Тази статия от Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. обяснява какво трябва да се вземе предвид при определянето на добавъчни метали за заваряване на неръждаема стомана.
Възможностите, които правят неръждаемата стомана толкова привлекателна - възможността за приспособяване на механичните ѝ свойства и устойчивостта ѝ на корозия и окисляване - също така увеличават сложността при избора на подходящ добавъчен метал за заваряване. За всяка дадена комбинация от основни материали, всеки един от няколко вида електроди може да е подходящ, в зависимост от разходите, условията на експлоатация, желаните механични свойства и редица проблеми, свързани със заваряването.
Тази статия предоставя необходимата техническа информация, за да даде на читателя представа за сложността на темата, а след това отговаря на някои от най-често задаваните въпроси към доставчиците на пълнителни материали. Тя установява общи насоки за избор на подходящи пълнителни материали от неръждаема стомана - и след това обяснява всички изключения от тези насоки! Статията не обхваща процедурите за заваряване, тъй като това е тема за друга статия.
Четири класа, множество легиращи елементи
Има четири основни категории неръждаеми стомани:
аустенитен
мартензитен
феритни
Дуплекс
Имената произлизат от кристалната структура на стоманата, която обикновено се среща при стайна температура. Когато нисковъглеродната стомана се нагрява над 912°C, атомите на стоманата се пренареждат от структурата, наречена ферит при стайна температура, в кристалната структура, наречена аустенит. При охлаждане атомите се връщат към първоначалната си структура - ферит. Високотемпературната структура, аустенитът, е немагнитна, пластична и има по-ниска якост и по-голяма пластичност от ферита при стайна температура.
Когато към стоманата се добавят повече от 16% хром, кристалната структура, характерна за стайната температура - ферит, се стабилизира и стоманата остава във феритно състояние при всички температури. Оттук и наименованието феритна неръждаема стомана се прилага към тази сплав. Когато към стоманата се добавят повече от 17% хром и 7% никел, високотемпературната кристална структура на стоманата - аустенит, се стабилизира, така че да се запази при всички температури - от най-ниските до почти топящите се.
Аустенитната неръждаема стомана обикновено се нарича „хром-никелов“ тип, а мартензитните и феритните стомани обикновено се наричат „прав хром“. Някои легиращи елементи, използвани в неръждаемите стомани и заваръчните метали, действат като аустенитни стабилизатори, а други - като феритни стабилизатори. Най-важните аустенитни стабилизатори са никел, въглерод, манган и азот. Феритните стабилизатори са хром, силиций, молибден и ниобий. Балансирането на легиращите елементи контролира количеството ферит в заваръчния метал.
Аустенитните марки се заваряват по-лесно и задоволително от тези, които съдържат по-малко от 5% никел. Заваръчни съединения, получени от аустенитни неръждаеми стомани, са здрави, пластични и жилави в заварено състояние. Обикновено не изискват предварително нагряване или последваща термична обработка. Аустенитните марки представляват приблизително 80% от заваряваните неръждаеми стомани и тази уводна статия се фокусира основно върху тях.
Таблица 1: Видове неръждаема стомана и тяхното съдържание на хром и никел.
tstart{c,80%}
thead{Тип|% Хром|% Никел|Видове}
tdata{Аустенитна|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Мартензитни|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tdata{феритна|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Дуплекс|18 - 28%|4 - 8%|2205}
склонни
Как да изберем правилния пълнител от неръждаема стомана
Ако основният материал и в двете плочи е един и същ, първоначалният водещ принцип е бил „Започнете със съчетаване на основния материал“. Това работи добре в някои случаи; за да съедините тип 310 или 316, изберете съответния тип пълнеж.
За да съедините различни материали, следвайте този водещ принцип: „изберете пълнител, който да съответства на по-силно легирания материал.“ За да съедините 304 с 316, изберете пълнител от 316.
За съжаление, „правилото за съвпадение“ има толкова много изключения, че по-добър принцип е да се консултирате с таблица за избор на добавъчен метал. Например, тип 304 е най-разпространеният основен материал от неръждаема стомана, но никой не предлага електрод тип 304.
Как да заварявате неръждаема стомана тип 304 без електрод тип 304
За заваряване на неръждаема стомана тип 304 използвайте пълнител тип 308, тъй като допълнителните легиращи елементи в тип 308 ще стабилизират по-добре зоната на заваряване.
Въпреки това, 308L също е приемлив пълнител. Обозначението „L“ след всеки тип показва ниско съдържание на въглерод. Неръждаемата стомана тип 3XXL има съдържание на въглерод от 0,03% или по-малко, докато стандартната неръждаема стомана тип 3XX може да има максимално съдържание на въглерод от 0,08%.
Тъй като пълнителят тип L попада в същата класификация като продукта, който не е от тип L, производителите могат и трябва сериозно да обмислят използването на пълнител тип L, тъй като по-ниското съдържание на въглерод намалява риска от проблеми с междукристална корозия. Всъщност авторите твърдят, че пълнителят тип L би бил по-широко използван, ако производителите просто актуализират процедурите си.
Производителите, използващи GMAW процеса, може също да обмислят използването на пълнител тип 3XXSi, тъй като добавянето на силиций подобрява омокрянето. В ситуации, когато заваръчният шев има висок или груб ръб или където заваръчната вана не се свързва добре с долната част на ъглово или припокриващо съединение, използването на Si електрод тип GMAW може да изглади заваръчния шев и да насърчи по-доброто сливане.
Ако утаяването на карбиди е проблем, помислете за пълнител тип 347, който съдържа малко количество ниобий.
Как да заваряваме неръждаема стомана към въглеродна стомана
Тази ситуация възниква в приложения, където една част от конструкцията изисква устойчива на корозия външна повърхност, съединена с конструктивен елемент от въглеродна стомана, за да се намали цената. При съединяване на основен материал без легиращи елементи с основен материал със легиращи елементи, използвайте свръхлегиран пълнител, така че разреждането в заваръчния метал да се балансира или да е по-силно легирано от неръждаемия основен метал.
За съединяване на въглеродна стомана с тип 304 или 316, както и за съединяване на разнородни неръждаеми стомани, помислете за електрод тип 309L за повечето приложения. Ако е желателно по-високо съдържание на Cr, помислете за тип 312.
Като предупреждение, аустенитните неръждаеми стомани показват скорост на разширение, която е с около 50% по-висока от тази на въглеродната стомана. При съединяване, различните скорости на разширение могат да причинят напукване поради вътрешни напрежения, освен ако не се използва правилният електрод и процедура за заваряване.
Използвайте правилните процедури за почистване на заваръчни шевове
Както и при други метали, първо отстранете масло, мазнини, маркировки и замърсявания с нехлориран разтворител. След това основното правило за подготовка на заварките от неръждаема стомана е „Избягвайте замърсяване от въглеродна стомана, за да предотвратите корозия“. Някои компании използват отделни сгради за своите „цехове за неръждаема стомана“ и „цехове за въглеродни метали“, за да предотвратят кръстосано замърсяване.
Определете шлифовъчните дискове и четките от неръждаема стомана като „само за неръждаема стомана“, когато подготвяте ръбовете за заваряване. Някои процедури изискват почистване на пет сантиметра от съединението. Подготовката на съединението също е по-важна, тъй като компенсирането на несъответствия при манипулирането на електрода е по-трудно, отколкото при въглеродна стомана.
Използвайте правилната процедура за почистване след заваряване, за да предотвратите ръжда
За начало, не забравяйте какво прави неръждаемата стомана неръждаема: реакцията на хрома с кислорода, за да се образува защитен слой от хромов оксид върху повърхността на материала. Неръждаемата стомана ръждясва поради утаяване на карбиди (вижте по-долу) и защото процесът на заваряване нагрява заваръчния метал до точка, в която може да се образува феритен оксид върху повърхността на заваръчния шев. Оставена в състояние след заваряване, една перфектно здрава заварка може да покаже „следи от ръжда“ по границите на зоната, засегната от топлина, за по-малко от 24 часа.
За да може новият слой чист хромов оксид да се образува правилно, неръждаемата стомана изисква почистване след заваряване чрез полиране, ецване, шлайфане или четкане. Отново използвайте шлифовъчни машини и четки, предназначени за тази задача.
Защо заваръчната тел от неръждаема стомана е магнитна?
Напълно аустенитната неръждаема стомана е немагнитна. Температурите на заваряване обаче създават относително големи зърна в микроструктурата, което води до чувствителност на заваръчния шев към напукване. За да намалят чувствителността към горещи пукнатини, производителите на електроди добавят легиращи елементи, включително ферит. Феритната фаза прави аустенитните зърна много по-фини, така че заваръчният шев става по-устойчив на напукване.
Магнитът няма да се залепи за макара с аустенитен пълнител от неръждаема стомана, но човек, който държи магнит, може да усети леко опъване поради задържания ферит. За съжаление, това кара някои потребители да мислят, че продуктът им е етикетиран неправилно или че използват грешен пълнител (особено ако са откъснали етикета от телената кошница).
Правилното количество ферит в електрода зависи от работната температура на приложението. Например, твърде много ферит води до загуба на жилавост на заваръчния шев при ниски температури. По този начин, пълнителят тип 308 за приложение в тръбопроводи за втечнен природен газ (LNG) има феритно число между 3 и 6, в сравнение с феритно число 8 за стандартния пълнител тип 308. Накратко, пълнителните метали може да изглеждат сходни на пръв поглед, но малките разлики в състава са важни.
Има ли лесен начин за заваряване на дуплексни неръждаеми стомани?
Обикновено дуплексните неръждаеми стомани имат микроструктура, състояща се от приблизително 50% ферит и 50% аустенит. Казано по-просто, феритът осигурява висока якост и известна устойчивост на корозионно напукване под напрежение, докато аустенитът осигурява добра жилавост. Двете фази в комбинация придават на дуплексните стомани техните атрактивни свойства. Предлага се широка гама от дуплексни неръждаеми стомани, като най-разпространеният е тип 2205; той съдържа 22% хром, 5% никел, 3% молибден и 0,15% азот.
При заваряване на дуплексна неръждаема стомана могат да възникнат проблеми, ако заваръчният метал съдържа твърде много ферит (топлината от дъгата кара атомите да се подредят във феритна матрица). За да компенсират, добавъчните метали трябва да подпомогнат аустенитната структура с по-високо съдържание на сплав, обикновено с 2 до 4% повече никел, отколкото в основния метал. Например, флюсова тел за заваряване тип 2205 може да съдържа 8,85% никел.
Желаното съдържание на ферит може да варира от 25 до 55% след заваряване (но може да бъде и по-високо). Обърнете внимание, че скоростта на охлаждане трябва да бъде достатъчно бавна, за да позволи на аустенита да се преобразува, но не толкова бавна, че да създаде интерметални фази, нито твърде бърза, че да създаде излишен ферит в зоната, засегната от топлината. Следвайте препоръчителните процедури на производителя за процеса на заваряване и избрания добавъчен метал.
Регулиране на параметрите при заваряване на неръждаема стомана
За производителите, които постоянно регулират параметри (напрежение, ампераж, дължина на дъгата, индуктивност, ширина на импулса и др.) при заваряване на неръждаема стомана, типичният виновник е непостоянният състав на пълнителния метал. Като се има предвид важността на легиращите елементи, вариациите в химичния състав между партидите могат да окажат забележимо влияние върху производителността на заваряването, като например лошо омокряне или трудно отделяне на шлаката. Вариациите в диаметъра на електрода, чистотата на повърхността, отливката и спиралата също влияят върху производителността при приложения с GMAW и FCAW.
Контролиране на карбидното утаяване в аустенитна неръждаема стомана
При температури в диапазона от 426-871°C, съдържанието на въглерод над 0,02% мигрира към границите на зърната на аустенитната структура, където реагира с хром, за да образува хромов карбид. Ако хромът е свързан с въглерода, той не е наличен за устойчивост на корозия. При излагане на корозивна среда се получава междукристална корозия, която позволява границите на зърната да бъдат разрушени.
За да се контролира отделянето на карбид, поддържайте съдържанието на въглерод възможно най-ниско (максимум 0,04%) чрез заваряване с нисковъглеродни електроди. Въглеродът може да се свърже и с ниобий (преди това колумбий) и титан, които имат по-силен афинитет към въглерода от хрома. За тази цел се произвеждат електроди тип 347.
Как да се подготвите за дискусия относно избора на добавъчен метал
Като минимум, съберете информация за крайната употреба на заварения детайл, включително работната среда (особено работните температури, излагането на корозивни елементи и степента на очаквана устойчивост на корозия) и желания експлоатационен живот. Информацията за необходимите механични свойства при работни условия помага много, включително якост, жилавост, пластичност и умора.
Повечето от водещите производители на електроди предоставят ръководства за избор на пълнителен метал и авторите не могат да подчертаят прекалено много този момент: консултирайте се с ръководство за приложение на пълнителен метал или се свържете с техническите експерти на производителя. Те са там, за да ви помогнат при избора на правилния електрод от неръждаема стомана.
За повече информация относно пълнителите от неръждаема стомана на TYUE и за да се свържете с експертите на компанията за съвет, посетете www.tyuelec.com.
Време на публикуване: 23 декември 2022 г.