異種金属溶接には、異種金属溶融部の組成や性能など、その発展を妨げる固有の問題がいくつかあります。異種金属溶接構造への損傷のほとんどは溶融ゾーンで発生します。溶融ゾーン付近の各セクションの溶接部の結晶化特性が異なるため、性能が低下したり組成が変化したりする遷移層が形成されやすくなります。
また、高温で長時間放置されると、この部分の拡散層が膨張し、金属の凹凸がさらに大きくなります。さらに、異種金属を溶接する場合、または溶接後の熱処理または高温操作後に、低合金側の炭素が溶接境界を通って高合金溶接部に「移動」し、溶接部に脱炭層が形成されることがよく見られます。フュージョンラインの両側。そして浸炭層は、低合金側に母材の脱炭層が形成され、高合金溶接部側に浸炭層が形成されます。
異種金属構造の使用と開発に対する障害や障壁は、主に次の側面に現れます。
1. 室温では、異種金属の溶接接合部の機械的特性 (引張、衝撃、曲げなど) は、一般に溶接される母材の機械的特性よりも優れています。ただし、高温下や高温下での長時間使用後は、接合部の性能が母材より劣ります。材料。
2. オーステナイト溶接部とパーライト母材の間にマルテンサイト遷移ゾーンがあります。このゾーンは靭性が低く、硬度の高い脆性層です。また、コンポーネントの故障や損傷を引き起こす弱いゾーンでもあります。溶接構造が減少します。使用の信頼性。
3. 溶接後の熱処理または高温運転中の炭素の移動により、溶融ラインの両側に浸炭層と脱炭層が形成されます。一般に、脱炭層内の炭素の減少は、その領域の構造と性能に大きな変化（通常は劣化）をもたらし、この領域が使用中に早期に故障しやすくなると考えられています。稼働中または試験中の多くの高温パイプラインの故障部分は脱炭層に集中しています。
4. 故障は時間、温度、交流ストレスなどの条件に関係します。
5. 溶接後の熱処理では、接合部の残留応力分布を除去することはできません。
6. 化学組成の不均一性。
異種金属を溶接する場合、溶接部の両側の金属や溶接部の合金組成が明らかに異なるため、溶接中に母材と溶接材料が溶けて混ざり合います。混合の均一性は溶接プロセスの変更に応じて変化します。混合の均一性も溶接継手の位置によって大きく異なり、その結果、溶接継手の化学組成が不均一になります。
7. 金属組織の不均一性。
溶接継手の化学組成の不連続性により、溶接熱サイクルを経験した後、溶接継手の各領域に異なる構造が現れ、一部の領域では非常に複雑な組織構造が現れることがよくあります。
8. パフォーマンスの中断。
溶接継手の化学組成と金属組織の違いにより、溶接継手の機械的特性が異なります。溶接接合部に沿ったさまざまな領域の強度、硬度、可塑性、靱性、衝撃特性、高温クリープ、耐久性の特性は大きく異なります。この重大な不均一性により、同じ条件下でも溶接継手の異なる領域の挙動が大きく異なり、弱い領域と強化された領域が現れます。特に高温条件下では、保守プロセス中に異種金属の溶接継手が使用されます。初期不良はよく起こります。
異種金属を溶接する場合の溶接方法の特徴
ほとんどの溶接方法は異種金属の溶接に使用できますが、溶接方法を選択し、プロセス対策を策定する際には、やはり異種金属の特性を考慮する必要があります。母材と溶接継手のさまざまな要件に応じて、融接、圧接、その他の溶接方法はすべて異種金属溶接に使用されますが、それぞれに独自の長所と短所があります。
1.溶接
異種金属溶接で最も一般的に使用される溶融溶接法は、電極アーク溶接、サブマージアーク溶接、ガスシールドアーク溶接、エレクトロスラグ溶接、プラズマアーク溶接、電子ビーム溶接、レーザー溶接などです。 希釈を減らすために、溶融を下げる必要があります。異なる金属母材の溶解量を比率や制御することで、通常、電子ビーム溶接、レーザー溶接、プラズマアーク溶接などの熱源エネルギー密度の高い方法を使用できます。
溶け込み深さを減らすために、間接アーク、スイング溶接ワイヤ、ストリップ電極、追加の非通電溶接ワイヤなどの技術的手段を採用できます。しかし、何はともあれ、溶融溶接である限り、母材の一部は必ず溶接部に溶け込み、希釈を引き起こします。また、金属間化合物、共晶等も形成されます。このような悪影響を軽減するには、液体または高温固体状態での金属の滞留時間を制御し、短縮する必要があります。
しかし、溶接方法や工程対策は改良・改善が続けられていますが、異種金属溶接では金属の種類が多く、要求される性能も様々で、接合形状も異なるため、すべての問題を解決することは依然として困難です。特定の異種金属接合部の溶接問題を解決するには、多くの場合、圧力溶接または他の溶接方法を使用する必要があります。
2. 圧接
圧接法の多くは、溶接対象の金属を塑性状態まで加熱するだけ、あるいは加熱せずに一定の圧力を加えるのが基本です。融接と比較して、異種金属接合部を溶接する場合、圧接には特定の利点があります。接合部の形状が許容し、溶接品質が要件を満たしている限り、多くの場合、圧接がより合理的な選択となります。
圧接中、異種金属の界面は溶ける場合と溶けない場合があります。ただし、圧力の影響により、表面に溶融金属があっても押し出されて排出されます（フラッシュ溶接や摩擦溶接など）。まれに、圧接（スポット溶接など）後に溶融金属が残る場合があります。
圧接は加熱を伴わない、または加熱温度が低いため、熱サイクルによる母材の金属特性への悪影響を軽減または回避でき、脆い金属間化合物の生成を防止できます。圧力溶接の形式によっては、接合部から生成された金属間化合物を絞り出すこともあります。また、圧接時の希釈による溶接金属の性状変化の問題もありません。
ただし、ほとんどの圧接方法では、接合部の形状に特定の要件があります。たとえば、スポット溶接、シーム溶接、超音波溶接では重ね接合を使用する必要があります。摩擦溶接中、少なくとも 1 つのワークピースは回転体の断面を持っている必要があります。爆発溶接は大面積接続などにのみ適用可能です。圧接装置はまだ普及していません。これらは間違いなく圧接の適用範囲を制限します。
3. その他の方法
異種金属の溶接には、融接や圧接以外にもいくつかの方法があります。例えばろう付けはろう材と母材との異種金属を溶接する方法ですが、ここで取り上げるのはより特殊なろう付け方法です。
異種金属接合部の低融点母材側を溶融溶接し、高融点母材側をろう付けする融接ろう付けと呼ばれる方法がある。また、はんだには低融点母材と同じ金属が使用されるのが一般的です。したがって、ろう材と低融点母材との溶接工程は同一金属であり、特別な困難はない。
ろう付けプロセスは、フィラーメタルと高融点ベースメタルの間で行われます。母材金属は溶融または結晶化しないため、多くの溶接性の問題を回避できますが、溶加材は母材金属を十分に濡らすことができる必要があります。
別の方法は、共晶ろう付けまたは共晶拡散ろう付けと呼ばれます。これは、異種金属の接触面を一定の温度に加熱し、接触面で 2 つの金属が低融点共晶を形成するようにするためです。低融点共晶はこの温度では液体であり、外部はんだを必要とせずに本質的に一種のはんだになります。ろう付け方法。
もちろん、これには 2 つの金属間に低融点の共晶を形成する必要があります。異種金属の拡散溶接では、中間層材料が追加され、中間層材料は非常に低い圧力下で加熱されて溶融するか、溶接される金属と接触して低融点共晶を形成します。このとき形成される薄い液体の層は、一定時間の保温処理を経て、中間層材料を溶融させます。中間層材料をすべて母材中に拡散させて均質化すると、中間材料を使用しない異種金属接合を形成することができる。
このタイプの方法では、溶接プロセス中に少量の液体金属が生成されます。したがって、液相転移溶接とも呼ばれます。共通の特徴は、接合部に鋳造構造がないことです。
異種金属溶接時の注意点
1. 溶接物の物理的、機械的特性、化学組成を考慮します。
(1) 均等強度の観点から、母材の機械的性質に適合する溶接棒を選定するか、母材の溶接性と非均等強度で溶接性の良い溶接棒を組み合わせますが、溶接棒の構造形状を考慮してください。同等の強度を満たすように溶接してください。強度およびその他の剛性の要件。
(2) 合金組成を母材と一致させるか、母材に近づける。
(3) 母材に C、S、P の有害な不純物が多く含まれる場合には、耐割れ性、耐気孔性に優れた溶接棒を選択する必要があります。酸化カルシウムチタン電極の使用を推奨します。それでも解決しない場合は、低水素ナトリウムタイプの溶接棒を使用することも可能です。
2. 作業条件と溶接部の性能を考慮する
(1) 動荷重や衝撃荷重がかかる条件下では、強度の確保に加え、衝撃靱性や伸びに対しても高い要求が求められます。低水素系、カルシウムチタン系、酸化鉄系の電極を一度に選定してください。
(2) 腐食性媒体と接触する場合は、媒体の種類、濃度、使用温度、一般衣類か粒界腐食かに基づいて、適切なステンレス鋼溶接棒を選択する必要があります。
(3) 摩耗条件下で作業を行う場合は、通常摩耗か衝撃摩耗か、また常温摩耗か高温摩耗かを区別する必要があります。
(4) 非温度条件下で作業する場合は、低温または高温の機械的特性を保証する対応する溶接棒を選択する必要があります。
3. 溶接部の全体的な形状の複雑さ、剛性、溶接破断の準備、および溶接位置を考慮します。
(1) 複雑な形状や肉厚の溶接部では、冷却時の溶接金属の収縮応力が大きく、割れが発生しやすくなります。低水素溶接棒、高靭性溶接棒、酸化鉄溶接棒など、耐割れ性に優れた溶接棒を選択する必要があります。
(2) 条件により反転できない溶接部については、全姿勢で溶接可能な溶接棒を選定する必要があります。
(3) 洗浄が困難な溶接部には、気孔などの欠陥を避けるため、酸化力が高く、スケールや油に影響されにくい酸性溶接棒を使用してください。
4. 溶接現場の設備を考慮する
直流溶接機がない場所では、直流電源が限られている溶接棒を使用することはお勧めできません。代わりに、AC および DC 電源を備えた溶接棒を使用する必要があります。一部の鋼材（パーライト系耐熱鋼など）では、溶接後の熱応力を除去する必要がありますが、設備条件（または構造上の制限）により熱処理ができません。代わりに非卑金属材料 (オーステナイト系ステンレス鋼など) で作られた溶接棒を使用する必要があり、溶接後の熱処理は必要ありません。
5. 溶接工程の改善と作業者の健康保護に配慮する
酸性電極とアルカリ性電極の両方が要件を満たす場合は、可能な限り酸性電極を使用する必要があります。
6. 労働生産性と経済合理性を考慮する
同じ性能の場合、アルカリ溶接棒ではなく、より安価な酸性溶接棒を使用するように努めるべきです。酸性溶接棒の中ではチタン系とチタン・カルシウム系が最も高価です。我が国の鉱物資源の状況によれば、チタン鉄の開発を強力に推進すべきである。コーティングされた溶接棒。
投稿日時: 2023 年 10 月 27 日