焊材与母材的匹配原则(焊缝和母材的材料性能对比)

海潮机械 2023-01-14 18:38 编辑:admin 227阅读

1. 焊缝和母材的材料性能对比

焊件材料就是母材,就是工件的材质,焊接材料是指焊接时所消耗材料的通称,例如焊条、焊丝、金属粉末、焊剂、气体等。焊缝就是利用焊接热源的高温,将焊条和接缝处的金属熔化连接而成的缝,都是焊接的术语。焊接是被焊工件的材质(同种或异种),通过加热或加压或两者并用,并且用或不用填充材料,使工件的材质达到原子间的建和而形成永久性连接的工艺过程。焊接过程中,工件和焊料熔化形成熔融区域,熔池冷却凝固后便形成材料之间的连接。这一过程中,通常还需要施加压力。焊接的能量来源有很多种,包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。按焊缝结合形式不同可分为对接焊缝、角焊缝、塞焊缝、槽焊缝和端接焊缝五种。

1、对接焊缝。在焊件的坡口面间或一零件的坡口面与另一零件表面间焊接的焊缝。

2、角焊缝。沿两直交或近直交零件的交线所焊接的焊缝。

3、端接焊缝。构成端接接头所形成的焊缝。

4、塞焊缝。两零件相叠,其中一块开圆孔,在圆孔中焊接两板所形成的焊缝,只在孔内焊角恒缝者不为塞焊。

5、槽焊缝。两板相叠,其中一块开长孔,在长孔中焊接两板的焊缝,只焊角焊缝者不为槽焊。

2. 焊接强度与母材强度

焊缝强度与母材强度相同即为等强焊接。

焊缝的等强度设计主要是指焊接接头的力学性能(特别是抗拉强度)与母材相当,大多数情况下要求接头的拉伸强度不得低于母材,而并非是指被焊钢板的全板厚熔透。对接焊缝要求熔透,主要是由于它们多为承载焊缝,为在使用过程中避免出现高的应力集中和引发焊接裂纹才要求焊缝熔透。

3. 焊缝强度与母材的关系

焊缝薄厚与焊接强度有关,焊接焊缝高度原择应该是等面积原择 ,对于角焊缝可以焊接出加强高度来,但也不能过高应附合标准要求 ,对于对接焊缝原择应该于母材平齐 ,如焊缝过高会产生集中应力,不利于母材受力,焊接不是焊角越高越好 ,而是保证焊接工艺和焊缝质量。

4. 焊缝与母材

焊缝是在母材表面或者母材之间用焊材堆高或者填充的部份。坡口较大的焊缝大多是要焊几层才能形成,每层又由几条焊缝组成一层,如某一层由三条焊缝组成,那就是三条焊道。

焊道是指一层焊缝中具体焊缝的条数。如果焊薄的工件,只要一层就行,那就是单层单道的焊缝。

5. 焊缝和母材的材料性能对比表格

不同的材料之间焊接一般来讲就是异种钢的焊接 1 异种钢的种类 异种钢的焊接种类很多,归纳起来主要有低碳钢与低合金钢之间的焊接,如20#钢与16Mn钢相焊;两种不同的低合金钢之间的焊接,如16Mn钢与15CrMo钢相焊;低碳钢与奥氏体不锈钢之间的焊接,如20#钢与SUS304钢相焊;低合金钢与奥氏体不锈钢之间的焊接,如16Mn钢与SUS304钢相焊;奥氏体不锈钢与镍基合金之间的焊接如SUS304钢与Inconel600钢相焊,等等。

2 异种钢焊接接头的特性 异种钢焊接接头化学成分、金属组织和机械性能的不均匀性以及线膨胀系数相差较大,使异种钢接头在使用中产生附加应力,这些因素对焊接方法、焊接材料、预热和热处理规范、接头形式的选择以及设备运行的可靠性,都有显著的影响。

异种钢焊接时,焊缝金属与母材热影响区之间的界面没有一条截然的界线,它们之间存在着熔合区,即焊缝中的未混合区和母材中的半熔化区。

其成分和性能都与焊缝或母材不同,形成了化学成分的过渡层,如碳钢与不锈钢相焊时接头中形成的脱碳层和增碳层。

过渡层的成分和性能对接头的性能有着重要的影响,故在选择焊接材料和焊接工艺时,不仅要考虑焊缝金属的成分和性能,同时也要考虑过渡层的成分和性能。

焊缝金属与母材金属化学成分差别愈大愈不容易充分混合,则过渡层愈明显;熔合比或稀释率愈高时,过渡层也愈明显;熔合区金属液态存在的时间愈长或液体金属流动性愈好,则愈易于混合均匀,过渡层也有所减小。

因此,可以通过某些工艺措施对过渡层进行适当控制。

3 焊接方法的选择 选择焊接方法时,既要保证焊接接头的质量要求,又要尽可能考虑效率和经济。

通常焊接方法不同,直接影响熔合区过渡层的熔合比,从而影响到焊接接头的性能。

表1几种常用焊接方法的熔合比范围 焊接方法 熔合比(%) 酸性焊条手弧焊 15~25 碱性焊条手弧焊 20~30 钨极氩弧焊 10~100 埋弧焊 30~60 熔化极气体保护焊 20~30 由于一些装置的高温、高压、腐蚀性强等特点,大多数异种钢焊接接头主要考虑接头的晶间腐蚀、应力腐蚀、高温氧化和高温蠕变性能等,要求焊接接头中熔合区成分要稳定、过渡层要不明显,所以采用熔合比小而操作方便的手弧焊就可以了,但在氢工况下的异种钢接头,特别是低合金钢(如16Mn钢)与奥氏体钢(如SUS304)相焊的异种接头,还必须考虑氢腐蚀问题。

采用熔合比大的钨极氩弧焊,可以防止这种异种接头容易出现的剥离裂纹的产生。

4 焊接材料的选择 在异种接头中的焊缝和熔合区,由于有合金元素的稀释和碳的迁移等因素影响焊接接头的性能,故应该根据母材的成分、性能、接头形式和使用要求正确选择焊接材料。

4.1 低碳钢与低合金钢之间的焊接 低碳钢与低合金钢相焊接时,一般来讲选择低碳钢焊条或者低合金钢焊条都能满足接头工艺性能要求,但为了减小接头的淬硬倾向,焊接接头有较好的塑性,通常选用低碳钢焊条,即按照低匹配的原则。

4.2 低合金钢与低合金钢之间的焊接 石化装置中的低合金钢以珠光体耐热钢为多,为了尽可能地减少淬硬倾向,降低焊接裂纹敏感性和具有较好的塑性,通常选择合金成分与合金含量较低一侧母材相近的焊条,即按低匹配原则。

4.3 低碳钢与奥氏体不锈钢之间的焊接 在这类异种钢焊接接头中,由于其工作条件有晶间腐蚀和应力腐蚀问题,通常选择E309型的焊接材料,但当这种焊接接头处于温度较高的环境(设计温度≥315℃)时,为了防止在工作过程中发生碳的迁移,通常采用镍合金含量较高的焊接材料(如Inconel182焊条等)。

4.4 低合金钢与奥氏体不锈钢之间的焊接 合金钢通常都是在温度较高(设计温度≥315℃)的条件下使用,这种与奥氏体不锈钢相焊的异种接头,通常要求抗高温蠕变、控制碳迁移以及高温抗氧化能力,可采用镍基合金焊接材料(如Inconel82焊丝和Inconel182焊条等)。

但是,在氢系统中,由于强烈的氢腐蚀作用,采用的焊接材料不同,焊后得到的焊缝化学成分和金相组织不同,从而影响接头在工作过程中氢脆化而引起的剥离裂纹敏感性。

当采用镍基焊条(如Inconel182焊条等),焊后焊缝靠近低合金钢一侧生成的单一奥氏体,多是与熔合线平行的粗大晶粒,且不含铁素体,这种组织容易产生剥离裂纹。

而采用E309焊材,焊后焊缝靠近低合金一侧形成奥氏体和铁素体的混合组织,这种组织不易产生裂纹。

4.5 不同种奥氏体不锈钢之间的焊接 常见的不锈钢异种接头主要耐热奥氏体不锈钢之间的焊接,选择E316型焊条完全能够满足要求。

4.6 耐热不锈钢与镍基合金钢的焊接在转化炉中比较常见,通常选用镍基合金焊材(如Inconel82焊丝和Inconel182焊条)。

5 预热和焊后热处理 对于异种钢接头,是否预热和焊后热处理、采取何种规范参数,要视具体情况而定,必须慎重考虑。

母材金相组织相同且焊缝金相组织也基本相同时,可按合金含量较高的钢种确定预热和热处理规范,但珠光体钢和奥氏体钢相焊时,可按珠光体钢的预热条件预热而焊后不进行热处理。

异种钢接头工作条件的特殊化,决定了异种钢焊接的复杂性,必须根据现场实际采用合理的焊接材料、焊接方法和焊接工艺等,方能满足使用要求。

6. 焊接材料和母材

一般没必要焊接的话,尽量避免焊接。

焊缝肯定没母材强度好嘛。

要保证强度,做下无损探伤如RT看看。

7. 母材和焊材的选用标准

异种金属熔焊时焊接材料的选择是具体情况具体分析,异种金属焊接有三种情况:异种钢的焊接、钢与有色金属的焊接和异种有色金属之间的焊接。这里只讨论不锈钢与异种钢焊接和不锈钢与有色金属的焊接。熔焊的焊接方法中以焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊为主。异种金属焊接的焊接接头质量优劣直接取决于焊接材料,正确选用焊接材料是异种金属焊接的重要因素。焊接材料的选择与母材的化学成分、性能、接头形式密切相关一般应遵循下列原则如下:

①保证焊接接头的完整性,焊接接头不应存在各种裂纹和其他不连续性缺陷,以及图样或技术要求中不允许的其他缺陷。

②通过保证焊缝金属及过渡区材料的性能,来保证焊接接头使用性能。

③保证焊接接头能满足使用要求,包括各种主要性能,如力学性能、耐蚀性、耐热性、耐低温性能等。

④在焊接工艺受到限制时(如不能焊前预热和焊后热处理),可选用镍基焊接材料或奥氏体焊接材料,以提高焊缝金属的塑性和韧性。

⑤异种金属焊接时,焊接材料的选择通常就宜高不宜低。例如,低合金钢与不锈钢焊接时,应选用不锈钢焊接材料;不锈钢与镍基合金焊接时,应选用镍基合金焊接材料。

⑥当两种金属材料焊接性相差太远,又没有可选用的焊接材料时,应选用过渡材料,先与一种金属焊接成过渡层,再选择合适的焊接材料将过渡层与另一种金属焊接,选择过渡层焊材是关键,往往这些焊材大多较贵,在满足要求的情况下,还要考虑经济性问题。