Schweißen ungleicher Werkstoffe: 8 häufige Probleme

Ungleiche Metalle sind Metalle, die aus verschiedenen Elementen bestehen, wie z. B. Aluminium und Kupfer, oder Legierungen, die aus denselben Grundmetallen gebildet werden und deutliche Unterschiede in ihren metallurgischen Eigenschaften aufweisen, z. B. in den physikalischen und chemischen Eigenschaften. Sie können als Grundmetall, Zusatzwerkstoff oder Schweißmetall verwendet werden.

Die Schweißen Die Verbindung ungleicher Werkstoffe bezieht sich auf den Prozess des Zusammenfügens von zwei oder mehr Werkstoffen mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, metallurgischer Struktur und Leistung unter bestimmten Prozessbedingungen.

Die gebräuchlichste Art des Schmelzschweißens ungleicher Metalle ist das Schweißen ungleicher Stahlschweißengefolgt vom Schweißen unterschiedlicher Nichteisenmetalle und dem Schweißen von Stahl und Nichteisenmetallen.

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Hinsichtlich der Verbindungsform gibt es drei grundsätzliche Szenarien: das Verbinden von zwei verschiedenen Grundmetallen, das Verbinden desselben Grundmetalls mit unterschiedlichen Zusatzwerkstoffen (z. B. mittelkohlenstoffhaltige abgeschreckt und vergütet Stahl, der mit austenitischen Schweißwerkstoffen verbunden wird), und das Verbinden von Verbundblechen.

Beim Schweißen ungleicher Werkstoffe werden zwei verschiedene Metalle zusammen, wodurch eine Übergangsschicht entsteht, deren Eigenschaften und Gefüge sich vom Grundmetall unterscheiden.

Das Schweißen ungleicher Metalle ist aufgrund der erheblichen Unterschiede in den elementaren, physikalischen und chemischen Eigenschaften weitaus komplexer als das Schweißen gleichartiger Werkstoffe, was den Schweißmechanismus und die technologischen Abläufe betrifft.

Die wichtigsten Herausforderungen beim Schweißen ungleicher Werkstoffe sind die folgenden:

1. Je größer der Unterschied zwischen den Schmelzpunkten verschiedener Materialien ist, desto schwieriger ist das Schweißen.

Das liegt daran, dass, wenn das Material mit einem niedrigen Schmelzpunkt seinen Schmelzzustand erreicht, das Material mit einem höheren Schmelzpunkt fest bleibt. An diesem Punkt kann das geschmolzene Material leicht in die Korngrenze der überhitzten Zone eindringen, was zum Verlust von Material mit niedrigem Schmelzpunkt, zum Verbrennen oder Verdampfen von Legierungselementeund macht die Schweißverbindung schwierig zu schweißen.

Beim Schweißen von Eisen und Blei zum Beispiel (die einen sehr unterschiedlichen Schmelzpunkt haben) können sich die beiden Materialien nicht nur im festen Zustand nicht ineinander auflösen, sondern auch nicht im flüssigen Zustand. Das flüssige Metall trennt sich in Schichten und kristallisiert nach dem Abkühlen getrennt aus.

2. Je größer der Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen verschiedenen Materialien ist, desto schwieriger ist das Schweißen.

Je größer der lineare Ausdehnungskoeffizient ist, desto höher ist die thermische Ausdehnungsrate, desto größer ist die Schrumpfung beim Abkühlen und desto größer ist die Schweißspannung, die beim Kristallisieren des Schmelzbades entsteht.

Diese Art des Schweißens Die Spannungen lassen sich nicht leicht beseitigen, was zu erheblichen Schweißverformungen führt.

Aufgrund der unterschiedlichen Spannungszustände der Werkstoffe auf beiden Seiten der Schweißnaht können sich in der Schweißnaht und in der Wärmeeinflusszone leicht Risse bilden, die sogar zum Abschälen von Schweißgut und Grundwerkstoff führen können.

3. Je größer der Unterschied in der Wärmeleitfähigkeit und der spezifischen Wärmekapazität zwischen verschiedenen Werkstoffen ist, desto schwieriger ist es, sie zu schweißen.

Die Wärmeleitfähigkeit und die spezifische Wärmekapazität des Materials können sich negativ auf die Kristallisationsbedingungen des Schweißguts auswirken, die Kornstruktur stark vergröbern und die Benetzbarkeit des Refraktärmetalls beeinträchtigen.

Daher ist es wichtig, eine starke Wärmequelle für das Schweißen zu wählen und die Wärmequelle so zu positionieren, dass sie zu der Seite des Grundmetalls mit guter Wärmeleitfähigkeit geneigt ist.

4. Je größer der Unterschied in den elektromagnetischen Eigenschaften zwischen verschiedenen Materialien ist, desto schwieriger ist das Schweißen.

Je größer der Unterschied in den elektromagnetischen Eigenschaften zwischen den Werkstoffen ist, desto instabiler ist der Schweißlichtbogen, was zu einem schlechteren Ergebnis führt. Qualitätsschweißung.

5. Je mehr intermetallische Verbindungen sich zwischen ungleichen Werkstoffen bilden, desto schwieriger ist das Schweißen.

Die Sprödigkeit der intermetallischen Verbindungen macht sie anfällig für Risse oder sogar Brüche in der Schweißnaht.

6. Beim Schweißen ungleicher Werkstoffe können Veränderungen des metallographischen Gefüges oder die Bildung neuer Strukturen in der Schweißzone zu einer Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der Schweißanlage führen. geschweißte Verbindungdie beim Schweißen erhebliche Schwierigkeiten bereiten.

Die mechanischen Eigenschaften der Fusionszone und der wärmebeeinflussten Zone der Verbindung sind schlecht, und die plastische Zähigkeit nimmt deutlich ab.

Diese verringerte Zähigkeit der Verbindung und das Vorhandensein von Schweißspannungen machen die Schweißverbindung aus ungleichen Werkstoffen anfällig für Risse, insbesondere in der Wärmeeinflusszone.

7. Je höher die Oxidierbarkeit unterschiedlicher Werkstoffe ist, desto schwieriger ist das Schweißen. Zum Beispiel kann das Schmelzschweißen von Kupfer und Aluminium kann leicht zur Bildung von Kupfer- und Aluminiumoxiden im Schmelzbad führen.

Während der Abkühlungskristallisation kann das in der Korngrenze vorhandene Oxid die intergranulare Bindungskraft verringern.

8. Beim Schweißen ungleicher Werkstoffe ist es für die Schweißnaht und die beiden Grundmetalle schwierig, die Anforderung der gleichen Festigkeit zu erfüllen.

Der Grund dafür ist Metallelemente mit niedrigem Schmelzpunkt sind anfällig für Verbrennungen und Verdampfungen während des Schweißens, wodurch sich die chemische Zusammensetzung der Schweißnaht verändert und ihre mechanischen Eigenschaften verringert werden, insbesondere beim Schweißen von unterschiedlichen Nichteisenmetallen.