Tento článok od spoločnosti Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. vysvetľuje, čo treba zvážiť pri špecifikácii prídavných materiálov na zváranie nehrdzavejúcej ocele.
Schopnosti, ktoré robia nehrdzavejúcu oceľ takou atraktívnou – schopnosť prispôsobiť jej mechanické vlastnosti a odolnosť voči korózii a oxidácii – tiež zvyšujú zložitosť výberu vhodného prídavného materiálu na zváranie. Pre akúkoľvek danú kombináciu základného materiálu môže byť vhodný ktorýkoľvek z niekoľkých typov elektród v závislosti od nákladov, prevádzkových podmienok, požadovaných mechanických vlastností a množstva problémov súvisiacich so zváraním.
Tento článok poskytuje potrebné technické pozadie, aby čitateľ pochopil zložitosť témy, a potom odpovedá na niektoré z najčastejších otázok kladených dodávateľom prídavných materiálov. Stanovuje všeobecné pokyny pre výber vhodných prídavných materiálov z nehrdzavejúcej ocele – a potom vysvetľuje všetky výnimky z týchto pokynov! Článok sa nezaoberá postupmi zvárania, pretože to je téma pre iný článok.
Štyri stupne, početné legujúce prvky
Existujú štyri hlavné kategórie nehrdzavejúcich ocelí:
austenitický
martenzitický
feritický
Duplex
Názvy sú odvodené od kryštalickej štruktúry ocele, ktorá sa bežne nachádza pri izbovej teplote. Keď sa nízkouhlíková oceľ zahreje nad 912 °C, atómy ocele sa preskupia zo štruktúry nazývanej ferit pri izbovej teplote na kryštalickú štruktúru nazývanú austenit. Po ochladení sa atómy vrátia do svojej pôvodnej štruktúry, feritu. Vysokoteplotná štruktúra, austenit, je nemagnetická, plastická a má nižšiu pevnosť a väčšiu ťažnosť ako ferit pri izbovej teplote.
Keď sa do ocele pridá viac ako 16 % chrómu, kryštalická štruktúra izbovej teploty, ferit, sa stabilizuje a oceľ zostáva vo feritickom stave pri všetkých teplotách. Preto sa pre túto zliatinu používa názov feritická nehrdzavejúca oceľ. Keď sa do ocele pridá viac ako 17 % chrómu a 7 % niklu, vysokoteplotná kryštalická štruktúra ocele, austenit, sa stabilizuje tak, že pretrváva pri všetkých teplotách od úplne najnižšej až po takmer topnú.
Austenitická nehrdzavejúca oceľ sa bežne označuje ako „chróm-niklový“ typ a martenzitické a feritické ocele sa bežne nazývajú „priamy chrómový“ typ. Niektoré legujúce prvky používané v nehrdzavejúcich oceliach a zvarových kovoch sa správajú ako austenitové stabilizátory a iné ako feritové stabilizátory. Najdôležitejšie austenitové stabilizátory sú nikel, uhlík, mangán a dusík. Feritové stabilizátory sú chróm, kremík, molybdén a niób. Vyváženie legujúcich prvkov riadi množstvo feritu vo zvarovom kove.
Austenitické triedy sa zvárajú ľahšie a uspokojivejšie ako tie, ktoré obsahujú menej ako 5 % niklu. Zvarové spoje vytvorené z austenitických nehrdzavejúcich ocelí sú v stave po zváraní pevné, tvárne a húževnaté. Zvyčajne nevyžadujú predhrievanie ani tepelné spracovanie po zváraní. Austenitické triedy tvoria približne 80 % zváraných nehrdzavejúcich ocelí a tento úvodný článok sa práve na ne zameriava.
Tabuľka 1: Druhy nehrdzavejúcej ocele a ich obsah chrómu a niklu.
tstart{c, 80 %}
thead{Typ|% chrómu|% niklu|Druhy}
tdata{austenitická|16 – 30 %|8 – 40 %|200, 300}
tdata{Martenzitická|11 – 18 %|0 – 5 %|403, 410, 416, 420}
tdata{feritické|11 – 30 %|0 – 4 %|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Duplex|18 – 28 %|4 – 8 %|2205}
majú tendenciu
Ako si vybrať správny prídavný materiál z nehrdzavejúcej ocele
Ak je základný materiál v oboch doskách rovnaký, pôvodnou hlavnou zásadou bolo „Začnite zladením základného materiálu“. V niektorých prípadoch to funguje dobre; na spojenie typu 310 alebo 316 vyberte zodpovedajúci typ výplne.
Na spájanie rozdielnych materiálov sa riaďte touto hlavnou zásadou: „zvoľte si plnivo, ktoré zodpovedá materiálu s vyššou legúrou.“ Na spájanie ocele 304 s oceľou 316 zvoľte plnivo z ocele 316.
Bohužiaľ, „pravidlo zhody“ má toľko výnimiek, že lepšou zásadou je: Pozrite si tabuľku výberu prídavného materiálu. Napríklad typ 304 je najbežnejším základným materiálom z nehrdzavejúcej ocele, ale nikto neponúka elektródu typu 304.
Ako zvárať nehrdzavejúcu oceľ typu 304 bez elektródy typu 304
Na zváranie nehrdzavejúcej ocele typu 304 použite prídavné látky typu 308, pretože dodatočné legujúce prvky v type 308 lepšie stabilizujú zvarovú oblasť.
Avšak, 308L je tiež prijateľné plnivo. Označenie „L“ za akýmkoľvek typom označuje nízky obsah uhlíka. Nerezová oceľ typu 3XXL má obsah uhlíka 0,03 % alebo menej, zatiaľ čo štandardná nerezová oceľ typu 3XX môže mať maximálny obsah uhlíka 0,08 %.
Keďže plnivo typu L spadá do rovnakej klasifikácie ako produkt iného typu, výrobcovia môžu a mali by dôrazne zvážiť použitie plniva typu L, pretože nižší obsah uhlíka znižuje riziko problémov s medzikryštalickou koróziou. Autori dokonca tvrdia, že plnivo typu L by sa používalo širšie, keby výrobcovia jednoducho aktualizovali svoje postupy.
Výrobcovia používajúci proces GMAW môžu zvážiť aj použitie plniva typu 3XXSi, pretože pridanie kremíka zlepšuje zmáčanie. V situáciách, keď má zvar vysoký alebo drsný vrchol, alebo keď sa zvarová kaluža dobre nespája s končekmi kútového alebo prekrývajúceho sa spoja, môže použitie kremíkovej elektródy typu GMAW vyhladiť zvarovú húsenicu a podporiť lepšie tavenie.
Ak máte obavy zo zrážania karbidov, zvážte použitie plniva typu 347, ktoré obsahuje malé množstvo nióbu.
Ako zvárať nehrdzavejúcu oceľ s uhlíkovou oceľou
Táto situácia nastáva v aplikáciách, kde jedna časť konštrukcie vyžaduje korózii odolnú vonkajšiu plochu spojenú s konštrukčným prvkom z uhlíkovej ocele, aby sa znížili náklady. Pri spájaní základného materiálu bez legujúcich prvkov so základným materiálom s legujúcimi prvkami použite nadmerne legované prídavné látky, aby sa riedenie vo zvarovom kove vyrovnalo alebo bolo legovanejšie ako nehrdzavejúci základný kov.
Na spájanie uhlíkovej ocele s typom 304 alebo 316, ako aj na spájanie odlišných nehrdzavejúcich ocelí, zvážte pre väčšinu aplikácií elektródu typu 309L. Ak je požadovaný vyšší obsah Cr, zvážte typ 312.
Ako varovanie, austenitické nehrdzavejúce ocele vykazujú rýchlosť rozťažnosti, ktorá je približne o 50 percent vyššia ako u uhlíkovej ocele. Pri spájaní môžu rozdielne rýchlosti rozťažnosti spôsobiť praskanie v dôsledku vnútorného napätia, pokiaľ sa nepoužije správna elektróda a postup zvárania.
Používajte správne postupy čistenia pred zvarením
Rovnako ako pri iných kovoch, najskôr odstráňte olej, mastnotu, značky a nečistoty nechlórovaným rozpúšťadlom. Potom je hlavným pravidlom prípravy zvarov nehrdzavejúcej ocele „Zabráňte kontaminácii z uhlíkovej ocele, aby ste predišli korózii“. Niektoré spoločnosti používajú samostatné budovy pre svoju „dielňu na nehrdzavejúcu oceľ“ a „dielňu na uhlík“, aby sa zabránilo krížovej kontaminácii.
Pri príprave hrán na zváranie označte brúsne kotúče a nerezové kefy ako „iba nerezové“. Niektoré postupy vyžadujú čistenie 5 cm od spoja. Príprava spoja je tiež dôležitejšia, pretože kompenzácia nezrovnalostí pri manipulácii s elektródou je ťažšia ako pri uhlíkovej oceli.
Na zabránenie hrdzaveniu použite správny postup čistenia po zváraní
Na začiatok si spomeňte, čo robí nehrdzavejúcu oceľ nehrdzavejúcou: reakcia chrómu s kyslíkom za vzniku ochrannej vrstvy oxidu chrómu na povrchu materiálu. Nehrdzavejúca oceľ hrdzavie kvôli vyzrážaniu karbidov (pozri nižšie) a preto, že proces zvárania zahrieva zvarový kov do bodu, kedy sa na povrchu zvaru môže tvoriť oxid feritický. Po ponechaní v stave po zváraní môže dokonale zdravý zvar vykazovať „stopy hrdze“ na hraniciach tepelne ovplyvnenej zóny za menej ako 24 hodín.
Aby sa nová vrstva čistého oxidu chrómu mohla správne obnoviť, nehrdzavejúca oceľ si vyžaduje po zváraní čistenie leštením, morením, brúsením alebo kefovaním. Opäť použite brúsky a kefy určené na tento účel.
Prečo je zvárací drôt z nehrdzavejúcej ocele magnetický?
Plne austenitická nehrdzavejúca oceľ je nemagnetická. Zváracie teploty však vytvárajú v mikroštruktúre relatívne veľké zrno, čo má za následok, že zvar je citlivý na praskanie. Na zmiernenie citlivosti na praskanie za tepla výrobcovia elektród pridávajú legujúce prvky vrátane feritu. Feritová fáza spôsobuje, že austenitické zrná sú oveľa jemnejšie, takže zvar sa stáva odolnejším voči praskaniu.
Magnet sa neprilepí na cievku s austenitickým nerezovým plnivom, ale osoba držiaca magnet môže cítiť mierny ťah kvôli zadržanému feritu. To bohužiaľ vedie niektorých používateľov k domnienke, že ich výrobok bol nesprávne označený alebo že používajú nesprávny prídavný materiál (najmä ak odtrhli štítok z drôteného košíka).
Správne množstvo feritu v elektróde závisí od prevádzkovej teploty aplikácie. Napríklad príliš veľa feritu spôsobuje, že zvar stráca svoju húževnatosť pri nízkych teplotách. Preto má prídavné kovy typu 308 pre potrubie LNG feritové číslo medzi 3 a 6 v porovnaní so štandardným prídavným materiálom typu 308 feritové číslo 8. Stručne povedané, prídavné kovy sa na prvý pohľad môžu zdať podobné, ale malé rozdiely v zložení sú dôležité.
Existuje jednoduchý spôsob zvárania duplexných nehrdzavejúcich ocelí?
Duplexné nehrdzavejúce ocele majú typicky mikroštruktúru pozostávajúcu z približne 50 % feritu a 50 % austenitu. Jednoducho povedané, ferit poskytuje vysokú pevnosť a určitú odolnosť voči koróznemu praskaniu pod napätím, zatiaľ čo austenit poskytuje dobrú húževnatosť. Tieto dve fázy v kombinácii dávajú duplexným oceliam ich atraktívne vlastnosti. K dispozícii je široká škála duplexných nehrdzavejúcich ocelí, pričom najbežnejším je typ 2205; obsahuje 22 % chrómu, 5 % niklu, 3 % molybdénu a 0,15 % dusíka.
Pri zváraní duplexnej nehrdzavejúcej ocele môžu vzniknúť problémy, ak zvarový kov obsahuje príliš veľa feritu (teplo z oblúka spôsobuje, že sa atómy usporiadajú do feritovej matrice). Na kompenzáciu musia prídavné kovy podporovať austenitickú štruktúru s vyšším obsahom legury, zvyčajne o 2 až 4 % viac niklu ako v základnom kove. Napríklad plnený drôt na zváranie typu 2205 môže obsahovať 8,85 % niklu.
Požadovaný obsah feritu sa môže po zváraní pohybovať od 25 do 55 % (ale môže byť aj vyšší). Upozorňujeme, že rýchlosť chladenia musí byť dostatočne pomalá, aby sa austenit mohol znovu formovať, ale nie tak pomalá, aby sa vytvorili intermetalické fázy, ani príliš rýchla, aby sa v tepelne ovplyvnenej zóne vytvoril prebytočný ferit. Dodržujte postupy odporúčané výrobcom pre zvárací proces a zvolený prídavný materiál.
Nastavenie parametrov pri zváraní nehrdzavejúcej ocele
Pre výrobcov, ktorí neustále upravujú parametre (napätie, prúd, dĺžku oblúka, indukčnosť, šírku impulzu atď.) pri zváraní nehrdzavejúcej ocele, je typickým vinníkom nekonzistentné zloženie prídavného materiálu. Vzhľadom na dôležitosť legujúcich prvkov môžu mať zmeny chemického zloženia medzi jednotlivými šaržami znateľný vplyv na výkon zvaru, ako je napríklad slabé zmáčanie alebo ťažké uvoľnenie trosky. Zmeny priemeru elektródy, čistoty povrchu, odliatku a špirály tiež ovplyvňujú výkon pri aplikáciách GMAW a FCAW.
Riadenie precipitácie karbidov v austenitickej nehrdzavejúcej oceli
Pri teplotách v rozmedzí 426 – 871 °C migruje obsah uhlíka nad 0,02 % k hraniciam zŕn austenitickej štruktúry, kde reaguje s chrómom za vzniku karbidu chrómu. Ak je chróm viazaný s uhlíkom, nie je k dispozícii pre odolnosť voči korózii. Pri vystavení korozívnemu prostrediu dochádza k medzikryštalickej korózii, ktorá umožňuje rozožranie hraníc zŕn.
Na kontrolu zrážania karbidov udržiavajte obsah uhlíka čo najnižší (maximálne 0,04 %) zváraním nízkouhlíkovými elektródami. Uhlík sa dá viazať aj nióbom (predtým kolumbiom) a titánom, ktoré majú silnejšiu afinitu k uhlíku ako chróm. Na tento účel sa vyrábajú elektródy typu 347.
Ako sa pripraviť na diskusiu o výbere prídavného materiálu
Minimálne zhromaždite informácie o konečnom použití zváraného dielu vrátane prevádzkového prostredia (najmä prevádzkových teplôt, vystavenia korozívnym prvkom a stupňa očakávanej odolnosti proti korózii) a požadovanej životnosti. Výrazne pomáhajú informácie o požadovaných mechanických vlastnostiach za prevádzkových podmienok, vrátane pevnosti, húževnatosti, ťažnosti a únavy materiálu.
Väčšina popredných výrobcov elektród poskytuje príručky pre výber prídavného materiálu a autori nemôžu tento bod dostatočne zdôrazniť: pozrite si príručku pre použitie prídavného materiálu alebo kontaktujte technických odborníkov výrobcu. Sú tu, aby vám pomohli s výberom správnej elektródy z nehrdzavejúcej ocele.
Viac informácií o prídavných materiáloch do nehrdzavejúcej ocele od spoločnosti TYUE a možnosť kontaktovať odborníkov spoločnosti nájdete na webovej stránke www.tyuelec.com.
Čas uverejnenia: 23. decembra 2022