1. Quelles sont les caractéristiques de la structure cristalline primaire de la soudure ?
Réponse : La cristallisation du bain de soudure suit également les règles de base de la cristallisation générale des métaux liquides : la formation de noyaux cristallins et la croissance de noyaux cristallins. Lorsque le métal liquide dans le bain de soudure se solidifie, les grains semi-fondus du matériau parent dans la zone de fusion deviennent généralement des noyaux cristallins.
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Ensuite, le noyau cristallin absorbe les atomes du liquide environnant et se développe. Puisque le cristal croît dans la direction opposée à la direction de conduction thermique, il croît également dans les deux sens. Cependant, en raison du blocage par les cristaux en croissance adjacents, les cristaux se forment. Les cristaux à morphologie colonnaire sont appelés cristaux colonnaires.
De plus, dans certaines conditions, le métal liquide dans le bain en fusion produira également des noyaux cristallins spontanés lors de sa solidification. Si la dissipation thermique est effectuée dans toutes les directions, les cristaux se développeront uniformément en cristaux granuleux dans toutes les directions. Ce type de cristal s'appelle C'est un cristal équiaxe. Des cristaux en forme de colonne sont couramment observés dans les soudures et, dans certaines conditions, des cristaux équiaxes peuvent également apparaître au centre de la soudure.
2. Quelles sont les caractéristiques de la structure de cristallisation secondaire de la soudure ?
Réponse : La structure du métal soudé. Après la cristallisation primaire, le métal continue de refroidir en dessous de la température de transformation de phase et la structure métallographique change à nouveau. Par exemple, lors du soudage d'aciers à faible teneur en carbone, les grains de cristallisation primaire sont tous des grains d'austénite. Lorsqu'elle est refroidie en dessous de la température de transformation de phase, l'austénite se décompose en ferrite et perlite, de sorte que la structure après cristallisation secondaire est principalement constituée de ferrite et d'une petite quantité de perlite.
Cependant, en raison de la vitesse de refroidissement plus rapide de la soudure, la teneur en perlite résultante est généralement supérieure à la teneur dans la structure d'équilibre. Plus la vitesse de refroidissement est rapide, plus la teneur en perlite est élevée et moins il y a de ferrite, la dureté et la résistance sont également améliorées. , tandis que la plasticité et la ténacité sont réduites. Après cristallisation secondaire, la structure réelle à température ambiante est obtenue. Les structures de soudure obtenues par différents matériaux en acier dans différentes conditions de procédé de soudage sont différentes.
3. En prenant l'acier à faible teneur en carbone comme exemple pour expliquer quelle structure est obtenue après la cristallisation secondaire du métal fondu ?
Réponse : En prenant comme exemple l'acier à faible teneur en plastique, la structure de cristallisation primaire est l'austénite et le processus de transformation de phase à l'état solide du métal fondu est appelé cristallisation secondaire du métal fondu. La microstructure de cristallisation secondaire est la ferrite et la perlite.
Dans la structure d'équilibre de l'acier à faible teneur en carbone, la teneur en carbone du métal fondu est très faible et sa structure est constituée de ferrite colonnaire grossière plus une petite quantité de perlite. En raison de la vitesse de refroidissement élevée de la soudure, la ferrite ne peut pas être complètement précipitée selon le diagramme de phase fer-carbone. En conséquence, la teneur en perlite est généralement supérieure à celle de la structure lisse. Une vitesse de refroidissement élevée affinera également les grains et augmentera la dureté et la résistance du métal. En raison de la réduction de la ferrite et de l’augmentation de la perlite, la dureté augmentera également, tandis que la plasticité diminuera.
Par conséquent, la structure finale de la soudure est déterminée par la composition du métal et les conditions de refroidissement. En raison des caractéristiques du processus de soudage, la structure du métal soudé est plus fine, de sorte que le métal soudé présente de meilleures propriétés structurelles que l'état coulé.
4. Quelles sont les caractéristiques du soudage de métaux différents ?
Réponse : 1) Les caractéristiques du soudage de métaux différents résident principalement dans la différence évidente dans la composition de l'alliage du métal déposé et de la soudure. Avec la forme de la soudure, l'épaisseur du métal de base, le revêtement ou le flux de l'électrode et le type de gaz protecteur, la masse fondue de soudage changera. Le comportement de la piscine est également incohérent,
Par conséquent, le degré de fusion du métal de base est également différent, et l'effet de dilution mutuelle de la concentration des composants chimiques du métal déposé et de la zone de fusion du métal de base changera également. On peut voir que les joints soudés en métaux différents varient en fonction de la composition chimique inégale de la zone. Le degré dépend non seulement de la composition originale de la construction soudée et du matériau d'apport, mais varie également en fonction des différents procédés de soudage.
2) Inhomogénéité de la structure. Après avoir expérimenté le cycle thermique de soudage, différentes structures métallographiques apparaîtront dans chaque zone du joint soudé, liées à la composition chimique du métal de base et des matériaux d'apport, à la méthode de soudage, au niveau de soudage, au processus de soudage et au traitement thermique.
3) Non-uniformité des performances. En raison de la composition chimique et de la structure métallique différentes du joint, les propriétés mécaniques du joint sont différentes. La résistance, la dureté, la plasticité, la ténacité, etc. de chaque zone le long du joint sont très différentes. Dans la soudure, les valeurs de choc des zones affectées thermiquement des deux côtés sont même plusieurs fois différentes, et la limite de fluage et la résistance à haute température varient également considérablement en fonction de la composition et de la structure.
4) Non-uniformité de la répartition du champ de contraintes. La répartition des contraintes résiduelles dans les joints métalliques différents n'est pas uniforme. Ceci est principalement déterminé par la plasticité différente de chaque zone du joint. De plus, la différence de conductivité thermique des matériaux entraînera des changements dans le champ de température du cycle thermique de soudage. Des facteurs tels que les différences dans les coefficients de dilatation linéaire dans diverses régions sont à l'origine de la répartition inégale du champ de contraintes.
5. Quels sont les principes de sélection des matériaux de soudage lors du soudage d’aciers différents ?
Réponse : Les principes de sélection des matériaux de soudage en acier différents comprennent principalement les quatre points suivants :
1) En partant du principe que le joint soudé ne produit pas de fissures ni d'autres défauts, si la résistance et la plasticité du métal soudé ne peuvent pas être prises en compte, des matériaux de soudage ayant une meilleure plasticité doivent être sélectionnés.
2) Si les propriétés du métal fondu de matériaux de soudage en acier différents ne répondent qu'à l'un des deux matériaux de base, il est considéré comme répondant aux exigences techniques.
3) Les matériaux de soudage doivent avoir de bonnes performances de processus et le cordon de soudure doit être de belle forme. Les matériaux de soudage sont économiques et faciles à acheter.
6. Quelle est la soudabilité de l’acier perlitique et de l’acier austénitique ?
Réponse : L'acier perlitique et l'acier austénitique sont deux types d'acier avec des structures et des compositions différentes. Par conséquent, lorsque ces deux types d’acier sont soudés ensemble, le métal fondu est formé par la fusion de deux types différents de métaux de base et de matériaux d’apport. Cela soulève les questions suivantes pour la soudabilité de ces deux types d'acier :
1) Dilution de la soudure. Étant donné que l'acier perlitique contient moins d'éléments en or, il a un effet diluant sur l'alliage de l'ensemble du métal fondu. Du fait de cet effet de dilution de l'acier perlitique, la teneur en éléments formant austénite dans la soudure est réduite. De ce fait, dans la soudure, une structure martensitique peut apparaître, détériorant ainsi la qualité du joint soudé, voire provoquant des fissures.
2) Formation d’une couche excessive. Sous l'action du cycle thermique de soudage, le degré de mélange du métal de base fondu et du métal d'apport est différent au bord du bain de fusion. Au bord du bain de fusion, la température du métal liquide est plus basse, la fluidité est mauvaise et le temps de séjour à l'état liquide est plus court. En raison de l'énorme différence de composition chimique entre l'acier perlitique et l'acier austénitique, le métal de base fondu et le métal d'apport ne peuvent pas être bien fusionnés au bord du bain de fusion du côté perlitique. En conséquence, dans la soudure côté acier perlitique, la proportion de métal de base perlitique est plus grande, et plus la ligne de fusion est proche, plus la proportion de matériau de base est grande. Cela forme une couche de transition avec différentes compositions internes du métal fondu.
3) Former une couche de diffusion dans la zone de fusion. Dans le métal fondu composé de ces deux types d'aciers, puisque l'acier perlitique a une teneur en carbone plus élevée mais des éléments d'alliage plus élevés mais moins d'éléments d'alliage, tandis que l'acier austénitique a l'effet inverse, donc des deux côtés du côté acier perlitique de la zone de fusion A une différence de concentration entre les éléments formant du carbone et du carbure se forme. Lorsque le joint fonctionne à une température supérieure à 350-400 degrés pendant une longue période, il y aura une diffusion évidente du carbone dans la zone de fusion, c'est-à-dire du côté acier perlite à travers la zone de fusion jusqu'à la zone de soudage austénite. les coutures s'étalent. En conséquence, une couche de ramollissement décarburée est formée sur le métal de base en acier perlitique à proximité de la zone de fusion, et une couche carburée correspondant à la décarburation est produite du côté de la soudure austénitique.
4) Les propriétés physiques de l'acier perlitique et de l'acier austénitique étant très différentes, et la composition de la soudure étant également très différente, ce type de joint ne peut pas éliminer la contrainte de soudage par traitement thermique, et ne peut provoquer que la redistribution des contraintes. C’est très différent du soudage du même métal.
5) Fissuration retardée. Au cours du processus de cristallisation du bain de fusion de soudage de ce type d'acier différent, il existe à la fois une structure austénitique et une structure ferrite. Les deux sont proches l'un de l'autre et le gaz peut se diffuser, de sorte que l'hydrogène diffusé peut s'accumuler et provoquer des fissures retardées.
25. Quels facteurs doivent être pris en compte lors du choix d'une méthode de soudage de réparation de fonte ?
Réponse : Lors du choix d'une méthode de soudage pour la fonte grise, les facteurs suivants doivent être pris en compte :
1) L'état de la pièce moulée à souder, telle que la composition chimique, la structure et les propriétés mécaniques de la pièce moulée, la taille, l'épaisseur et la complexité structurelle de la pièce moulée.
2) Défauts des pièces moulées. Avant de souder, il faut comprendre le type de défaut (fissures, manque de chair, usure, pores, cloques, coulée insuffisante, etc.), l'ampleur du défaut, la raideur de l'emplacement, la cause du défaut, etc.
3) Exigences de qualité après soudage telles que les propriétés mécaniques et les propriétés de traitement du joint après soudage. Comprendre les exigences telles que la couleur des soudures et les performances d’étanchéité.
4) Conditions et économie des équipements sur site. À condition de garantir les exigences de qualité après soudage, l'objectif le plus fondamental de la réparation par soudage des pièces moulées est d'utiliser la méthode la plus simple, l'équipement de soudage et l'équipement de traitement le plus courant, ainsi que le coût le plus bas pour obtenir de plus grands avantages économiques.
7. Quelles sont les mesures à prendre pour éviter les fissures lors du soudage de réparation de la fonte ?
Réponse : (1) Préchauffer avant le soudage et refroidir lentement après le soudage. Le préchauffage de la soudure en tout ou en partie avant le soudage et le refroidissement lent après le soudage peuvent non seulement réduire la tendance de la soudure à devenir blanche, mais également réduire la contrainte de soudage et empêcher la fissuration de la soudure. .
(2) Utilisez le soudage à l'arc à froid pour réduire les contraintes de soudage et choisissez des matériaux de soudage ayant une bonne plasticité, tels que le nickel, le cuivre, le nickel-cuivre, l'acier à haute teneur en vanadium, etc. comme métal d'apport, afin que le métal soudé puisse relâcher les contraintes à travers le plastique. déformation et éviter les fissures. , en utilisant des baguettes de soudage de petit diamètre, des méthodes de soudage à faible courant, intermittent (soudage intermittent), de soudage dispersé (soudage par saut) peuvent réduire la différence de température entre la soudure et le métal de base et réduire la contrainte de soudage, qui peut être éliminée en martelant la soudure . stresser et prévenir les fissures.
(3) D'autres mesures comprennent l'ajustement de la composition chimique du métal fondu pour réduire sa plage de température de fragilité ; ajouter des éléments de terres rares pour améliorer les réactions métallurgiques de désulfuration et de déphosphoration de la soudure ; et l'ajout d'éléments puissants de raffinage du grain pour cristalliser la soudure. Affinement des grains.
Dans certains cas, le chauffage est utilisé pour réduire les contraintes sur la zone de réparation par soudage, ce qui peut également prévenir efficacement l'apparition de fissures.
8. Qu’est-ce que la concentration du stress ? Quels sont les facteurs qui provoquent la concentration du stress ?
Réponse : En raison de la forme de la soudure et des caractéristiques de la soudure, une discontinuité dans la forme collective apparaît. Lorsqu'il est chargé, il provoque une répartition inégale de la contrainte de travail dans le joint soudé, rendant la contrainte locale maximale σmax supérieure à la contrainte moyenne σm. De plus, c'est de la concentration du stress. Il existe de nombreuses raisons à la concentration des contraintes dans les joints soudés, dont les plus importantes sont :
(1) Défauts de processus produits dans la soudure, tels que les entrées d'air, les inclusions de scories, les fissures et la pénétration incomplète, etc. Parmi eux, la concentration de contraintes provoquée par les fissures de soudage et la pénétration incomplète est la plus grave.
(2) Forme de soudure déraisonnable, telle que le renfort de la soudure bout à bout est trop grand, le bout de la soudure d'angle est trop haut, etc.
Conception de rue déraisonnable. Par exemple, l'interface avec la rue subit des changements soudains et l'utilisation de panneaux couverts pour se connecter à la rue. Une disposition déraisonnable des soudures peut également entraîner une concentration de contraintes, comme par exemple des joints en forme de T avec uniquement des soudures de devanture de magasin.
9. Qu'est-ce qu'un dommage plastique et quel est son danger ?
Réponse : Les dommages plastiques comprennent l'instabilité plastique (élasticité ou déformation plastique importante) et la fracture plastique (fracture de bord ou fracture ductile). Le processus est que la structure soudée subit d'abord une déformation élastique → rendement → déformation plastique (instabilité plastique) sous l'action d'une charge. ) → produire des microfissures ou des microvides → former des macrofissures → subir une expansion instable → fracture.
Par rapport à la rupture fragile, les dommages plastiques sont moins nocifs, en particulier les types suivants :
(1) Une déformation plastique irrécupérable se produit après la plastification, entraînant la mise au rebut des structures soudées ayant des exigences de taille élevées.
(2) La défaillance des récipients sous pression constitués de matériaux à haute ténacité et à faible résistance n'est pas contrôlée par la ténacité du matériau, mais est causée par une rupture d'instabilité plastique due à une résistance insuffisante.
Le résultat final des dommages plastiques est la défaillance de la structure soudée ou un accident catastrophique qui affecte la production de l'entreprise, provoque des pertes inutiles et affecte gravement le développement de l'économie nationale.
10. Qu’est-ce qu’une fracture fragile et quels sont les dommages qu’elle entraîne ?
Réponse : Habituellement, la fracture fragile fait référence à la fracture par dissociation (y compris la fracture de quasi-dissociation) le long d'un certain plan cristallin et à la fracture aux limites des grains (intergranulaire).
La fracture par clivage est une fracture formée par séparation le long d'un certain plan cristallographique à l'intérieur du cristal. Il s'agit d'une fracture intragranulaire. Dans certaines conditions, telles qu'une température basse, une vitesse de déformation élevée et une concentration de contraintes élevée, un clivage et une fracture se produiront dans les matériaux métalliques lorsque la contrainte atteint une certaine valeur.
Il existe de nombreux modèles pour la génération de fractures par clivage, dont la plupart sont liés à la théorie des luxations. On pense généralement que lorsque le processus de déformation plastique d'un matériau est fortement entravé, le matériau ne peut pas s'adapter aux contraintes externes par déformation mais par séparation, ce qui entraîne des fissures de clivage.
Les inclusions, les précipités cassants et autres défauts des métaux ont également un impact important sur l'apparition de fissures de clivage.
La rupture fragile se produit généralement lorsque la contrainte n'est pas supérieure à la contrainte de conception admissible de la structure et qu'il n'y a pas de déformation plastique significative, et s'étend instantanément à l'ensemble de la structure. Il s'agit d'une destruction soudaine et difficile à détecter et à prévenir à l'avance, ce qui entraîne souvent des pertes humaines. et d'énormes dégâts matériels.
11. Quel rôle les fissures de soudage jouent-elles dans la rupture fragile de la structure ?
Réponse : Parmi tous les défauts, les fissures sont les plus dangereuses. Sous l'action d'une charge externe, une petite quantité de déformation plastique se produira près du front de fissure, et en même temps il y aura un certain déplacement d'ouverture à la pointe, provoquant un développement lent de la fissure ;
Lorsque la charge externe augmente jusqu’à une certaine valeur critique, la fissure se dilate à grande vitesse. À ce stade, si la fissure est située dans une zone de forte contrainte de traction, elle provoquera souvent une rupture fragile de la structure entière. Si la fissure en expansion pénètre dans une zone à faible contrainte de traction, la réputation a suffisamment d'énergie pour soutenir l'expansion ultérieure de la fissure, ou la fissure pénètre dans un matériau avec une meilleure ténacité (ou le même matériau mais avec une température plus élevée et une ténacité accrue) et reçoit une plus grande résistance et ne peut pas continuer à s’étendre. À ce stade, le risque de fissure diminue d’autant.
12. Quelle est la raison pour laquelle les structures soudées sont sujettes à la rupture fragile ?
Réponse : Les raisons de la fracture peuvent être résumées en trois aspects :
(1) Humanité insuffisante des matériaux
Surtout au bout de l’entaille, la capacité de déformation microscopique du matériau est médiocre. La rupture fragile à faible contrainte se produit généralement à des températures plus basses et, à mesure que la température diminue, la ténacité du matériau diminue fortement. De plus, avec le développement des aciers à haute résistance faiblement alliés, l'indice de résistance continue d'augmenter, tandis que la plasticité et la ténacité ont diminué. Dans la plupart des cas, la rupture fragile commence à partir de la zone de soudage, de sorte qu'une ténacité insuffisante de la soudure et de la zone affectée par la chaleur est souvent la principale cause de rupture fragile à faible contrainte.
(2) Il y a des défauts tels que des microfissures
La fracture commence toujours par un défaut et les fissures sont les défauts les plus dangereux. La soudure est la principale cause des fissures. Bien que les fissures puissent en principe être contrôlées grâce au développement de la technologie de soudage, il reste difficile d’éviter complètement les fissures.
(3) Certains niveaux de stress
Une conception incorrecte et des processus de fabrication médiocres sont les principales causes de contraintes résiduelles de soudage. Par conséquent, pour les structures soudées, outre les contraintes de travail, les contraintes résiduelles de soudage et la concentration des contraintes, ainsi que les contraintes supplémentaires causées par un mauvais assemblage, doivent également être prises en compte.
13. Quels sont les principaux facteurs à prendre en compte lors de la conception de structures soudées ?
Réponse : Les principaux facteurs à considérer sont les suivants :
1) Le joint soudé doit garantir une contrainte et une rigidité suffisantes pour garantir une durée de vie suffisamment longue ;
2) Tenir compte du milieu de travail et des conditions de travail du joint soudé, telles que la température, la corrosion, les vibrations, la fatigue, etc. ;
3) Pour les grandes pièces structurelles, la charge de travail de préchauffage avant le soudage et le traitement thermique après soudage doit être réduite autant que possible ;
4) Les pièces soudées ne nécessitent plus ou peu de traitements mécaniques ;
5) La charge de travail de soudage peut être réduite au minimum ;
6) Minimiser la déformation et les contraintes de la structure soudée ;
7) Facile à construire et crée de bonnes conditions de travail pour la construction ;
8) Utiliser autant que possible les nouvelles technologies et le soudage mécanisé et automatisé pour améliorer la productivité du travail ; 9) Les soudures sont faciles à inspecter pour garantir la qualité des joints.
14. Veuillez décrire les conditions de base du coupage au gaz. Le coupage au gaz à flamme oxygène-acétylène peut-il être utilisé pour le cuivre ? Pourquoi?
Réponse : Les conditions de base pour le coupage de gaz sont :
(1) Le point d’inflammation du métal doit être inférieur au point de fusion du métal.
(2) Le point de fusion de l'oxyde métallique doit être inférieur au point de fusion du métal lui-même.
(3) Lorsque le métal brûle dans l’oxygène, il doit pouvoir dégager une grande quantité de chaleur.
(4) La conductivité thermique du métal doit être faible.
Le coupage au gaz à flamme oxygène-acétylène ne peut pas être utilisé sur le cuivre rouge, car l'oxyde de cuivre (CuO) génère très peu de chaleur et sa conductivité thermique est très bonne (la chaleur ne peut pas être concentrée à proximité de l'incision), le coupage au gaz n'est donc pas possible.
Heure de publication : 06 novembre 2023
