Was ist die Schweißwärmeeinflusszone?

Der Schweißwärmeeinflusszone ist der Bereich, in dem das feste Grundmetall auf beiden Seiten der Schweißnaht unter der Einwirkung des Schweißwärmezyklus deutliche Struktur- und Eigenschaftenänderungen erfährt, die sogenannte Schweißwärmeeinflusszone.Eine Schweißverbindung ist ein Schweißvorgang, der aus drei Teilen besteht: der Schweißnaht, der Schmelzzone und der Wärmeeinflusszone.

1.Definition

Unter der Einwirkung einer Hochtemperatur-Wärmequelle während des Schmelzschweißens wird der Bereich, in dem sich Struktur und Eigenschaften in einem bestimmten Bereich in der Nähe beider Seiten der Schweißnaht ändern, als „Heat Affect Zone“ oder „Near Weld Zone“ bezeichnet. ' (In der Nähe der Schweißzone).).Die Schweißverbindung besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen, der Schweißnaht und der heißen Schattenzone, zwischen denen sich eine Übergangszone befindet, die als Schmelzzone bezeichnet wird.Um die Qualität von Schweißverbindungen sicherzustellen, ist es daher erforderlich, dass Struktur und Eigenschaften der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone gleichzeitig den Anforderungen entsprechen.Durch den kontinuierlichen Einsatz verschiedener hochfester Stähle, rostfreier Stähle, hitzebeständiger Stähle und einiger Sondermaterialien in der Produktion werden die Probleme in der Schweißwärmeeinflusszone immer komplizierter und sind zum Schwachpunkt von Schweißverbindungen geworden.Daher haben Forscher in vielen Ländern der Schweißwärmeeinflusszone große Aufmerksamkeit gewidmet.

Das Ausmaß der HAZ variiert je nach Wärmeeintrag des Schweißprozesses, der Wärmeleitfähigkeit des Materials und der Abkühlgeschwindigkeit.Höhere Wärmezufuhr oder langsamere Abkühlraten führen typischerweise zu einer größeren HAZ.

2.Gewebeverteilung

Entsprechend den Wärmebehandlungseigenschaften des Stahls wird der Schweißstahl in zwei Kategorien eingeteilt: Die eine ist der Stahl mit einer geringen Abschreckneigung, wie z. B. kohlenstoffarmer Stahl und einige niedriglegierte Stähle, die als hartabschreckender Stahl bezeichnet werden;das andere ist die Verhärtungsneigung.Größere Stahlsorten wie Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, vergüteter legierter Stahl mit niedrigem und mittlerem Kohlenstoffgehalt usw. werden als leicht vergüteter Stahl bezeichnet.Aufgrund der unterschiedlichen Abschreckneigung ist auch die Struktur der Schweißwärmeeinflusszone der beiden Stähle unterschiedlich.

3. Leistung

Die Mikrostrukturverteilung der Schweißwärmeeinflusszone ist ungleichmäßig und somit ist auch die Leistung ungleichmäßig.Die Schweißwärmeeinflusszone unterscheidet sich von der Schweißnaht, und die Schweißnaht kann die Leistungsanforderungen erfüllen, indem die chemische Zusammensetzung angepasst und der entsprechende Schweißprozess angepasst wird.Die Leistung der Wärmeeinflusszone kann in ihrer Zusammensetzung nicht angepasst werden, und es handelt sich um ein Ungleichmäßigkeitsproblem, das unter der Einwirkung thermischer Schweißzyklen auftritt.Bei allgemeinen Schweißkonstruktionen werden hauptsächlich die Härtung, Versprödung, Zähigkeit und Erweichung der Wärmeeinflusszone sowie umfassende mechanische Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungseigenschaften berücksichtigt, die entsprechend den spezifischen Nutzungsanforderungen der Schweißkonstruktion bestimmt werden.

Härten

Die Härte der Schweißwärmeeinflusszone hängt hauptsächlich von der chemischen Zusammensetzung und den Abkühlbedingungen des zu schweißenden Stahls ab und spiegelt im Wesentlichen die Leistung verschiedener metallografischer Strukturen wider.Da die Härteprüfung praktischer ist, wird häufig die höchste Härte HMAX der Wärmeeinflusszone zur Beurteilung der Leistung der Wärmeeinflusszone verwendet, wodurch indirekt die Zähigkeit, Sprödigkeit und Rissbeständigkeit der Wärmeeinflusszone vorhergesagt werden können.Im Projekt wurde der HMAX der Wärmeeinflusszone als wichtiger Index zur Bewertung der Schweißbarkeit verwendet.Es ist darauf hinzuweisen, dass selbst das gleiche Gefüge eine unterschiedliche Härte aufweist, die mit dem Kohlenstoffgehalt des Stahls und der Legierungszusammensetzung zusammenhängt.Beispielsweise kann die Härte von Martensit mit hohem Kohlenstoffgehalt 600 HV erreichen, während die Härte von Martensit mit niedrigem Kohlenstoffgehalt nur 350–390 HV beträgt.

Versprödung

Die Versprödung der geschweißten Wärmeeinflusszone ist häufig die Hauptursache für Rissbildung und sprödes Versagen von Schweißverbindungen.Sprödigkeit und Zähigkeit messen die Fähigkeit eines Materials, einem Bruch unter Stoßbelastungen zu widerstehen, und spiegeln umfassend die Festigkeit und Plastizität des Materials wider.Je höher die Sprödigkeit des Materials ist, desto geringer ist die Zähigkeit des Materials und desto schlechter ist die Fähigkeit, Stoßbelastungen standzuhalten.Da die Mikrostrukturverteilung in der Wärmeeinflusszone nicht gleichmäßig ist und selbst in einigen Teilen die Festigkeit viel geringer ist als die des Grundmetalls, kommt es zu starker Versprödung, so dass die Schweißwärmeeinflusszone schwach wird Punkt des gesamten Gelenks.Teil.Daher wird die Versprödung der Schweißwärmeeinflusszone untersucht, und das Versprödungsphänomen umfasst hauptsächlich die Versprödungsmechanismen wie Grobkornversprödung, Mikrostrukturversprödung und Versprödung durch thermische Spannungsalterung, um ihre Zähigkeit zu verbessern und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern das gesamte Gelenk.

Gehärtet

Die Schweißwärmeeinflusszone, insbesondere die Schmelzzone und die Grobkornzone, sind die Schwachstellen der gesamten Schweißverbindung.Daher sollten Maßnahmen ergriffen werden, um die Zähigkeit der Schweißwärmeeinflusszone zu verbessern.Allerdings kann die Zähigkeit der Schweißwärmeeinflusszone nicht durch Zugabe von Spurenlegierungselementen wie in der Schweißnaht angepasst und verbessert werden.Sie liegt im Material selbst und kann daher nur in einem bestimmten Bereich durch eine Verbesserung der Zähigkeit des Materials selbst und einige technologische Maßnahmen verbessert werden.innerlich verbessert werden.Den Untersuchungen zufolge kann die Verstärkung der Schweißwärmeeinflusszone durch die folgenden zwei Maßnahmen erfolgen.

Erweichen

Durch Kaltumformung oder Wärmebehandlung verfestigte Metalle oder Legierungen weisen in der Wärmeeinflusszone des Schweißens im Allgemeinen unterschiedlich starke Festigkeitsverluste auf.Erweichung oder Festigkeitsverlust in der Wärmeeinflusszone.Die Erweichung von durch Kaltumformung verfestigten Metallen oder Legierungen wird durch Rekristallisation verursacht.Die Erweichung bzw. der Festigkeitsverlust in der Wärmeeinflusszone hat zwar relativ geringe Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften von Schweißverbindungen, ist jedoch nicht leicht zu kontrollieren.

4. Auswirkungen auf Materialeigenschaften

●Festigkeit und Härte: Die HAZ kann im Vergleich zum Grundmetall unterschiedliche Härte- und Festigkeitsgrade aufweisen.Typischerweise sind Bereiche näher an der Schweißnaht höheren Temperaturen ausgesetzt und können härter und spröder werden, insbesondere bei Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt.

●Zähigkeit: Die Zähigkeit der HAZ kann durch die Bildung härterer und spröderer Mikrostrukturen verringert werden.Dies ist besonders wichtig bei Anwendungen, bei denen Schlagfestigkeit wichtig ist.

●Korrosionsbeständigkeit: Bei einigen Materialien, wie z. B. bestimmten rostfreien Stählen, kann die Hitze Veränderungen verursachen, die sich auf die Korrosionsbeständigkeit auswirken, wie z. B. die Ausfällung von Karbiden an Korngrenzen.

5. Bedeutung und Kontrolle

Strukturelle Integrität:

Das Verständnis und die Kontrolle der HAZ sind entscheidend für die Gewährleistung der strukturellen Integrität geschweißter Komponenten, insbesondere in kritischen Anwendungen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und dem Bauingenieurwesen.

Optimierung der SchweißparameterEr:

①Wärmeeintrag: Eine Verringerung des Wärmeeintrags durch Anpassung von Spannung, Strom und Schweißgeschwindigkeit kann dazu beitragen, die Größe der HAZ zu reduzieren.Eine geringere Wärmezufuhr führt zu schnelleren Abkühlraten und weniger Zeit für nachteilige mikrostrukturelle Veränderungen.

②Zwischenlagentemperatur: Die Steuerung der Zwischenlagentemperatur (die Temperatur zwischen den einzelnen Schweißdurchgängen) kann die Mikrostruktur der HAZ beeinflussen und so Eigenschaften wie Zähigkeit verbessern.

Vorwärmen und Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT):

①Vorwärmen: Die Anwendung von Wärme auf das Material vor dem Schweißen kann die Abkühlgeschwindigkeit verringern und so das Risiko der Bildung unerwünschter Mikrostrukturen wie Martensit in Stählen minimieren.Es hilft auch bei der Reduzierung von Eigenspannungen.

②PWHT: Die Anwendung von Wärme nach dem Schweißen kann dazu beitragen, die in der HAZ gebildeten harten Mikrostrukturen zu temperieren, wodurch die Zähigkeit verbessert und Eigenspannungen reduziert werden.