A soldabilidade dos materiais metálicos refere-se à capacidade dos materiais metálicos de obter excelentes juntas de soldagem usando certos processos de soldagem, incluindo métodos de soldagem, materiais de soldagem, especificações de soldagem e formas estruturais de soldagem.Se um metal puder obter excelentes juntas de soldagem usando processos de soldagem mais comuns e simples, ele será considerado como tendo um bom desempenho de soldagem.A soldabilidade dos materiais metálicos é geralmente dividida em dois aspectos: soldabilidade do processo e soldabilidade da aplicação.
Soldabilidade do processo: refere-se à capacidade de obter juntas soldadas excelentes e sem defeitos sob certas condições do processo de soldagem.Não é uma propriedade inerente ao metal, mas é avaliada com base em um determinado método de soldagem e nas medidas específicas do processo utilizado.Portanto, a soldabilidade do processo de materiais metálicos está intimamente relacionada ao processo de soldagem.
Soldabilidade de serviço: refere-se ao grau em que a junta soldada ou toda a estrutura atende ao desempenho de serviço especificado nas condições técnicas do produto.O desempenho depende das condições de trabalho da estrutura soldada e dos requisitos técnicos apresentados no projeto.Geralmente incluem propriedades mecânicas, resistência à tenacidade a baixas temperaturas, resistência à fratura frágil, fluência em alta temperatura, propriedades de fadiga, resistência duradoura, resistência à corrosão e resistência ao desgaste, etc. Por exemplo, os aços inoxidáveis S30403 e S31603 comumente usados têm excelente resistência à corrosão e 16MnDR e os aços para baixas temperaturas 09MnNiDR também apresentam boa resistência à tenacidade em baixas temperaturas.
Fatores que afetam o desempenho de soldagem de materiais metálicos
1. Fatores materiais
Os materiais incluem metal base e materiais de soldagem.Nas mesmas condições de soldagem, os principais fatores que determinam a soldabilidade do metal base são suas propriedades físicas e composição química.
Em termos de propriedades físicas: fatores como ponto de fusão, condutividade térmica, coeficiente de expansão linear, densidade, capacidade térmica e outros fatores do metal têm impacto em processos como ciclo térmico, fusão, cristalização, mudança de fase, etc. , afetando assim a soldabilidade.Materiais com baixa condutividade térmica, como o aço inoxidável, apresentam grandes gradientes de temperatura, alta tensão residual e grande deformação durante a soldagem.Além disso, devido ao longo tempo de permanência em alta temperatura, os grãos na zona afetada pelo calor crescem, o que prejudica o desempenho da junta.O aço inoxidável austenítico tem um grande coeficiente de expansão linear e severa deformação e tensão nas juntas.
Em termos de composição química, o elemento mais influente é o carbono, o que significa que o teor de carbono do metal determina a sua soldabilidade.A maioria dos outros elementos de liga do aço não são propícios à soldagem, mas seu impacto é geralmente muito menor que o do carbono.À medida que o teor de carbono no aço aumenta, a tendência de endurecimento aumenta, a plasticidade diminui e é provável que ocorram trincas de soldagem.Normalmente, a sensibilidade dos materiais metálicos às trincas durante a soldagem e as alterações nas propriedades mecânicas da área da junta soldada são utilizadas como principais indicadores para avaliar a soldabilidade dos materiais.Portanto, quanto maior o teor de carbono, pior será a soldabilidade.Aço de baixo carbono e aço de baixa liga com teor de carbono inferior a 0,25% têm excelente plasticidade e resistência ao impacto, e a plasticidade e resistência ao impacto das juntas soldadas após a soldagem também são muito boas.O pré-aquecimento e o tratamento térmico pós-soldagem não são necessários durante a soldagem, e o processo de soldagem é fácil de controlar, por isso tem boa soldabilidade.
Além disso, o estado de fundição e laminação, o estado de tratamento térmico, o estado organizacional, etc. do aço afetam a soldabilidade em vários graus.A soldabilidade do aço pode ser melhorada pelo refino ou refinação de grãos e processos de laminação controlados.
Os materiais de soldagem participam diretamente de uma série de reações químicas metalúrgicas durante o processo de soldagem, que determinam a composição, estrutura, propriedades e formação de defeitos do metal de solda.Se os materiais de soldagem forem selecionados incorretamente e não corresponderem ao metal base, não apenas não será obtida uma junta que atenda aos requisitos de uso, mas também serão introduzidos defeitos como rachaduras e alterações nas propriedades estruturais.Portanto, a seleção correta dos materiais de soldagem é um fator importante para garantir juntas soldadas de alta qualidade.
2. Fatores de processo
Os fatores do processo incluem métodos de soldagem, parâmetros do processo de soldagem, sequência de soldagem, pré-aquecimento, pós-aquecimento e tratamento térmico pós-soldagem, etc. O método de soldagem tem grande influência na soldabilidade, principalmente em dois aspectos: características da fonte de calor e condições de proteção.
Diferentes métodos de soldagem têm fontes de calor muito diferentes em termos de potência, densidade de energia, temperatura máxima de aquecimento, etc. Metais soldados sob diferentes fontes de calor apresentarão diferentes propriedades de soldagem.Por exemplo, o poder da soldagem por eletroescória é muito alto, mas a densidade de energia é muito baixa e a temperatura máxima de aquecimento não é alta.O aquecimento é lento durante a soldagem e o tempo de residência em alta temperatura é longo, resultando em grãos grossos na zona afetada pelo calor e uma redução significativa na resistência ao impacto, que deve ser normalizada.Melhorar.Em contraste, a soldagem por feixe de elétrons, a soldagem a laser e outros métodos têm baixa potência, mas alta densidade de energia e aquecimento rápido.O tempo de residência em alta temperatura é curto, a zona afetada pelo calor é muito estreita e não há perigo de crescimento de grãos.
Ajustar os parâmetros do processo de soldagem e adotar outras medidas de processo, como pré-aquecimento, pós-aquecimento, soldagem multicamadas e controle da temperatura intercamada, pode ajustar e controlar o ciclo térmico de soldagem, alterando assim a soldabilidade do metal.Se forem tomadas medidas como pré-aquecimento antes da soldagem ou tratamento térmico após a soldagem, é inteiramente possível obter juntas soldadas sem defeitos de trinca que atendam aos requisitos de desempenho.
3. Fatores estruturais
Refere-se principalmente à forma de projeto da estrutura soldada e das juntas soldadas, como o impacto de fatores como forma estrutural, tamanho, espessura, forma da ranhura da junta, layout da solda e seu formato da seção transversal na soldabilidade.A sua influência reflete-se principalmente na transferência de calor e no estado de força.Diferentes espessuras de placas, diferentes formas de juntas ou formatos de ranhuras têm diferentes direções e taxas de velocidade de transferência de calor, o que afetará a direção de cristalização e o crescimento de grãos da poça fundida.A mudança estrutural, a espessura da placa e o arranjo da solda determinam a rigidez e a restrição da junta, o que afeta o estado de tensão da junta.Morfologia cristalina deficiente, concentração severa de tensões e tensões excessivas de soldagem são as condições básicas para a formação de trincas de soldagem.No projeto, reduzir a rigidez da junta, reduzir as soldas cruzadas e reduzir vários fatores que causam concentração de tensão são medidas importantes para melhorar a soldabilidade.
4. Condições de uso
Refere-se à temperatura operacional, condições de carga e meio de trabalho durante o período de serviço da estrutura soldada.Esses ambientes de trabalho e condições operacionais exigem que as estruturas soldadas tenham desempenho correspondente.Por exemplo, estruturas soldadas que trabalham a baixas temperaturas devem ter resistência à fratura frágil;estruturas que trabalham em altas temperaturas devem ter resistência à fluência;estruturas que trabalham sob cargas alternadas devem ter boa resistência à fadiga;estruturas que trabalham em meios ácidos, alcalinos ou salinos. O recipiente soldado deve ter alta resistência à corrosão e assim por diante.Em suma, quanto mais severas forem as condições de utilização, maiores serão os requisitos de qualidade para as juntas soldadas e mais difícil será garantir a soldabilidade do material.
Índice de identificação e avaliação de soldabilidade de materiais metálicos
Durante o processo de soldagem, o produto sofre processos térmicos de soldagem, reações metalúrgicas, bem como tensões e deformações de soldagem, resultando em alterações na composição química, estrutura metalográfica, tamanho e forma, tornando o desempenho da junta soldada muitas vezes diferente daquele da junta soldada. material de base, às vezes até não consegue atender aos requisitos de uso.Para muitos metais reativos ou refratários, métodos especiais de soldagem, como soldagem por feixe de elétrons ou soldagem a laser, devem ser usados para obter juntas de alta qualidade.Quanto menos condições de equipamento e menor dificuldade forem necessárias para fazer uma boa junta soldada a partir de um material, melhor será a soldabilidade do material;pelo contrário, se forem necessários métodos de soldagem complexos e caros, materiais de soldagem especiais e medidas de processo, isso significa que a soldabilidade do material é ruim.
Ao fabricar produtos, a soldabilidade dos materiais utilizados deve primeiro ser avaliada para determinar se os materiais estruturais, materiais de soldagem e métodos de soldagem selecionados são apropriados.Existem muitos métodos para avaliar a soldabilidade dos materiais.Cada método só pode explicar um certo aspecto da soldabilidade.Portanto, testes são necessários para determinar completamente a soldabilidade.Os métodos de teste podem ser divididos em tipo de simulação e tipo experimental.O primeiro simula as características de aquecimento e resfriamento da soldagem;os últimos testes de acordo com as condições reais de soldagem.O conteúdo do teste é principalmente para detectar a composição química, estrutura metalográfica, propriedades mecânicas e presença ou ausência de defeitos de soldagem do metal base e metal de solda, e para determinar o desempenho em baixa temperatura, desempenho em alta temperatura, resistência à corrosão, e resistência à fissuração da junta soldada.
Características de soldagem de materiais metálicos comumente usados
1. Soldagem de aço carbono
(1) Soldagem de aço de baixo carbono
O aço de baixo carbono tem baixo teor de carbono, baixo teor de manganês e silício.Em circunstâncias normais, não causará endurecimento estrutural grave ou têmpera da estrutura devido à soldagem.Este tipo de aço possui excelente plasticidade e resistência ao impacto, e a plasticidade e tenacidade de suas juntas soldadas também são extremamente boas.Geralmente, o pré-aquecimento e o pós-aquecimento não são necessários durante a soldagem e não são necessárias medidas especiais de processo para obter juntas soldadas com qualidade satisfatória.Portanto, o aço de baixo carbono possui excelente desempenho de soldagem e é o aço com melhor desempenho de soldagem entre todos os aços..
(2) Soldagem de aço médio carbono
O aço de médio carbono tem maior teor de carbono e sua soldabilidade é pior do que o aço de baixo carbono.Quando CE está próximo do limite inferior (0,25%), a soldabilidade é boa.À medida que o teor de carbono aumenta, a tendência de endurecimento aumenta e uma estrutura de martensita de baixa plasticidade é facilmente gerada na zona afetada pelo calor.Quando a soldagem é relativamente rígida ou os materiais de soldagem e os parâmetros do processo são selecionados incorretamente, é provável que ocorram trincas a frio.Ao soldar a primeira camada de soldagem multicamadas, devido à grande proporção do metal base fundido na solda, o teor de carbono, enxofre e fósforo aumentam, facilitando a produção de trincas a quente.Além disso, a sensibilidade estomática também aumenta quando o teor de carbono é elevado.
(3) Soldagem de aço de alto carbono
O aço de alto carbono com CE superior a 0,6% tem alta temperabilidade e é propenso a produzir martensita de alto carbono dura e quebradiça.É provável que ocorram rachaduras em soldas e zonas afetadas pelo calor, dificultando a soldagem.Portanto, esse tipo de aço geralmente não é utilizado para fazer estruturas soldadas, mas sim para fazer componentes ou peças com alta dureza ou resistência ao desgaste.A maior parte de sua soldagem é para reparar peças danificadas.Essas peças e componentes devem ser recozidos antes do reparo da soldagem para reduzir rachaduras na soldagem e, em seguida, tratados termicamente novamente após a soldagem.
2. Soldagem de aço de baixa liga e alta resistência
O teor de carbono do aço de baixa liga e alta resistência geralmente não excede 0,20%, e o total de elementos de liga geralmente não excede 5%.É precisamente porque o aço de baixa liga e alta resistência contém uma certa quantidade de elementos de liga que seu desempenho de soldagem é um pouco diferente daquele do aço carbono.Suas características de soldagem são as seguintes:
(1) Trincas de soldagem em juntas soldadas
O aço de baixa liga e alta resistência craqueado a frio contém C, Mn, V, Nb e outros elementos que fortalecem o aço, por isso é fácil de ser endurecido durante a soldagem.Estas estruturas endurecidas são muito sensíveis.Portanto, quando a rigidez é grande ou a tensão de restrição é alta, se o processo de soldagem inadequado puder facilmente causar trincas a frio.Além disso, esse tipo de crack tem um certo atraso e é extremamente prejudicial.
Trincas de reaquecimento (SR) As trincas de reaquecimento são trincas intergranulares que ocorrem na área de granulação grossa próxima à linha de fusão durante o tratamento térmico de alívio de tensão pós-soldagem ou operação de longo prazo em alta temperatura.Acredita-se geralmente que isso ocorre devido à alta temperatura de soldagem, fazendo com que V, Nb, Cr, Mo e outros carbonetos próximos à ZTA sejam sólidos dissolvidos na austenita.Eles não têm tempo para precipitar durante o resfriamento após a soldagem, mas se dispersam e precipitam durante o PWHT, fortalecendo assim a estrutura cristalina.No interior, a deformação por fluência durante o relaxamento de tensão está concentrada nos limites dos grãos.
Juntas soldadas de aço de baixa liga e alta resistência geralmente não são propensas a trincas de reaquecimento, como 16MnR, 15MnVR, etc. No entanto, para aços de baixa liga e alta resistência das séries Mn-Mo-Nb e Mn-Mo-V, como como 07MnCrMoVR, como Nb, V e Mo são elementos que possuem forte sensibilidade à trinca por reaquecimento, esse tipo de aço precisa ser tratado durante o tratamento térmico pós-soldagem.Deve-se tomar cuidado para evitar a área sensível à temperatura das rachaduras de reaquecimento para evitar a ocorrência de rachaduras de reaquecimento.
(2) Fragilização e amolecimento de juntas soldadas
Fragilização, envelhecimento por tensão As juntas soldadas precisam passar por vários processos a frio (cisalhamento em branco, laminação de barril, etc.) antes da soldagem.O aço produzirá deformação plástica.Se a área for ainda mais aquecida a 200 a 450°C, ocorrerá envelhecimento por deformação..A fragilização por envelhecimento por deformação reduzirá a plasticidade do aço e aumentará a temperatura de transição frágil, resultando em fratura frágil do equipamento.O tratamento térmico pós-soldagem pode eliminar o envelhecimento por tensão da estrutura soldada e restaurar a tenacidade.
Fragilização de soldas e zonas afetadas pelo calor A soldagem é um processo de aquecimento e resfriamento desigual, resultando em uma estrutura irregular.A temperatura de transição frágil da solda (WM) e da zona termicamente afetada (HAZ) é maior que a do metal base e é o elo mais fraco na junta.A energia da linha de soldagem tem um impacto importante nas propriedades dos aços de baixa liga e alta resistência WM e HAZ.O aço de baixa liga e alta resistência é fácil de endurecer.Se a energia da linha for muito pequena, a martensita aparecerá na ZTA e causará rachaduras.Se a energia da linha for muito grande, os grãos de WM e HAZ ficarão grossos.Fará com que a junta fique quebradiça.Comparado com o aço laminado a quente e normalizado, o aço temperado e revenido com baixo teor de carbono tem uma tendência mais séria à fragilização HAZ causada por energia linear excessiva.Portanto, durante a soldagem, a energia da linha deve ser limitada a uma determinada faixa.
Amolecimento da zona afetada pelo calor das juntas soldadas Devido à ação do calor de soldagem, a parte externa da zona afetada pelo calor (HAZ) do aço temperado e revenido com baixo teor de carbono é aquecida acima da temperatura de revenido, especialmente a área próxima a Ac1, o que produzirá uma zona de amolecimento com resistência reduzida.O amolecimento estrutural na zona HAZ aumenta com o aumento da energia da linha de soldagem e da temperatura de pré-aquecimento, mas geralmente a resistência à tração na zona amolecida ainda é superior ao limite inferior do valor padrão do metal base, de modo que a zona afetada pelo calor deste tipo de aço amolece. Desde que o acabamento seja adequado, o problema não afetará o desempenho da junta.
3. Soldagem de aço inoxidável
O aço inoxidável pode ser dividido em quatro categorias de acordo com suas diferentes estruturas de aço, nomeadamente aço inoxidável austenítico, aço inoxidável ferrítico, aço inoxidável martensítico e aço inoxidável duplex austenítico-ferrítico.A seguir são analisadas principalmente as características de soldagem do aço inoxidável austenítico e do aço inoxidável bidirecional.
(1) Soldagem de aço inoxidável austenítico
Os aços inoxidáveis austeníticos são mais fáceis de soldar do que outros aços inoxidáveis.Não haverá transformação de fase em qualquer temperatura e não é sensível à fragilização por hidrogênio.A junta de aço inoxidável austenítico também apresenta boa plasticidade e tenacidade no estado soldado.Os principais problemas da soldagem são: soldagem de trincas a quente, fragilização, corrosão intergranular e corrosão sob tensão, etc. Além disso, devido à baixa condutividade térmica e ao grande coeficiente de expansão linear, a tensão e a deformação da soldagem são grandes.Ao soldar, a entrada de calor da soldagem deve ser a menor possível, não deve haver pré-aquecimento e a temperatura intercalar deve ser reduzida.A temperatura intercamada deve ser controlada abaixo de 60°C e as juntas soldadas devem ser escalonadas.Para reduzir a entrada de calor, a velocidade de soldagem não deve ser aumentada excessivamente, mas a corrente de soldagem deve ser reduzida de forma adequada.
(2) Soldagem de aço inoxidável bidirecional austenítico-ferrítico
O aço inoxidável duplex austenítico-ferrítico é um aço inoxidável duplex composto por duas fases: austenita e ferrita.Combina as vantagens do aço austenítico e do aço ferrítico, por isso possui as características de alta resistência, boa resistência à corrosão e fácil soldagem.Atualmente, existem três tipos principais de aço inoxidável duplex: Cr18, Cr21 e Cr25.As principais características deste tipo de soldagem de aço são: menor tendência térmica em relação ao aço inoxidável austenítico;menor tendência de fragilização após a soldagem em comparação com o aço inoxidável ferrítico puro, e o grau de engrossamento da ferrita na zona afetada pelo calor da soldagem também é menor, portanto a soldabilidade é melhor.
Como este tipo de aço possui boas propriedades de soldagem, não são necessários pré-aquecimento e pós-aquecimento durante a soldagem.Placas finas devem ser soldadas por TIG, e placas médias e grossas podem ser soldadas por soldagem a arco.Na soldagem por soldagem a arco, devem ser utilizados eletrodos especiais com composição semelhante ao metal base ou eletrodos austeníticos com baixo teor de carbono.Eletrodos de liga à base de níquel também podem ser usados para aço bifásico tipo Cr25.
Os aços bifásicos têm uma proporção maior de ferrita, e as tendências inerentes à fragilização dos aços ferríticos, como fragilidade a 475°C, fragilização por precipitação da fase σ e grãos grossos, ainda existem, apenas por causa da presença de austenita.Algum alívio pode ser obtido através do efeito de equilíbrio, mas ainda é preciso prestar atenção ao soldar.Ao soldar aço inoxidável duplex isento de Ni ou com baixo teor de Ni, há uma tendência para ferrita monofásica e engrossamento de grãos na zona afetada pelo calor.Neste momento, deve-se prestar atenção ao controle da entrada de calor da soldagem e tentar usar corrente pequena, alta velocidade de soldagem e soldagem de canal estreito.E soldagem multipassagem para evitar o engrossamento dos grãos e a ferriteização monofásica na zona afetada pelo calor.A temperatura entre camadas não deve ser muito alta.É melhor soldar o próximo passe após o resfriamento.
Horário da postagem: 11 de setembro de 2023