Svetsning av specifika material

Efter att ha läst den här artikeln kommer du att lära dig om svetsning av specifika material: 1. Svetsning av specifika stål 2. Svetsning av belagda stål 3. Svetsning av klädda stål 4. Svetsning av plast 5. Svetsning av kompositer.

Svetsning av specifika stål:

Det finns ett stort antal stål som används som byggmaterial i olika verkstadsindustrier.

Svetsprocedurer för vissa av de specifika stål som behövs för användning i kraftverk, petroleum och kemisk industri, kryogena kärl; flygplan, raket och missildelar beskrivs nedan:

1. Krypresistenta stål:

Dessa stål är populära för användning vid kraftverkskonstruktion för ångtrummor och huvuddammar.

Några av de välkända kompositionerna är:

(i) 1% Cr, ½% Mo stål som används för ångrör för service temperatur upp till 500 ° C.

(ii) ½% Cr, ½% Mo ¼% V eller 2 ¼% Cr, 1% Mo stål används också för ångrör för driftstemperatur på 500-600 ° C.

iii) Austenitiska Cr-Ni-stål används för ångrör för service temperaturer över 600 ° C.

(iv) ½% Mo stål användes tidigare för ångrör för service temperaturer runt 500 ° C. Användningen av detta stål har nu avbrutits på grund av att det uppstått några allvarliga fel på grund av grafatisering i HAZ. Detta stål används dock fortfarande för raffinaderi och petrokemisk rörledning, där inget grafatiseringsfel har rapporterats.

Förvärmnings- och Postweldbehandlingar :

Dessa behandlingar ges till kryp-resistenta stål för att undvika sprickbildning och för att utveckla optimala gemensamma egenskaper. Förhettningstemperaturer varierar mellan 150 och 250 ° C. Postweld behandling ges för att uppnå optimal krypstyrka i leden. Postweld värmebehandling (PWHT) temperatur för subkritisk glödgning sträcker sig från 600 till 750 ° C förutom elektroslagsvetsarna som normaliseras vid 900-925 ° C.

2. Petroleum och kemiska industrin Stål :

Höghållfasta stål som 1% Cr, ½% Mo och 2½ Cr och 1% Mo används ofta för kraftverk och raffinaderier. Cr-Mo och ½% Mo stål används i petroleum och kemisk industri för korrosionsbeständighet mot väte och kolväten. ½% Mo stål är lite svårare att svetsa än kolstålen; förvärmning och PWHT krävs endast för svetsningar i tjocka sektioner. Rutil- eller cellulosartypelektroder finns normalt tillfredsställande för svetsning av ½% Mo-stål.

För svetsning används Cr-Mo-stål väteelektroder utom för tunna sektioner på 1% Cr, ½ Mo stål, dessa stål förvärmes till 150-250 ° C och PWHT används vanligtvis den underkritiska glödgningen.

Stål som innehåller 2-9% Cr får normalt inte svalna omedelbart efter svetsning. Tjockväggiga tryckkärl som tillverkats av dessa stål kan behöva mellanliggande spänningsavlastning efter att ½ eller ⅓ av svetsen är färdig. Stressavlastning av sådana tryckkärl görs vid 650 ° C och underkritisk glödgning vid behov utförs vid 650 - 750 ° C beroende på legeringshalten.

Tunna ark med 13% Cr stål används för brickor och korrosionsbeständig foder för destillationstorn i oljeraffinaderier. Elektroder som används för svetsning av dessa stål är av 25% Cr, 20% Ni-typ. Ingen förvärmning eller PWHT krävs för sådana svetsar. Dessa stål innehåller vanligen 0-2% aluminium vilket minskar HAZs tendens till härdning.

Plansektioner i 13% Cr-stål används sällan men vid behov svetsas dessa stål genom att använda 13% Cr-stålelektroder.

3. Stål för lågtemperaturtillämpningar:

Stål med Ni-halt mer än 3-5% är svåra att svetsa förutom med elektroder av Ni-baslegeringar. När det är billigare 25% Cr, används 20% Ni austenitiska elektroder, varvid den svets som produceras har lägre styrka än basmaterialet. Om sådana svetsar värmebehandlas i det stressavlastande området sprutas de på grund av migrering av kol i svetsmetallen. Inga sådana problem uppstår för svetsar gjorda med Ni-baslegeringselektroder.

Stål med 3-5% Ni är svetsade med matchande elektroder, men sådana svetsar har låg slaghållfasthet vid -100 ° C; i detta avseende är svetsar gjorda med 2½% Ni eller austenitiska elektroder mer tillfredsställande.

PWHT är inte nödvändigt för svetsar gjorda i 3 5-9% Ni tunna avsnitt basmaterial. För tjockare sektioner utförs stressavlastning vid 560-600 ° C; Temperaturgränsen på 600 ° C får emellertid inte överskridas, eftersom lägre kritisk temperatur reduceras med tillsats av nickel.

4. Stjärnor med hög styrka låglegering (HSLA):

Viktiga tillämpningar av HSLA-stål inkluderar delar till flygplan och raketer, missiler och hetsugar. Kolinnehållet i dessa stål ligger mellan 0-3-0-5% och de huvudsakliga legeringselementen är Cr, Ni, Mo och V. När de släckes och tempereras kan dessa stål uppnå en hållfasthet upp till 155 KN / cm. På grund av koldioxid och legeringsinnehåll är dessa stål emellertid känsliga för kallsprickbildning.

Tunna sektioner (<3 mm) av HSLA-stål kräver ingen förvärmning, men tjockare sektioner förvärms till en temperatur mellan M _s och M _f och hålls vid den temperaturen under en period av 5-30 minuter efter svetsning för att säkerställa fullständig omvandling av austenit .

Svetsar gjorda i 5% Cr-stål behöver subkritisk glödgning vid 675 ° C innan de kyls till rumstemperatur. Detta förvandlar strukturen till bainit eller bainit och härdat martensit som inte är benägen att spricka. För optimala resultat normaliseras de tillverkade delarna och tempereras efter svetsning.

Svetsning av belagda stål:

Stålplåt och andra produkter är belagda med oxidationsresistenta eller korrosionsbeständiga material för att förlänga produktens livslängd. Beläggningsmaterial som oftast används är zink men aluminium och bly-tennlegeringar används även i begränsade delar.

Dessa belagda stål har stor användning vid tillverkning av lastbilar, luftkonditioneringshus, bearbetningstankar, elektriska torn, etc. Svetsning används ofta vid tillverkning av dessa produkter.

1. Svetsning av galvaniserade stål:

Zinkbelagda stål kan svetsas med framgång, förutsatt att särskilda försiktighetsåtgärder vidtas för att kompensera för avdunstning av zink från svetszonen. Zink förångas under svetsning eftersom dess kokpunkt är 871 ° C medan smältpunkten för stål är 1540 ° C. Således försvinner zink och lämnar grundmetallen intill svetsen. Omfattningen av det berörda området är beroende av värmeingången till arbetet. Därför är zinkbildad zon större i långsammare svetsprocesser som GTAW och oxy-acetylensvetsning.

Svetsprocesserna som används för svetsning av galvaniserat stål innefattar SMAW, GMAW, GTAW, FCAW, kolbågsvetsning och motståndssvetsning.

De täckta elektroderna som används för svetsning av galvaniserad stålplåt är rutil och bastyper; emellertid cellulosatypelektroder används för svetsning av tjockare sektioner och rör. Basbelagda elektroder kan också användas för svetsning av tyngre tjocklekar. Försvetsningsteknik används för att underlätta förångningen av zink framför bågen.

I GMAW av galvaniserat stål används mycket deoxiderade fina trådar med kortslutnings teknik med 100% CO eller argon + 25% CO2 som avskärmningsgas. Mängden sprut är vanligtvis högre än vid svetsning av obestruket stål. Detta kräver en regelbunden rengöring av pistolens munstycke. Rostfritt stål eller bronskablar kan vara "vanliga för att deponera korrosionsbeständig svetsmetall. Flux-kärnbågsvetsning med användning av starkt oxiderad tråd kan användas med resultat liknande de som erhållits av GMAW.

GTAW-processen kan användas men att det är en långsam process resulterar inte bara i stora zinkutarmade områden runt svetsen utan leder också till kontaminering av volframelektroden. Elektrodeförorening kan minskas med högre nivå av avskärmningsgas men det kan vara dyrt.

Kolfiberbågsprocess som använder mässing (60% Cu, 40% Zn) fyllnadsledning har har använts i stor utsträckning för svetsning av zinkbelagd stål, särskilt vid tillverkning av luftkonditioneringskanaler. Både singel och tvilling kol är facklor kan användas lika effektivt.

Motståndsvetsning av zinkbelagda stål resulterar i mycket mindre avdunstning av zink än i bågsvetsningsprocesser. Men motståndssvetsning resulterar i att zink plockas upp av svetselektrodspetsen och sänker strömtätheten i svetszonen vilket medför en progressiv ökning av svetsströmmen för att göra tillfredsställande svetsar.

Svetskvalitet:

Svetsar gjorda i zinkbelagda stål är benägna för porositet och sprickbildning på grund av infångning av zinkdampar i svetsmetallen; Försenad sprickbildning på grund av stresskorrosion kan också uppstå. Sprickning orsakas av intergranulär penetrering av zink i svetsmetallen och kallas ibland som "zinkpenetrationssprickning" och uppträder oftast över halsen av en filettsvets, särskilt när beläggningen är närvarande vid svetsens rot. Sådan sprickning tenderar att vara mindre utbredd med SMAW än med GMAW på 6 mm eller tjockare plattor. Sprickning kan styras genom att zinkdammarna kan flyga snabbt före svetsbassängen genom att hålla stora rotgap.

För att producera en korrosionsbeständig ledning måste zinkbeläggningen åter appliceras i det zinkutarmade området. Detta kan göras genom att använda zinkbaspasta på uppvärmd grundmetall. En annan metod för att applicera zinkbeläggning är genom flamsprutning med användning av ett zinksprayfyllnadsmaterial. Tjockleken på åter applicerad zinkbeläggning ska vara 2 till 3 gånger den ursprungliga beläggningen för att säkerställa korrekt korrosionsskydd.

2. Svetsning av aluminiserat stål och ternplatta:

Aluminiserat stål används också allmänt i slangar och inom bilindustrin speciellt för avgasdämpare. Båda båg- och motståndssvetsprocesser används för svetsning av aluminiserat stål med nästan samma resultat som för galvaniserade stål. Det är dock svårare att byta ut aluminiumbeläggningen och därför används ofta måleri.

Aluminiserad stålrör tillverkas i rörkvarnar med hjälp av motståndsslagsvetsning med både låg och högfrekvent ström.

Stålplåt belagt med bly-tenn legering kallas tern-platta. Det används ofta för att göra bensintankar för bilar. Processen som generellt tillämpas för svetsning av ternplatta är resistanssvetsning. Om oxy-acetylen- eller bågsvetsningsprocesser används är beläggningen förstörd genom avdunstning och den måste ersättas med en process som liknar lödning. Säkerhet: Positiv ventilation måste finnas för att avlägsna de skadliga ångorna som produceras vid svetsning av belagda stål. Detta inbegriper vanligtvis användningen av sugslang vid svetsområdet. Särskilda pistoler försedda med sugmunstycke kan användas när GMAW och FCAW används. Belagda stål får aldrig svetsas i trånga utrymmen.

Svetsning av klädstål:

Klädda stål används eftersom de kombinerar egenskaperna hos korrosions- och nötningsbeständighet med låga kostnader, bra mekaniska egenskaper och svetsförmåga hos ferritmaterial. Stålen som används som bakmaterial är vanligen C-½% Mo eller 1% Cr-½% Mo stål. Beklädnadsmaterialen innefattar kromstål (12-15% Cr) austenitiska rostfria stål av typen 18/8 (Cr / Ni) eller 25/12 (Cr / Ni), nickelbaslegeringar som monel och inconel, Cu-Ni-legering, och koppar.

Klädsel kan appliceras genom varmvalsning, explosiv svetsning, ytbeläggning eller hårdlödning. Klädtjockleken kan variera från 5 till 50% av den totala tjockleken, men i allmänhet 10-20% för de flesta applikationer. Den minsta klädda tjockleken är 1, 5 mm.

Större tillämpningar av klädda stål inkluderar värmeväxlare, tankar, bearbetningskärl, materialhanteringsutrustning, lagringsutrustning och tankbilar. De flesta av dessa produkter är gjorda av svetsad fabrikation.

Gemensam design:

Kantpreparationen beror på tjockleken på plattan. Kvadratisk rumpa, singel och dubbel V och singel U-typer kan användas som visas i Fig 22.7. Beklädnaden är i allmänhet bearbetad för att undvika utspädning av pläterad metall med stålfyllmedel, eftersom risken för förorening kan uppstå, även om den klädda sidan inte svetsas först, vilket visas av en felriktad fog i 22.8. Goda och dåliga konstruktioner av kantförberedelser visas i Figur 22.9. Kantförberedelse för hörnfogar med klädmaterial inom och utanför visas i figur 22.10.

Svetsprocedur:

Det normala förfarandet för stötsvetsning en pläterad platta är att svetsa baksidan eller stålsidan, först vidta svetsproceduren lämplig för bärmaterialet följt av svetsning av den klädda sidan med en procedur som är lämplig för det materialet som visas i fig 22.11 genom olika steg för svetsning av kvadratisk rumpa och enkel-V-stötfogar.

Stålsidan bör svetsas åtminstone halvvägs innan du gör någon svets på den klädda sidan. Om kretsning inte är ett problem kan stålsvetsningen avslutas innan svetsning sorteras på den klädda sidan. Alla svetsfogar som är gjorda på pläterat material ska vara en full penetrationssvets med sin rot i pläterad klädsel.

Bra svetspraxis för pläterat stål kan innehålla följande steg:

1. Använd lågväteselektroder för roten för att undvika sprickor.

2. Använd elektrod med liten diameter och strängpärlteknik.

3. Insätt svetsmetall i flera lager för att minska utspädningen.

4. Använd mer höglegerade elektroder än det klädda materialet för att tillåta utspädning.

5. Använd så möjligt dc med elektrod negativ med hjälp av backhandsvetsningsteknik.

Om beklädnadsmaterialet har högre smältpunkt än basmaterialet och de två materialen är metallurgiskt inkompatibla används en bakre remsa av pläterat material för att behålla effektiviteten hos beklädnaden. Remsan är filettsvetsad på beklädnaden såsom visas i fig 22.12.

Om svetsfog ska tillverkas utan åtkomst till den klädda sidan. Resten av svetsen görs antingen med samma elektrod som används för svetsning av pläterad sida eller de första spåren är gjorda i pläterad komposition och resten med en fyllnadslegering som är kompatibel med både pläterat och bakre stål.

När beklädnaden är av austenitiskt rostfritt stål svetsas den klädda sidan av austenitiska elektroder för att följas av 76% Ni, 7% Fe, 16% Cr, typfyllmedel, speciellt om fogen skall utsättas för högtemperaturtjänst som kan orsaka termisk trötthet på grund av differentialutvidgningen av bakstycket och austenitiska rostfria svetsar.

I många fall är det möjligt att använda elektroder med högre legeringshalt, så att dess korrosionsbeständighet är högre än för beklädnaden även vid utspädning. Till exempel är stålpläterad med 12% Cr-legering generellt svetsad med 25/20 (Cr / Ni) -elektroder. På liknande sätt kan Mo-bärande austenitiskt rostfritt stål svetsas på den klädda sidan med ett fyllmedel med högre Mo-innehåll; a17% Cr 12% Ni2 ½% Mo legering med en elektrod som ger en ospädd deposition på 17% Cr 12% Ni 3¼% Mo. Ett stål pläterat med stabiliserat 18/8 rostfritt stål kan svetsas genom att göra första loppet med 25% Cr 20% Ni-elektrod och efterföljande körningar med 18/8 rostfria stålelektroder av stabiliserad typ.

För svetsning av nickel och Monel-klädda stål svetsas hela leden ofta med nickel eller monel fyllmedel.

Processval:

Valet av svetsprocessen är baserat på materialets typ och tjocklek. SMAW används ganska ofta men SAW används för svetsning av tjockväggiga tryckkärl. GMAW-processen används för svetsning av medium tjocka plattor; FCAW-processen används för stålsidan, och GTAW används ofta för svetsning av den klädda sidan. Processen som väljs ska vara sådan att man undviker att penetrera från ett material till det andra.

Om SAW-processen används för stål sidan måste försiktighetsåtgärder vidtas för att undvika att tränga in i den pläterade metallen. På samma sätt måste åtgärder vidtas när du använder automatisk FCAW- eller GMAW-process. Denna kontroll av penetration av rovpärlor uppnås vanligtvis genom att hålla större rotansikte och genom att säkerställa mycket noggrann passform.

Särskilda kvalitetskontrollåtgärder krävs för att tas i svetsbeklädda stål för att undvika förekomsten av underklyvningar, ofullständig penetration och brist på fusion.

Svetsning av plast:

Plast används nu i stor utsträckning som konstruktionsmaterial vid konstruktion av delar till bilar, flygplan, missiler, fartyg och allmän teknisk utrustning. Delar som friktionslager, växlar, maskar, bromsbeläggningar turbin och pumpdelar, TV och elektroniska komponenter produceras i bulk för massaförbrukning.

Bortsett från att vara lätta i vikt, är plast goda isolatorer, tar lätt färg, kan smörjas lätt med vatten och är låga i kostnaden. Även om plast normalt är ogenomskinligt som metaller finns även transparent och genomskinlig plast tillgänglig.

Plast har bra mekaniska egenskaper. Till exempel, i förhållande till draghållfasthet till densitet, är styva vyniler och polyeten jämförbara med gjutjärn och brons, såsom visas i tabell 22.3.

Plast skiljer sig dock drastiskt från metaller i sitt beteende när deformeras både vid rums och förhöjda temperaturer. Stressrelaterade förhållanden vid rumstemperatur för metaller, termosplaster och gummi visas i figur 22.13, i vilken punkt B markerar gränsen för elasticitet.

Beroende på temperatur, men under konstant belastning kan plastens fysikaliska tillstånd vara glasartad, starkt elastisk och plast eller viskös fluid, såsom visas av temperaturen mot stamkurvan enligt fig 22.14. Upp till vitrifieringstemperaturen, T _v, materialet förblir vitglas, mellan T _v och flödestemperaturen T i plasten fungerar som elastiskt gummiliknande ämnen och dess deformation är elastisk; och över Tf blir materialet fluidiskt. Under vitrifieringstemperaturen uppträder plasten som spröda material medan de ovanför T _f uppträder som högviskösa vätskor.

En plast ändras från ett tillstånd till en annan gradvis därför bör både vitrifikationspunkten och flödespunkten visualiseras som temperaturintervaller, vilket framgår av tabell 22.4, vilket visar T _y och T _f- punkter för vissa av plasten.

En lång vistelse vid förhöjd temperatur kan orsaka att en plast bryts upp men inom det säkra temperaturområdet kan plasten uppvärmas många gånger.

Klassificering av plast:

Plast klassificeras vanligtvis utifrån deras beteende vid uppvärmning till två grupper, nämligen termohärdande plast och termoplastisk plast.

Termohärdande plast kan upphettas och formas endast en gång under tillverkningstillfället. Ytterligare uppvärmning har ingen mjukgörande effekt och materialet sönderdelas äntligen. Värmehärdande plast kan därför inte svetsas. De är vanligtvis tillgängliga som halvfabrikat, som antingen kan vara mekaniska eller cementerade ihop. Polyformaldehyd är ett välkänt exempel på en värmehärdande plast.

Termoplastplast mjukas av effekten av värme. De kan upprepade gånger passera in i mycket elastisk och sedan till plasttillstånd utan att förlora sina ursprungliga egenskaper vid kylning igen. Således kan termoplaster lätt svetsas.

De finns i halvfabrikat som plåt, barer, former, rörledningar och slangar. Dessa kan tillverkas i färdiga artiklar genom böjning, extrudering och svetsning. Några av de välkända plasterna som ingår i denna grupp är polyeten, polypropen, PVC, polyamid, polyakrylat, polykarbonat etc.

Svetsning av kompositer:

Kompositer är kombinationer av två eller flera material oavsett om de är metalliska, organiska eller oorganiska, vilka är väsentligen olösliga i varandra. Viktiga beståndsformer som används i kompositmaterial är fibrer, partiklar, laminat eller skikt, flingor, fyllmedel och matriser.

Matrisen är den kroppsdelande som tjänar till att omsluta kompositmaterialet och ge den sin bulkform medan fibrer, partiklar, laminat, flingor och fyllmedel är de strukturella beståndsdelarna som bestämmer komponentens inre struktur.

Beroende på de strukturella beståndsdelarna kan kompositerna klassificeras i följande fem klasser tillsammans med deras visuella representationer såsom visas i fig 22.23:

1. Fiberkompositer,

2. Flake kompositer,

3. Partikelkompositer,

4. Fyllda eller skelett kompositer, och

5. Laminarkompositer.

Dessa kompositmaterial är gjorda av olika kombinationer såsom bor-aluminium (B-Al), Titanium-Tungsten (Ti-W), Titan-grafit (Ti- Gr), Aluminium-grafit (Al-Gr), Grafitpolysulfon Gr-Ps), och många fler och de finner omfattande användningsområden inom bil, rymd och ett antal andra viktiga byggnadsindustrier.

För tillverkning av kompositer i de önskade komponenterna används svetsning i allt större utsträckning. De processer som har visat sig tillfredsställande innefattar induktionssvetsning, ultraljudsvetsning, gaswolframbågsvetsning (GTAW), resistanssvetsning och fusionsbindning.