Beim Schweißen unterschiedlicher Metalle gibt es einige inhärente Probleme, die seine Entwicklung behindern, wie z. B. die Zusammensetzung und Leistung der Schmelzzone unterschiedlicher Metalle.Die meisten Schäden an der Schweißkonstruktion aus unähnlichem Metall treten in der Schmelzzone auf.Aufgrund der unterschiedlichen Kristallisationseigenschaften der Schweißnähte in jedem Abschnitt in der Nähe der Schmelzzone kann es auch leicht zur Bildung einer Übergangsschicht mit schlechter Leistung und Änderungen in der Zusammensetzung kommen.
Darüber hinaus dehnt sich die Diffusionsschicht in diesem Bereich aufgrund der langen Zeit bei hoher Temperatur aus, was die Unebenheit des Metalls weiter erhöht.Darüber hinaus wird beim Schweißen unterschiedlicher Metalle oder nach einer Wärmebehandlung oder einem Hochtemperaturbetrieb nach dem Schweißen häufig festgestellt, dass der Kohlenstoff auf der niedriglegierten Seite durch die Schweißnahtgrenze zur hochlegierten Schweißnaht „wandert“ und dort Entkohlungsschichten bildet auf beiden Seiten der Fusionslinie.Und die Aufkohlungsschicht, das Grundmetall, bildet eine Entkohlungsschicht auf der niedriglegierten Seite und die Aufkohlungsschicht bildet sich auf der hochlegierten Schweißseite.
Hindernisse und Barrieren für den Einsatz und die Entwicklung unterschiedlicher Metallstrukturen äußern sich hauptsächlich in folgenden Aspekten:
1. Bei Raumtemperatur sind die mechanischen Eigenschaften (z. B. Zug, Schlag, Biegung usw.) des Schweißverbindungsbereichs unterschiedlicher Metalle im Allgemeinen besser als die des zu schweißenden Grundmetalls.Bei hohen Temperaturen oder nach längerem Betrieb bei hohen Temperaturen ist die Leistung des Verbindungsbereichs jedoch schlechter als die des Grundmetalls.Material.
2. Es gibt eine Martensit-Übergangszone zwischen der Austenit-Schweißnaht und dem Perlit-Grundmetall.Diese Zone weist eine geringe Zähigkeit auf und ist eine spröde Schicht mit hoher Härte.Es handelt sich außerdem um eine Schwachstelle, die zum Ausfall und zur Beschädigung von Bauteilen führt.Dadurch wird die Schweißstruktur reduziert.Zuverlässigkeit der Nutzung.
3. Die Kohlenstoffmigration während der Wärmebehandlung nach dem Schweißen oder des Hochtemperaturbetriebs führt zur Bildung von aufgekohlten Schichten und entkohlten Schichten auf beiden Seiten der Schmelzlinie.Es wird allgemein davon ausgegangen, dass die Reduzierung des Kohlenstoffs in der entkohlten Schicht zu erheblichen Veränderungen (im Allgemeinen zu einer Verschlechterung) der Struktur und Leistung des Bereichs führt, wodurch dieser Bereich während des Betriebs anfällig für frühzeitige Ausfälle wird.Die fehlerhaften Teile vieler in Betrieb befindlicher oder getesteter Hochtemperaturrohrleitungen konzentrieren sich auf die Entkohlungsschicht.
4. Ein Ausfall hängt mit Bedingungen wie Zeit, Temperatur und Wechselbeanspruchung zusammen.
5. Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann die Restspannungsverteilung im Verbindungsbereich nicht beseitigen.
6. Inhomogenität der chemischen Zusammensetzung.
Wenn unterschiedliche Metalle geschweißt werden, schmelzen und vermischen sich das Grundmetall und das Schweißmaterial, da die Metalle auf beiden Seiten der Schweißnaht und die Legierungszusammensetzung der Schweißnaht offensichtlich unterschiedlich sind.Die Gleichmäßigkeit der Mischung ändert sich mit der Änderung des Schweißprozesses.Änderungen, und auch die Mischungsgleichmäßigkeit ist an verschiedenen Stellen der Schweißverbindung sehr unterschiedlich, was zu einer Inhomogenität der chemischen Zusammensetzung der Schweißverbindung führt.
7. Inhomogenität der metallografischen Struktur.
Aufgrund der Diskontinuität der chemischen Zusammensetzung der Schweißverbindung treten nach dem Durchlaufen des thermischen Schweißzyklus in jedem Bereich der Schweißverbindung unterschiedliche Strukturen auf, und in einigen Bereichen treten häufig äußerst komplexe Organisationsstrukturen auf.
8. Unterbrechung der Leistung.
Die Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung und metallografischen Struktur von Schweißverbindungen führen zu unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften von Schweißverbindungen.Die Festigkeit, Härte, Plastizität, Zähigkeit, Schlageigenschaften, Hochtemperaturkriechen und Haltbarkeitseigenschaften verschiedener Bereiche entlang der Schweißverbindung sind sehr unterschiedlich.Diese erhebliche Inhomogenität führt dazu, dass sich verschiedene Bereiche der Schweißverbindung unter gleichen Bedingungen sehr unterschiedlich verhalten, wobei geschwächte Bereiche und verstärkte Bereiche auftreten.Insbesondere unter Hochtemperaturbedingungen sind während des Serviceprozesses Schweißverbindungen aus unterschiedlichen Metallen im Einsatz.Es kommt häufig zu Frühausfällen.
Eigenschaften verschiedener Schweißverfahren beim Schweißen unterschiedlicher Metalle
Die meisten Schweißmethoden können zum Schweißen unterschiedlicher Metalle verwendet werden. Bei der Auswahl der Schweißmethoden und der Formulierung von Prozessmaßnahmen sollten jedoch dennoch die Eigenschaften unterschiedlicher Metalle berücksichtigt werden.Entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen des Grundmetalls und der Schweißverbindungen werden beim Schweißen unterschiedlicher Metalle Schmelzschweißen, Pressschweißen und andere Schweißverfahren eingesetzt, die jedoch jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile haben.
1. Schweißen
Das am häufigsten verwendete Schmelzschweißverfahren beim Schweißen unterschiedlicher Metalle ist das Elektrodenlichtbogenschweißen, Unterpulverschweißen, Schutzgasschweißen, Elektroschlackeschweißen, Plasmalichtbogenschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Laserschweißen usw. Um die Verdünnung zu verringern, senken Sie die Schmelze Zum Verhältnis oder zur Steuerung der Schmelzmenge verschiedener Metallbasismaterialien können normalerweise Elektronenstrahlschweißen, Laserschweißen, Plasmalichtbogenschweißen und andere Verfahren mit höherer Energiedichte der Wärmequelle verwendet werden.
Um die Eindringtiefe zu reduzieren, können technologische Maßnahmen wie indirekter Lichtbogen, Schwenkschweißdraht, Bandelektrode und zusätzlicher stromloser Schweißdraht eingesetzt werden.Aber egal was passiert, solange es sich um ein Schmelzschweißen handelt, schmilzt immer ein Teil des Grundmetalls in die Schweißnaht und führt zu einer Verdünnung.Darüber hinaus entstehen auch intermetallische Verbindungen, Eutektika usw.Um solche nachteiligen Auswirkungen abzumildern, muss die Verweilzeit von Metallen im flüssigen oder festen Hochtemperaturzustand kontrolliert und verkürzt werden.
Trotz der kontinuierlichen Verbesserung und Verbesserung der Schweißmethoden und Prozessmaßnahmen ist es jedoch immer noch schwierig, alle Probleme beim Schweißen unterschiedlicher Metalle zu lösen, da es viele Arten von Metallen, unterschiedliche Leistungsanforderungen und unterschiedliche Verbindungsformen gibt.In vielen Fällen ist es notwendig, Druckschweißen oder andere Schweißverfahren einzusetzen, um die Schweißprobleme spezifischer Verbindungen unterschiedlicher Metalle zu lösen.
2. Druckschweißen
Die meisten Druckschweißverfahren erwärmen das zu verschweißende Metall nur in einen plastischen Zustand oder erwärmen es gar nicht, sondern wenden als Grundmerkmal einen bestimmten Druck an.Im Vergleich zum Schmelzschweißen bietet das Pressschweißen bestimmte Vorteile beim Schweißen unterschiedlicher Metallverbindungen.Sofern die Verbindungsform dies zulässt und die Schweißqualität den Anforderungen genügt, ist Pressschweißen oft die sinnvollere Wahl.
Beim Druckschweißen können die Grenzflächen unterschiedlicher Metalle schmelzen oder auch nicht.Aufgrund der Druckwirkung wird jedoch geschmolzenes Metall auf der Oberfläche extrudiert und entladen (z. B. beim Abbrennschweißen und Reibschweißen).Nur in wenigen Fällen bleibt nach dem Druckschweißen (z. B. Punktschweißen) einmal geschmolzenes Metall zurück.
Da beim Pressschweißen keine Erwärmung erfolgt oder die Erwärmungstemperatur niedrig ist, können die nachteiligen Auswirkungen thermischer Zyklen auf die Metalleigenschaften des Grundmetalls verringert oder vermieden und die Entstehung spröder intermetallischer Verbindungen verhindert werden.Bei einigen Formen des Pressschweißens können die entstandenen intermetallischen Verbindungen sogar aus der Verbindung herausgedrückt werden.Darüber hinaus besteht beim Pressschweißen kein Problem mit Änderungen der Eigenschaften des Schweißgutes durch Verdünnung.
Allerdings stellen die meisten Pressschweißverfahren bestimmte Anforderungen an die Verbindungsform.Beispielsweise müssen beim Punktschweißen, Nahtschweißen und Ultraschallschweißen Überlappungsverbindungen verwendet werden.beim Reibschweißen muss mindestens ein Werkstück einen rotierenden Körperquerschnitt haben;Explosionsschweißen ist nur für großflächigere Verbindungen usw. anwendbar. Druckschweißgeräte sind noch nicht beliebt.Diese schränken zweifellos den Anwendungsbereich des Pressschweißens ein.
3. Andere Methoden
Neben dem Schmelzschweißen und dem Pressschweißen gibt es mehrere Methoden, mit denen ungleiche Metalle geschweißt werden können.Beispielsweise handelt es sich beim Hartlöten um eine Methode zum Schweißen unterschiedlicher Metalle zwischen Zusatzwerkstoff und Grundmetall. Was hier jedoch besprochen wird, ist eine speziellere Hartlötmethode.
Es gibt eine Methode namens Schmelzschweißen-Löten, bei der die Seite des ungleichen Metalls mit dem niedrigschmelzenden Grundmetall schmelzgeschweißt und die Seite des hochschmelzenden Grundmetalls hartgelötet wird.Als Lot wird üblicherweise das gleiche Metall wie das niedrig schmelzende Grundmaterial verwendet.Daher ist der Schweißprozess zwischen dem Hartlot und dem Grundmetall mit niedrigem Schmelzpunkt dasselbe Metall und es gibt keine besonderen Schwierigkeiten.
Der Lötprozess findet zwischen dem Zusatzwerkstoff und dem Grundmetall mit hohem Schmelzpunkt statt.Das Grundmetall schmilzt oder kristallisiert nicht, wodurch viele Schweißbarkeitsprobleme vermieden werden können, aber das Zusatzmetall muss das Grundmetall gut benetzen können.
Eine andere Methode wird als eutektisches Hartlöten oder eutektisches Diffusionslöten bezeichnet.Dabei wird die Kontaktfläche unterschiedlicher Metalle auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, sodass die beiden Metalle an der Kontaktfläche ein Eutektikum mit niedrigem Schmelzpunkt bilden.Das Eutektikum mit niedrigem Schmelzpunkt ist bei dieser Temperatur flüssig und wird im Wesentlichen zu einer Art Lot, ohne dass externes Lot erforderlich ist.Lötmethode.
Dies erfordert natürlich die Bildung eines Eutektikums mit niedrigem Schmelzpunkt zwischen den beiden Metallen.Beim Diffusionsschweißen unterschiedlicher Metalle wird ein Zwischenschichtmaterial hinzugefügt und das Zwischenschichtmaterial unter sehr niedrigem Druck erhitzt, um zu schmelzen oder im Kontakt mit dem zu schweißenden Metall ein Eutektikum mit niedrigem Schmelzpunkt zu bilden.Die zu diesem Zeitpunkt gebildete dünne Flüssigkeitsschicht lässt nach einer bestimmten Zeit des Wärmekonservierungsprozesses das Zwischenschichtmaterial schmelzen.Wenn alle Zwischenschichtmaterialien in das Grundmaterial diffundiert und homogenisiert sind, kann eine unähnliche Metallverbindung ohne Zwischenmaterialien gebildet werden.
Bei dieser Art von Methode entsteht während des Schweißvorgangs eine kleine Menge flüssiges Metall.Daher wird es auch als Flüssigphasenübergangsschweißen bezeichnet.Ihr gemeinsames Merkmal ist, dass in der Verbindung keine Gussstruktur vorhanden ist.
Was beim Schweißen unterschiedlicher Metalle zu beachten ist
1. Berücksichtigen Sie die physikalischen, mechanischen Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung der Schweißkonstruktion
(1) Wählen Sie unter dem Gesichtspunkt der gleichen Festigkeit Schweißstäbe aus, die den mechanischen Eigenschaften des Grundmetalls entsprechen, oder kombinieren Sie die Schweißbarkeit des Grundmetalls mit Schweißstäben mit ungleicher Festigkeit und guter Schweißbarkeit, berücksichtigen Sie jedoch die strukturelle Form des Grundmetalls schweißen, um die gleiche Festigkeit zu erreichen.Festigkeits- und andere Steifigkeitsanforderungen.
(2) Stellen Sie sicher, dass die Legierungszusammensetzung mit dem Grundmaterial übereinstimmt oder diesem nahe kommt.
(3) Wenn das Grundmetall einen hohen Anteil an schädlichen C-, S- und P-Verunreinigungen enthält, sollten Schweißstäbe mit besserer Rissbeständigkeit und Porositätsbeständigkeit ausgewählt werden.Es wird empfohlen, eine Kalziumtitanoxid-Elektrode zu verwenden.Wenn das Problem immer noch nicht gelöst werden kann, kann ein Schweißdraht mit niedrigem Wasserstoffgehalt und Natriumgehalt verwendet werden.
2. Berücksichtigen Sie die Arbeitsbedingungen und die Leistung der Schweißkonstruktion
(1) Unter der Bedingung, dynamische Belastung und Stoßbelastung zu tragen, werden neben der Gewährleistung der Festigkeit auch hohe Anforderungen an die Schlagzähigkeit und Dehnung gestellt.Es sollten gleichzeitig Elektroden vom Typ mit niedrigem Wasserstoffgehalt, vom Typ Kalziumtitan und vom Typ Eisenoxid ausgewählt werden.
(2) Bei Kontakt mit korrosiven Medien müssen geeignete Schweißstäbe aus Edelstahl basierend auf der Art, Konzentration, Arbeitstemperatur der Medien und der Frage, ob es sich um allgemeine Kleidung oder interkristalline Korrosion handelt, ausgewählt werden.
(3) Bei Arbeiten unter Verschleißbedingungen ist zu unterscheiden, ob es sich um normalen oder schlagartigen Verschleiß handelt und ob es sich um Verschleiß bei normaler Temperatur oder hoher Temperatur handelt.
(4) Bei Arbeiten unter Nichttemperaturbedingungen sollten entsprechende Schweißstäbe ausgewählt werden, die mechanische Eigenschaften bei niedrigen oder hohen Temperaturen gewährleisten.
3. Berücksichtigen Sie die Komplexität der Gesamtform der Schweißverbindung, die Steifigkeit, die Vorbereitung des Schweißbruchs und die Schweißposition.
(1) Bei Schweißkonstruktionen mit komplexen Formen oder großen Dicken ist die Schrumpfspannung des Schweißguts beim Abkühlen groß und es besteht die Gefahr von Rissen.Es müssen Schweißstäbe mit hoher Rissbeständigkeit ausgewählt werden, z. B. Schweißstäbe mit niedrigem Wasserstoffgehalt, Schweißstäbe mit hoher Zähigkeit oder Eisenoxid-Schweißstäbe.
(2) Für Schweißteile, die bedingt nicht umgedreht werden können, sind Schweißdrähte zu wählen, die in allen Lagen verschweißt werden können.
(3) Zum Schweißen schwer zu reinigender Teile verwenden Sie saure Schweißstäbe, die stark oxidierend und unempfindlich gegenüber Zunder und Öl sind, um Defekte wie Poren zu vermeiden.
4. Berücksichtigen Sie die Ausrüstung der Schweißstelle
An Orten, an denen kein Gleichstromschweißgerät vorhanden ist, ist es nicht ratsam, Schweißstäbe mit begrenzter Gleichstromversorgung zu verwenden.Stattdessen sollten Schweißstäbe mit AC- und DC-Stromversorgung verwendet werden.Einige Stähle (z. B. perlitischer hitzebeständiger Stahl) müssen nach dem Schweißen thermische Spannungen beseitigen, können aber aufgrund von Anlagenbedingungen (oder strukturellen Einschränkungen) nicht wärmebehandelt werden.Stattdessen sollten Schweißstäbe aus nicht unedlen Metallmaterialien (z. B. austenitischem Edelstahl) verwendet werden, und eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist nicht erforderlich.
5. Erwägen Sie die Verbesserung von Schweißprozessen und den Schutz der Gesundheit der Arbeitnehmer
Wenn sowohl saure als auch alkalische Elektroden die Anforderungen erfüllen können, sollten möglichst saure Elektroden verwendet werden.
6. Berücksichtigen Sie Arbeitsproduktivität und wirtschaftliche Rationalität
Bei gleicher Leistung sollten wir versuchen, günstigere saure Schweißstäbe anstelle alkalischer Schweißstäbe zu verwenden.Unter den sauren Schweißstäben sind der Titantyp und der Titan-Kalzium-Typ die teuersten.Entsprechend der Situation der Bodenschätze meines Landes sollte Titaneisen energisch gefördert werden.Beschichteter Schweißdraht.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 27. Okt. 2023