Svejsning af specifikke materialer
Efter at have læst denne artikel vil du lære om svejsning af specifikke materialer: - 1. Svejsning af specifikke stål. 2. Svejsning af coatede stål. 3. Svejsning af klædestål. 4. Svejsning af plast. 5. Svejsning af kompositter.
Svejsning af specifikke stål:
Der er et stort antal stål, der anvendes som byggemateriale i forskellige ingeniørindustrier.
Svejseprocedurer for nogle af de specifikke stål, der er nødvendige til brug i kraftværker, olie- og kemiske industrier, kryogene fartøjer; fly, raket og missil dele er beskrevet nedenfor:
1. Krybebestandige Stål:
Disse stål er populære til brug i kraftværkskonstruktion til damptromler og hoveddampelinjer.
Nogle af de kendte sammensætninger er:
(i) 1% Cr, ½% Mo stål anvendt til damprør til servicetemperatur op til 500 ° C.
(ii) ½% Cr, ½% Mo ¼% V eller 2 ¼% Cr, 1% Mo stål anvendes også til damprør til driftstemperatur på 500-600 ° C.
iii) Austenitiske Cr-Ni-stål anvendes til damprør til driftstemperaturer over 600 ° C.
(iv) ½% Mo stål blev tidligere brugt til damprør til servicetemperaturer omkring 500 ° C. Anvendelsen af dette stål er nu afbrudt på grund af forekomsten af nogle alvorlige fejl på grund af grafatisering i HAZ. Dette stål anvendes dog stadig til raffinaderi og petrokemiske rørledninger, hvor der ikke er rapporteret grafatiseringsfejl.
Forvarmning og efterbehandling :
Disse behandlinger gives til krybebestandige stål for at undgå krakning og for at udvikle optimale ledegenskaber. Forvarmningstemperaturer varierer mellem 150 og 250 ° C. Postweld behandling er givet for at opnå optimal krybe styrke i leddet. Postweld varmebehandling (PWHT) temperatur for subkritisk glødning varierer fra 600 til 750 ° C bortset fra elektroslag svejsninger, som normaliseres ved 900-925 ° C.
2. Stål og olieindustri :
Højstålsstål som 1% Cr, ½% Mo og 2½ Cr og 1% Mo bruges ofte til kraftværker og raffinaderier. Cr-Mo og ½% Mo stål anvendes til olie- og kemisk industri for modstandsdygtighed mod korrosionsangreb af hydrogen og svovlholdige carbonhydrider. De ½% Mo stål er lidt sværere at svejse end kulstofstålene; Forvarmning og PWHT kræves kun til svejsninger i tykke sektioner. Rutil- eller cellulosetyperelektroder findes normalt tilfredsstillende til svejsning af ½% Mo stål.
Til svejsning anvendes Cr-Mo stål hydrogenelektroder undtagen tynde sektioner på 1% Cr, ½ Mo stål, disse stål forvarmes til 150-250 ° C, og PWHT anvendes normalt den subkritiske glødning.
Stål indeholdende 2-9% Cr må normalt ikke afkøles umiddelbart efter svejsning. Tykke vægge trykbeholdere fremstillet af disse stål kan have brug for mellemspændingsaflastning efter at ½ eller ⅓ af svejsningen er færdig. Stressaflastning af sådanne trykbeholdere udføres ved 650 ° C og underkritisk glødning, når det kræves, udføres ved 650 - 750 ° C afhængigt af legeringsindholdet.
Tynde plader af 13% Cr stål anvendes til bakker og korrosionsbestandige foring til destillationstårne i olieraffinaderier. Elektroder anvendt til svejsning af disse stål er af 25% Cr, 20% Ni type. Ingen forvarmning eller PWHT er nødvendig for sådanne svejsninger. Disse stål indeholder normalt 0-2% aluminium, hvilket reducerer HAZ's tendens til at hærde.
Pladeafsnit i 13% Cr stål anvendes sjældent, men hvis det kræves, bliver disse stål svejset ved at anvende 13% Cr stålelektroder.
3. Stål til lavtemperatur applikationer:
Stål med Ni-indhold på mere end 3-5% er vanskeligt at svejses, undtagen med elektroder af Ni-baselegeringer. Når der anvendes mindre 25% Cr, anvendes 20% Ni austenitiske elektroder, idet svejseproduktionen har en lavere styrke end basismateriale. Hvis sådanne svejsninger varmebehandles i det stressaflastende område, bliver de sprøjtet på grund af migration af kul i svejsemetallet. Der opstår ikke sådanne problemer for svejsninger lavet med Ni-base legeringselektroder.
Stål med 3-5% Ni er svejset med matchende elektroder, men sådanne svejsninger har lav slagstyrke ved -100 ° C; i den henseende er svejsninger lavet med 2½% Ni eller austenitiske elektroder mere tilfredsstillende.
PWHT er ikke afgørende for svejsninger lavet i 3 5-9% Ni tynde afsnit basismateriale. For tykkere sektioner udføres stressaflastning ved 560-600 ° C; dog skal temperaturgrænsen på 600 ° C ikke overskrides, fordi den lavere kritiske temperatur reduceres med tilsætning af nikkel.
4. High Strength Low Alloy (HSLA) Stål:
Vigtige anvendelser af HSLA-stål omfatter dele til fly og raketter, missiler og hot smedningsdyser. Kulstofindholdet i disse stål ligger mellem 0-3-0-5%, og de vigtigste legeringselementer er Cr, Ni, Mo og V. Når de slås og hærdes, kan disse stål opnå en styrke på op til 155 KN / cm. På grund af indholdet af kulstof og legeringer er disse stål imidlertid følsomme over for koldspredning.
Tynde sektioner (<3 mm) HSLA-stål kræver ingen forvarmning, men tykkere sektioner forvarmes til en temperatur mellem Ms og Mf og holdes ved denne temperatur i en periode på 5-30 minutter efter svejsning for at sikre fuldstændig omdannelse af austenit .
Svejsninger lavet i 5% Cr stål behøver subkritisk glødning ved 675 ° C, før de afkøles til stuetemperatur. Dette omdanner strukturen til bainit eller bainit og hærdet martensit, som ikke er tilbøjelige til at revne. For de optimale resultater normaliseres og fremstilles de fremstillede dele efter svejsning.
Svejsning af belagt stål:
Stålplader og andre produkter er belagt med oxidationsresistente eller korrosionsbestandige materialer for at forlænge produktets levetid. Det mest anvendte belægningsmateriale er zink, men aluminium og bly-tinlegeringer anvendes også til begrænsede mængder.
Disse belagte stål finder stor anvendelse i fremstilling af lastbillegemer, klimaanlæg, behandlingstanke, elektriske tårne mv. Svejsning anvendes ofte i fremstilling af disse produkter.
1. Svejsning af galvaniserede stål:
Zinkbelagte stål kan svejses med succes, forudsat at der træffes særlige forholdsregler for at kompensere for fordampningen af zink fra svejsesonen. Zink fordampes under svejsning, fordi kogepunktet er 871 ° C, mens smeltepunktet for stål er 1540 ° C. Således fordampes zink og efterlader basismetal støder op til svejsningen. Omfanget af det berørte område er afhængigt af varmeindgangen til arbejdet. Derfor er zinkbilledet zone større i langsommere svejseprocesser som GTAW og oxy-acetylensvejsning.
Svejseprocesserne til svejsning af galvaniseret stål omfatter SMAW, GMAW, GTAW, FCAW, kulstofbuesvejsning og modstandssvejsning.
De dækkede elektroder, der anvendes til svejsning af galvaniseret stålplade, er rutile og grundlæggende typer; Imidlertid anvendes cellulosetypelektroder til svejsning af tykkere sektioner og rør. Grundbelagte elektroder kan også anvendes til svejsning tyngre tykkelser. Forhåndssvejsningsteknik anvendes til at lette fordampningen af zink foran bågen.
I GMAW af galvaniseret stål anvendes stærkt deoxiderede fine ledninger med kortslutningsteknik med 100% CO eller argon + 25% CO2 som afskærmningsgas. Spatten er normalt højere end ved svejsning af ubelagt stål. Dette kræver hyppig rengøring af pistolens dyse. Rustfrit stål eller bronzetråde kan være 'brugt til at deponere korrosionsbestandigt svejsemetal. Flux-kernebuesvejsning ved anvendelse af stærkt oxideret ledning kan anvendes med resultater svarende til dem opnået af GMAW.
GTAW-processen kan anvendes, men at være en langsom proces resulterer ikke kun i store zinkudtømte områder omkring svejsningen, men fører også til forurening af wolframelektroden. Elektrodeforurening kan reduceres ved højere spænding af afskærmningsgas, men det kan være dyrt.
Karbonbueproces, der anvender messing (60% Cu, 40% Zn) fyldtråd har blevet meget anvendt til svejsning af zinkbelagt stål, især ved fremstilling af luftkanaler. Både enkelt- og twin-carbon er lommelygter, der kan bruges lige så effektivt.
Modstandssvejsning af zinkbelagte stål resulterer i meget mindre fordampning af zink end i buesvejsningsprocesser. Men modstandssvejsning resulterer i, at zink afhenteres af svejselektrodespidsen og sænker strømtætheden i svejsesonen, hvilket nødvendiggør en progressiv stigning i svejsestrømmen for at opnå tilfredsstillende svejsninger.
Svejsekvalitet:
Svejsninger lavet i zinkbelagte stål er tilbøjelige til porøsitet og krakning på grund af indfangning af zinkdampe i svejsemetallet; forsinket krakning på grund af stresskorrosion kan også forekomme. Sprængning skyldes intergranulær indtrængning af zink i svejsemetallet og kaldes undertiden som 'zinkpenetrationsspringning' og forekommer oftest over halsen af en filetsvejsning, især når belægningen er til stede ved svejsens rod. Sådan krakning har tendens til at være mindre udbredt med SMAW end med GMAW på 6 mm eller tykkere plader. Sprængning kan styres ved at lade zinkdampene flygte hurtigt foran svejsepuljen ved at holde store rodgab.
For at fremstille en korrosionsbestandig ledning skal zinkbelægningen genanvendes i det zinkudarmede område. Dette kan gøres ved hjælp af zink-base pasta sticks på opvarmet base metal. En anden metode til påføring af zinkcoating er ved flammesprøjtning ved anvendelse af et zinkspray-fyldmateriale. Tykkelsen af genpåført zinkcoating bør være 2 til 3 gange den oprindelige belægning for at sikre korrekt korrosionsbeskyttelse.
2. Svejsning af Aluminiseret Stål og Ternplade:
Aluminiseret stål anvendes også meget i slanger og i bilindustrien, især til udstødningsdæmpere. Både bue- og modstandssvejseprocesser anvendes til svejsning af aluminiseret stål med næsten samme resultater som for galvaniserede stål. Det er dog sværere at udskifte aluminiumsbelægningen, og derfor anvendes ofte maleri.
Aluminiseret stålrør er produceret i rørfabrikker ved brug af modstandsslagssvejsning med både lav og højfrekvent strøm.
Stålplader belagt med bly-tin legering kaldes tern-plade. Det bruges ofte til fremstilling af benzintanke til biler. Processen generelt anvendt til svejsning tern-plade er modstandssvejsning. Hvis oxy-acetylen- eller buesvejsningsprocesser anvendes, bliver belægningen ødelagt ved fordampning, og den skal erstattes af en fremgangsmåde svarende til lodning. Sikkerhed: Der skal ydes positiv ventilation for at fjerne de skadelige dampe, der produceres ved svejsning af belagte stål. Dette indebærer sædvanligvis brugen af sugeslangen på svejseplanet. Specielle kanoner udstyret med sugemundstykke kan anvendes, når GMAW og FCAW anvendes. Coated stål må aldrig svejses i lukkede rum.
Svejsning af klædestål:
Klædestål anvendes, fordi de kombinerer egenskaberne af korrosions- og slidstyrke med lave omkostninger, gode mekaniske egenskaber og svejseproduktion af ferritiske materialer. Stålene, der anvendes som underlagsmateriale, er normalt C-½% Mo eller 1% Cr-½% Mo stål. Beklædningsmaterialerne omfatter kromstål (12-15% Cr) austenitiske rustfrit stål af typen 18/8 (Cr / Ni) eller 25/12 (Cr / Ni), nikkelbasislegeringer som monel og inconel, Cu-Ni-legering og kobber.
Beklædning kan påføres ved varmvalsning, eksplosiv svejsning, overfladebehandling eller lodning. Tykkelsen af klædningen kan variere fra 5 til 50% af den totale tykkelse, men generelt 10-20% for de fleste applikationer. Den minimale klæbematerialetykkelse er 1, 5 mm.
Større anvendelser af klædte stål omfatter varmevekslere, tanke, forarbejdningsbeholdere, materialehåndteringsudstyr, lagerudstyr og tankbiler. De fleste af disse produkter er lavet af svejset fabrikation.
Fælles design:
Kantpræparationen afhænger af tykkelsen af pladen. Kvadratisk stump, enkelt og dobbelt V og enkelt U-typer kan anvendes som vist i figur 22.7. Beklædningen er generelt maskinbearbejdet tilbage for at undgå fortynding af beklædt metal med stålfyldstof, fordi der kan opstå fare for kontaminering, selv når den klæbede side ikke svejses først, som vist ved en ukorrekt fælles i 22.8. Gode og dårlige udformninger af kantpræparation er vist i Figur 22.9. Kantforberedelse til hjørnesamlinger med beklædningsmateriale inde og ude er vist i figur 22.10.
Svejseprocedure:
Den normale fremgangsmåde til stødsvejsning en klæbende plade er at svejse bagsiden eller stålsiden, først ved at vedtage svejseproceduren egnet til bagmaterialet efterfulgt af svejsningen af den klædte side med en fremgangsmåde der er egnet til det materiale som vist i figur 22.11 ved forskellige trin for svejsning firkantede rump og single-V type stød ledd.
Stålsiden skal svejses mindst halvvejs, inden der svejses på den klæbte side. Hvis warpage ikke er et problem, kan stålssvejsningen afsluttes, inden svejsningen sorteres på den klæbte side. Enhver svejsesamling lavet på klædt materiale bør være en fuld indtrængningssvejsning med sin rod i den klædte side af pladen.
God svejsepraksis for klædt stål kan omfatte følgende trin:
1. Brug lavhydrogenelektroder til rodkørslen for at undgå revner.
2. Brug en lille diameter elektrode og stringer perle teknik.
3. Indsæt svejsemetal i flere lag for at reducere fortyndingen.
4. Brug mere højt legerede elektroder end det klæbede materiale for at give mulighed for fortynding.
5. Anvend så vidt muligt DC med elektrod negativ ved brug af backhand svejseteknik.
Hvis beklædningsmaterialet har højere smeltepunkt end basismaterialet, og de to materialer er metallurgisk inkompatible, anvendes en bagsidestrimmel af beklædt materiale til at opretholde effektiviteten af beklædningen. Strimlen er filet svejset til beklædningen som vist i figur 22.12.
Hvis svejsesamlingen skal laves uden adgang til den klædte side. Resten af svejsningen er lavet enten med samme elektrode som brugt til svejsning af beklædt side, eller de første løber er lavet i klædt sammensætning, og resten med en fyldstoflegering, der er kompatibel med både klædt og bageste stål.
Når beklædningen er af austenitisk rustfrit stål, er den klæbede side svejset af austenitiske elektroder, der efterfølges af 76% Ni, 7% Fe, 16% Cr, type fyldstof, især hvis leddet skal udsættes for høj temperatur service, der kan forårsage termisk træthed på grund af forskelligt udvidelse af bagsiden og austenitiske rustfrit stål svejsninger.
I mange tilfælde er det muligt at anvende elektroder med højere legeringsindhold, så dets korrosionsbestandighed er højere end for beklædningen, selv når den er fortyndet. For eksempel er stål beklædt med 12% Cr legering generelt svejset med 25/20 (Cr / Ni) elektroder. På lignende måde kan Mo-bærende austenitisk rustfrit stål svejses på den klædte side med et fyldstof med højere Mo-indhold; a17% Cr 12% Ni2½% Mo legering med en elektrode giver et ufortyndet depositum på 17% Cr 12% Ni 3¼% Mo. Et stål beklædt med stabiliseret 18/8 rustfrit stål kan svejses ved at lave den første runde med 25% Cr 20% Ni elektrode og de efterfølgende kørsler med 18/8 rustfri stål elektroder af stabiliseret type.
Til svejsning af nikkel og monelbeklædte stål bliver hele leddet ofte svejset med nikkel- eller monelfiller.
Procesudvælgelse:
Udvælgelse af svejseproces er baseret på materialets type og tykkelse. SMAW anvendes ganske ofte, men SAW er ansat til svejsning af tykke vægge trykbeholdere. GMAW-processen anvendes til svejsning af medium tykke plader; FCAW-processen anvendes til stålsiden, og GTAW anvendes ofte til svejsning af den klædte side. Den valgte proces skal være sådan, at man undgår at trænge ind fra det ene materiale til det andet.
Hvis SAW-processen anvendes til stålsiden, skal der træffes forholdsregler for at undgå at trænge ind i det pletterede metal. Tilsvarende skal der tages skridt, når du bruger automatisk FCAW- eller GMAW-proces. Denne kontrol af rodpæredtrinning opnås normalt ved at holde større rodflade og ved at sikre meget præcis fitup.
Der kræves specielle kvalitetskontrolforanstaltninger i svejseklædt stål for at undgå forekomsten af underbud, ufuldstændig indtrængning og manglende fusion.
Svejsning af plastik:
Plast anvendes nu i vid udstrækning som teknisk materiale til konstruktion af dele til biler, fly, missiler, skibe og generel ingeniørudstyr. Dele som friktionslejer, tandhjul, orme, bremsebelægningsturbine og pumpe dele, fjernsyn og elektroniske komponenter produceres i bulk til masseforbrug.
Bortset fra at være lette i vægt plast er gode elektriske isolatorer, let at tage farve, kan let smøres med vand og har lav pris. Skønt plast normalt er uigennemtrængeligt som metaller, er der dog også gennemsigtig og gennemskinnelig plast.
Plastik viser gode mekaniske egenskaber. For eksempel er stive vyniler og polyethylen sammenlignelige med støbejern og bronze som vist i tabel 22.3, hvad angår forholdet mellem trækstyrke og tæthed.
Imidlertid adskiller plast sig drastisk fra metaller i deres adfærd, når de deformeres både ved rum og forhøjede temperaturer. Stresstrelationsforholdene ved stuetemperatur for metaller, termosplastik og gummi er vist i figur 22.13, i hvilket punkt B markerer elasticitetsgrænsen.
Afhængigt af temperaturen, men under konstant belastning kan plastens fysiske tilstand være glasagtigt, stærkt elastisk og plastisk eller viskøs fluid, som vist ved temperatur versus belastningskurve i figur 22.14. Op til forglasningstemperaturen, T v, forbliver materialet glasagtigt mellem T v og strømningstemperaturen. T plasten fungerer som elastisk gummiagtige stoffer, og dens deformation er elastisk; og over T f bliver materialet fluidisk. Under glasrifugeringstemperaturen opfører plasten sig som sprøde materialer, mens ovenstående T f opfører sig som stærkt viskøse væsker.
En plastik skifter fra en tilstand til en anden gradvist, derfor bør både vitrifikationspunktet og strømningspunktet visualiseres som temperaturintervaller, som det fremgår af tabel 22.4, som viser T y og T f- punkter for nogle af plastmaterialerne.
Et langt ophold ved forhøjet temperatur kan forårsage en plastikbrud, men inden for det sikre temperaturområde kan plasten genopvarmes mange gange.
Klassificering af plastik:
Plast klassificeres normalt på baggrund af deres opførsel ved opvarmning til to grupper, f.eks. Termohærdende plast og termoplastisk plast.
Termohærdende plast kan opvarmes og formes kun én gang i løbet af fremstillingen. Yderligere opvarmning har ingen blødgørende virkning, og materialet nedbrydes endelig. Termohærdende plast kan derfor ikke svejses. De er normalt tilgængelige som halvfabrikata, som enten kan være sammenføjet mekanisk eller cementeret sammen. Polyformaldehyd er et velkendt eksempel på en termohærdende plast.
Termoplastisk plast blødgøres af virkningen af varme. De kan gentagne gange passere ind i meget elastisk og derefter til plastisk tilstand uden at miste deres oprindelige egenskaber ved afkøling igen. Således kan termoplasterne let svejses.
De fås i halvfærdige former som plader, stænger, former, rør og rør. Disse kan fremstilles i færdige artikler ved bøjning, ekstrudering og svejsning. Nogle af de velkendte plaster, der indgår i denne gruppe, er polyethylen, polypropylen, PVC, polyamid, polyacrylat, polycarbonat osv.
Svejsning af kompositter:
Kompositter er kombinationer af to eller flere materialer, uanset om de er metalliske, organiske eller uorganiske, som i det væsentlige er uopløselige i hinanden. Største bestanddele, der anvendes i kompositmaterialer, er fibre, partikler, laminer eller lag, flager, fyldstoffer og matricer.
Matricen er den legemsbestanddel, der tjener til at omslutte kompositmaterialet og give den sin bulkform, mens fibre, partikler, laminer, flager og fyldstoffer er de strukturelle bestanddele, som bestemmer bestanddelernes indre struktur.
Afhængigt af de strukturelle bestanddele kan kompositterne klassificeres i følgende fem klasser sammen med deres visuelle repræsentationer som vist i figur 22.23:
1. Fiber kompositter,
2. Flake kompositter,
3. Partikelkompositter,
4. Fyldte eller skeletkompositter, og
5. Laminær kompositter.
Disse kompositmaterialer fremstilles af forskellige kombinationer såsom bor-aluminium (B-A1), titanium-tungsten (Ti-W), titanium-grafit (Ti- Gr), aluminium-grafit (Al-Gr), grafitpolysulfon Gr-Ps), og mange flere, og de finder omfattende anvendelse inden for bil, luftfart og en række andre vigtige byggebrancher.
Til fremstilling af kompositter i de ønskede komponenter anvendes svejsning i stigende grad. De processer, der er fundet tilfredsstillende, omfatter induktionssvetsning, ultralydssvejsning, gaswolframbuesvejsning (GTAW), modstandssvejsning og fusionsbinding.
