Co je to zóna ovlivněná teplem při svařování?

The svařování tepelně ovlivněné zóny je oblast, kde pevný základní kov na obou stranách svaru podléhá zjevným změnám struktury a vlastností působením tepelného cyklu svařování, který se nazývá zóna ovlivněná teplem svařování.Svarový spoj je svařovací proces sestávající ze tří částí: svarový šev, tavná zóna a tepelně ovlivněná zóna.

1.Definice

Při působení vysokoteplotního zdroje tepla během tavného svařování se oblast, kde se struktura a vlastnosti mění v určitém rozsahu poblíž obou stran svaru, nazývá 'Zóna tepelného ovlivnění' nebo 'Zóna blízko svaru'. “ (Poblíž svařovací zóny).).Svarový spoj se skládá hlavně ze dvou částí, svarového švu a zóny horkého stínu, a mezi nimi je přechodová zóna, která se nazývá tavná zóna.Pro zajištění kvality svarových spojů je proto nutné, aby struktura a vlastnosti svaru a tepelně ovlivněné zóny odpovídaly současně požadavkům.S nepřetržitým používáním různých vysokopevnostních ocelí, nerezových ocelí, žáruvzdorných ocelí a některých speciálních materiálů ve výrobě se problémy existující v oblasti tepelně ovlivněné svařováním komplikují a staly se slabou oblastí svarových spojů.Proto výzkumníci v mnoha zemích věnovali velkou pozornost oblasti ovlivněné teplem svařování.

Rozsah HAZ se mění v závislosti na tepelném příkonu procesu svařování, tepelné vodivosti materiálu a rychlosti ochlazování.Vyšší tepelný příkon nebo pomalejší rychlosti chlazení obvykle vedou k většímu HAZ.

2. Distribuce tkání

Podle charakteristik tepelného zpracování oceli je ocel pro svařování rozdělena do dvou kategorií, jedna je ocel s malou tendencí ke kalení, jako je nízkouhlíková ocel a některá nízkolegovaná ocel, která se nazývá ocel tvrdě kalená;druhou je tendence k tvrdnutí.Větší třídy oceli, jako je středně uhlíková ocel, nízko a středně uhlíková kalená a temperovaná legovaná ocel atd., se nazývají snadno kalená ocel.V důsledku odlišné tendence kalení je také struktura tepelně ovlivněné oblasti svařování obou typů ocelí odlišná.

3.Výkon

Rozložení mikrostruktury tepelně ovlivněné oblasti svařování je nerovnoměrné, a tím je nerovnoměrný i výkon.Zóna ovlivněná teplem svařování se liší od svarového švu a svarový šev může splňovat požadavky na výkon úpravou chemického složení a přizpůsobením vhodnému svařovacímu procesu.Výkon tepelně ovlivněné zóny nelze upravit ve složení a jedná se o problém nerovnoměrnosti, ke kterému dochází při působení tepelných cyklů svařování.U obecných svařovaných konstrukcí se uvažuje především zpevnění, křehnutí, houževnatost a změkčení tepelně ovlivněné zóny a dále komplexní mechanické vlastnosti, korozní odolnost a únavové vlastnosti, které se určují podle konkrétních požadavků na použití svařované konstrukce.

Kalení

Tvrdost tepelně ovlivněné oblasti svařování závisí především na chemickém složení a podmínkách chlazení svařované oceli a její podstatou je odrážet vlastnosti různých metalografických struktur.Protože je test tvrdosti pohodlnější, k posouzení výkonu tepelně ovlivněné zóny se často používá nejvyšší tvrdost HMAX tepelně ovlivněné zóny, která může nepřímo předpovědět houževnatost, křehkost a odolnost tepelně ovlivněné zóny.V projektu byl jako důležitý ukazatel pro hodnocení svařitelnosti použit HMAX tepelně ovlivněné zóny.Je třeba zdůraznit, že i stejná struktura má různou tvrdost, která souvisí s obsahem uhlíku v oceli a složením slitiny.Například tvrdost martenzitu s vysokým obsahem uhlíku může dosáhnout 600 HV, zatímco tvrdost martenzitu s nízkým obsahem uhlíku je pouze 350-390 HV.

Zkřehnutí

Zkřehnutí svařované tepelně ovlivněné zóny je často hlavní příčinou praskání a křehkého porušení svarových spojů.Křehkost a houževnatost měří schopnost materiálu odolávat lomu při nárazovém zatížení a jsou komplexním odrazem pevnosti a plasticity materiálu.Čím vyšší je křehkost materiálu, tím nižší je houževnatost materiálu a tím horší je schopnost odolávat rázovému zatížení.Protože rozložení mikrostruktury na tepelně ovlivněné zóně není rovnoměrné a dokonce i v některých částech, je pevnost mnohem nižší než u základního kovu, to znamená, že dochází k vážnému zkřehnutí, takže se tepelně ovlivněná oblast svařování stává slabou. bod celého kloubu.část.Proto je studována křehkost oblasti ovlivněné teplem při svařování a fenomén křehnutí zahrnuje především mechanismy křehnutí, jako je křehnutí hrubozrnného zrna, křehnutí mikrostruktury a křehnutí stárnutím tepelného napětí, aby se zlepšila jeho houževnatost a zlepšily mechanické vlastnosti. celý kloub.

Tvrzený

Svařovací tepelně ovlivněná zóna, zejména tavná zóna a hrubozrnná zóna, jsou slabými místy celého svarového spoje.Proto by měla být přijata opatření ke zlepšení houževnatosti tepelně ovlivněné oblasti svařování.Houževnatost oblasti ovlivněné teplem svařování však nelze upravit a zlepšit přidáním stopových legujících prvků, jako je svar.Je vlastní materiálu samotnému, takže jej lze zlepšit pouze v určitém rozmezí zlepšením houževnatosti samotného materiálu a některými technologickými opatřeními.zlepšit se uvnitř.Podle výzkumu může zpevnění tepelně ovlivněné oblasti svařování přijmout následující dvě opatření.

Změkčit

Kovy nebo slitiny zpevněné tvářením za studena nebo tepelným zpracováním mají obecně různé stupně ztráty pevnosti v tepelně ovlivněné oblasti svařování.Měknutí nebo ztráta pevnosti v tepelně ovlivněné zóně.Měknutí kovů nebo slitin zpevněných tvářením za studena je způsobeno rekrystalizací.Měknutí nebo ztráta pevnosti v tepelně ovlivněné zóně má relativně malý vliv na mechanické vlastnosti svarových spojů, ale není snadné je kontrolovat.

4. Účinky na vlastnosti materiálu

●Síla a tvrdost: HAZ může mít různé úrovně tvrdosti a pevnosti ve srovnání s obecným kovem.Oblasti blíže svaru obvykle vykazují vyšší teploty a mohou se stát tvrdšími a křehčími, zejména u ocelí s vysokým obsahem uhlíku.

●Houževnatost: Houževnatost HAZ může být snížena v důsledku tvorby tvrdších a křehčích mikrostruktur.To je zvláště důležité v aplikacích, kde je důležitá odolnost proti nárazu.

●Korozní odolnost: U některých materiálů, jako jsou některé nerezové oceli, může teplo způsobit změny, které ovlivňují odolnost proti korozi, jako je precipitace karbidů na hranicích zrn.

5. Význam a kontrola

Strukturální integrita:

Pochopení a kontrola HAZ je zásadní pro zajištění strukturální integrity svařovaných součástí, zejména v kritických aplikacích, jako je letectví, automobilový průmysl a stavební inženýrství.

Optimalizace svařovacích parametrůers:

① Tepelný vstup: Snížení tepelného příkonu úpravou napětí, proudu a rychlosti svařování může pomoci snížit velikost HAZ.Nižší tepelný příkon má za následek rychlejší ochlazování a kratší dobu pro nepříznivé mikrostrukturální změny.

② Teplota mezi průchody: Řízení teploty mezi průchody (teplota mezi jednotlivými průchody svaru) může ovlivnit mikrostrukturu HAZ a zlepšit vlastnosti, jako je houževnatost.

Předehřev a tepelné zpracování po svařování (PWHT):

①Předehřev: Aplikace tepla na materiál před svařováním může snížit rychlost ochlazování, čímž se minimalizuje riziko tvorby nežádoucích mikrostruktur, jako je martenzit v ocelích.Pomáhá také při snižování zbytkového napětí.

②PWHT: Aplikace tepla po svařování může pomoci při temperování tvrdých mikrostruktur vytvořených v HAZ, a tím zlepšit houževnatost a snížit zbytková napětí.