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热影响区域 - 原因,效果和如何减少它

热影响区域 - 原因,效果和如何减少它

热影响区域(或简单HAZ)是金属受高温时发生的东西。它对金属的设计和结构产生负面影响。本文讨论了这些影响以及如何减少它们。

一些生产HAZ的制造程序是机械切割,热切割和焊接。

通过机械切割,必须超越金属的剪切强度。大部分能量转化为影响工具的寿命和被切割的金属的寿命。

热切割方法,如新万博登录页等离子切割,实际上是用热量来切割。同样的结构和美学变化也发生了。

类似于热切削的焊接使用非常高的温度来添加熔融金属或本身熔化零件。

随着热影响区的形成对最终产品的质量有相当大的影响,了解它的不同方面是很好的。

什么是热影响区?

在金属切割或金属焊接期间,金属吸收产生的热量。随着金属是良好的热导体,该热量通过金属体传递远离切削刃。

在熔化的金属和未受影响的贱金属之间形成一个区域,称为热影响区(HAZ)。在这个区域,金属没有熔化,但是热量导致了金属微观结构的变化。这些结构的变化会降低金属的强度。

通过切削/焊接界面和未受影响的基金金属之间的一系列鲜艳的带,刺痛是可识别的。颜色范围从浅黄色到紫色,如下表所示。

在设计安全应用时,了解HAZ对强度降低的影响是非常重要的。结构中最薄弱的部分存在于haz中。

结构与最弱点一样强烈。因此,识别HAZ可能是特定部分的成功和失败之间的差异。

颜色讲述了什么?

由于在制造过程中使用不同的温度,HAZ中存在各种色调。这些色调从浅黄色到深蓝色的温度的增加。

按温度变化顺序的波段颜色为:

颜色 切割温度
淡黄色 290ºC.
稻草黄色 340ºC
黄色的 370ºC.
棕色的 390ºC
紫色棕色 420ºC.
深紫色 450ºC
蓝色的 540ºC.
深蓝 600ºC.

进一步影响这些热色形成的因素有:

  • 表面状况- 粗糙表面氧化速度更快地产生更明显的着色。
  • 表面污染- 杂质像生锈,油漆和油也影响着色调。污染可能会改变热色调,但振荡的延伸不受影响。
  • 氧气可用性- 作为限制对氧气的访问减少氧化,使用电极涂层或用于焊接的保护气体可以影响热量色调。
  • 铬含量- 铬增加抗氧化性。因此,较高的铬含量降低了热量色调的强度。

热影响区形成

形成HAZ的原因明显热。该区域的宽度仍然取决于几个因素,如热扩散性和切割方法的选择。

热扩散率

热扩散率金属在确定HAZ如何影响金属时起主要作用。它是金属的热导电率与恒定压力下的密度和特定热容量的比率。

简单地说,金属的热扩散率是热量在其体内传递的速度的度量。如果热扩散系数高,金属就能更快地传递热量。

这导致更快的冷却,危险将窄。另一方面,低热扩散率将使金属中的热量保持较长的持续时间,并产生更宽的Haz。

热扩散率不锈钢AISI 304是4.2毫米2/ s,但是结构钢它是11.72毫米2/ s。这意味着结构钢,当受到热量时,会产生更宽的HAZ。

HAZ的创建也取决于各种其他因素。区域宽度取决于产生的热量,暴露于热和材料厚度的持续时间。

薄金属板更快地加热,因此产生更大的热影响区域。

切割方法的选择

5个喷嘴同时执行燃气切割

每一种热切割方法都有一点不同。因此,由此产生的热影响区域也有所不同。

万博官网manbetx苹果电弧焊接产生最大的热量,并具有最广泛的危险。

快速和稳定的焊缝将暴露曝光至最低。因此,具有经验丰富的焊工可以降低浑浊尺寸,从而导致更强的关节。

等离子体切割中的HAZ的尺寸相对较薄,因为切割速度可以被操纵以产生薄的HAZ。

新万博登录页激光切割将产生更小的HAZ因为它有一个狭窄的切割kerf并且热量适用于一个小区域。

过程如水射流切割并且剪切不会造成HAZ,因为它们不涉及过度过热材料。在设计需要额外可靠性的部件时,这是需要考虑的。

HAZ的效果

热影响区导致金属的结构变化,削弱了该区域的部分。金属的力学性能,如抗疲劳性、变形和表面开裂都会受到影响。

这使得了解HAZ的影响变得极为重要。即使你不是自己切割或焊接金属,这也适用。

让我们看看HAZ在金属上的不同效果。

冶金和化学变化

在金属切割中,金属以非常高的速率吸收热量。冷却剂提供的冷却也是立即的。这可以显着改变金属的微观结构和受影响区域的属性。

金属的分子结构加热时膨胀。如果热量施加在金属的横截面上,它会导致金属体的不均匀膨胀和随后的收缩。在冷却过程中可能发生诸如变形的畸形。例如,热轧钢的生产也有类似的结果。

根据通过金属的不同部分实现的特定温度,也可以看到化学变化。

表面氮化

表面氮化包括向金属表面添加氮以改善其硬度。在高温金属切割和焊接操作中,无意中看到这种效果。结果,在加热区域中,硬度增加和可焊性降低。

氧化

当金属经受高温时,它们可以在其他现象中进行氧化。这负责危险的鲜艳乐队。

相变

铁碳化铁图帮助我们了解钢的阶段。根据钢的温度产生不同的阶段。

例如,当暴露于高温时,奥氏体不锈钢将改变为马氏体钢。马氏体钢更稠密,比前者更脆。在某些情况下,热量会削弱金属。

氢脆脆化

氢脆是氢气扩散到金属晶格中的减少金属的延展性和韧性

高温会导致氢脆。由于这个氢原子,某些金属中可能发生相变。这可能会导致氢气开裂即使在切割过程的24小时后。

腐蚀

不锈钢甚至可能腐蚀在热影响区。极端热量导致晶界附近的碳化铬的沉淀。这将不锈钢的铬含量降低至10.5%以下。

其结果是失去了自钝化(重新形成一层氧化铬保护层以防止腐蚀的能力),导致晶间腐蚀。它也失去了它作为不锈钢的性质,在极端情况下,金属会变成黑色。

如何减少它?

热影响区域是不希望的副产品。但是,不可能完全消除危险。在形成后才能减少可行。

减少危险的形成

无论你是焊接还是切割金属,关键是速度。如前所述,暴露在热环境中的时间越短,HAZ越小。

优化速度的可能性归结为设备和机器运营商。了解您在将机器设置为最佳性能的方式导致了很大的结果。

后形成处理

在形成HAZ之后,可以治疗金属以恢复其损失的一些强度。

在焊接的情况下,这可以使用预焊剂或焊后处理进行。改变金属的相均匀地确保关于周围金属的较小效果。

解决方案退火在钢材的情况下有助于帮助。该方法包括加热金属并将其保持在特定温度下,以强化元素键。

手动去毛刺锋利的边缘

机械加工可以帮助美观方面。

这样做的一种方法是使用砂纸去除通过氧化产生的热量。这将暴露下层的层并导致不锈钢钢的自钝化。然而,部分的弱化也是一种可能性。

消除整个热影响区最有效的方法是用机器将其清除。虽然,这确实会导致材料的损失。

结论

热影响区是高温金属切割和焊接程序的必然部分。原因在于这些过程中金属过热,并且它可以影响材料性质。

可以在一定程度上控制形成。因此,战斗的最佳方式是通过转到可靠的金属制造提供商具有必要的知识,将变化保持为最低限度。

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