Ефект на студено валцуване върху микроструктурата на заваръчния шев и свойствата на плочата от чист титан Gr1-Gr4

Защо студено валцуваната титанова бобина съдържа заварки

Непрекъснатото производство на промишлени рулони от чист титан започва от горещо валцована плоча, която е съединена от край до край чрез заваряване с газова волфрамова дъга (GTAW, обикновено наричано заваряване с аргонова дъга), така че една непрекъсната лента да може да премине през линии за ецване, студено валцуване, отгряване и нарязване. Завършената студено валцована рулона от титан от степен 1, степен 2, степен 3 или степен 4 следователно не е металургично еднаква: на редовни интервали тя носи напречни заваръчни съединения, чиято структура, твърдост и поведение при формоване се различават от основния метал. Купувачите, които проверяват само пробите от корпуса на лентата и игнорират ставите, са изложени на разпръскване на местни свойства, повърхностни следи и преждевременно напукване по време на дълбоко изтегляне или формоване на тръби.

Нелегираните титаниеви плочи, листове и ленти се доставят съгласно ASTM B265 или GB/T 3621, като степени 1 до 4 се разделят главно по съдържание на кислород и желязо. Съединенията се правят с ERTi-1 до ERTi-4 тел за пълнене, класифицирана съгласно AWS A5.16, като се използва процедура, квалифицирана за AWS D17.1 или ASME BPVC Раздел IX. Три региона контролират поведението: зоната на топене, зоната, засегната от топлина (HAZ) и незасегнатият основен метал. В състояние след заваряване зоната на топене е грубо отлята структура от трансформирана бета с игловидна алфа, докато HAZ съдържа игловидна алфа, пренасяща повече кислород и азот от основния метал, тъй като титанът абсорбира тези елементи бързо, след като се нагрее над приблизително 400 C във въздуха.

ASTM B265 минимални якости на опън при загряване за степени 1 до 4 са 240 MPa, 345 MPa, 450 MPa и 550 MPa, с минимални граници на провлачване от 138 MPa, 275 MPa, 380 MPa и 483 MPa и минимални удължения от 24%, 20%, 18% и 15% съответно. Съединение в лента в горната част на прозореца степен 4 и едно в долната част на прозореца степен 1 ​​се държат много различно при един и същ график на мелницата, поради което позицията на всяка връзка трябва да остане проследима вътре в намотката.

Какво прави студеното валцуване на заваръчната връзка

Студеното валцуване прилага деформация на натиск при стайна температура, а при заваръчния шев действат три механизма едновременно.

Геометрия.Заваръчната корона и армировката на корена образуват стъпка по дебелина. Повдигнатата зона се търкаля първа и локално по-твърда, създавайки видима заваръчна линия, гърбица на дебелината и, когато съединението се намира извън центъра, напукване на ръба.

Щам разделяне.Зоната на грубо отлято топене и игловидната HAZ се втвърдяват с различна скорост от равноосния основен метал. Следователно редуцирането не е равномерно през съединението и срязването се концентрира в линията на сливане и на границата на HAZ.

Натрупване на щети.С всяко преминаване отлятата структура се удължава във влакно, подравнено с посоката на валцуване. Отвъд определена обща редукция заваръчната линия се превръща в предпочитан път за разслояване и напукване, подпомагано от водород.

Траверсът на микротвърдост, направен през валцувана връзка, обикновено показва пик на линията на топене или границата на HAZ и по-мека базова линия на основния метал. Този пик е практическият знак, че съединението не е рекристализирано напълно от последвалото отгряване.

Редукция, отгряване и структурата, която се получава

Таблицата обобщава посоката на промяна, използвана при планиране на студена редукция и между{0}}отгряване за заварена титанова бобина. Това е ръководство за процес за целите на планирането, а не заместител на квалифицирана процедура за валцуване и топлинна обработка, валидирана на конкретна мелница.

Тъй като рекристализацията се задвижва от съхранена енергия на деформация, зоната на синтез обикновено рекристализира преди границата на HAZ, а границата на HAZ е последната област, която омеква. Нискотемпературното облекчаване на напрежението намалява остатъчното напрежение, но не премахва заваръчната линия или изравнява размера на зърното, така че е необходимо окончателно отгряване над температурата на рекристализация, където намотката трябва да се формира или разширява равномерно.

Правила за отгряване, декапиране и ремонт на заварки

Атмосферата в пещта е решаваща. Титанът, закален на въздух над около 600 C, образува твърд, крехък слой, обогатен с кислород, който трябва да бъде отстранен след това, а многократното излагане повишава насипния кислород и водород. Когато свойствата трябва да се запазят, отгрявайте във вакуум или в сух аргон с висока чистота с контролирана точка на оросяване и потвърдете резултата с траверс за твърдост.

Декапирайте в азотна -хидрофлуорна баня, обикновено 20-30% HNO3 с 2-4% HF, за отстраняване на котления камък и обогатения с кислород слой преди по-нататъшна студена редукция или окончателна проверка.

Поддържайте водорода под 0,015% максимум от ASTM B265, като ограничите времето за ецване и използвате вода за изплакване без хлорид.

Ремонтните заварки са разрешени само при квалифицирана процедура; след ремонт съединението трябва да бъде повторно-отгрято, повторно-инспектирано и маркирано върху картата на заваръчните шевове.

Запишете всяка позиция на съединението, така че нарязването, заготовката и заваряването на тръбата надолу по веригата да могат да поставят или отрежат съединението умишлено, вместо да го срещат произволно.

Тестване и приемане на студено валцована рулона със заварки

Приемането трябва да комбинира стандартните тестове на продукта със съвместни-специфични проверки.

Тестове за опън по ASTM E8 върху надлъжни и напречни лентови проби плюс проба, центрирана върху заваръчния шев, за количествено определяне на ефективността на съединението.

Насочвани тестове за огъване или сплескване по ASTM E290, които разкриват пластичността на заваръчната линия, която най-много засяга студеното намаляване.

Микротвърдостта преминава към ASTM E384 през съединението, отчетена отделно за основния метал, HAZ и зоната на топене.

Металографско изследване по ASTM E407 за класифициране на структурата на заваръчния шев, измерване на предишен бета размер на зърното и търсене на хидридни или обогатени с кислород слоеве.

Визуални и размерни проверки за маркировки на заваръчните линии, стъпки на дебелината, валцован-в мащаб и обиколки.

Когато намотката по-късно се преобразува в заварена тръба по ASTM B338, оригиналната лентова връзка става още една заварка в завършената тръба и трябва да бъде покрита от същия хидростатичен, сплескващ и вихров ток или ултразвуков път за приемане.

ЧЗВ

В: Студеното валцуване укрепва ли титаниевата заварка?
Повишава силата чрез закаляване, но неравномерно. Зоната на топене и HAZ се втвърдяват с различни скорости от основния метал, така че съединението придобива здравина за сметка на пластичността и еднаквостта на дебелината, докато се приложи пълно отгряване.

В: Може ли заваръчна линия да бъде отстранена само чрез валцуване?
Не. Валцоването изравнява армировката и подравнява отлятата структура, но разликата в състава в HAZ остава. Подрязването или механичното премахване на тази дължина на намотката е единственият начин да се премахне фугата от продукта.

В: Коя схема на отгряване възстановява пластичността след студено валцуване?
Нелегираният титан обикновено се освобождава от напрежението между 540 и 650 C и се отгрява напълно между 650 и 750 C за 1 до 2 часа във вакуум или сух аргон. Точният график зависи от степента, общата редукция и капацитета на пещта.

В: Защо да използваме твърдостта, за да преценим валцована заварка?
Твърдостта реагира на обогатяване с кислород и азот, на работно втвърдяване и на непълна рекристализация, като всички те са локални ефекти. Следователно един наклон показва какво не може да се направи с единичен тест за опън върху тялото на лентата.

В: Свойствата на ASTM B265 важат ли за заваръчния шев?
Не. ASTM B265 определя изисквания за самия лентов продукт. Свойствата на заваръчните съединения се установяват чрез процедурата на заваряване и се проверяват отделно с тестове за разтягане и огъване в центъра на заварката плюс микротвърдост.