Wie wirken sich die verschiedenen Metallelemente im Schweißdraht auf die endgültige Schweißqualität aus? Von Silizium bis Vanadium spielt jedes Element eine einzigartige Rolle im Schweißprozess. Das Verständnis ihrer Auswirkungen kann die Festigkeit, Duktilität und Fehlerresistenz der Schweißnaht erheblich verbessern. Dieser Artikel befasst sich mit den Funktionen und Auswirkungen dieser Elemente und liefert wichtige Erkenntnisse für das Erzielen optimaler Schweißergebnisse.
Welchen Einfluss haben die im Schweißdraht enthaltenen Legierungselemente wie Si, Mn, S, P, Cr, AI, Ti, Mo und V auf die Schweißleistung? Im Folgenden finden Sie Erläuterungen zu den einzelnen Elementen:
Silizium ist das am häufigsten verwendete Desoxidationselement in Schweißdraht. Es kann verhindern, dass sich Eisen mit Sauerstoff verbindet und kann FeO im Schmelzbad reduzieren.
Wird jedoch Silizium allein zur Desoxidation verwendet, so entsteht das SiO2 hat einen hohen Schmelzpunkt (etwa 1710℃), und die entstehenden Partikel sind klein und lassen sich nur schwer aus dem Schmelzbad herausschwimmen. Dies kann dazu führen, dass die Schlacke im Schweißgut eingeschlossen wird.
Mangan hat eine ähnliche Funktion wie Silizium, seine Desoxidationsfähigkeit ist jedoch etwas geringer als die von Silizium. Wenn Mangan allein zur Desoxidation verwendet wird, hat das resultierende MnO eine höhere Dichte (15,11 g/cm3) und lässt sich auch nur schwer aus dem geschmolzenen Pool herausschwimmen.
Zusätzlich zu seiner Desoxidationsfunktion kann sich Mangan im Schweißdraht auch mit Schwefel verbinden und Mangansulfid (MnS) bilden, das entfernt (entschwefelt) werden kann, wodurch die Neigung zur Heißrissbildung durch Schwefel verringert wird.
Da es schwierig ist, die Desoxidationsprodukte zu entfernen, wenn Silizium oder Mangan allein zur Desoxidation verwendet werden, wird üblicherweise eine Kombination aus Silizium und Mangan verwendet, um einen Verbundstoff aus Silikat (MnO-SiO2) während der Desoxidation.
MnO-SiO2 hat einen niedrigeren Schmelzpunkt (ca. 1270℃) und eine geringere Dichte (ca. 3,6g/cm3). Sie kann zu großen Schlackenblöcken koagulieren und aus dem Schmelzbad herausschwimmen, wodurch eine gute Desoxidationswirkung erzielt wird.
Mangan ist auch ein wichtiger Legierungselement in Stahl und ein wichtiges Element der Härtbarkeit. Es hat einen erheblichen Einfluss auf die Zähigkeit des Schweißguts.
Wenn der Mn-Gehalt unter 0,05% liegt, weist das Schweißgut eine hohe Zähigkeit auf. Liegt der Mn-Gehalt über 3%, wird das Schweißgut spröde. Liegt der Mn-Gehalt zwischen 0,6% und 1,8%, weist das Schweißgut eine hohe Festigkeit und Zähigkeit auf.
Schwefel im Stahl liegt häufig in Form von Eisensulfid vor, das sich in einem Netzmuster entlang der Korngrenzen verteilt und die Zähigkeit des Stahls erheblich verringert. Das Eutektikum Temperatur von Eisen und Eisensulfid ist relativ gering (985℃).
Da die Ausgangstemperatur bei der Warmumformung im Allgemeinen zwischen 1150 und 1200 °C liegt, ist das Eutektikum aus Eisen und Eisensulfid bereits geschmolzen, was zur Rissbildung während des Umformprozesses führt.
Dieses Phänomen wird als "Schwefelheißsprödigkeit" bezeichnet. Die Eigenschaft von Schwefel macht Stahl anfällig für Heißrisse beim Schweißen.
Daher wird der Schwefelgehalt im Stahl streng kontrolliert. Der Hauptunterschied zwischen gewöhnlichem Kohlenstoffstahl, hochwertigem Kohlenstoffstahl und hochqualitativem Stahl ist die Menge an Schwefel und Phosphor.
Wie bereits erwähnt, hat Mangan eine entschwefelnde Wirkung, da es mit Schwefel, der in den Körnern körnig verteilt ist, Mangansulfid (MnS) mit hohem Schmelzpunkt (1600℃) bilden kann.
Bei der Warmumformung hat Mangansulfid genügend Plastizität, um die schädlichen Auswirkungen von Schwefel zu beseitigen. Daher ist es vorteilhaft, einen bestimmten Mangangehalt im Stahl beizubehalten.
Phosphor kann vollständig aufgelöst werden in Ferrit in Stahl. Seine verstärkende Wirkung auf Stahl ist nur von Kohlenstoff übertroffen, und es erhöht die Festigkeit und Härte aus Stahl.
Phosphor kann auch die Korrosionsbeständigkeit von Stahl verbessern, vermindert aber seine Duktilität und Zähigkeit erheblich. Dieser Effekt ist bei niedrigen Temperaturen besonders ausgeprägt, was als "Phosphorkaltbrüchigkeit" bekannt ist.
Daher ist er für das Schweißen nachteilig und erhöht die Rissanfälligkeit des Stahls. Als Verunreinigung muss der Gehalt an Phosphor im Stahl ebenfalls begrenzt werden.
Chrom kann die Festigkeit und Härte des Stahls während seine Duktilität und Zähigkeit in geringerem Maße abnimmt. Chrom ist sehr korrosions- und säurebeständig, so dass austenitische nichtrostende Stähle im Allgemeinen mehr als 13% Chrom enthalten.
Chrom hat auch starke Antioxidations- und Hitzebeständigkeitseigenschaften. Daher wird Chrom auch häufig in hitzebeständigen Stählen wie 12CrMo, 15CrMo und 5CrMo verwendet. Chrom ist in Stahl in bestimmten Mengen enthalten.
Chrom ist ein wichtiger Bestandteil von austenitischem Stahl und ein Bestandteil des Ferrits. Es kann die Oxidationsbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften des Stahls verbessern. legierter Stahl bei hohen Temperaturen. Bei austenitischem nichtrostendem Stahl mit einem Gesamtchrom- und Nickelgehalt von 40% und einem Cr/Ni-Verhältnis von 1 besteht eine Tendenz zur Heißrissbildung.
Bei einem Cr/Ni-Verhältnis von 2,7 gibt es jedoch keine Tendenz zur Heißrissbildung.
Wenn das Cr/Ni-Verhältnis bei Stahl des Typs 18-8 etwa 2,2-2,3 beträgt, kann Chrom daher leicht Karbide im legierten Stahl bilden, die Wärmeleitfähigkeit verringern und aufgrund der Bildung von Chromoxid Schwierigkeiten beim Schweißen verursachen.
Aluminium ist eines der stärksten desoxidierenden Elemente. Daher kann die Verwendung von Aluminium als Desoxidationsmittel nicht nur die Produktion von FeO reduzieren, sondern auch die Reduktion von FeO erleichtern, die chemische Reaktion von CO-Gas, das im Schmelzbad entsteht, wirksam unterdrücken und die Fähigkeit, CO-Porosität zu widerstehen, verbessern.
Darüber hinaus kann sich Aluminium auch mit Stickstoff verbinden, um einen Stickstofffixierungseffekt zu erzielen und die Stickstoffporosität zu verringern.
Die Verwendung von Aluminium zur Desoxidation führt jedoch zur Bildung von hochschmelzendem AI2O3 (ca. 2050℃), der in festem Zustand im Schmelzbad vorliegt und leicht zu Schlackeneinschlüssen im Schweißgut führen kann.
Gleichzeitig ist aluminiumhaltiger Schweißdraht anfällig für Spritzer, und ein zu hoher Aluminiumgehalt kann die Widerstandsfähigkeit des Schweißguts gegen Heißrissbildung verringern.
Daher muss der Aluminiumgehalt im Schweißdraht streng kontrolliert werden und sollte nicht zu hoch sein. Wenn der Aluminiumgehalt im Schweißdraht richtig kontrolliert wird, werden die Härte, die Streckgrenze und die Zugfestigkeit des Schweißguts leicht verbessert.
Titan ist ebenfalls ein stark desoxidierendes Element und kann sich auch mit Stickstoff zu TiN verbinden, wobei es eine Stickstofffixierungsfunktion übernimmt und die Fähigkeit des Schweißguts verbessert, Stickstoffporosität zu widerstehen.
Wenn die entsprechenden Mengen an Titan und Bor (B) im Gefüge des Schweißguts vorhanden sind, kann das Gefüge des Schweißguts verfeinert werden.
Molybdän kann die Festigkeit und Härte von legiertem Stahl erhöhen, die Korngröße verfeinern, Versprödung und Überhitzungsneigung verhindern und die Hochtemperaturfestigkeit, Kriechfestigkeit und Haltbarkeit verbessern.
Wenn der Molybdängehalt weniger als 0,6% beträgt, kann er die Duktilität verbessern, die Rissneigung verringern und die Schlagzähigkeit erhöhen. Molybdän hat auch die Tendenz, die Graphitierung zu fördern.
Daher liegt der Molybdängehalt in hitzebeständigen Stählen wie 16Mo, 12CrMo, 15CrMo usw. im Allgemeinen bei 0,5%.
Wenn der Molybdängehalt im legierten Stahl zwischen 0,6% und 1,0% liegt, kann Molybdän die Plastizität und Zähigkeit des legierten Stahls verringern und seine Abschreckneigung erhöhen.
Vanadium kann die Festigkeit von Stahl erhöhen, die Korngröße verfeinern, die Tendenz zum Kornwachstum verringern und die Härtbarkeit verbessern.
Vanadium ist ein relativ stark karbidbildendes Element, und die von ihm gebildeten Karbide sind unterhalb von 650℃ stabil.
Es hat auch aushärtende Wirkung. Vanadiumkarbide sind hochtemperaturstabil und können die Hochtemperaturhärte von Stahl verbessern. Vanadium kann auch die Verteilung der Karbide im Stahl verändern, neigt aber zur Bildung feuerfester Oxide, was das Schweißen und Schneiden erschwert.
Wenn der Vanadiumgehalt im Schweißgut etwa 0,11% beträgt, kann er bei der Stickstofffixierung eine Rolle spielen und eine ungünstige Situation in eine günstige verwandeln.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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