Ten artykuł firmy Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. wyjaśnia, co należy wziąć pod uwagę przy określaniu spoiwa do spawania stali nierdzewnej.
Możliwości, które sprawiają, że stal nierdzewna jest tak atrakcyjna – możliwość dostosowania jej właściwości mechanicznych oraz odporności na korozję i utlenianie – również zwiększają złożoność wyboru odpowiedniego spoiwa do spawania.W przypadku dowolnej kombinacji materiałów bazowych odpowiedni może być dowolny z kilku rodzajów elektrod, w zależności od kwestii związanych z kosztami, warunkami eksploatacji, pożądanymi właściwościami mechanicznymi i wieloma kwestiami związanymi ze spawaniem.
Ten artykuł zawiera niezbędne informacje techniczne, aby czytelnik mógł docenić złożoność tematu, a następnie zawiera odpowiedzi na niektóre z najczęstszych pytań zadawanych dostawcom spoiwa.Ustanawia ogólne wytyczne dotyczące wyboru odpowiednich spoiw do stali nierdzewnej - a następnie wyjaśnia wszystkie wyjątki od tych wytycznych!Artykuł nie obejmuje procedur spawania, ponieważ jest to temat na inny artykuł.
Cztery gatunki, liczne pierwiastki stopowe
Istnieją cztery główne kategorie stali nierdzewnych:
austenityczny
martenzytyczny
ferrytyczny
Dupleks
Nazwy wywodzą się od krystalicznej struktury stali zwykle występującej w temperaturze pokojowej.Gdy stal niskowęglowa jest podgrzewana do temperatury powyżej 912 stopni C, atomy stali przestawiają się ze struktury zwanej ferrytem w temperaturze pokojowej do struktury krystalicznej zwanej austenitem.Po schłodzeniu atomy powracają do swojej pierwotnej struktury, ferrytu.Struktura wysokotemperaturowa, austenit, jest niemagnetyczna, plastyczna i ma niższą wytrzymałość i większą plastyczność niż forma ferrytu w temperaturze pokojowej.
Gdy do stali dodaje się więcej niż 16% chromu, struktura krystaliczna ferrytu w temperaturze pokojowej zostaje ustabilizowana, a stal pozostaje w stanie ferrytycznym we wszystkich temperaturach.Stąd nazwa ferrytycznej stali nierdzewnej jest stosowana do tej bazy stopowej.Gdy do stali dodaje się więcej niż 17% chromu i 7% niklu, wysokotemperaturowa krystaliczna struktura stali, austenit, zostaje ustabilizowana, dzięki czemu utrzymuje się we wszystkich temperaturach, od najniższych do prawie topnienia.
Austenityczna stal nierdzewna jest powszechnie określana jako gatunek „chromowo-niklowy”, a stale martenzytyczne i ferrytyczne są powszechnie nazywane typami „prosto chromowanymi”.Niektóre pierwiastki stopowe stosowane w stalach nierdzewnych i stopiwie zachowują się jak stabilizatory austenitu, a inne jak stabilizatory ferrytu.Najważniejszymi stabilizatorami austenitu są nikiel, węgiel, mangan i azot.Stabilizatorami ferrytu są chrom, krzem, molibden i niob.Równoważenie pierwiastków stopowych kontroluje ilość ferrytu w stopiwie.
Gatunki austenityczne są łatwiej i bardziej zadowalająco spawane niż te, które zawierają mniej niż 5% niklu.Połączenia spawane wykonane z austenitycznych stali nierdzewnych są mocne, plastyczne i wytrzymałe w stanie po spawaniu.Zwykle nie wymagają wstępnego podgrzewania ani obróbki cieplnej po spawaniu.Gatunki austenityczne stanowią około 80% spawanej stali nierdzewnej i niniejszy artykuł wprowadzający skupia się głównie na nich.
Tabela 1: Rodzaje stali nierdzewnej oraz zawartość chromu i niklu.
tstart{c,80%}
thead{Typ|% Chrom|% Nikiel|Typy}
tdata{austenityczny|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{martenzytyczny|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tdata{Ferrytyczny|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Dupleks|18 - 28%|4 - 8%|2205}
mieć skłonności{}
Jak wybrać właściwy spoiwo ze stali nierdzewnej
Jeśli materiał podstawowy w obu płytach jest taki sam, pierwotna zasada przewodnia brzmiała: „Zacznij od dopasowania materiału podstawowego”.To działa dobrze w niektórych przypadkach;aby połączyć typ 310 lub 316, wybierz odpowiedni typ wypełniacza.
Aby połączyć odmienne materiały, postępuj zgodnie z następującą zasadą przewodnią: „wybierz wypełniacz pasujący do materiału bardziej stopowego”.Aby dołączyć 304 do 316, wybierz wypełniacz 316.
Niestety, „reguła dopasowania” ma tak wiele wyjątków, że lepszą zasadą jest skorzystanie z tabeli doboru spoiwa.Na przykład typ 304 jest najpopularniejszym materiałem bazowym ze stali nierdzewnej, ale nikt nie oferuje elektrody typu 304.
Jak spawać stal nierdzewną typu 304 bez elektrody typu 304
Do spawania stali nierdzewnej typu 304 należy użyć spoiwa typu 308, ponieważ dodatkowe pierwiastki stopowe w stali typu 308 lepiej stabilizują obszar spoiny.
Jednak 308L jest również akceptowalnym wypełniaczem.Oznaczenie „L” po dowolnym typie wskazuje na niską zawartość węgla.Stal nierdzewna typu 3XXL ma zawartość węgla 0,03% lub mniej, podczas gdy standardowa stal nierdzewna typu 3XX może mieć maksymalną zawartość węgla 0,08%.
Ponieważ wypełniacz typu L mieści się w tej samej klasyfikacji co produkt innego typu, producenci mogą i powinni zdecydowanie rozważyć użycie wypełniacza typu L, ponieważ niższa zawartość węgla zmniejsza ryzyko wystąpienia problemów z korozją międzykrystaliczną.W rzeczywistości autorzy twierdzą, że wypełniacz typu L byłby szerzej stosowany, gdyby producenci po prostu zaktualizowali swoje procedury.
Producenci stosujący proces GMAW mogą również rozważyć użycie wypełniacza typu 3XXSi, ponieważ dodatek krzemu poprawia zwilżanie.W sytuacjach, gdy spoina ma wysoką lub chropowatą wypukłość lub gdy jeziorko spawalnicze nie przylega dobrze na końcach spoiny pachwinowej lub zakładkowej, użycie elektrody Si typu GMAW może wygładzić ścieg spoiny i zapewnić lepsze wtopienie.
Jeśli problemem jest wytrącanie się węglików, należy wziąć pod uwagę wypełniacz typu 347, który zawiera niewielką ilość niobu.
Jak spawać stal nierdzewną ze stalą węglową
Taka sytuacja ma miejsce w zastosowaniach, w których jedna część konstrukcji wymaga odpornej na korozję powierzchni zewnętrznej połączonej z elementem konstrukcyjnym ze stali węglowej w celu obniżenia kosztów.Podczas łączenia materiału podstawowego bez pierwiastków stopowych z materiałem podstawowym zawierającym pierwiastki stopowe, należy stosować spoiwo nadstopowe, tak aby rozcieńczenie w stopiwie było równoważone lub było bardziej stopowe niż w przypadku nierdzewnego metalu nieszlachetnego.
Do łączenia stali węglowej z typem 304 lub 316, a także do łączenia różnych stali nierdzewnych, w większości zastosowań należy rozważyć zastosowanie elektrody typu 309L.Jeśli pożądana jest wyższa zawartość Cr, rozważ typ 312.
Uwaga: austenityczne stale nierdzewne wykazują szybkość rozszerzania się o około 50% większą niż stal węglowa.Podczas łączenia różne szybkości rozszerzania mogą powodować pękanie z powodu naprężeń wewnętrznych, chyba że zostanie zastosowana odpowiednia elektroda i procedura spawania.
Stosować odpowiednie procedury czyszczenia przed spawaniem
Podobnie jak w przypadku innych metali, należy najpierw usunąć olej, smar, ślady i zabrudzenia rozpuszczalnikiem bez chloru.Następnie podstawową zasadą przygotowania spoiny ze stali nierdzewnej jest „Unikanie zanieczyszczenia stalą węglową, aby zapobiec korozji”.Niektóre firmy używają oddzielnych budynków dla swoich „sklepów ze stali nierdzewnej” i „sklepów z węglem”, aby zapobiec zanieczyszczeniu krzyżowemu.
Ściernice i szczotki nierdzewne należy oznaczyć jako „wyłącznie nierdzewne” podczas przygotowywania krawędzi do spawania.Niektóre procedury wymagają czyszczenia dwa cale wstecz od stawu.Przygotowanie złącza jest również bardziej krytyczne, ponieważ kompensacja rozbieżności podczas manipulacji elektrodą jest trudniejsza niż w przypadku stali węglowej.
Stosować odpowiednią procedurę czyszczenia po spawaniu, aby zapobiec rdzy
Na początek pamiętaj, co czyni stal nierdzewną nierdzewną: reakcja chromu z tlenem w celu utworzenia ochronnej warstwy tlenku chromu na powierzchni materiału.Stal nierdzewna rdzewieje z powodu wytrącania się węglików (patrz poniżej) oraz ponieważ proces spawania nagrzewa metal spoiny do punktu, w którym na powierzchni spoiny może tworzyć się tlenek ferrytu.Pozostawiona w stanie spawanym, doskonale dobrana spoina może pokazać „ślady rdzy” na granicach strefy wpływu ciepła w czasie krótszym niż 24 godziny.
Aby nowa warstwa czystego tlenku chromu mogła się prawidłowo zreformować, stal nierdzewna wymaga czyszczenia po spawaniu poprzez polerowanie, trawienie, szlifowanie lub szczotkowanie.Ponownie użyj szlifierek i pędzli dedykowanych do tego zadania.
Dlaczego drut spawalniczy ze stali nierdzewnej jest magnetyczny?
W pełni austenityczna stal nierdzewna jest niemagnetyczna.Jednak temperatury spawania tworzą stosunkowo duże ziarno w mikrostrukturze, co powoduje, że spoina jest wrażliwa na pękanie.Aby złagodzić wrażliwość na pękanie na gorąco, producenci elektrod dodają pierwiastki stopowe, w tym ferryt.Faza ferrytu powoduje, że ziarna austenitu są znacznie drobniejsze, dzięki czemu spoina staje się bardziej odporna na pękanie.
Magnes nie przyklei się do szpuli wypełniacza ze stali austenitycznej, ale osoba trzymająca magnes może poczuć lekkie pociągnięcie z powodu zatrzymanego ferrytu.Niestety powoduje to, że niektórzy użytkownicy myślą, że ich produkt został błędnie oznakowany lub użyli niewłaściwego spoiwa (zwłaszcza jeśli zerwali etykietę z drucianego kosza).
Właściwa ilość ferrytu w elektrodzie zależy od temperatury roboczej aplikacji.Na przykład zbyt duża ilość ferrytu powoduje, że spoina traci wytrzymałość w niskich temperaturach.Zatem wypełniacz typu 308 do rurociągów LNG ma liczbę ferrytową od 3 do 6, w porównaniu do liczby ferrytowej 8 w przypadku standardowego wypełniacza typu 308.Krótko mówiąc, spoiwa mogą na pierwszy rzut oka wydawać się podobne, ale istotne są niewielkie różnice w składzie.
Czy istnieje łatwy sposób spawania stali nierdzewnej typu duplex?
Zwykle stale nierdzewne duplex mają mikrostrukturę składającą się z około 50% ferrytu i 50% austenitu.Mówiąc prościej, ferryt zapewnia wysoką wytrzymałość i pewną odporność na korozję naprężeniową, podczas gdy austenit zapewnia dobrą udarność.Połączenie tych dwóch faz nadaje stalom dupleks ich atrakcyjne właściwości.Dostępna jest szeroka gama stali nierdzewnych typu duplex, z których najczęściej spotykaną jest typ 2205;zawiera 22% chromu, 5% niklu, 3% molibdenu i 0,15% azotu.
Podczas spawania stali nierdzewnej typu duplex mogą pojawić się problemy, jeśli spoina zawiera zbyt dużo ferrytu (ciepło z łuku powoduje, że atomy układają się w matrycę ferrytową).Aby to zrekompensować, spoiwa muszą promować strukturę austenityczną z wyższą zawartością stopu, zwykle o 2 do 4% więcej niklu niż w metalu nieszlachetnym.Na przykład drut proszkowy do spawania typu 2205 może zawierać 8,85% niklu.
Pożądana zawartość ferrytu po spawaniu może wynosić od 25 do 55% (ale może być wyższa).Należy zauważyć, że szybkość chłodzenia musi być wystarczająco mała, aby umożliwić odtworzenie austenitu, ale nie na tyle wolna, aby utworzyć fazy międzymetaliczne, ani zbyt szybka, aby utworzyć nadmiar ferrytu w strefie wpływu ciepła.Postępuj zgodnie z procedurami zalecanymi przez producenta dla procesu spawania i wybranego spoiwa.
Regulacja parametrów podczas spawania stali nierdzewnej
W przypadku producentów, którzy stale dostosowują parametry (napięcie, natężenie prądu, długość łuku, indukcyjność, szerokość impulsu itp.) podczas spawania stali nierdzewnej, typowym winowajcą jest niespójny skład spoiwa.Biorąc pod uwagę znaczenie pierwiastków stopowych, wahania składu chemicznego między partiami mogą mieć zauważalny wpływ na wydajność spoiny, na przykład słabe zwilżanie lub trudne uwalnianie żużla.Różnice w średnicy elektrody, czystości powierzchni, odlewie i spirali również wpływają na wydajność w zastosowaniach GMAW i FCAW.
Kontrolowanie kontrolnego wytrącania węglików w austenitycznej stali nierdzewnej
W temperaturach w zakresie 426-871 st. C zawartość węgla powyżej 0,02% migruje do granic ziaren struktury austenitycznej, gdzie reaguje z chromem tworząc węglik chromu.Jeśli chrom jest związany z węglem, nie jest dostępny dla odporności na korozję.Po wystawieniu na działanie korozyjnego środowiska dochodzi do korozji międzykrystalicznej, co pozwala na zniszczenie granic ziaren.
Aby kontrolować wytrącanie się węglików, utrzymuj zawartość węgla na jak najniższym poziomie (maksymalnie 0,04%) przez spawanie elektrodami niskowęglowymi.Węgiel może być również wiązany przez niob (dawniej kolumb) i tytan, które mają większe powinowactwo do węgla niż chrom.W tym celu wykonuje się elektrody typu 347.
Jak przygotować się do dyskusji na temat doboru spoiwa
Zgromadź co najmniej informacje na temat końcowego zastosowania spawanej części, w tym środowiska pracy (zwłaszcza temperatur roboczych, narażenia na elementy korozyjne i stopień oczekiwanej odporności na korozję) oraz pożądanej żywotności.Bardzo pomocne są informacje na temat wymaganych właściwości mechanicznych w warunkach eksploatacji, w tym wytrzymałości, ciągliwości, plastyczności i zmęczenia materiału.
Większość wiodących producentów elektrod udostępnia przewodniki dotyczące doboru spoiwa, a autorzy nie mogą przecenić tego punktu: zapoznaj się z przewodnikiem dotyczącym zastosowań spoiwa lub skontaktuj się z ekspertami technicznymi producenta.Są po to, aby pomóc w doborze odpowiedniej elektrody ze stali nierdzewnej.
Aby uzyskać więcej informacji na temat spoiw ze stali nierdzewnej firmy TYUE oraz skontaktować się z ekspertami firmy w celu uzyskania porady, odwiedź stronę www.tyuelec.com.
Czas postu: 23 grudnia 2022 r