法蘭焊接的四種主要類型
法蘭焊接性是指金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性。主要指在一定的焊接工藝條件下,獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度;或材料在限定的施工條件下,焊接成按規(guī)定設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件,并滿足預(yù)先服役要求的能力。焊接性受材料,焊接方法,構(gòu)件類型及使用要求四個(gè)因素的影響。焊接性主要包括:使用焊接性、工藝焊接性、冶金焊接性和熱焊接性。通常,把材料在焊接時(shí)形成裂紋的傾向及焊接接頭處性能變壞的傾向,作為評(píng)價(jià)材料焊接性能的主要指標(biāo)。焊接性的好壞與材料的化學(xué)成分及采用的工藝有關(guān)。在常用鋼材的焊接中,對(duì)焊接性影響最大的是碳,故常把鋼中碳含量的多少作為判別鋼材焊接性的主要標(biāo)志,含碳量越高,其焊接性越差。一般來說,低碳鋼的焊接性能優(yōu)良,高碳鋼的焊接性能較差;鑄鐵的焊接性能更差。合金元素對(duì)焊接性能也將產(chǎn)生一定的影響,所以合金鋼的焊接性比非合金鋼差。收縮率小的金屬焊接性比較好。焊接性好的金屬,焊接接頭不易產(chǎn)生裂紋、氣孔和夾渣缺陷,而且有較高的力學(xué)性能。
焊接性主要包括:使用焊接性、工藝焊接性、冶金焊接性和熱焊接性。
(1)工藝焊接性和使用焊接性
焊接性包括兩個(gè)含義:一是接合性能,就是一定的材料在給定的焊接工藝條件下對(duì)形成焊接缺陷的敏感性;二是使用性能,指一定的材料在規(guī)定的焊接工藝條件下所形成的焊接接頭適應(yīng)使用要求的能力。前者稱為工藝焊接性,涉及焊接制造工藝過程中的焊接缺陷問題,如裂紋、氣孔、夾雜、斷裂等;后者稱為使用焊接性,涉及焊接接頭的使用可靠性問題。
法蘭焊接過程是一個(gè)獨(dú)特的“小冶金”過程,在熔化焊的條件下,焊縫和熱影響區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜但有規(guī)律的焊接熱循環(huán)。從理論上分析,任何金屬或合金,只要在熔化后能夠互相形成固溶體或共晶,都可以經(jīng)過熔焊形成接頭。同種金屬或合金之間可以形成焊接接頭,一些異種金屬或合金之間也可以形成焊接接頭,但有時(shí)需要通過加中間過渡層的方式實(shí)現(xiàn)連接。上述幾種情況都可以看作是“具有一定焊接性”,差別在于有的工藝簡(jiǎn)單,有的工藝復(fù)雜;有的接頭質(zhì)量高、性能好,有的接頭質(zhì)量低、性能差。所以,焊接工藝簡(jiǎn)單而接頭質(zhì)量高、性能好的,就稱為焊接性好;反之,就稱為焊接性差。因此,必須聯(lián)系工藝條件和使用性能來分析焊接性問題,由此提出了“工藝焊接性”和“使用焊接性”的概念。
總之,工藝焊接性是指金屬或材料在一定的焊接工藝條件下,能否獲得優(yōu)質(zhì)致密、無缺陷和具有一定使用性能的焊接接頭的能力。使用焊接性是指焊接接頭或整體焊接結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)條件所規(guī)定的各種性能的程度,包括常規(guī)的力學(xué)性能(強(qiáng)度、塑性、韌性等)或特定工作條件下的使用性能,如低溫韌性、斷裂韌性、高溫蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度、疲勞性能以及耐蝕性、耐磨性等。
(2)冶金焊接性和熱焊接性
對(duì)于熔焊來說,焊接過程一般包括冶金過程和熱過程這兩個(gè)必不可少的過程。在焊接接頭區(qū)域,冶金過程主要影響焊縫金屬的組織和性能,而熱過程主要影響熱影響區(qū)的組織和性能。由此提出了冶金焊接性和熱焊接性的概念。
①冶金焊接性
冶金焊接性是指熔焊高溫下的熔池金屬與氣相、熔渣等相之間發(fā)生化學(xué)冶金反應(yīng)所引起的焊接性變化。這些冶金過程包括:合金元素的氧化、還原、蒸發(fā),從而影響焊縫的化學(xué)成分和組織性能;氧、氫、氮等的溶解、析出對(duì)生成氣孔或?qū)缚p性能的影響;在焊縫結(jié)晶及冷卻過程中,由于焊接熔池的化學(xué)成分、凝固結(jié)晶條件以及接頭區(qū)熱脹冷縮和拘束應(yīng)力等影響,有時(shí)產(chǎn)生熱裂紋或冷裂紋。
除材料本身化學(xué)成分和組織性能的影響之外,焊接材料、焊接方法、工藝參數(shù)、保護(hù)氣體等對(duì)冶金焊接性有重要的影響。除了在研制新材料時(shí)可以改善冶金焊接性之外,還可以通過選擇新焊接材料、新焊接工藝等途徑來改善冶金焊接性。
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法蘭焊接加熱過程中要向接頭區(qū)域輸入很多熱量,對(duì)焊縫附近區(qū)域形成加熱和冷卻過程,這對(duì)靠近焊縫的熱影響區(qū)的組織性能有很大影響,從而引起熱影響區(qū)硬度、強(qiáng)度、韌性、耐蝕性等的變化。
與焊縫金屬不同,焊接時(shí)熱影響區(qū)的化學(xué)成分一般不會(huì)發(fā)生明顯的變化,而且不能通過改變焊接材料來進(jìn)行調(diào)整,即使有些元素可以由熔池向熔合區(qū)或熱影響區(qū)粗晶區(qū)擴(kuò)散,那也是很有限的。因此,母材本身的化學(xué)成分和物理性能對(duì)熱焊接性具有十分重要的意義。工業(yè)上大量應(yīng)用的金屬或合金,對(duì)焊接熱過程有反應(yīng),會(huì)發(fā)生組織和性能的變化。即使是一些不發(fā)生相變的純鋁、純鎳、純鉬等,經(jīng)過焊接熱過程的影響,也會(huì)由于晶粒長(zhǎng)大或形變硬化消失而使其性能發(fā)生較大變化。
為了改善熱焊接性,除了選擇母材之外,還要正確選定焊接方法和熱輸入(如工藝參數(shù))。例如,在需要減少焊接熱輸入時(shí),可以選用能量密度大、加熱時(shí)間短的電子束焊、等離子弧焊等方法,并采用熱輸入小的焊接參數(shù)以改善熱焊接性。此外,焊前預(yù)熱、緩冷、水冷、加冷卻墊板、焊后熱處理等工藝措施也都可以影響熱焊接性。