin repeytymiin ja niin edelleen. Seuraavassa käsitellään vain erilaisten halkeamien syitä, ominaisuuksia ja ennaltaehkäisymenetelmiä erityistä käsittelyä varten.
1. Lämpöhalkeamat
Valmistetaan korkeissa lämpötiloissa hitsauksen aikana, ns. lämpöhalkeilu, jolle on tunnusomaista halkeilu pitkin alkuperäisiä austeniitin raerajoja. Hitsausmetallimateriaalin (vähäseosteinen korkealujuus teräs, ruostumaton teräs, valurauta, alumiiniseokset ja jotkut erikoismetallit jne.) mukaan lämpöhalkeilun muoto, lämpötila-alue ja pääasiallinen syy on myös erilainen. Tällä hetkellä lämpöhalkeamat jaetaan kolmeen pääluokkaan, kuten kiteytyshalkeamat, nesteytyshalkeamat ja monenväliset halkeamat.
(1) Kiteytyshalkeamat syntyvät pääasiassa hiiliteräksestä, joka sisältää enemmän epäpuhtauksia, niukkaseosteisesta teräksestä (sis. S, P, C, Si on korkea) ja yksifaasisessa austeniittisessa teräksessä, nikkelipohjaisissa seoksissa ja joissakin alumiiniseoshitsauksessa. Tämä halkeama on kiteytyshitsausprosessissa, kiinteän faasin linjan läheisyydessä, metallin kutistumisen jähmettymisen vuoksi jäännösnestemäinen metalli ei ole riittävä, sitä ei voida lisätä ajoissa jännityksen vaikutuksesta. tapahtuu kiteen halkeilua pitkin.
Ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä ovat: metallurgisissa tekijöissä hitsin metallikoostumuksen asianmukainen säätö, hauraan lämpötilavyöhykkeen alueen lyhentäminen rikin, fosforin, hiilen ja muiden haitallisten epäpuhtauksien hallitsemiseksi; hioa hitsausmetallirakeita, eli lisää elementtejä, kuten Mo, V, Ti, Nb jne.; Teknologian kannalta voidaan esilämmittää ennen hitsausta, ohjata energian linjaa, vähentää nivelten rajoituksia ja muita näkökohtia estää ja valvoa.
(2) Near-saumavyöhykkeen nesteytyshalkeama on eräänlainen mikrohalkeama, joka halkeilee pitkin austeniitin raerajaa, joka on kooltaan hyvin pieni ja esiintyy HAZ:n tai välikerroksen lähisaumavyöhykkeellä. Syy johtuu yleensä hitsauksesta lähellä sauma-aluetta metallia tai hitsaa välikerrosmetallia korkeissa lämpötiloissa siten, että nämä austeniitin raerajojen alueet matalassa sulamispisteessä olevissa eutektisissa ainesosissa sulavat uudelleen vetojännityksen vaikutuksesta austeniitin rakeidenvälistä kalvoa pitkin. halkeilu ja nesteytyshalkeamien muodostuminen.
Tällaiset halkeamien ehkäisy- ja valvontatoimenpiteet sekä kiteytyshalkeamat ovat periaatteessa samat. Erityisesti metallurgiassa on mahdollisimman tehokas rikin, fosforin, piin, boorin ja muiden alhaalla sulavien eutektisten ainesosien vähentäminen sisällöstä; prosessissa voit vähentää linjan energiaa, vähentää sulatusaltaan sulamislinjan koveruutta.
(3) Polygonisaatiohalkeamat johtuvat erittäin alhaisesta plastisuudesta korkeissa lämpötiloissa polygonisaation muodostumisen aikana. Tämä halkeama ei ole yleinen, ja sen ehkäisy- ja hallintatoimenpiteitä voidaan lisätä hitsaukseen parantamaan elementtien, kuten Mo, W, Ti jne., polygonisaatioviritysenergiaa.
2. Halkeamien uudelleenlämmitys
Yleensä esiintyy joissakin, jotka sisältävät saostumista vahvistavia elementtejä terästä ja korkean lämpötilan metalliseoksia (mukaan lukien niukkaseosteinen korkealujuus teräs, perliittinen lämmönkestävä teräs, sadevahvisteiset korkean lämpötilan seokset sekä joissakin austeniittisissa ruostumattomissa teräksissä), he eivät löytäneet halkeamia hitsauksen jälkeen, mutta lämpökäsittelyprosessissa halkeamia. Tulistettujen karkeiden kideosien hitsauslämmön vaikutusalueelle syntyy jälkilämmityshalkeamia, joiden suunta on austeniitin karkean kiteen raerajajatkeen sulamislinjaa pitkin.
Uudelleenlämmityshalkeilun ehkäisy ja hallinta materiaalivalikoimasta, voit valita hienoraeteräksen. Valitse prosessin kannalta pienempi linjaenergia, korkeampi esilämmityslämpötila ja myöhemmillä lämpömittauksilla valitse vähän sopiva hitsausmateriaali jännityksen keskittymisen välttämiseksi.
3. Kylmä halkeama
Esiintyy pääasiassa korkean, keskihiilisen teräksen, matalan, keskiseosteisen teräksen hitsauslämmön vaikutusalueella, mutta jotkut metallit, kuten jotkut erittäin lujat teräkset, titaani ja titaaniseokset jne. Joskus hitsauksessa esiintyy myös kylmähalkeilua. Yleisesti ottaen teräslaadun kovettumistaipumus, hitsausliitosten vetypitoisuus ja jakautuminen sekä liitokset altistuvat rajoitusjännityksen tilaan ovat korkealujuusteräshitsauksen kolme päätekijää kylmähalkeamien synnyttämiseksi. Alkuainevedyn vaikutuksesta hitsauksen jälkeen muodostunut martensiittinen organisaatio yhdessä vetojännityksen kanssa muodostuu kylmähalkeamia. Sen muodostuminen tapahtuu yleensä kiteen läpi tai sitä pitkin. Kylmähalkeamat luokitellaan yleensä varvashalkeamiin, hitsaushalkeamiin ja juurihalkeamiin.
Kylmähalkeamien ehkäisy ja hallinta voivat perustua työkappaleen kemialliseen koostumukseen, hitsausmateriaalien valintoihin ja prosessitoimenpiteisiin kolmella tavalla. Pitäisi yrittää valita materiaaleja, joiden hiiliekvivalentti on pienempi; hitsaustarvikkeet tulee valita alhaisella vetyelektrodilla, hitsit tulee sovittaa alhaisella lujuudella, materiaalin korkeaan kylmähalkeilutaipumukseen voidaan valita myös austeniittiset hitsaustarvikkeet; Linjan energian, esilämmityksen ja jälkilämpökäsittelyn kohtuullinen hallinta on estää ja hallita prosessin kylmähalkeilua.
Hitsaustuotannossa teräksen, hitsausmateriaalien, erityyppisten rakenteiden, teräksen käytön sekä erilaisten erityisolosuhteiden rakentamisen vuoksi voi esiintyä erilaisia ​​kylmähalkeamia. Kuitenkin tärkein asia, jota tuotannossa usein kohdataan, on viivästynyt halkeilu.

Viivästynyttä halkeilua on kolme muotoa:
(1) Hitsin kärjen halkeamat - Tämän tyyppiset halkeamat syntyvät perusmetallin ja hitsin risteyksestä, ja siinä on ilmeinen jännityskeskittymäalue. Halkeaman suunta on usein yhdensuuntainen hitsauskanavan kanssa, yleensä alkaen hitsin varren pinnasta perusmateriaalin syvyyteen.
(2) Halkeamia hitsauskanavan alla - tämä halkeama esiintyy usein kovettumistaipumuksessa, korkeammassa vetypitoisuudessa hitsin lämpövaikutusalueella. Yleensä halkeamissuunta on samansuuntainen sulamislinjan kanssa.
(3) juurihalkeama - tämä halkeama on yleisempi viivästyneen halkeilun muoto, jota esiintyy pääasiassa korkeamman vetypitoisuuden ja riittämättömän esilämmityslämpötilan tapauksessa. Tämän tyyppinen halkeama on samanlainen kuin hitsin kärkihalkeamat ja syntyy siitä hitsin osasta, jossa jännityspitoisuus on suurin hitsin juurella. Juurihalkeamia voi esiintyä lämmön vaikutuksen aiheuttaman vyöhykkeen karkeassa osassa tai hitsausmetallissa.
Teräslaadun kovettumistaipumus, hitsausliitoksen vetypitoisuus ja sen jakautuminen sekä rajoitusjännityksen alaisen liitoksen tila ovat kolme päätekijää, jotka aiheuttavat kylmähalkeamia korkealujuutta terästä hitsattaessa. Nämä kolme tekijää liittyvät toisiinsa ja vahvistavat toisiaan tietyissä olosuhteissa.
Teräslaadun kovettumistaipumus määräytyvät pääasiassa kemiallisen koostumuksen, levyn paksuuden, hitsausprosessin ja jäähdytysolosuhteiden perusteella. Hitsattaessa mitä suurempi teräslaadun kovettumistaipumus on, sitä todennäköisemmin syntyy halkeamia. Miksi teräksen karkaisu aiheuttaa halkeamia? Se voidaan tiivistää kahteen seuraavaan näkökohtaan.
a: hauraan kovan martensiittiorganisaation muodostuminen - martensiitti on hiiltä ɑ raudan ylikyllästetyssä kiinteässä liuoksessa, hilassa on hiiliatomeja, joissa on interstitiaalisia atomeja, joten rautaatomit poikkeavat tasapainoasennosta, hilassa tapahtuu suuri poikkeama, mikä johtaa organisaatio paatuneessa tilassa. Erityisesti hitsausolosuhteissa sauma-alueen lähellä lämmityslämpötila on erittäin korkea, joten austeniitin rakeiden kasvu tapahtuu vakavasti, kun nopeasti jäähtynyt karkea austeniitti muuttuu karkeaksi martensiitiksi. Metallien lujuusteoriasta voidaan tietää, että martensiitti on hauras ja kova organisaatio, murtumien esiintyminen kuluttaa vähemmän energiaa, joten hitsatut liitokset martensiitin kanssa, halkeamia on helppo muodostaa ja laajentaa.
b: Karkeneminen muodostaa lisää hilavirheitä - Suuri määrä hilavirheitä muodostuu, kun metalli altistetaan termisesti epätasapainoisille olosuhteille. Nämä hilaviat ovat pääasiassa tyhjiä työpaikkoja ja dislokaatioita. Hitsatun lämpövaikutusvyöhykkeen lämpöjännityksen kasvaessa jännityksen ja lämpöepätasapainon olosuhteissa sekä tyhjiöt että dislokaatiot liikkuvat ja kerääntyvät, ja kun niiden pitoisuus saavuttaa tietyn kriittisen arvon, muodostuu halkeama. Jatkuvan jännityksen vaikutuksesta laajeneminen tapahtuu jatkuvasti ja muodostaa makroskooppisia halkeamia.
Vety on yksi tärkeimmistä tekijöistä, joka aiheuttaa korkealujuusteräksen hitsauksen kylmähalkeilua, ja sillä on viiveominaisuus, joten vedyn aiheuttamaa viivästynyttä halkeilua kutsutaan monissa kirjallisuuksissa "vetyhalkeiluksi". Kokeelliset tutkimukset ovat osoittaneet, että mitä korkeampi vetypitoisuus on korkean lujan teräksen hitsausliitoksissa, sitä suurempi on halkeilualttius, jolloin paikallisen vetypitoisuuden saavuttaessa tietyn kriittisen arvon halkeamia alkaa ilmaantua, ja tätä arvoa kutsutaan kriittiseksi vedyksi. halkeamien pitoisuus [H]kr.
Eri teräksen kylmäkrakkauksen [H]cr-arvo on erilainen, se liittyy teräksen kemialliseen koostumukseen, teräkseen, esilämmityslämpötilaan ja jäähdytysolosuhteisiin.
1: Hitsattaessa hitsausmateriaalin kosteus, ruoste ja öljy hitsin viisteessä sekä ympäristön kosteus ovat kaikki syitä vedyn rikastumiseen hitsissä. Yleensä vedyn määrä perusmateriaalissa ja langassa on hyvin pieni, kun taas elektrodin vuon pinnassa olevaa kosteutta ja ilman kosteutta ei voida jättää huomiotta, ja niistä tulee pääasiallinen vetyrikastuksen lähde.
2: Vedyn liukoisuus ja diffuusiokyky eri metalliorganisaatioissa on erilainen, austeniitin liukoisuus on paljon suurempi kuin ferriitin liukoisuus. Siksi vedyn liukoisuus laskee äkillisesti hitsattaessa austeniitista ferriittiin. Samaan aikaan vedyn diffuusionopeus on päinvastainen, austeniitista ferriittiin siirtymä äkillisesti lisääntynyt.
Hitsattaessa korkeissa lämpötiloissa sulaan altaaseen liukenee suuri määrä vetyä, myöhemmässä jäähdytys- ja jähmettymisprosessissa liukoisuuden jyrkän heikkenemisen vuoksi vety yrittää paeta, mutta jäähtymisen vuoksi se on erittäin nopeaa, niin, että vety on liian myöhäistä poistua ja jäädä hitsimetalliin diffuusiovedyn muodostuessa.

4. Laminaarirepeäminen
Onko sisäinen matalan lämpötilan halkeilu. Rajattu paksun levyn tai hitsauksen lämpövaikutusalueen perusmetalliin, esiintyy enimmäkseen "L", "T", "+" -tyyppisissä liitoksissa. Määritelty valssattu paksu teräslevy pitkin paksuus suunnan plastisuus ei riitä kestämään suuntaa hitsauksen supistuminen jännitys ja tapahtui perusmetallin porrasmainen kylmä halkeama. Yleensä johtuen paksusta teräslevystä valssausprosessissa, jotkin teräksen sisällä olevat ei-metalliset sulkeumat rullasivat yhdensuuntaisesti nauhasulkujen valssaussuunnan kanssa, nämä sulkeumat aiheuttavat teräslevyn mekaanisten ominaisuuksien johtavuuden kunkin. Laminaarisen repeämisen ehkäisy ja hallinta materiaalivalinnoissa voidaan valita jalostetusta teräksestä, eli z:n valinta teräslevyn korkeaan suorituskykyyn, voit myös parantaa liitoksen suunnittelumuotoa yksipuolisen hitsin välttämiseksi tai kantaa z jännityksen puolelle viisteestä.
Laminaarirepäisy ja kylmähalkeilu on erilaista, se tuottaa ja teräksen lujuustasolla ei ole mitään tekemistä, lähinnä teräksen inkluusioiden määrään ja morfologian jakautumiseen. Yleensä valssattu paksu teräslevy, kuten vähähiilinen teräs, niukkaseosteinen korkealujuus teräs ja jopa alumiiniseoslevy, ilmestyy laminaarirepeytymiseen. Laminaarisen repeämisen sijainnin mukaan se voidaan jakaa karkeasti kolmeen luokkaan:
Ensimmäinen luokka on laminaarisen repeämisen muodostuminen, jonka aiheuttavat kylmähalkeamat hitsauskärjessä tai hitsin juuressa lämpövaikutteisella hitsausalueella.
Toinen luokka on hitsauslämmön aiheuttama vyöhyke sulkeumien halkeilua pitkin, on yleisin tekninen laminaarinen repeämä.
Kolmas luokka on pois lämpövaikutuksesta vyöhykkeestä perusmateriaalissa sulkeumien halkeilua pitkin, yleensä enemmän paksussa levyrakenteessa, jossa on enemmän MnS-hiutalesulkeumia.
Laminaarirepeämisen morfologia ja sulkeumat tyypin, muodon, jakautumisen sekä läheisen suhteen sijainnin mukaan. Kun rullaussuunta hiutaleisia MnS-sulkeutumia pitkin on hallitseva, laminaarisella repeämisellä on selkeä askel, kun silikaattisulkeumat ovat hallitsevia suorassa linjassa, kuten Al-sulkeumat ovat hallitsevia epäsäännöllisessä vaiheessa.

Paksulevyrakenteen hitsaus, erityisesti T-tyyppiset ja kulmaliitokset, jäykissä pakotetuissa olosuhteissa, hitsin supistuminen tapahtuu perusmateriaalin paksuuden suunnassa, jolloin syntyy paljon vetojännitystä ja jännitystä, kun jännitys ylittää muovin perusmetallin muodonmuutoskyky, sulkeumat ja metallimatriisi erotetaan metallimatriisista ja tapahtuu mikrosäröilyä, jännityksessä jatkaa halkeaman kärjen roolia tasossa sulkeumien laajenemisesta sijaitsevat, niin sanotun "alustan" muodostuminen.
On monia tekijöitä, jotka vaikuttavat laminaariseen repeytymiseen, pääasiassa seuraavissa asioissa:
1: ei-metalliset sulkeumat tyypin, määrän ja jakautumisen morfologia on olennainen syy laminaarinen repeytymistä, se johtuu anisotropia teräksen, mekaaniset ominaisuudet perustavanlaatuisia eroja.
2: Z-suuntainen rajoitusjännitys paksuseinäiset hitsatut rakenteet hitsausprosessissa kestämään erilaisia ​​Z-suuntaisia ​​rajoitusrasituksia, hitsauksen jälkeistä jäännösjännitystä ja kuormitusta, ne aiheutuvat laminaarirepeämisen mekaanisista olosuhteista.
3: Vedyn vaikutuksen uskotaan yleensä olevan lämpövaikutusten vyöhykkeen läheisyydessä, jolloin kylmähalkeilu aiheuttaa laminaarista repeytymistä, vety on tärkeä vaikuttava tekijä.
Koska laminaarisen repeämisen vaikutus on erittäin suuri, myös haitat ovat erittäin vakavat, joten teräksen herkkyydestä laminaarirepeytymiselle on tehtävä arvio ennen rakentamista.
Yleisesti käytettyjä arviointimenetelmiä ovat Z-suuntainen vetolujuuskutistuminen ja tapin Z-suuntainen kriittinen jännitysmenetelmä. Laminaarisen repeytymisen estämiseksi osan kutistumisen ei tulisi olla alle 15%, yleensä toivon, että=15 ~ 20% on sopiva, kun 25%, että laminaarisen repeytymisen esto on erinomainen.
Laminaarisen repeytymisen estämiseksi on ryhdyttävä toimenpiteisiin pääasiassa seuraavista näkökohdista:
Ensinnäkin teräksen jalostuksessa laajalti käytettyjä raudan rikinpoistomenetelmiä ja tyhjiökaasunpoistoa voidaan sulattaa rikkipitoisuudesta vain {{0}},003 ~ 0,005 % erittäin vähärikkistä terästä, sen poikkileikkauksen kutistuminen ( Z-suunta) voi olla 23–25 %.
Toiseksi sulfidisulkeumien muodon hallinta on muuttaa MnS muiksi sulfidielementeiksi, jotta sitä on vaikea pidentää kuumavalssauksessa, mikä vähentää anisotropiaa. Tällä hetkellä laajalti käytettyjä lisättyjä alkuaineita ovat kalsium ja harvinaiset maametallit. Yllä olevalla käsittelyllä terästä voidaan valmistaa Z-suuntaisen poikkileikkauksen kutistumalla 50-70 % laminoidun repeytyvän teräslevyn estämiseksi.
Kolmanneksi laminaarirepeämisen estämisen kannalta suunnittelu- ja rakentamisprosessissa pyritään pääasiassa välttämään Z-suuntaisia ​​jännityksiä ja jännityskeskittymiä, ja erityistoimenpiteisiin viitataan seuraavassa esimerkissä:
(1) pitäisi yrittää välttää yksipuolinen hitsaus, sen sijaan, että kaksipuolinen hitsi voi helpottaa hitsin juurialueen jännitystilaa jännityksen keskittymisen estämiseksi.
(2) Symmetristen filehitsien käyttö vähemmän hitsauksella sen sijaan, että hitsattaisiin suuri määrä täyttä hitsiä hitsin läpi, jotta ei synny liiallista jännitystä.
(3) Viiste tulee tehdä sivulle, joka on alttiina Z-suuntaiselle jännitykselle.
(4) T-tyypin liitoksissa kerros heikkoa hitsausmateriaalia voidaan pinota valmiiksi poikkilevylle hitsausjuuren halkeamien estämiseksi ja myös hitsausjännityksen lieventämiseksi.
(5) Kylmähalkeilun aiheuttaman laminaarisen repeämisen estämiseksi olisi toteutettava mahdollisimman paljon toimenpiteitä kylmähalkeilun estämiseksi, kuten vetymäärän vähentäminen, esilämmityksen lisääminen ja välikerroksen lämpötilan säätely.