冲击韧性的影响

填充金属什么,为什么?如何获得合适的焊接强度

今日实际焊接2013年3月/4月

通过罗伯特·福克斯

冲击韧性的影响-fabricator.com

在某些应用中,使用提供适当冲击韧性的填充金属对于防止开裂或灾难性焊接失效尤为重要。

选择填充金属时,找到那些具有正确机械和化学性能的材料是非常关键的。正确的性能不仅能保证适当的焊接强度,但也有助于预防昂贵的并发症。在承受快速或循环载荷的应用中,体验极端工作温度,或受到其他威胁焊接地震活动完整性的应力,例如,使用能够提供适当冲击韧性的填充金属尤为重要。特别地,高强度,低合金材料可以从这些填充金属中获益,一些低碳钢应用也是如此。

冲击韧性:它是什么,为什么重要

冲击韧性是指焊缝在断裂前吸收能量时永久变形的能力。特别是当快速施加应力时,一秒钟之内。简单来说,这是一个焊缝在开裂前能承受多大的快速冲击能量。影响可能以自然因素的形式出现,比如风或地震,爆炸,碰撞,快速装载。

提供良好冲击韧性的填充金属有助于将由于循环载荷的冲击或疲劳而产生的开裂程度和速率降至最低。在低工作温度应用中,这种填充金属也有助于降低钢在零下温度下失去韧性而导致脆性断裂的风险。在某些情况下,良好的焊接冲击韧性甚至可以阻止裂纹的扩展,允许在灾难性部件故障之前进行紧急维修。

最佳方案,然而,是指使用具有良好冲击韧性的填充金属,并结合一致和适当的焊接程序,可以帮助完全防止开裂。由于这个原因,许多规范和规范要求填充金属能够满足最小冲击韧性。

大多数填充金属制造商认为,分类,严格按照标准生产填充金属,如美国焊接学会(AWS)A5填充金属规范。这些规范为每种填充金属分类提供了最低冲击韧性要求,以及测试这些电极的方法。

您可以根据应用程序的代码或规范中规定的要求选择填充金属分类。其中一个例子是AWS D1.8《结构焊接规范抗震补编》。这是为了确保需求关键应用程序的安全而开发的,例如在地震区建造的结构。注意,规范或规范要求可能超过填充金属规范中给出的完整性要求。

在其他情况下,对于给定的焊接工艺,工程师可能对填充金属的冲击韧性要求有一定的判断力。工程师以能够考虑预期使用条件的方式制定需求,以及任何可预见的误用或滥用。例如,桥梁工程师可以设计出能够承受船只碰撞的焊缝。这种结构,当然,不是为了发生这种情况,但是,具有高冲击韧性的填充金属有助于确保能够安全地承受这种意外冲击。

填充金属如何提供冲击韧性

填充金属制造商利用多种元素的微妙平衡来制作产品,每一个都为焊接过程和完成的焊接提供了不同的特点。这些元素的范围从有助于通过氧化皮焊接的脱氧剂到添加铬以提高耐腐蚀性。当设计填充金属以提供良好的冲击韧性时,制造商可以添加镍并消除磷和硫,以获得所需的性能。

镍可以通过改变其微观结构来提高焊接金属的性能,从而提高强度并提供良好的抗裂性。在某些情况下,添加镍的金属丝可能有一个稍微更慢的焊坑或产生额外的飞溅。但增加的韧性通常抵消了这些缺点。

填料和母材中磷和硫的存在对焊接韧性尤其不利。这些元素的有害影响在单道应用中被放大,在单道应用中,更多的母材与填充金属混合,增加焊接金属从母材中吸收这些元素的机会。为保证良好的冲击韧性,最好选择磷和硫含量最低的碱金属和填充金属。理想情况下不超过0.03%。

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图1:夏比V型缺口试验是几种可用于确定填充金属冲击韧性的试验之一,被认为是行业标准。计算机通过测量摆锤接触焊缝后达到的最高点来计算CVN冲击值。williamhill彩票

比较AWS分类是选择冲击韧性填充金属的一个很好的起点。williamhill彩票E7018-1保护金属电弧焊(SMAW)电极比普通的E7018电极具有更好的冲击韧性。选择气体保护药芯焊丝时,T-9电极(例如,E71T-9 c/m)在焊接过程中与T-1电极一样容易控制,但具有更好的韧性。T-5 fcaw电线是一个更难的选择。它们可能更难焊接,但它们所提供的冲击性能是非常好的,并且常常使不太理想的操作特性值得。这些电极通常是许多关键应用和维修中推荐的第一个电极。

当有疑问时,咨询可信的填充金属制造商或经销商,以确定每种应用的最佳填充金属。

夏比V型缺口试验:填充金属冲击韧性的测定

夏比V形缺口(CVN)试验是用于确定填充金属冲击韧性的几种试验之一,被认为是行业标准。进行试验所需的设备包括摆锤末端的锤子(见图1)当锤子从设定高度释放后,它的力对焊接试件(固定在一个特殊的夹具内)施加一个恒定的能量,当它继续在其固定路径上时,通常会破坏这个精密加工的缺口试件。计算机通过测量摆锤接触焊缝后达到的最高点来计算CVN冲击值。williamhill彩票

冲击韧性值以在给定温度下吸收的英尺-磅和焦耳单位表示(例如,20英尺-磅。在-20华氏度)。填充金属冲击韧性试验的温度根据其分类而变化。大多数低碳钢填充金属在零下40华氏度之间进行测试,一些低合金产品必须在-150华氏度的温度下进行测试。再一次,钢在低温下失去韧性,因此,考虑填充金属在低温应用中的试验温度尤为重要。

你应该理解,cvn测试并不是一个精确的模拟结构将如何响应现实生活中的冲击。仍然,试验提供了焊接和母材性能的充分比较,大多数焊接规范和规范支持测试提供的测量。

影响冲击韧性的其他因素

在选择正确的填充金属的同时,使用的焊接程序(尤其是温度控制)和保护气体可能会影响已完成焊接的冲击韧性。

焊接前预热母材,焊接过程中保持适当的层间温度有助于减缓焊接后母材和焊缝金属的冷却速度。缓慢的冷却速度有助于将金属结构的问题降到最低,在微观层面上,这会对冲击韧性产生负面影响。

一定要控制焊接过程中的热量输入。无论您是在焊接单通道还是多通道应用程序。像预热一样,高热量输入有助于降低冷却速度,并有助于防止裂纹。然而,过多的热输入会导致许多其他问题,最终会使韧性最小化,包括产生更大的热影响区(HAZ);尤其对淬火和回火(Q&T)钢有害。过多的热量输入也会改变填充金属沉积物的化学性质,导致某些元素从焊缝中烧掉,因此,降低其冲击韧性。

焊后热处理(PWHT)操作(如应力消除)也会影响焊接件的冲击韧性。执行这些操作应始终由工程师决定,结合焊接规范要求。同样地,在进行焊后热处理之前,您应咨询填充金属制造商,以确保您选择的填充金属在焊后热处理完成后保持可接受的性能。

最后,务必使用制造商推荐的填充金属保护气体,以获得正确的冲击韧性。不同的保护气体成分与焊接熔池有独特的反应,对机械和化学性能有不同的影响。填充金属制造商了解这些相互作用,并仔细调整配方,为预期保护气体提供最佳冲击韧性。

产品数据表提供保护气体和焊接参数信息,所以一定要仔细观察它们;每种产品都有一个预期的操作窗口,以防止影响重要的填充金属特性。

只要您遵守符合填充金属制造商建议的正确焊接程序,您应该能够实现与填充金属分类一致的焊接性能,包括其冲击韧性。


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