Co to jest strefa wpływu ciepła spawania?

The strefa wpływu ciepła spawania to obszar, w którym stały metal nieszlachetny po obu stronach spoiny ulega oczywistym zmianom w strukturze i właściwościach pod wpływem cyklu cieplnego spawania, zwanego strefą wpływu ciepła spawania.Złącze spawane to proces spawania składający się z trzech części: szwu spawalniczego, strefy wtopienia i strefy wpływu ciepła.

1. Definicja

Pod wpływem źródła ciepła o wysokiej temperaturze podczas spawania, obszar, w którym struktura i właściwości zmieniają się w pewnym zakresie w pobliżu obu stron spoiny, nazywany jest „strefą wpływu ciepła” lub „strefą bliską spoiny”. ' (W pobliżu strefy spawania).).Złącze spawane składa się głównie z dwóch części, szwu spawalniczego i strefy gorącego cienia, a pomiędzy nimi znajduje się strefa przejściowa, zwana strefą wtapiania.Dlatego, aby zapewnić jakość złączy spawanych, należy jednocześnie zadbać o to, aby struktura i właściwości spoiny oraz strefy wpływu ciepła spełniały wymagania.Przy ciągłym stosowaniu w produkcji różnych stali o wysokiej wytrzymałości, stali nierdzewnych, stali żaroodpornych i niektórych materiałów specjalnych, problemy występujące w strefie wpływu ciepła spawania stają się bardziej skomplikowane i stają się słabym obszarem złączy spawanych.Dlatego badacze w wielu krajach poświęcili dużą uwagę strefie wpływu ciepła spawania.

Stopień SWC zmienia się w zależności od ciepła doprowadzonego do procesu spawania, przewodności cieplnej materiału i szybkości chłodzenia.Większy dopływ ciepła lub wolniejsze szybkości chłodzenia zazwyczaj skutkują większą strefą HAZ.

2. Dystrybucja tkanek

Zgodnie z właściwościami obróbki cieplnej stali, stal do spawania dzieli się na dwie kategorie, jedna to stal o małej tendencji do hartowania, taka jak stal niskowęglowa, i część stali niskostopowej, zwana stalą hartującą;drugim jest tendencja do hartowania.Większe gatunki stali, takie jak stal średniowęglowa, stal stopowa hartowana i odpuszczana o niskiej i średniej zawartości węgla itp., nazywane są stalą łatwo hartowaną.Ze względu na różną tendencję do hartowania, odmienna jest również struktura strefy wpływu ciepła spawania obu rodzajów stali.

3. Wydajność

Rozkład mikrostruktury strefy wpływu ciepła spawania jest nierównomierny, a co za tym idzie, również wydajność jest nierównomierna.Strefa wpływu ciepła spawania różni się od szwu spawalniczego, a szew spawalniczy może spełnić wymagania wydajnościowe, dostosowując skład chemiczny i dopasowując odpowiedni proces spawania.Składu strefy wpływu ciepła nie można regulować i jest to problem nierównomierności, który pojawia się pod wpływem cykli termicznych spawania.W przypadku ogólnych konstrukcji spawanych uwzględnia się głównie hartowanie, kruchość, hartowanie i zmiękczanie strefy wpływu ciepła, a także kompleksowe właściwości mechaniczne, odporność na korozję i właściwości zmęczeniowe, które określa się zgodnie ze specyficznymi wymaganiami użytkowymi konstrukcji spawanej.

Hartowanie

Twardość strefy wpływu ciepła spawania zależy głównie od składu chemicznego i warunków chłodzenia spawanej stali, a jej istotą jest odzwierciedlenie właściwości różnych struktur metalograficznych.Ponieważ test twardości jest wygodniejszy, do oceny działania strefy wpływu ciepła często stosuje się najwyższą twardość HMAX strefy wpływu ciepła, co może pośrednio przewidzieć wytrzymałość, kruchość i odporność na pękanie strefy wpływu ciepła.W projekcie jako ważny wskaźnik do oceny spawalności wykorzystano HMAX strefy wpływu ciepła.Należy zaznaczyć, że nawet ta sama struktura ma różną twardość, co jest związane z zawartością węgla w stali i składem stopu.Na przykład twardość martenzytu wysokowęglowego może osiągnąć 600HV, podczas gdy twardość martenzytu niskowęglowego wynosi tylko 350-390HV.

Kruchość

Kruchość spawanej strefy wpływu ciepła jest często główną przyczyną pękania i kruchości złączy spawanych.Kruchość i ciągliwość mierzą odporność materiału na pękanie pod obciążeniem udarowym i stanowią kompleksowe odzwierciedlenie wytrzymałości i plastyczności materiału.Im większa kruchość materiału, tym mniejsza wytrzymałość materiału i gorsza odporność na obciążenia udarowe.Ponieważ rozkład mikrostruktury w strefie wpływu ciepła nie jest równomierny, a nawet w niektórych częściach, wytrzymałość jest znacznie niższa niż w przypadku metalu nieszlachetnego, to znaczy występuje poważna kruchość, przez co strefa wpływu ciepła spawania staje się słaba punkt całego stawu.część.Dlatego badana jest kruchość strefy wpływu ciepła spawania, a zjawisko kruchości obejmuje głównie mechanizmy kruchości, takie jak kruchość gruboziarnista, kruchość mikrostruktury i kruchość starzenia cieplnego, aby poprawić jego wytrzymałość i poprawić właściwości mechaniczne cały staw.

Wzmocnione

Strefa wpływu ciepła spawania, zwłaszcza strefa wtopienia i strefa gruboziarnista, są słabymi obszarami całego złącza spawanego.Dlatego należy podjąć działania w celu poprawy wytrzymałości strefy wpływu ciepła spawania.Jednakże wytrzymałości strefy wpływu ciepła spawania nie można regulować ani poprawiać poprzez dodanie śladowych pierwiastków stopowych, takich jak spoina.Jest to nieodłącznie związane z samym materiałem, dlatego można je poprawić jedynie w pewnym zakresie, poprawiając wytrzymałość samego materiału i pewne środki technologiczne.ulepszyć się wewnątrz.Według badań hartowanie strefy wpływu ciepła spawania może odbywać się za pomocą dwóch następujących środków.

Złagodzić

Metale lub stopy wzmacniane przez obróbkę na zimno lub obróbkę cieplną mają na ogół różny stopień utraty wytrzymałości w strefie wpływu ciepła spawania.Zmiękczenie lub utrata wytrzymałości w strefie wpływu ciepła.Zmiękczanie metali lub stopów wzmacnianych na zimno jest spowodowane rekrystalizacją.Zmiękczenie lub utrata wytrzymałości w strefie wpływu ciepła ma stosunkowo niewielki wpływ na właściwości mechaniczne złączy spawanych, ale nie jest łatwe do kontrolowania.

4. Wpływ na właściwości materiału

●Wytrzymałość i twardość: HAZ może mieć różny poziom twardości i wytrzymałości w porównaniu z metalem nieszlachetnym.Zazwyczaj obszary bliżej spoiny podlegają wyższym temperaturom i mogą stać się twardsze i bardziej kruche, szczególnie w przypadku stali wysokowęglowych.

●Wytrzymałość: Wytrzymałość SWC może zostać zmniejszona w wyniku tworzenia się twardszych i bardziej kruchych mikrostruktur.Jest to szczególnie istotne w zastosowaniach, w których ważna jest odporność na uderzenia.

●Odporność na korozję: W przypadku niektórych materiałów, np. niektórych stali nierdzewnych, ciepło może powodować zmiany wpływające na odporność na korozję, takie jak wytrącanie się węglików na granicach ziaren.

5. Znaczenie i kontrola

Integralność strukturalna:

Zrozumienie i kontrolowanie HAZ ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia integralności strukturalnej elementów spawanych, szczególnie w zastosowaniach krytycznych, takich jak przemysł lotniczy, motoryzacyjny i inżynieria budowlana.

Optymalizacja parametrów spawaniaoni:

①Dopływ ciepła: Obniżenie dopływu ciepła poprzez regulację napięcia, prądu i prędkości spawania może pomóc w zmniejszeniu rozmiaru strefy HAZ.Niższy dopływ ciepła skutkuje szybszym chłodzeniem i krótszym czasem na niekorzystne zmiany mikrostrukturalne.

②Temperatura międzyściegowa: Kontrolowanie temperatury międzyściegowej (temperatura pomiędzy każdym przejściem spoiny) może wpływać na mikrostrukturę strefy SWC, poprawiając jej właściwości, takie jak wytrzymałość.

Podgrzewanie wstępne i obróbka cieplna po spawaniu (PWHT):

①Podgrzewanie wstępne: Podgrzanie materiału przed spawaniem może zmniejszyć szybkość chłodzenia, minimalizując ryzyko tworzenia niepożądanych mikrostruktur, takich jak martenzyt w stali.Pomaga także w zmniejszeniu naprężeń szczątkowych.

②PWHT: Zastosowanie ciepła po spawaniu może pomóc w odpuszczeniu twardych mikrostruktur powstałych w strefie SWC, poprawiając w ten sposób wytrzymałość i zmniejszając naprężenia szczątkowe.