Ця стаття від Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. пояснює, що слід враховувати при визначенні присадних металів для зварювання нержавіючої сталі.
Можливості, які роблять нержавіючу сталь такою привабливою - здатність адаптувати її механічні властивості та стійкість до корозії та окислення - також збільшують складність вибору відповідного наповнювача для зварювання.Для будь-якої заданої комбінації основного матеріалу може підійти будь-який із кількох типів електродів, залежно від витрат, умов експлуатації, бажаних механічних властивостей і безлічі проблем, пов’язаних зі зварюванням.
Ця стаття містить необхідну технічну підготовку, щоб дати читачеві зрозуміти складність теми, а потім відповідає на деякі з найпоширеніших запитань, які задають постачальникам присадочного металу.Він встановлює загальні вказівки щодо вибору відповідних наповнювачів з нержавіючої сталі, а потім пояснює всі винятки з цих вказівок!У статті не розглядаються процедури зварювання, оскільки це тема для іншої статті.
Чотири сорти, численні легуючі елементи
Існує чотири основні категорії нержавіючої сталі:
аустенітний
мартенситний
феритний
Дуплекс
Назви походять від кристалічної структури сталі, яка зазвичай зустрічається при кімнатній температурі.Коли низьковуглецева сталь нагрівається вище 912°C, атоми сталі перегруповуються зі структури, яка називається феритом, за кімнатної температури до кристалічної структури, яка називається аустенітом.При охолодженні атоми повертаються до своєї початкової структури — фериту.Високотемпературна структура, аустеніт, є немагнітною, пластичною та має меншу міцність і більшу пластичність, ніж форма фериту кімнатної температури.
Коли до сталі додається більше 16% хрому, кристалічна структура фериту при кімнатній температурі стабілізується, і сталь залишається у феритному стані за будь-яких температур.Звідси назва феритної нержавіючої сталі застосовується до цієї основи сплаву.Коли до сталі додається понад 17% хрому та 7% нікелю, високотемпературна кристалічна структура сталі, аустеніт, стабілізується таким чином, що вона зберігається за всіх температур від найнижчої до майже плавлення.
Аустенітну нержавіючу сталь зазвичай називають хромонікелевим типом, а мартенситну та феритну сталь зазвичай називають хромованими типами.Певні легуючі елементи, що використовуються в нержавіючих сталях і металах зварного шва, діють як стабілізатори аустеніту, а інші – як стабілізатори фериту.Найважливішими стабілізаторами аустеніту є нікель, вуглець, марганець і азот.Феритовими стабілізаторами є хром, кремній, молібден і ніобій.Балансування легуючих елементів контролює кількість фериту в металі шва.
Аустенітні сорти легше і задовільніше зварюються, ніж ті, які містять менше 5% нікелю.Зварні з’єднання, виготовлені з аустенітної нержавіючої сталі, є міцними, пластичними та міцними у звареному стані.Зазвичай вони не вимагають попереднього нагріву або термічної обробки після зварювання.Аустенітні марки складають приблизно 80% зварної нержавіючої сталі, і ця вступна стаття приділяє значну увагу їм.
Таблиця 1: Типи нержавіючої сталі та вміст у них хрому та нікелю.
tstart{c,80%}
thead{Тип|% Хром|% Нікель|Типи}
tdata{Аустеніт|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Мартенситний|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tdata{Феритний|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Дуплекс|18 - 28%|4 - 8%|2205}
доглядати{}
Як правильно вибрати присадковий нержавіючий метал
Якщо базовий матеріал в обох пластинах однаковий, початковий керівний принцип був таким: «Почніть із відповідності основного матеріалу».У деяких випадках це добре працює;щоб з’єднати тип 310 або 316, виберіть відповідний тип наповнювача.
Щоб з’єднати різнорідні матеріали, дотримуйтесь цього керівного принципу: «виберіть наповнювач, який відповідає матеріалу з більшою кількістю сплавів».Щоб приєднати 304 до 316, виберіть наповнювач 316.
На жаль, «правило відповідності» має стільки винятків, що кращий принцип такий: Зверніться до таблиці вибору присадного металу.Наприклад, тип 304 є найпоширенішим основним матеріалом з нержавіючої сталі, але ніхто не пропонує електрод типу 304.
Як зварювати нержавіючу сталь типу 304 без електрода типу 304
Для зварювання нержавіючої сталі типу 304 використовуйте наповнювач типу 308, оскільки додаткові легуючі елементи в типі 308 краще стабілізують зону зварювання.
Однак 308L також є прийнятним наповнювачем.Позначення «L» після будь-якого типу означає низький вміст вуглецю.Нержавіюча сталь типу 3XXL має вміст вуглецю 0,03% або менше, тоді як стандартна нержавіюча сталь типу 3XX може мати максимальний вміст вуглецю 0,08%.
Оскільки наповнювач типу L підпадає під ту ж класифікацію, що й вироби, що не належать до L, виробники можуть і повинні наполегливо розглянути можливість використання наповнювача типу L, оскільки менший вміст вуглецю знижує ризик виникнення міжкристалічної корозії.Фактично, автори стверджують, що наповнювач типу L використовувався б ширше, якби виробники просто оновили свої процедури.
Виробники, які використовують процес GMAW, можуть також розглянути можливість використання наповнювача типу 3XXSi, оскільки додавання кремнію покращує зволоження.У ситуаціях, коли зварний шов має високий або шорсткий вінець, або коли зварювальна лужа погано закріплюється на кінцях кутового або нахлесткового з’єднання, використання електрода GMAW типу Si може згладити зварювальний шов і сприяти кращому плавленню.
Якщо утворення карбіду викликає занепокоєння, розгляньте наповнювач типу 347, який містить невелику кількість ніобію.
Як зварити нержавіючу сталь з вуглецевою сталлю
Така ситуація виникає в тих випадках, коли одна частина конструкції потребує корозійностійкої зовнішньої поверхні, з’єднаної з конструкційним елементом із вуглецевої сталі для зниження вартості.При з’єднанні основного матеріалу без легуючих елементів із основним матеріалом із легуючими елементами використовуйте надлегований наповнювач, щоб розбавлення в металі зварного шва збалансувало або було більш легованим, ніж нержавіючий основний метал.
Для з’єднання вуглецевої сталі з типом 304 або 316, а також для з’єднання різнорідних нержавіючих сталей розгляньте електрод типу 309L для більшості застосувань.Якщо бажаний вищий вміст Cr, розгляньте тип 312.
Як застереження, аустенітні нержавіючі сталі демонструють швидкість розширення приблизно на 50 відсотків більшу, ніж у вуглецевої сталі.При з’єднанні різні швидкості розширення можуть спричинити розтріскування через внутрішні напруги, якщо не використовувати належний електрод і процедуру зварювання.
Використовуйте правильні процедури очищення зварних швів
Як і з іншими металами, спочатку видаліть масло, мастило, маркування та бруд за допомогою нехлорованого розчинника.Після цього основним правилом підготовки зварного шва з нержавіючої сталі є «Уникайте забруднення вуглецевою сталлю, щоб запобігти корозії».Деякі компанії використовують окремі будівлі для своїх «цехів з нержавіючої сталі» та «вуглецевих цехів», щоб запобігти перехресному забрудненню.
Позначте шліфувальні круги та нержавіючі щітки як «тільки нержавіючі» під час підготовки кромок до зварювання.Деякі процедури вимагають очищення на два дюйми від суглоба.Підготовка швів також є більш критичною, оскільки компенсувати невідповідності за допомогою маніпуляцій з електродом важче, ніж з вуглецевою сталлю.
Використовуйте правильну процедуру очищення після зварювання, щоб запобігти іржі
Для початку згадайте, що робить нержавіючу сталь нержавіючої: реакція хрому з киснем з утворенням захисного шару оксиду хрому на поверхні матеріалу.Нержавіюча сталь іржавіє через осадження карбіду (див. нижче), а також тому, що процес зварювання нагріває зварний метал до точки, коли на поверхні зварного шва може утворитися оксид фериту.Залишений у звареному стані ідеально міцний зварний шов може показати «сліди іржі» на кордонах зони теплового впливу менш ніж за 24 години.
Щоб новий шар чистого оксиду хрому міг належним чином відновитися, нержавіюча сталь потребує очищення після зварювання шляхом полірування, травлення, шліфування або чищення щіткою.Знову ж таки, використовуйте шліфувальні машини та щітки, призначені для цього завдання.
Чому зварювальний дріт з нержавіючої сталі магнітний?
Повністю аустенітна нержавіюча сталь є немагнітною.Однак температура зварювання створює відносно велику зернистість у мікроструктурі, що призводить до того, що зварний шов є чутливим до розтріскування.Щоб зменшити чутливість до гарячого розтріскування, виробники електродів додають легуючі елементи, зокрема ферит.Феритова фаза робить аустенітні зерна набагато дрібнішими, тому зварний шов стає більш стійким до розтріскування.
Магніт не буде прилипати до котушки з аустенітним нержавіючим наповнювачем, але людина, яка тримає магніт, може відчути легке потягування через залишений ферит.На жаль, це змушує деяких користувачів думати, що їхній продукт неправильно маркований або вони використовують не той наповнювач (особливо якщо вони зірвали етикетку з дротяного кошика).
Правильна кількість фериту в електроді залежить від робочої температури застосування.Наприклад, занадто велика кількість фериту призводить до втрати міцності зварного шва при низьких температурах.Таким чином, наповнювач типу 308 для трубопроводів СПГ має феритове число від 3 до 6 у порівнянні з феритним числом 8 для стандартного наповнювача типу 308.Коротше кажучи, на перший погляд присадки можуть здатися схожими, але невеликі відмінності в складі важливі.
Чи є простий спосіб зварювання дуплексної нержавіючої сталі?
Як правило, дуплексна нержавіюча сталь має мікроструктуру, що складається приблизно з 50% фериту та 50% аустеніту.Простіше кажучи, ферит забезпечує високу міцність і деяку стійкість до корозійного розтріскування під напругою, тоді як аустеніт забезпечує хорошу в'язкість.Дві фази в поєднанні надають дуплексним сталям їхні привабливі властивості.Доступний широкий асортимент дуплексної нержавіючої сталі, найпоширенішою з яких є тип 2205;містить 22% хрому, 5% нікелю, 3% молібдену та 0,15% азоту.
Під час зварювання дуплексної нержавіючої сталі можуть виникнути проблеми, якщо наплавлений метал містить занадто багато фериту (тепло від дуги змушує атоми розташовуватися у феритовій матриці).Щоб компенсувати це, наповнювачі повинні сприяти аустенітній структурі з більш високим вмістом сплаву, як правило, на 2-4% більше нікелю, ніж в основному металі.Наприклад, порошковий дріт для зварювання типу 2205 може мати 8,85% нікелю.
Бажаний вміст фериту може коливатися від 25 до 55% після зварювання (але може бути вищим).Зауважте, що швидкість охолодження має бути достатньо повільною, щоб дозволити аустеніту реформуватися, але не настільки повільно, щоб утворювати інтерметалічні фази, і не надто швидко, щоб утворювати надлишок фериту в зоні теплового впливу.Дотримуйтеся рекомендованих виробником процедур для процесу зварювання та вибраного присадного металу.
Регулювання параметрів при зварюванні нержавіючої сталі
Для виробників, які постійно регулюють параметри (напруга, сила струму, довжина дуги, індуктивність, ширина імпульсу тощо) під час зварювання нержавіючої сталі, типовою причиною є непостійний склад присадного металу.Враховуючи важливість легуючих елементів, варіації хімічного складу від партії до партії можуть мати помітний вплив на характеристики зварювання, наприклад, погане зволоження або утруднене виділення шлаку.Зміни в діаметрі електрода, чистоті поверхні, лиття та спіралі також впливають на продуктивність у застосуваннях GMAW та FCAW.
Контроль контрольного виділення карбіду в аустенітній нержавіючій сталі
При температурах в діапазоні 426-871°C вміст вуглецю, що перевищує 0,02%, мігрує до меж зерен аустенітної структури, де реагує з хромом з утворенням карбіду хрому.Якщо хром пов’язаний з вуглецем, він не має стійкості до корозії.Під впливом корозійного середовища виникає міжкристалічна корозія, що дозволяє роз’їдати межі зерен.
Щоб контролювати осадження карбіду, зварюйте електродами з низьким вмістом вуглецю якомога меншим вмістом вуглецю (максимум 0,04%).Вуглець також може бути зв’язаний ніобієм (колишній колумбій) і титаном, які мають сильнішу спорідненість з вуглецем, ніж хром.Для цього виготовляють електроди типу 347.
Як підготуватися до обговорення вибору присадного металу
Як мінімум, зберіть інформацію про кінцеве використання зварної частини, включаючи робоче середовище (особливо робочі температури, вплив корозійних елементів і ступінь очікуваної стійкості до корозії) і бажаний термін служби.Інформація про необхідні механічні властивості в робочих умовах дуже допомагає, включаючи міцність, в’язкість, пластичність і втому.
Більшість провідних виробників електродів надають посібники з вибору присадного металу, і автори не можуть переоцінити цей момент: зверніться до посібника із застосування присадного металу або зверніться до технічних експертів виробника.Вони там, щоб допомогти вибрати правильний електрод з нержавіючої сталі.
Щоб отримати додаткову інформацію про присадочні метали TYUE з нержавіючої сталі та зв’язатися з експертами компанії за порадою, відвідайте www.tyuelec.com.
Час публікації: 23 грудня 2022 р