Tento článok od Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. vysvetľuje, čo treba zvážiť pri špecifikovaní prídavných kovov na zváranie nehrdzavejúcej ocele.
Schopnosti, vďaka ktorým je nehrdzavejúca oceľ taká atraktívna – schopnosť prispôsobiť jej mechanické vlastnosti a odolnosť voči korózii a oxidácii – tiež zvyšujú zložitosť výberu vhodného prídavného kovu 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 zázemie, aby čitateľ pochopil zložitosť tejto témy, a potom odpovedá na niektoré z najčastejších otázok kladených dodávateľom prídavných kovov.Stanovuje všeobecné pokyny pre výber vhodných prídavných kovov z nehrdzavejúcej ocele - a potom vysvetľuje všetky výnimky z týchto pokynov!Článok sa netýka postupov zvárania, pretože to je téma na iný článok.
Štyri triedy, množstvo legujúcich prvkov
Existujú štyri hlavné kategórie nehrdzavejúcich ocelí:
austenitické
martenzitické
feritický
Duplex
Názvy sú odvodené od kryštalickej štruktúry ocele, ktorá sa bežne vyskytuje pri izbovej teplote.Keď sa nízkouhlíková oceľ zahreje nad 912 °C, atómy ocele sa pri izbovej teplote preusporiadajú zo štruktúry nazývanej ferit na kryštálovú 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 forma feritu pri izbovej teplote.
Keď sa do ocele pridá viac ako 16 % chrómu, kryštalická štruktúra feritu pri izbovej teplote sa stabilizuje a oceľ zostáva vo feritickom stave pri všetkých teplotách.Preto sa pre túto zliatinovú základňu 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 najnižších až po takmer topiace sa.
Austenitická nehrdzavejúca oceľ sa bežne označuje ako „chrómniklový“ 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 stabilizátory austenitu a iné ako stabilizátory feritu.Najdôležitejšie stabilizátory austenitu sú nikel, uhlík, mangán a dusík.Feritové stabilizátory sú chróm, kremík, molybdén a niób.Vyvažovanie legujúcich prvkov riadi množstvo feritu vo zvarovom kove.
Austenitické druhy sa ľahšie a uspokojivejšie zvárajú ako tie, ktoré obsahujú menej ako 5 % niklu.Zvarové spoje vyrobené z austenitických nehrdzavejúcich ocelí sú pevné, tvárne a húževnaté v stave po zváraní.Normálne nevyžadujú predhrievanie alebo tepelné spracovanie po zváraní.Austenitické druhy predstavujú približne 80 % zváranej nehrdzavejúcej ocele a tento úvodný článok sa na ne výrazne zameriava.
Tabuľka 1: Druhy nehrdzavejúcej ocele a ich obsah chrómu a niklu.
tstart{c,80%}
thead{Type|% Chromium|% Nickel|Typy}
tdata{austenitické|16 – 30 %|8 – 40 %|200, 300}
tdata{Martenzitické|11 – 18 %|0 – 5 %|403, 410, 416, 420}
tdata{Ferritic|11 – 30 %|0 – 4 %|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Duplex|18 – 28 %|4 – 8 %|2205}
tendencia{}
Ako si vybrať správny nerezový prídavný kov
Ak je základný materiál v oboch platniach rovnaký, pôvodný vodiaci princíp bol: „Začnite prispôsobením základného materiálu“.To v niektorých prípadoch funguje dobre;ak chcete pripojiť typ 310 alebo 316, vyberte zodpovedajúci typ výplne.
Ak chcete spájať rozdielne materiály, postupujte podľa tohto hlavného princípu: „vyberte si plnivo, ktoré sa hodí k viac legovanému materiálu“.Ak sa chcete pripojiť k 304 až 316, vyberte výplň 316.
Bohužiaľ, „pravidlo o zhode“ má toľko výnimiek, že lepšia zásada je: Pozrite si tabuľku výberu prídavného kovu.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 plnivo typu 308, pretože dodatočné legovacie prvky v type 308 lepšie stabilizujú oblasť zvaru.
308L je však aj prijateľná výplň.Označenie „L“ za každým typom znamená nízky obsah uhlíka.Nerezový typ 3XXL má obsah uhlíka 0,03 % alebo menej, zatiaľ čo štandardný nehrdzavejúci typ 3XX môže mať maximálny obsah uhlíka 0,08 %.
Pretože plnivo typu L spadá do rovnakej klasifikácie ako výrobok bez L, výrobcovia môžu a mali by silne zvážiť použitie plniva typu L, pretože nižší obsah uhlíka znižuje riziko problémov s medzikryštalickou koróziou.V skutočnosti autori tvrdia, že plnivo typu L by bolo širšie používané, keby výrobcovia jednoducho aktualizovali svoje postupy.
Výrobcovia používajúci proces GMAW môžu tiež zvážiť použitie plniva typu 3XXSi, pretože pridanie kremíka zlepšuje zmáčanie.V situáciách, keď má zvar vysoký alebo drsný vrchol, alebo keď zvarová kaluž neviaže dobre na špičky kútového alebo preplátovaného spoja, môže použitie Si Typ GMAW elektródy vyhladiť zvar a podporiť lepšie spojenie.
Ak ide o zrážanie karbidu, zvážte plnivo typu 347, ktoré obsahuje malé množstvo nióbu.
Ako zvárať nehrdzavejúcu oceľ s uhlíkovou oceľou
Táto situácia nastáva v aplikáciách, kde jedna časť konštrukcie vyžaduje vonkajšiu stranu odolnú voči korózii spojenú s konštrukčným prvkom z uhlíkovej ocele, aby sa znížili náklady.Pri spájaní základného materiálu bez legujúcich prvkov so základným materiálom s legovacími prvkami použite nadlegované plnivo, aby sa riedenie vo zvarovom kove vyrovnalo alebo bolo viac legované ako nerezový základný kov.
Na spájanie uhlíkovej ocele s typom 304 alebo 316, ako aj na spájanie rôznych nehrdzavejúcich ocelí, zvážte elektródu typu 309L pre väčšinu aplikácií.Ak je požadovaný vyšší obsah Cr, zvážte typ 312.
Ako varovné upozornenie, austenitické nehrdzavejúce ocele vykazujú rýchlosť expanzie, ktorá je asi o 50 percent vyššia ako rýchlosť uhlíkovej ocele.Pri spájaní môžu rôzne rýchlosti expanzie spôsobiť praskanie v dôsledku vnútorného napätia, pokiaľ sa nepoužije správny postup elektródy a zvárania.
Používajte správne postupy čistenia prípravy zvaru
Rovnako ako pri iných kovoch, najskôr odstráňte olej, mastnotu, značky a nečistoty pomocou rozpúšťadla bez obsahu chlóru.Potom je hlavným pravidlom prípravy nehrdzavejúceho zvaru „Zabráňte kontaminácii uhlíkovou oceľou, aby ste zabránili korózii“.Niektoré spoločnosti používajú oddelené budovy pre svoje „obchody z nehrdzavejúcej ocele“ a „obchod s uhlíkom“, aby zabránili krížovej kontaminácii.
Pri príprave hrán na zváranie označte brúsne kotúče a nerezové kefy ako „iba nehrdzavejúce“.Niektoré postupy vyžadujú čistenie dva palce od kĺbu.Príprava spoja je tiež kritickejšia, pretože kompenzácia nezrovnalostí pri manipulácii s elektródou je ťažšia ako pri uhlíkovej oceli.
Použite správny postup čistenia po zváraní, aby ste predišli hrdzi
Na začiatok si pamätajte, čo robí nehrdzavejúcu oceľ nehrdzavejúcou: reakcia chrómu s kyslíkom za vzniku ochrannej vrstvy oxidu chrómu na povrchu materiálu.Nerezová hrdza je spôsobená zrážaním karbidu (pozri nižšie) a pretože proces zvárania zahrieva zvarový kov do bodu, kedy sa na povrchu zvaru môže vytvárať oxid feritického.Dokonale zdravý zvar ponechaný v zvarenom stave môže na hraniciach tepelne ovplyvnenej zóny vykazovať „stopy hrdze“ za menej ako 24 hodín.
Aby sa nová vrstva čistého oxidu chrómu mohla správne zreformovať, nehrdzavejúca oceľ vyžaduje čistenie po zváraní leštením, morením, brúsením alebo kefovaním.Opäť použite brúsky a kefy určené na túto úlohu.
Prečo je zvárací drôt z nehrdzavejúcej ocele magnetický?
Plne austenitická nehrdzavejúca oceľ je nemagnetická.Teploty zvárania však vytvárajú relatívne veľké zrno v mikroštruktúre, čo má za následok, že zvar je citlivý na trhliny.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 prasklinám.
Magnet sa neprilepí na cievku austenitickej nehrdzavejúcej výplne, ale osoba, ktorá drží magnet, môže cítiť mierny ťah kvôli zadržanému feritu.Bohužiaľ to spôsobuje, že niektorí používatelia si myslia, že ich výrobok bol nesprávne označený alebo že používajú nesprávny prídavný kov (najmä ak odtrhli štítok z drôteného koša).
Správne množstvo feritu v elektróde závisí od prevádzkovej teploty aplikácie.Napríklad príliš veľa feritu spôsobuje stratu húževnatosti zvaru pri nízkych teplotách.Výplň typu 308 pre aplikáciu potrubia LNG má teda feritové číslo medzi 3 a 6 v porovnaní s feritovým číslom 8 pre štandardnú výplň typu 308.Stručne povedané, prídavné kovy sa môžu na prvý pohľad zdať podobné, ale dôležité sú malé rozdiely v zložení.
Existuje jednoduchý spôsob zvárania duplexných nehrdzavejúcich ocelí?
Typicky majú duplexné nehrdzavejúce ocele mikroštruktúru pozostávajúcu z približne 50 % feritu a 50 % austenitu.Jednoducho povedané, ferit poskytuje vysokú pevnosť a určitú odolnosť voči koróznemu praskaniu, zatiaľ čo austenit poskytuje dobrú húževnatosť.Kombinácia dvoch fáz dáva duplexným oceliam ich atraktívne vlastnosti.K dispozícii je široká škála duplexných nehrdzavejúcich ocelí, pričom najbežnejší je typ 2205;obsahuje 22 % chrómu, 5 % niklu, 3 % molybdénu a 0,15 % dusíka.
Pri zváraní duplexnej nehrdzavejúcej ocele môžu nastať problémy, ak má zvarový kov 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 zliatiny, typicky o 2 až 4 % viac niklu ako v základnom kove.Napríklad drôt s tavivom na zváranie typu 2205 môže mať 8,85 % niklu.
Požadovaný obsah feritu sa môže po zváraní pohybovať od 25 do 55 % (ale môže byť aj vyšší).Všimnite si, že rýchlosť chladenia musí byť dostatočne pomalá, aby sa austenit mohol reformovať, ale nie tak pomalá, aby sa vytvorili intermetalické fázy, ani príliš rýchla, aby sa vytvoril nadbytok feritu v tepelne ovplyvnenej zóne.Dodržujte postupy odporúčané výrobcom pre proces zvárania a zvolený prídavný kov.
Úprava parametrov pri zváraní nehrdzavejúcej ocele
Pre výrobcov, ktorí pri zváraní nehrdzavejúcej ocele neustále upravujú parametre (napätie, prúd, dĺžku oblúka, indukčnosť, šírku impulzu atď.), je typickým vinníkom nekonzistentné zloženie prídavného kovu.Vzhľadom na dôležitosť legujúcich prvkov môžu mať rozdiely medzi jednotlivými šaržami v chemickom zložení značný vplyv na výkon zvaru, ako je napríklad zlé zmáčanie alebo ťažké uvoľňovanie trosky.Zmeny v priemere elektród, čistota povrchu, odliatok a špirála tiež ovplyvňujú výkon v aplikáciách GMAW a FCAW.
Riadenie kontroly zrážania karbidov v austenitickej nehrdzavejúcej oceli
Pri teplotách v rozsahu 426-871°C obsah uhlíka presahujúci 0,02% migruje na hranice zŕn austenitickej štruktúry, kde reaguje s chrómom za vzniku karbidu chrómu.Ak je chróm spojený s uhlíkom, nie je k dispozícii pre odolnosť proti korózii.Pri vystavení korozívnemu prostrediu dochádza k medzikryštalickej korózii, ktorá umožňuje rozožrať hranice zŕn.
Na kontrolu zrážania karbidu udržujte obsah uhlíka čo najnižší (maximálne 0,04 %) zváraním elektródami s nízkym obsahom uhlíka.Uhlík môže byť viazaný aj nióbom (predtým kolumbium) a titánom, ktoré majú silnejšiu afinitu k uhlíku ako chróm.Na tento účel sú vyrobené elektródy typu 347.
Ako sa pripraviť na diskusiu o výbere prídavného kovu
Zhromaždite aspoň informácie o konečnom použití zváraného dielu, vrátane prevádzkového prostredia (najmä prevádzkových teplôt, vystavenia korozívnym prvkom a stupňa predpokladanej odolnosti proti korózii) a požadovanej životnosti.Informácie o požadovaných mechanických vlastnostiach v prevádzkových podmienkach, vrátane pevnosti, húževnatosti, ťažnosti a únavy, veľmi pomáhajú.
Väčšina popredných výrobcov elektród poskytuje príručky pre výber prídavného kovu a autori nemôžu tento bod príliš zdôrazniť: pozrite si príručku aplikácie prídavného kovu alebo kontaktujte technických odborníkov výrobcu.Sú tu na to, aby vám pomohli s výberom správnej elektródy z nehrdzavejúcej ocele.
Viac informácií o prídavných kovoch z nehrdzavejúcej ocele TYUE a kontaktovanie odborníkov spoločnosti so žiadosťou o radu nájdete na stránke www.tyuelec.com.
Čas odoslania: 23. decembra 2022