Тази статия от Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. обяснява какво трябва да имате предвид, когато определяте добавъчни метали за заваряване на неръждаема стомана.
Възможностите, които правят неръждаемата стомана толкова привлекателна - възможността за приспособяване на нейните механични свойства и устойчивост на корозия и окисляване - също увеличават сложността при избора на подходящ метал за добавка за заваряване.За всяка дадена комбинация от основен материал може да е подходящ всеки един от няколко вида електроди, в зависимост от проблемите с разходите, условията на обслужване, желаните механични свойства и множество проблеми, свързани със заваряването.
Тази статия предоставя необходимата техническа информация, за да даде на читателя оценка за сложността на темата и след това отговаря на някои от най-честите въпроси, задавани на доставчиците на метални добавки.Той установява общи насоки за избор на подходящи добавъчни метали от неръждаема стомана - и след това обяснява всички изключения от тези насоки!Статията не обхваща заваръчните процедури, тъй като това е тема за друга статия.
Четири степени, множество легиращи елементи
Има четири основни категории неръждаеми стомани:
аустенитен
мартензитен
феритна
Дуплекс
Имената произлизат от кристалната структура на стоманата, която обикновено се среща при стайна температура.Когато нисковъглеродната стомана се нагрее над 912°C, атомите на стоманата се пренареждат от структурата, наречена ферит при стайна температура, до 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 формата на ферита при стайна температура.
Когато към стоманата се добавят повече от 16% хром, кристалната структура на стайната температура, феритът, се стабилизира и стоманата остава във феритно състояние при всички температури.Оттук и името феритна неръждаема стомана се прилага към тази легирана основа.Когато към стоманата се добавят повече от 17% хром и 7% никел, високотемпературната кристална структура на стоманата, аустенитът, се стабилизира, така че да се задържи при всички температури от най-ниската до почти топене.
Аустенитната неръждаема стомана обикновено се нарича тип "хром-никел", а мартензитните и феритните стомани обикновено се наричат типовете "прав хром".Някои легиращи елементи, използвани в неръждаеми стомани и заварени метали, се държат като аустенитни стабилизатори, а други като феритни стабилизатори.Най-важните стабилизатори на аустенита 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 класове се заваряват по-лесно и задоволително от тези, които съдържат по-малко от 5% никел.Заваръчните съединения, произведени от аустенитни неръждаеми стомани, са здрави, пластични и жилави в заварено състояние.Те обикновено не изискват предварително загряване или топлинна обработка след заваряване.Аустенитните класове представляват приблизително 80% от заварената неръждаема стомана и тази уводна статия се фокусира основно върху тях.
Таблица 1: Типове неръждаема стомана и тяхното съдържание на хром и никел.
tstart{c,80%}
thead{Тип|% Хром|% Никел|Видове}
tdata{Аустенит|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Мартензитен|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}
грижа{}
Как да изберем правилния неръждаем добавъчен метал
Ако основният материал в двете плочи е един и същ, първоначалният ръководен принцип е бил „Започнете, като съпоставите основния материал.“Това работи добре в някои случаи;за да съедините тип 310 или 316, изберете съответния тип пълнител.
За да съедините различни материали, следвайте този ръководен принцип: „изберете пълнител, който да съответства на по-силно легирания материал.“За да съедините 304 към 316, изберете пълнител 316.
За съжаление, „правилото за съвпадение“ има толкова много изключения, че по-добрият принцип е, Консултирайте се с таблицата за избор на добавъчен метал.Например Тип 304 е най-често срещаният основен материал от неръждаема стомана, но никой не предлага електрод Тип 304.
Как да заварявате тип 304 неръждаема стомана без електрод тип 304
За да заварявате неръждаема стомана тип 304, използвайте пълнител тип 308, тъй като допълнителните легиращи елементи в тип 308 ще стабилизират по-добре заваръчната зона.
Въпреки това, 308L също е приемлив пълнител.Обозначението „L“ след всеки тип показва ниско съдържание на въглерод.Тип 3XXL неръждаема стомана има съдържание на въглерод от 0,03% или по-малко, докато стандартната неръждаема стока Тип 3XX може да има максимално въглеродно съдържание от 0,08%.
Тъй като пълнител от тип L попада в същата класификация като продукта, различен от L, производителите могат и трябва силно да обмислят използването на пълнител от тип L, тъй като по-ниското съдържание на въглерод намалява риска от проблеми с междукристална корозия.Всъщност авторите твърдят, че пълнителят тип L ще бъде по-широко използван, ако производителите просто актуализират своите процедури.
Производителите, използващи процеса GMAW, може също да обмислят използването на пълнител тип 3XXSi, тъй като добавянето на силиций подобрява намокрянето.В ситуации, когато заваръчният шев има висок или грапав венец, или когато заваръчната локва не се връзва добре в върховете на ъглова или препокрита връзка, използването на Si тип GMAW електрод може да изглади заваръчния ръб и да насърчи по-добро стапяне.
Ако утаяването на карбид е проблем, помислете за пълнител тип 347, който съдържа малко количество ниобий.
Как да заварявате неръждаема стомана към въглеродна стомана
Тази ситуация възниква в приложения, при които една част от структурата изисква устойчива на корозия външна повърхност, свързана със структурен елемент от въглеродна стомана, за да се намалят разходите.Когато свързвате основен материал без легиращи елементи към основен материал с 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 свързване на въглеродна стомана към тип 304 или 316, както и за свързване на различни неръждаеми стомани, помислете за електрод тип 309L за повечето приложения.Ако се желае по-високо съдържание на Cr, помислете за тип 312.
Като предупредителна бележка, аустенитните неръждаеми стомани показват скорост на разширение, която е около 50 процента по-висока от тази на въглеродната стомана.Когато се съединят, 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 подготовката за заваряване
Както при другите метали, първо отстранете масло, грес, маркировки и мръсотия с нехлориран разтворител.След това основното правило за подготовка на неръждаема заварка е „Избягвайте замърсяване от въглеродна стомана, за да предотвратите корозия“.Някои компании използват отделни сгради за своя „цех за неръждаема стомана“ и „цех за карбон“, за да предотвратят кръстосано замърсяване.
Определете шлифовъчните дискове и неръждаемите четки като „само неръждаеми“, когато подготвяте ръбове за заваряване.Някои процедури изискват почистване на два инча назад от ставата.Подготовката на фугата също е по-критична, тъй като компенсирането на несъответствията с манипулирането на електрода е по-трудно, отколкото при въглеродната стомана.
Използвайте правилната процедура за почистване след заваряване, за да предотвратите ръжда
Като начало си припомнете какво прави една неръждаема стомана неръждаема: реакцията на хром с кислород за образуване на защитен слой от хромен оксид върху повърхността на материала.Неръждаемите метали ръждясват поради утаяване на карбид (вижте по-долу) и защото процесът на заваряване нагрява заваръчния метал до точката, в която може да се образува феритен оксид на повърхността на заваръчния шев.Оставена в заварено състояние, една идеално здрава заварка може да покаже "следи от ръжда" по границите на засегнатата от топлината зона за по-малко от 24 часа.
За да може нов слой от чист хромен оксид да се преобразува правилно, неръждаемата стомана изисква почистване след заваряване чрез полиране, ецване, шлайфане или четкане.Отново използвайте мелници и четки, предназначени за задачата.
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 чувствителността на заваръчния шев към пукнатини.За да намалят чувствителността към горещо напукване, производителите на електроди добавят легиращи елементи, включително ферит.Феритната фаза кара аустенитните зърна да бъдат много по-фини, така че заваръчният шев става по-устойчив на напукване.
Магнитът няма да залепне за макара от аустенитен неръждаем пълнител, но човек, който държи магнит, може да почувства леко издърпване поради задържания ферит.За съжаление, това кара някои потребители да мислят, че продуктът им е етикетиран погрешно или че използват грешен метален пълнеж (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 здравина на заваръчния шев при ниски температури.По този начин пълнителят тип 308 за приложение на тръбопроводи за LNG има феритно число между 3 и 6, в сравнение с феритно число 8 за стандартен пълнител тип 308.Накратко, добавъчните метали може да изглеждат сходни в началото, 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.С прости думи, феритът осигурява висока якост и известна устойчивост на корозионно напукване при напрежение, докато аустенитът осигурява добра якост.Двете фази в комбинация придават на дуплексните стомани техните привлекателни свойства.Предлага се широка гама дуплексни неръждаеми стомани, като най-разпространената е тип 2205;това съдържа 22% хром, 5% никел, 3% молибден и 0,15% азот.
При заваряване на дуплексна неръждаема стомана могат да възникнат проблеми, ако заваръчният метал има твърде много ферит (топлината от дъгата кара атомите да се подредят във феритна матрица).За да компенсират, добавъчните метали трябва да насърчават аустенитната структура с по-високо съдържание на сплав, обикновено с 2 до 4% повече никел, отколкото в основния метал.Например, тел с флюсова сърцевина за заваряване тип 2205 може да има 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 реформира, но не толкова бавна, че да създаде интерметални фази, нито твърде бърза, за да създаде излишен ферит в зоната, засегната от топлината.Следвайте препоръчаните от производителя процедури за процеса на заваряване и избрания добавъчен метал.
Регулиране на параметрите при заваряване на неръждаема стомана
За производителите, които постоянно настройват параметрите (напрежение, ампераж, дължина на дъгата, индуктивност, ширина на импулса и т.н.) при заваряване на неръждаема стомана, типичният виновник е непоследователният състав на добавъчния метал.Като се има предвид значението на легиращите елементи, вариациите на партида в химичния състав могат да окажат забележимо влияние върху работата на заваръчния шев, като например лошо намокряне или трудно отделяне на шлака.Вариациите в диаметъра на електрода, чистотата на повърхността, отливката и спиралата също влияят на производителността при GMAW и FCAW приложения.
Контролиране на контролното утаяване на карбид 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 хрома, за да образува хромен карбид.Ако хромът е свързан с въглерода, той не е наличен за устойчивост на корозия.Когато се изложи на корозивна среда, се получава междукристална корозия, позволяваща разяждането на границите на зърната.
За да контролирате утаяването на карбид, поддържайте въглеродното съдържание възможно най-ниско (0,04% максимум) чрез заваряване с електроди с ниско съдържание на въглерод.Въглеродът може също да бъде свързан с ниобий (бивш колумбий) и титан, които имат по-силен афинитет към въглерода, отколкото хрома.За тази цел са направени електроди тип 347.
Как да се подготвим за дискусия относно избора на добавъчен метал
Като минимум съберете информация за крайната употреба на заварената част, включително работна среда (особено работни температури, излагане на корозивни елементи и степен на очаквана устойчивост на корозия) и желания експлоатационен живот.Информацията за изискваните механични свойства при работни условия помага много, включително здравина, издръжливост, пластичност и умора.
Повечето от водещите производители на електроди предоставят ръководства за избор на добавъчен метал и авторите не могат да подчертаят тази точка: консултирайте се с ръководство за приложение на пълнежен метал или се свържете с техническите експерти на производителя.Те са там, за да 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