La saldatura di metalli dissimili è un processo impegnativo ma essenziale nella produzione moderna. Comporta l'unione di metalli con proprietà e composizioni diverse, che spesso danno luogo a una zona di fusione con caratteristiche meccaniche e strutturali variabili. Questo articolo esplora i problemi intrinseci, i metodi di saldatura adatti, come la fusione e la saldatura a pressione, e le considerazioni chiave per garantire saldature robuste. Grazie alla comprensione di questi aspetti, i lettori possono apprendere strategie efficaci per ridurre i problemi di saldatura più comuni e migliorare le prestazioni dei giunti in ambienti ad alta temperatura e ad alta sollecitazione.
Problemi intrinseci alla saldatura di metalli dissimili ne hanno impedito lo sviluppo, come la costituzione e le prestazioni della zona di fusione in metalli dissimili.
I danni alla struttura della saldatura di metalli dissimili si verificano spesso nella zona di fusione, poiché le caratteristiche dei cristalli di saldatura differiscono lungo i segmenti vicini alla zona di fusione, portando alla formazione di uno strato di transizione con scarse prestazioni e cambiamenti compositivi.
Inoltre, a causa dell'esposizione prolungata alle alte temperature, lo strato di diffusione in questa regione si espande, aumentando ulteriormente la disomogeneità del metallo.
Inoltre, durante o dopo la saldatura di metalli dissimili, o dopo un trattamento termico o un'operazione ad alta temperatura, è comune osservare il fenomeno del carbonio dal lato a bassa lega che "migra" attraverso il confine della saldatura nella saldatura ad alta lega, formando decarburazione e gli strati di carburazione su entrambi i lati della linea di fusione.
Ne consegue uno strato di decarburazione nel materiale madre a bassa lega e uno strato di carburazione sul lato di saldatura ad alta lega.
L'ostacolo e la prevenzione dell'uso e dello sviluppo di strutture metalliche dissimili si manifestano principalmente nelle seguenti aree:
1. A temperatura ambiente, le proprietà meccaniche del metallo dissimile giunto saldato (come la trazione, l'impatto, la flessione, ecc.) in genere superano le prestazioni del materiale madre saldato.
Tuttavia, dopo un prolungato funzionamento ad alta temperatura, le prestazioni dell'area di giunzione sono inferiori a quelle del materiale di partenza.
2. Tra la saldatura austenitica e il materiale madre perlitico è presente una zona di transizione martensitica.
Questa zona ha una minore tenacità ed è uno strato fragile ad alta durezza, un'area debole che porta alla rottura del componente. Riduce l'affidabilità del struttura saldata.
3. Il trattamento termico post-saldatura o la migrazione del carbonio durante il funzionamento ad alta temperatura possono portare alla formazione di uno strato carburato e di uno strato decarburato su entrambi i lati della linea di fusione.
In genere, si ritiene che lo strato decarburato, a causa della riduzione del carbonio, provochi cambiamenti significativi nella struttura e nelle proprietà dell'area (di solito un degrado), rendendola soggetta a guasti prematuri durante il servizio.
I punti di guasto di molte condotte ad alta temperatura in servizio o in fase di test sono concentrati nello strato decarburato.
4. Il guasto è legato a condizioni quali il tempo, la temperatura e le sollecitazioni cicliche.
5. Il trattamento termico post-saldatura non può eliminare il sollecitazione residua distribuzione nell'area comune.
6. Disomogeneità della composizione chimica.
Durante la saldatura di metalli dissimili, i metalli su entrambi i lati del cordone di saldatura e la composizione della lega del cordone di saldatura differiscono in modo significativo.
Durante il processo di saldaturaSia il materiale di partenza che il materiale di saldatura si fondono e si mescolano.
Questo livello di uniformità della miscela cambia con il processo di saldatura e il grado di uniformità della miscela può variare notevolmente in diversi punti del giunto di saldatura, portando a una disomogeneità nella composizione chimica del giunto di saldatura.
7. Disomogeneità della struttura metallografica.
A causa della discontinuità della composizione chimica del giunto saldato e dell'esperienza dell'addetto al ciclo termico di saldatura, strutture diverse appaiono in varie aree del giunto di saldatura, spesso risultando in formazioni strutturali estremamente complesse in alcune aree.
8. Prestazioni discontinue.
La composizione chimica e la struttura metallurgica dei giunti saldati determinano variazioni nelle loro proprietà meccaniche.
La resistenza, la durezza, la plasticità, la tenacità, la resistenza agli urti, il creep ad alta temperatura e le prestazioni durature variano in modo significativo nelle varie regioni del giunto saldato.
Questa sostanziale incoerenza provoca comportamenti diversi in regioni diverse dell'articolazione in condizioni identiche, manifestandosi come aree di indebolimento e rafforzamento.
Soprattutto in condizioni di alta temperatura, i giunti saldati in metallo dissimile presentano spesso cedimenti prematuri durante il servizio.
La maggior parte dei metodi di saldatura può essere applicata a saldare metalli dissimiliTuttavia, quando si sceglie un metodo di saldatura e si stabiliscono le misure di processo, occorre tenere conto delle caratteristiche della saldatura di metalli dissimili.
In base ai requisiti del materiale di base e del giunto saldato, saldatura per fusione, saldatura a pressionee altri metodi hanno trovato applicazione nella saldatura di metalli dissimili, ciascuno con i propri vantaggi e svantaggi.
La saldatura per fusione è ampiamente utilizzata nella saldatura di metalli dissimili.
I metodi più comuni di saldatura per fusione comprendono la saldatura a elettrodo appuntito, la saldatura ad arco sommerso, la saldatura ad arco schermata da gas, la saldatura a elettroscoria, la saldatura ad arco al plasma, la saldatura a fascio di elettroni e la saldatura ad arco a fiamma libera. saldatura laser.
Per ridurre la diluizione, abbassare il rapporto di fusione o controllare la quantità di fusione di diversi metalli base, si scelgono in genere metodi con una maggiore densità di energia della sorgente di calore, come la saldatura a fascio elettronico, la saldatura laser o la saldatura ad arco al plasma.
Per ridurre al minimo la profondità di fusione, si possono adottare misure tecnologiche come l'arco indiretto, il filo di saldatura oscillante, l'elettrodo a nastro e un ulteriore filo di saldatura non elettrificato.
Tuttavia, in ogni caso, finché si tratta di saldatura per fusione, una parte del materiale di base si fonderà sempre nel cordone di saldatura causando una diluizione.
Inoltre, si formano anche composti intermetallici, strutture eutettiche, ecc.
Per attenuare questi effetti negativi, è indispensabile controllare e ridurre il tempo di permanenza dei metalli in uno stato liquido o solido ad alta temperatura.
Tuttavia, nonostante i continui miglioramenti e progressi nei metodi e nelle procedure di saldatura per fusione, resta difficile affrontare tutti i problemi associati alla saldatura. tipi di metalli.
Data la diversità dei metalli e l'ampia gamma di requisiti prestazionali, nonché i diversi stili di giunzione, in molti casi è necessario ricorrere alla saldatura a pressione o ad altri metodi di saldatura per risolvere problemi specifici. problemi di saldatura relativi a diversi giunti metallici.
La maggior parte dei metodi di saldatura a pressione si limita a riscaldare i metalli da saldare fino allo stato plastico o non li riscalda affatto, caratterizzati principalmente dall'applicazione di una certa pressione.
Rispetto alla saldatura per fusione, la saldatura a pressione presenta alcuni vantaggi nella saldatura di giunzioni di metalli dissimili, a condizione che la forma del giunto lo consenta e la qualità della saldatura soddisfa i requisiti, la saldatura a pressione è spesso una scelta più ragionevole.
Durante la saldatura a pressione, la superficie di giunzione dei diversi metalli può essere fusa o rimanere solida, ma a causa dell'effetto della pressione, anche se c'è del metallo fuso sulla superficie, questo verrà spremuto (come nella saldatura flash e nella saldatura a pressione). saldatura a frizione).
Solo in pochi casi il metallo fuso rimane dopo la saldatura a pressione (come in saldatura a punti).
La saldatura a pressione, grazie alla mancanza di calore o alla bassa temperatura di riscaldamento, può attenuare o evitare gli effetti negativi dei cicli termici sulle proprietà del metallo madre e prevenire la formazione di composti intermetallici fragili.
Alcune forme di saldatura a pressione possono anche spremere i composti intermetallici che si sono formati nel giunto.
Inoltre, durante la saldatura a pressione non si verificano variazioni delle proprietà del metallo saldato dovute alla diluizione.
Tuttavia, la maggior parte dei metodi di saldatura a pressione prevede determinati requisiti per le forme dei giunti.
Ad esempio, la saldatura a punti, saldatura delle cucitureLa saldatura a caldo e quella a ultrasuoni devono utilizzare giunzioni sovrapposte; nella saldatura per attrito almeno un pezzo deve avere una sezione trasversale rotante; la saldatura esplosiva è applicabile solo a connessioni di superficie maggiore.
Anche le attrezzature per la saldatura a pressione non sono ancora molto diffuse. Questi fattori limitano indubbiamente il campo di applicazione della saldatura a pressione.
Oltre alla saldatura per fusione e alla saldatura a pressione, esistono diversi altri metodi per la saldatura di metalli dissimili. Ad esempio, brasatura è un metodo che utilizza un metallo d'apporto per incollare diversi metalli di base.
Tuttavia, in questa sede ci si concentra su un tipo particolare di metodo di brasatura.
Una di queste tecniche è nota come brasatura per fusione, in cui il materiale a basso punto di fusione in un giunto di metallo dissimile viene sottoposto a saldatura per fusione e il materiale a più alto punto di fusione a brasatura. Il metallo d'apporto corrisponde in genere al metallo di base a basso punto di fusione.
Di conseguenza, il processo tra il metallo d'apporto e il metallo base a basso punto di fusione è essenzialmente un processo di saldatura per fusione dello stesso metallo e non pone problemi particolari.
L'interazione tra il metallo d'apporto e il metallo base ad alto punto di fusione è un processo di brasatura. Il metallo di base non fonde e non cristallizza, aggirando molti problemi legati alla saldatura.
Tuttavia, ciò richiede che il metallo d'apporto bagni efficacemente il metallo di base.
Un'altra tecnica è nota come brasatura eutettica o brasatura per diffusione eutettica. Questo metodo prevede il riscaldamento della superficie di contatto di metalli dissimili a una certa temperatura che forma un eutettico a basso punto di fusione nel punto di contatto.
Questo eutettico a basso punto di fusione diventa liquido a questa temperatura, creando essenzialmente un metodo di brasatura che non necessita di metallo d'apporto aggiuntivo.
Naturalmente, ciò richiede che i due metalli formino un eutettico a basso punto di fusione.
In caso di metallo dissimile saldatura a diffusioneViene introdotto un intercalare che, a bassa pressione, fonde o forma un eutettico a basso punto di fusione a contatto con i metalli da saldare.
Questo sottile strato di liquido, dopo una specifica durata di conservazione del calore, permette all'intercalare di diffondersi completamente nel metallo di base e di diventare uniforme, ottenendo un giunto di metallo dissimile senza intercalare.
Questi metodi spesso coinvolgono una piccola quantità di metallo liquido durante il processo di saldatura, per cui vengono anche definiti saldatura a transizione di fase liquida. La loro caratteristica comune è l'assenza di strutture fuse nel giunto.
a. A parità di resistenza, selezionare barre di saldatura che soddisfino la resistenza del metallo di base.
In alternativa, considerando il saldabilità del metallo di base, optare per bacchette di saldatura che non hanno la stessa resistenza ma offrono una buona saldabilità.
Tuttavia, la struttura della saldatura deve essere considerata per soddisfare i requisiti di uguale resistenza e uguale rigidità.
b. Assicurarsi che la composizione della lega corrisponda o si avvicini a quella del metallo base.
c. Quando il metallo di base contiene una quantità elevata di impurità nocive come carbonio (C), zolfo (S) e fosforo (P), scegliere bacchette di saldatura con una resistenza superiore alle cricche e alla porosità. Si consiglia di utilizzare bacchette per saldatura di tipo titanio-calcio. Se questo non risolve il problema, si possono usare barre di saldatura a basso contenuto di idrogeno e sodio.
a. Quando si è sottoposti a carichi dinamici e d'urto, oltre a garantire la resistenza, è necessaria un'elevata tenacità all'urto e un elevato allungamento.
In questo caso, optare per bacchette di saldatura a basso contenuto di idrogeno, titanio-calcio e ossido di ferro.
b. Se le saldature saranno a contatto con sostanze corrosive, è necessario scegliere un acciaio inossidabile appropriato. bacchetta per saldatura in base al tipo, alla concentrazione e alla temperatura di esercizio del fluido, nonché in base al fatto che si tratti di corrosione generale o intergranulare.
c. In condizioni operative che comportano usura, distinguere se si tratta di usura generica o da impatto, e se l'usura si verifica a temperatura ambiente o ad alta temperatura.
d. Per operazioni in condizioni di temperatura estreme, scegliere bacchette di saldatura che garantiscano prestazioni meccaniche a bassa o alta temperatura.
a. Per la saldatura di pezzi con forme complesse o di elevato spessore, il metallo saldato subisce una notevole sollecitazione da ritiro durante il raffreddamento, che può portare a cricche.
È essenziale scegliere bacchette di saldatura con un'elevata resistenza alle cricche, come bacchette a basso contenuto di idrogeno, bacchette ad alta tenacità o bacchette di ossido ferrico.
b. Per la saldatura di pezzi che non possono essere capovolti a causa di determinate condizioni, è necessario scegliere bacchette in grado di saldare in tutte le posizioni.
c. Per i pezzi da saldare in cui l'area di saldatura è difficile da pulire, scegliere barre altamente ossidative, insensibili alla pelle di ossido e al grasso, per evitare la comparsa di difetti come i fori d'aria.
Nei luoghi in cui non sono presenti saldatrici a corrente continua, non è opportuno scegliere barre di saldatura che funzionino solo con la corrente continua. Occorre invece scegliere bacchette in grado di utilizzare sia la corrente alternata che quella continua.
Alcuni materiali in acciaio, come l'acciaio perlitico resistente al calore, richiedono un'attenuazione delle tensioni post-saldatura.
Tuttavia, se le condizioni dell'apparecchiatura o le limitazioni strutturali intrinseche impediscono il trattamento termico, si raccomanda di utilizzare barre di materiali non basici, come l'acciaio inossidabile austenitico, che non richiedono il trattamento termico post-saldatura.
Nei luoghi in cui sia le barre di saldatura acide che quelle alcaline soddisfano i requisiti, si dovrebbero preferire le barre acide.
A parità di prestazioni, le bacchette per saldatura acide, più economiche, dovrebbero essere preferite a quelle alcaline.
Tra le barre di saldatura acide, titanio e i tipi in titanio-calcio sono più costosi.
Considerando la situazione delle risorse minerarie del nostro Paese, dovremmo promuovere con forza l'uso di barre rivestite in titanio e ferro.
3. Considerare la complessità della forma dell'assemblaggio, il livello di rigidità, lo stato di preparazione dell'apertura di saldatura e la posizione di saldatura.
a. Per la saldatura di pezzi di forma complessa o di spessore elevato, il metallo saldato subisce un notevole stress da ritiro durante il raffreddamento, che può provocare cricche. È essenziale scegliere bacchette di saldatura con un'elevata resistenza alle cricche, come bacchette a basso contenuto di idrogeno, bacchette ad alta tenacità o bacchette di ossido ferrico.
b. Per la saldatura di pezzi che non possono essere capovolti a causa di determinate condizioni, è necessario scegliere bacchette in grado di saldare in tutte le posizioni.
c. Per i pezzi da saldare in cui l'area di saldatura è difficile da pulire, scegliere barre altamente ossidative, insensibili alla pelle di ossido e al grasso, per evitare la comparsa di difetti come i fori d'aria.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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