必备知识：常用金属材料的焊接

1 甚么是冲压性?试述不锈钢的冲压性。

冲压性是指板材在限量发行的工程施工前提下冲压成原则上结构设计明确要求的梁柱,并满足用户原订入役明确要求的潜能。冲压性受板材、冲压方式、梁柱类别及采用明确要求五个不利因素的负面影响。

不锈钢是以铁原素为依据的,M511RD钛,碳为钛原素,其碳的产品质量平均分不少于1%,除此之外,锰的产品质量平均分不少于1.2%,硅的产品质量平均分不少于0.5%,后二者皆不做为钛原素。其他原素如Ni、Cr、Cu等均掌控在残存量的效用以上,更不做为钛原素。沉淀物原素如S、P、O、N等,依照废钢种类和级别的相同,均有严苛管制。因而,不锈钢的冲压性主要就依赖于电阻率,随著电阻率的减少,冲压性渐渐转差,当中以低不锈钢的冲压性最合适,见表1。

表1 不锈钢冲压性与电阻率的亲密关系

2 甚么是碳当量?不锈钢的碳当量如何计算?

把钢中钛原素(包括碳)的含量按其作用换自成碳的相当含量,称为该种废钢的碳当量,可做为评定废钢冲压性的一种参考指标。

不锈钢中的原素除C外,主要就是Mn和Si,它们的含量减少,冲压性转差,但其作用不及碳强烈。国际冲压学会推荐的碳当量公式为

随著碳当量值的减少,废钢的冲压性会转差。当CE值大于0.4%～0.6%时,冷裂纹的敏感性将增大,冲压时需要采取预热、后热及用低氢型冲压板材施焊等一系列工艺措施。

3 利用碳当量值评价废钢冲压性有何局限性?

碳当量值只能在一定范围内,对废钢概括地、相对地评价其冲压性,这是因为:

1)如果两种废钢的碳当量值相等,但是电阻率不等,电阻率较高的废钢在施焊过程中容易产生淬硬组织,其裂纹倾向显然比电阻率较低的废钢来得大,冲压性较差。因而,当废钢的碳当量值相等时,不能看成冲压性就完全相同。

2)碳当量计算值只表达了化学成分对冲压性的负面影响,没有考虑到冷却速度相同,可以得到相同的组织,冷却速度快时,容易产生淬硬组织,冲压性就会转差。

3)负面影响焊缝金属组织从而负面影响冲压性的不利因素,除了化学成分和冷却速度外,还有冲压循环中的最高加热温度和在高温停留时间等参数,在碳当量值计算公式中均没有表示出来。

因而,碳当量值的计算公式只能在一定的钢种范围内,概括地、相对地评价废钢的冲压性,不能做为准确的评定指标。

4 试述低不锈钢的冲压性。

由于低不锈钢电阻率低,锰、硅含量也少,所以,通常情况下不会因冲压而产生严重硬化组织或淬火组织。低不锈钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好,冲压时,一般不需预热、掌控层间温度和后热,焊后也不必采用热处理改善组织,整个冲压过程不必采取特殊的工艺措施,冲压性优良。

但在少数情况下,冲压时也会出现困难:

1)采用旧冶炼方式生产的转炉钢含氮量高,沉淀物含量多,从而冷脆性大,时效敏感性减少,冲压接头产品质量降低,冲压性转差。

2)沸腾钢脱氧不完全,含氧量较高,P等沉淀物分布不均,局部地区含量会超标,时效敏感性及冷脆敏感性大,热裂纹倾向也增大。

3)采用产品质量不符合明确要求的焊条,使焊缝金属中的碳、硫含量过高,会导致产生裂纹。如某厂采用酸性焊条冲压Q235-A钢时,因焊条药皮中锰铁的电阻率过高,会引起焊缝产生热裂纹。

4)某些冲压方式会降低低不锈钢冲压接头的产品质量。如电渣焊,由于线能量大,会使冲压热负面影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大,引起冲击韧度的严重下降,焊后必需进行细化晶粒的正火处理,以提高冲击韧度。

总之,低不锈钢是属于冲压性最合适、最容易冲压的钢种,所有冲压方式都能适用于低不锈钢的冲压。

5 低不锈钢冲压时,如何正确地选用冲压板材?

⑴手弧焊焊条的选用 常见低不锈钢Q235的抗拉强度平均值为417.5MPa,依照等强度原则,与之匹配的焊条应为E43系列。几种相同钢号的低不锈钢手弧焊时焊条的选用,见表2。

表2 低不锈钢手弧焊时焊条的选用

注:表中括弧内的焊条型号表示可以代用。

⑵埋弧焊焊丝和焊剂的匹配选用 低不锈钢埋弧焊时焊丝和焊剂的匹配选用,见表3。

表3 低不锈钢埋弧焊焊丝与焊剂的匹配选用

⑶CO2焊丝的选用 实芯焊丝选用牌号为H08Mn2Si和H08Mn2SiA两种,焊后熔敷金属强度偏高。药芯焊丝选用牌号为YJ502-1、YJ506-2、YJ506-3、YJ506-4。

⑷电渣焊焊丝和焊剂的匹配选用 电渣焊熔池温度比埋弧焊低,所以焊剂中的硅、锰还原作用弱,应选用含锰、含硅量较高的焊丝。常选用H10Mn2、H10MnSi焊丝配合焊剂HJ360或H10MnSi焊丝配合焊剂HJ431。

6 低不锈钢在低温下如何施焊?

严冬前提下冲压低不锈钢结构时,由于冲压接头的冷却速度快,使裂纹倾向增大,特别是厚大结构的第一道焊缝容易开裂,为此必需采取如下工艺措施:

1)焊前预热,冲压过程中严苛保持层间温度不应低于预热温度。

2)采用低氢或超低氢冲压板材。

3)定位焊时加大冲压电流,减慢冲压速度,适当减少定位焊缝的截面积和长度,必要时进行预热。

4)整条焊缝应尽量连续焊完,避免中断。

5)不应坡口面以外的母材上进行引弧,熄弧时需填满弧坑。

6)尽可能不在低温前提下进行弯板、矫正和装配焊件。

各种金属结构低温冲压时的预热温度见表4。管道、压力容器低温冲压时的预热温度见表5。

表4 低不锈钢金属结构低温冲压的预热温度

表5 低不锈钢管道、压力容器低温冲压的预热温度