埋弧焊

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母材成分对焊缝组织和质量的影响

焊接是一种独特的工艺,它往往会使母材在焊接区域以及附近(HAZ -热影响区)发生完全转变,以至于最终形成的微观组织可能与开始时的微观组织没有任何相似之处。就像烹饪一样,时间和温度把原料变成了美味的一餐。

材料成分对焊缝的最终结果起着至关重要的作用,包括冷却时形成的相和缺陷。焊缝中形成的相和热影响区主要由合金中的主要(>1%)元素控制,而缺陷主要由次要(<1%)元素引起。正如之前的时事通讯(http://www.welding-consultant.com/Fall2016.html)所讨论的,316是一种有趣的合金,因为它的成分范围介于完全奥氏体不锈钢和含有少量铁素体的不锈钢之间。焊接工程师可能会收到一批316,这批316处于镍的高端和铬的低端,导致完全奥氏体组织,在脉冲激光焊接的快速冷却条件下容易开裂。而下一批可能在另一端,有少量的铁氧体,这减少了开裂的趋势,最终使焊接工程师困惑,为什么一批裂纹和另一批没有。当熔焊不同的材料时,这种问题变得更加棘手,熔化的金属可能不像人们预期的那样均匀,导致一系列不可预测的成分和微观结构的焊接件,这可能会对焊接质量造成破坏。图1显示了这种焊接截面的一个例子,该例子描述了当焊接因抛光和腐蚀行为差异而表现出的混相性较差的不同材料时,不均匀的焊缝熔合区;并非所有的混合物都有如此明显的差异,可能需要更仔细的研究,包括在电子显微镜中进行元素分析。

图1所示。焊缝部分显示不同合金混合不均匀的熔合区。

虽然主要元素是有意添加的,次要元素往往是不请自来的伙伴在这史诗般的旅程焊接质量。硫、磷和铅等元素通常符合描述,但其他元素也会造成麻烦。例如,在商品级3003铝中,铁和硫分别控制在0.7%和0.6%。然而,如果该合金必须进行激光焊接,杂质水平必须控制在0.25%以下,以避免焊缝开裂;诀窍是先用干净的1100铝,再加入锰,得到干净的3003铝。

在某些情况下,杂质含量可能不会直接影响焊缝本身,但可能会影响焊缝强度的测量值,当金属在焊缝附近的测试过程中撕裂时。例如,当电阻焊接常规C110(0.04%氧)铜合金时,与纯度较高的C101(5 ppm氧气)铜合金相比,焊缝可能保持完整,但焊缝附近的部分可能会以较低的强度撕裂,C101铜合金表现出更大的撕裂强度,这意味着焊缝更强,而实际上两个焊接界面本身的强度可能相等。

类似的情况也存在于包括商业纯(CP)牌号的钛合金中,控制氧、氮和碳的含量有助于防止脆性相的形成,从而降低焊缝的延性和韧性。商业纯牌号基本上是钛金属,含氧量有限制(如下表1所示)。随着氧含量的降低,钛的强度会变弱,但在断裂前会有更多的伸长率,这将导致焊接更困难。最受欢迎的Ti合金之一,Ti- 6al - 4v,可提供ELI(超低间隙)级别,氧含量控制在0.13%,可指定用于断裂关键应用,包括医疗植入物、紧固件和喷气发动机部件。

表1。CP级钛的组成及相关性能。碳、氮和氢的含量分别控制在0.08、0.03和0.015%。

焊接工程师面临的众多挑战之一是,这些有害元素的含量非常低,通常低于0.5%,传统的电子显微镜无法提供足够的分辨率进行精确测量。您可能需要采用更高级的分析技术,或者采用间接的测量方法,如硬度、切削性能特征和焊缝中第二阶段的形成情况,以确定任何来料成分的问题。

母材中的主要和次要元素将在决定最终焊接质量方面发挥重要作用。就像一个好厨师,焊接工程师知道好的配料的重要性,应该确保正确的质量材料的指定,以确保开胃焊接。

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