Като доставчик на ултраниско въглеродна (ULC) стомана, бях свидетел от първа ръка на уникалните предизвикателства, които идват със заваряването на този специализиран материал. Стоманата ULC, известна с изключително ниското си съдържание на въглерод, предлага няколко предимства като висока пластичност, отлична формоспособност и добра заваряемост на теория. Въпреки това, в практически приложения, заваряването на ULC стомана представлява серия от препятствия, които трябва да бъдат внимателно разгледани.
1. Образуване на порьозност
Едно от най-честите предизвикателства при заваряването на ULC стомана е образуването на порьозност. Порьозността се отнася до наличието на малки дупки или празнини в заваръчния метал. В ULC Steel този проблем често се изостря от наличието на примеси и високата чувствителност към улавяне на газ по време на процеса на заваряване.
Ниското съдържание на въглерод в ULC Steel означава, че има относително висока разтворимост на газове, като водород, кислород и азот, при повишени температури. По време на процеса на заваряване тези газове могат да бъдат абсорбирани от околната среда или освободени от основния метал и добавъчния материал. Докато заваръчната вана се охлажда и втвърдява, разтворимостта на тези газове намалява, което ги кара да образуват мехурчета, които се улавят в заваръчния метал, което води до порьозност.
За да се намали образуването на порьозност, правилният избор на защитен газ е от решаващо значение. Защитните газове, като аргон или смес от аргон и въглероден диоксид, могат да помогнат за защита на заваръчната вана от атмосферно замърсяване и да намалят вероятността от улавяне на газ. Освен това, основното почистване на основния метал и добавъчния материал преди заваряване може да отстрани повърхностните замърсители, които могат да отделят газове по време на процеса на заваряване. Предварителното загряване на основния метал също може да помогне за намаляване на скоростта на охлаждане на заваръчната вана, като дава повече време на газовете да излязат преди втвърдяването.
2. Омекотяване на засегнатата от топлина зона (HAZ).
Друго значително предизвикателство при заваряването на ULC стомана е омекването на засегнатата от топлина зона (HAZ). HAZ е зоната на основния метал, която се влияе от топлината на процеса на заваряване, но не се топи. В ULC стомана HAZ може да претърпи значително намаляване на твърдостта и здравината поради микроструктурните промени, които настъпват по време на нагряване и охлаждане.
Ниското съдържание на въглерод в стоманата ULC я прави по-малко податлива на втвърдяване по време на заваряване в сравнение със стоманите с по-високо съдържание на въглерод. Въпреки това, бързите цикли на нагряване и охлаждане по време на процеса на заваряване все още могат да причинят образуването на меки феритни и перлитни микроструктури в HAZ, което води до намаляване на твърдостта и якостта. Това може да има вредно въздействие върху механичните свойства на заварената връзка, особено в приложения, където се изисква висока якост и издръжливост.
За да се сведе до минимум омекотяването на HAZ, е важно да се контролират параметрите на заваряване, като заваръчен ток, напрежение и скорост на движение. Използването на по-ниска вложена топлина може да намали размера на HAZ и да сведе до минимум степента на микроструктурни промени. Термичната обработка след заваряване, като отгряване или нормализиране, също може да се използва за възстановяване на твърдостта и здравината на HAZ. Тези процеси на термична обработка обаче трябва да бъдат внимателно контролирани, за да се избегне прегряване на основния метал и причиняване на допълнителни щети.
3. Напукване на заваръчен метал
Напукването на заваръчния метал е друго критично предизвикателство при заваряването на ULC стомана. Напукване може да възникне в самия заваръчен метал или в HAZ и може значително да компрометира целостта и работата на заварената връзка. Има няколко вида напукване на заваръчния метал, които могат да се появят в ULC Steel, включително горещо напукване, студено напукване и разкъсване на пластини.
Горещо напукване, известно още като напукване от втвърдяване, възниква по време на втвърдяването на заваръчната вана. Причинява се от отделянето на примеси, като сяра и фосфор, по границите на зърната на втвърдяващия се заваръчен метал. Тези примеси могат да образуват съединения с ниска точка на топене, които отслабват границите на зърната и ги правят податливи на напукване под напреженията, генерирани по време на втвърдяването. За предотвратяване на горещо напукване е важно да се използват пълнители с ниско съдържание на примеси и да се контролират параметрите на заваряване, за да се осигури гладка и стабилна заваръчна вана.
Студеното напукване, известно още като напукване, предизвикано от водород, възниква след като заваръчният шев се охлади до стайна температура. Причинява се от наличието на водород в заваръчния метал и остатъчните напрежения, генерирани по време на процеса на заваряване. Водородът може да бъде въведен в заваръчния метал от защитния газ, основния метал или добавъчния материал. За предотвратяване на студено напукване е важно да се използват процеси на заваряване с ниско съдържание на водород и добавъчни материали и да се контролира съдържанието на влага в основния метал и добавъчния материал. Предварителното загряване на основния метал и термичната обработка след заваряване също могат да помогнат за намаляване на съдържанието на водород в заваръчния метал и облекчаване на остатъчните напрежения.
Пластинчатото разкъсване е вид напукване, което възниква в основния метал, обикновено в HAZ, и е успоредно на посоката на валцоване на стоманата. Причинява се от наличието на неметални включвания, като сулфиди и оксиди, в основния метал. Тези включвания могат да действат като концентратори на напрежение и да инициират напукване под напреженията, генерирани по време на процеса на заваряване. За да се предотврати разкъсването на ламелите, е важно да се използва стомана с ниско съдържание на включения и да се контролират параметрите на заваряване, за да се сведе до минимум концентрацията на напрежение в HAZ.
4. Заваряемост на разнородни метали
В много приложения може да се наложи ULC стомана да бъде заварена към други метали, като неръждаема стомана или алуминий. Заваряването на различни метали представлява допълнителни предизвикателства поради разликите в техните физични и химични свойства, като точка на топене, коефициент на топлинно разширение и химичен състав.
Едно от основните предизвикателства при заваряването на разнородни метали е образуването на интерметални съединения на повърхността на заваряване. Тези интерметални съединения могат да имат лоши механични свойства и могат да причинят напукване и корозия в заварената връзка. За да се предотврати образуването на интерметални съединения, е важно да се избере подходящия пълнежен материал и процес на заваряване. Например, когато се заварява ULC стомана към неръждаема стомана, може да се използва добавъчен материал със състав, който е съвместим и с двата метала, за да се сведе до минимум образуването на интерметални съединения.
Друго предизвикателство при заваряването на различни метали е разликата в коефициентите на топлинно разширение. Това може да причини значителни остатъчни напрежения в заварената връзка, което може да доведе до напукване и изкривяване. За да се сведат до минимум остатъчните напрежения, е важно да се контролират параметрите на заваряване и да се използват подходящи техники за предварително нагряване и топлинна обработка след заваряване.
5. Повърхностно замърсяване
Повърхностното замърсяване е друг фактор, който може да повлияе на заваряемостта на ULC стомана. Замърсители, като масло, грес, ръжда и боя, могат да попречат на правилното сливане между основния метал и добавъчния материал и могат също така да въведат примеси в заваръчния метал, което води до порьозност, напукване и други дефекти.
За да се осигури добра заваряемост, е важно да се почисти старателно повърхността на основния метал и добавъчния материал преди заваряване. Това може да стане с помощта на методи за механично почистване, като шлайфане или пясъкоструене, или химически методи за почистване, като обезмасляване или ецване. Освен това е важно основният метал и добавъчният материал да се съхраняват в чиста и суха среда, за да се предотврати повърхностно замърсяване.
Заключение
Заваряването на ULC Steel представлява серия от предизвикателства, които трябва да бъдат внимателно разгледани, за да се гарантира качеството и целостта на заварената връзка. Образуването на порьозност, омекването на HAZ, напукването на заваръчния метал, заваряемостта на различни метали и повърхностното замърсяване са някои от основните предизвикателства, които трябва да бъдат взети предвид. Чрез разбирането на тези предизвикателства и прилагането на подходящи техники за заваряване и мерки за контрол на качеството е възможно да се преодолеят тези предизвикателства и да се произвеждат висококачествени заварки в ULC Steel.
Ако се интересувате да научите повече за ULC Steel или имате някакви въпроси относно процеса на заваряване, моля не се колебайте да се свържете с нас за допълнително обсъждане и потенциални възможности за доставка. Ние се ангажираме да предоставяме висококачествени ULC Steel продукти и техническа поддръжка, за да отговорим на вашите специфични нужди.
Референции
- AWS D1.1/D1.1M:2020, Кодекс за заваряване на конструкции - стомана
- Код на ASME за котли и съдове под налягане, раздел IX, квалификации за заваряване и спояване
- Наръчник по заваряване, том 1: Наука и технология за заваряване, Американско дружество по заваряване