Schweißen ist eine Verarbeitungstechnologie, die eine atomare Verbindung zwischen den Oberflächen zweier oder mehrerer separater Werkstücke durch Erhitzen, Druckanwendung oder eine Kombination aus beidem, ergänzt durch Füllmaterialien, herstellt. Als Schlüsselkomponente schwerer Baumaschinen steht die Qualität von Schweißauslegern in direktem Zusammenhang mit der Sicherheitsleistung der gesamten Maschine. Im Gegensatz zu mechanischen Verbindungen bildet das Schweißen eine metallurgische Verbindung, zu deren Kernbedingungen Energiebedingungen, Umgebungsbedingungen und Verbindungsbedingungen gehören. Je nach Energiequelle lässt sich das Schweißen in drei Kategorien einteilen: Schmelzschweißen, Pressschweißen und Hartlöten. Unter diesen ist das Schmelzschweißen das am weitesten verbreiteteHerstellung von Schweißauslegern, die mehr als 90 % der industriellen Anwendungen ausmachen.
I. Grundsätze der Schweißmetallurgie und Materialauswahl für Schweißausleger
Die Schweißmetallurgie ist eine Schlüsseltheorie, die die Gesetze der Schmelzbadbildung, Erstarrung, Phasenumwandlung und Änderungen der chemischen Zusammensetzung während des Schweißprozesses untersucht und eine entscheidende Rolle für die Leistung von Schweißauslegern spielt. Das Schmelzbad von Schweißauslegern zeichnet sich durch ein kleines Volumen, eine hohe Temperatur, eine kurze Verweildauer und eine schnelle Abkühlrate aus, was zu einem schnellen Kristallisationsprozess führt. Die Erstarrung des Schweißguts basiert auf den ungeschmolzenen Grundmetallkörnern in der Schmelzzone und wächst entlang der Wärmeableitungsrichtung, wodurch verschiedene Kristallisationsmorphologien von planaren Körnern bis hin zu säulenförmigen Körnern entstehen. Die Wärmeeinflusszone (HAZ) ist der Bereich des Grundmetalls, der von der Schweißwärme beeinflusst, aber nicht geschmolzen wird. Seine mikrostrukturellen Veränderungen werden gemeinsam durch die Heiztemperatur und die Abkühlgeschwindigkeit bestimmt, was zu unterschiedlichen Regionen wie der Schmelzzone, der überhitzten Zone und der Normalisierungszone führt.
Schweißausleger bestehen meist aus niedrig{0}legiertem hoch-Stahl, wie zum Beispiel hochfestem Blech BS700MCK2, das eine Streckgrenze von mindestens 700 MPa und eine ausgezeichnete Schweißbarkeit, Kaltformbarkeit und Schlagzähigkeit bei niedrigen{6}Temperaturen aufweist. Bei dieser Materialart handelt es sich um einen niedrig-legierten Baustahl mit niedrigem -Kohlenstoffgehalt, der durch die Reduzierung des Kohlenstoffäquivalents und des Schweißrissempfindlichkeitsindex eine hervorragende Schweißleistung erzielt. Während des Schweißvorgangs vonSchweißauslegerZwischen der Metallschmelze und dem umgebenden Medium kommt es zu einer Reihe chemischer Reaktionen wie Oxidation, Reduktion und Nitridierung. Es ist notwendig, eine angemessene chemische Zusammensetzung der Schweißnaht sicherzustellen und Fehler durch geeignete Schweißzusatzstoffe und Prozesskontrolle zu vermeiden.
II. Einflussgesetz des thermischen Schweißprozesses auf die Qualität des Schweißbooms
Der thermische Schweißprozess ist die Quelle schweißmetallurgischer Reaktionen, mikrostruktureller Umwandlungen und Spannungsverformungen. Eine gründliche Untersuchung der Gesetze der Wärmeerzeugung, -übertragung und -ableitung ist für die Verbesserung der Qualität von Schweißauslegern von entscheidender Bedeutung. Unterschiedliche Schweißmethoden weisen erhebliche Unterschiede in den Eigenschaften der Wärmequelle auf: Das Metalllichtbogenschweißen mit Schutzschild weist eine relativ geringe Energiedichte, Streuwärme und eine große Wärmeeinflusszone auf; während Laserschweißen und Plasmalichtbogenschweißen konzentrierte Energie und eine kleine Wärmeeinflusszone haben.
Der Schweißwärmeeintrag bezieht sich auf die pro Längeneinheit der Schweißnaht erhaltene Wärme, berechnet nach der Formel E=60IU/(vη), wobei I der Schweißstrom, U die Schweißspannung, v die Schweißgeschwindigkeit und η der thermische Wirkungsgrad ist. Während des Schweißvorgangs von Schweißauslegern führt eine übermäßige Wärmezufuhr zu einem Anstieg der Spitzentemperatur, einer Verlangsamung der Abkühlgeschwindigkeit, einer Erweiterung der Wärmeeinflusszone und einer Vergröberung der Körner, wodurch die Zähigkeit verringert wird. Eine unzureichende Wärmezufuhr beschleunigt die Abkühlungsgeschwindigkeit und führt leicht zur Bildung von verhärteten Strukturen und Kaltrissen.
Bei der Herstellung vonSchweißbuhms ist es notwendig, die Zwischendurchgangstemperatur genau zu steuern und geeignete Vorheiz- und Nachheizprozesse anzuwenden. Bei dicken Stahlblechen muss eine Vorwärmung durchgeführt werden, um den erhöhten Wärmeverlust auszugleichen und Kaltrisse zu verhindern. Auch die Schweißumgebung bedarf einer strengen Kontrolle, einschließlich Anforderungen wie Beleuchtungsstärke im Arbeitsbereich, Windgeschwindigkeit unter 2 m/s und Luftfeuchtigkeit unter 60 %.
III. Strategien zur Kontrolle von Schweißfehlern und zur Leistungsgarantie des Schweißauslegers
Schweißfehler sind im Wesentlichen Ausdruck -außer-kontrollierter metallurgischer Prozesse oder unausgeglichener thermischer Prozesse. Zu den häufigsten Mängeln an Schweißbrücken gehören Porosität, Schlackeneinschlüsse, Risse und Hinterschneidungen. Porosität sind Löcher, die entstehen, wenn gelöste Gase im Schmelzbad beim Abkühlen und Erstarren nicht entweichen können, während Schlackeneinschlüsse von Oxiden und Sulfiden herrühren, die durch metallurgische Reaktionen entstehen und nicht rechtzeitig an die Oberfläche des Schmelzbades schwimmen.
Risse werden in zwei Kategorien eingeteilt: Heißrisse und Kaltrisse. Heißrisse entstehen durch die Bildung von Flüssigkeitsfilmen aufgrund der Anreicherung von Elementen mit niedrigem -Schmelzpunkt- an den Korngrenzen und durch Rissbildung unter Schweißspannung; Kaltrisse entstehen durch die Bildung verhärteter Strukturen, die durch eine übermäßige Abkühlungsgeschwindigkeit und die Ansammlung von diffundierbarem Wasserstoff verursacht werden. Um die Leistungszuverlässigkeit sicherzustellenSchweißauslegerist es notwendig, die mechanischen Eigenschaften von Verbindungen, einschließlich Festigkeit, Zähigkeit, Plastizität und Härte, systematisch zu bewerten.
Eine Schweißverbindung besteht aus drei Teilen: Schweißgut, Schmelzzone und Wärmeeinflusszone, und ihre Gesamtleistung spiegelt diese drei umfassend wider. Die Schmelzzone ist das schwache Glied der Verbindung, das aufgrund der ungleichmäßigen Struktur und der groben Körnung dazu neigt, zur Rissbildungsstelle zu werden. Durch die Anwendung angemessener Schweißsequenzen und Prozessparameter, wie z. B. des optimierten Prozesses der Verwendung von fünf-Abschnitten-Backstep-Schweißen für das Wurzelschweißen und zwei-Abschnitten mit zentraler Symmetrie für das Deckschweißen, können Schweißeigenspannungen und Verformungen wirksam reduziert werden. Mit dem technologischen Fortschritt werden die Produktionseffizienz und die Produktqualitätsstabilität von Schweißauslegern erheblich verbessert.
