Ovaj članak tvrtke Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. objašnjava što treba uzeti u obzir pri specificiranju dodatnih metala za zavarivanje nehrđajućeg čelika.
Mogućnosti koje nehrđajući čelik čine tako atraktivnim - mogućnost prilagođavanja njegovih mehaničkih svojstava i otpornosti na koroziju i oksidaciju - također povećavaju složenost odabira odgovarajućeg dodatnog metala za zavarivanje.Za bilo koju danu kombinaciju osnovnog materijala, bilo koja od nekoliko vrsta elektroda može biti prikladna, ovisno o troškovima, uvjetima rada, željenim mehaničkim svojstvima i nizu problema povezanih sa zavarivanjem.
Ovaj članak pruža potrebnu tehničku pozadinu kako bi čitatelj shvatio složenost teme, a zatim odgovara na neka od najčešćih pitanja koja se postavljaju dobavljačima metalnih dodataka.Utvrđuje opće smjernice za odabir odgovarajućih dodatnih metala od nehrđajućeg čelika - a zatim objašnjava sve iznimke od tih smjernica!Članak ne pokriva postupke zavarivanja jer je to tema za drugi članak.
Četiri stupnja, brojni legirajući elementi
Postoje četiri glavne kategorije nehrđajućeg čelika:
austenitnog
martenzitni
feritni
Duplex
Nazivi su izvedeni iz kristalne strukture čelika koji se normalno nalazi na sobnoj temperaturi.Kada se čelik s niskim udjelom ugljika zagrije iznad 912 stupnjeva C, atomi čelika se preuređuju iz strukture zvane ferit na sobnoj temperaturi u kristalnu strukturu zvanu austenit.Hlađenjem se atomi vraćaju u svoju izvornu strukturu, ferit.Visokotemperaturna struktura, austenit, je nemagnetska, plastična i ima nižu čvrstoću i veću duktilnost od oblika ferita sobne temperature.
Kada se čeliku doda više od 16% kroma, kristalna struktura sobne temperature, ferit, se stabilizira i čelik ostaje u feritnom stanju na svim temperaturama.Stoga se za ovu legiranu osnovu koristi naziv feritni nehrđajući čelik.Kada se čeliku doda više od 17% kroma i 7% nikla, visokotemperaturna kristalna struktura čelika, austenit, stabilizira se tako da traje na svim temperaturama od najniže do gotovo taljenja.
Austenitni nehrđajući čelik obično se naziva "krom-nikal" tip, a martenzitni i feritni čelici obično se nazivaju "ravni krom" tipovi.Određeni legirajući elementi koji se koriste u nehrđajućim čelicima i metalima za zavarivanje ponašaju se kao stabilizatori austenita, a drugi kao stabilizatori ferita.Najvažniji stabilizatori austenita su nikal, ugljik, mangan i dušik.Feritni stabilizatori su krom, silicij, molibden i niobij.Balansiranjem legiranih elemenata kontrolira se količina ferita u metalu zavara.
Austenitne vrste se lakše i na zadovoljavajući način zavaruju od onih koje sadrže manje od 5% nikla.Zavareni spojevi proizvedeni od austenitnog nehrđajućeg čelika su čvrsti, duktilni i žilavi u zavarenom stanju.Obično ne zahtijevaju prethodno zagrijavanje ili toplinsku obradu nakon zavarivanja.Austenitni stupnjevi čine otprilike 80% zavarenog nehrđajućeg čelika i ovaj se uvodni članak uvelike usredotočuje na njih.
Tablica 1: Vrste nehrđajućeg čelika i njihov sadržaj kroma i nikla.
tstart{c,80%}
thead{Tip|% Krom|% Nikal|Vrste}
tpodaci{Austenit|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tpodaci{Martenzitni|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tpodaci{Ferit|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Duplex|18 - 28%|4 - 8%|2205}
njegovati{}
Kako odabrati odgovarajući nehrđajući dodatni metal
Ako je osnovni materijal u obje ploče isti, izvorno načelo vodilje je bilo: 'Počnite tako što ćete uskladiti osnovni materijal.'To dobro funkcionira u nekim slučajevima;za spajanje tipa 310 ili 316 odaberite odgovarajuću vrstu punila.
Za spajanje različitih materijala, slijedite ovo vodeće načelo: 'odaberite punilo koje odgovara materijalu s većom količinom legure.'Za spajanje 304 na 316 odaberite 316 punilo.
Nažalost, 'pravilo podudaranja' ima toliko iznimaka da je bolje načelo, Posavjetujte se s tablicom za odabir metala za punjenje.Na primjer, tip 304 je najčešći osnovni materijal od nehrđajućeg čelika, ali nitko ne nudi elektrodu tipa 304.
Kako zavariti nehrđajući čelik tipa 304 bez elektrode tipa 304
Za zavarivanje nehrđajućeg čelika tipa 304 koristite punilo tipa 308 jer će dodatni legirajući elementi u tipu 308 bolje stabilizirati područje zavara.
Međutim, 308L je također prihvatljivo punilo.Oznaka 'L' iza bilo koje vrste označava nizak sadržaj ugljika.Nehrđajući metal tipa 3XXL ima udio ugljika od 0,03% ili manje, dok standardni nehrđajući materijal tipa 3XX može imati maksimalni sadržaj ugljika od 0,08%.
Budući da punilo tipa L spada u istu klasifikaciju kao i proizvodi koji nisu L, proizvođači mogu, i trebaju ozbiljno razmotriti korištenje punila tipa L jer niži sadržaj ugljika smanjuje rizik od problema s interkristalnom korozijom.Zapravo, autori tvrde da bi se punilo tipa L više koristilo kada bi proizvođači jednostavno ažurirali svoje postupke.
Proizvođači koji koriste GMAW proces također bi mogli razmotriti korištenje punila tipa 3XXSi, budući da dodavanje silicija poboljšava vlaženje.U situacijama kada zavar ima visoku ili hrapavu krunu, ili gdje zavarena lopatica ne prianja dobro na vrhove kutnog ili preklopnog spoja, korištenje GMAW elektrode tipa Si može izgladiti zavareni rub i pospješiti bolje stapanje.
Ako vas zabrinjava taloženje karbida, razmislite o punilu tipa 347 koje sadrži malu količinu niobija.
Kako zavariti nehrđajući čelik na ugljični čelik
Ova situacija se događa u primjenama gdje jedan dio strukture zahtijeva vanjsku površinu otpornu na koroziju spojenu na strukturni element od ugljičnog čelika radi smanjenja troškova.Kada spajate osnovni materijal bez legirajućih elemenata s osnovnim materijalom s legirajućim elementima, upotrijebite prekomjerno legirano punilo tako da je razrjeđenje unutar metala zavara u ravnoteži ili da bude više legirano od nehrđajućeg osnovnog metala.
Za spajanje ugljičnog čelika s tipom 304 ili 316, kao i za spajanje različitih nehrđajućih čelika, razmotrite elektrodu tipa 309L za većinu primjena.Ako je poželjan veći sadržaj Cr, razmotrite tip 312.
Kao upozorenje, austenitni nehrđajući čelici pokazuju stopu širenja koja je oko 50 posto veća od one kod ugljičnog čelika.Kada se spoje, različite brzine širenja mogu uzrokovati pucanje zbog unutarnjih naprezanja osim ako se ne koristi odgovarajuća elektroda i postupak zavarivanja.
Koristite ispravne postupke čišćenja pripreme zavara
Kao i kod drugih metala, prvo uklonite ulje, mast, oznake i prljavštinu nekloriranim otapalom.Nakon toga, primarno pravilo pripreme nehrđajućeg zavara je 'Izbjegavajte kontaminaciju od ugljičnog čelika kako biste spriječili koroziju.'Neke tvrtke koriste odvojene zgrade za svoju 'trgovinu nehrđajućeg čelika' i 'carbon shop' kako bi spriječile unakrsnu kontaminaciju.
Označite brusne ploče i nehrđajuće četke kao "samo nehrđajuće" kada pripremate rubove za zavarivanje.Neki postupci zahtijevaju čišćenje dva inča unatrag od zgloba.Priprema spoja također je kritičnija, budući da je kompenzacija nedosljednosti pri manipulaciji elektrodama teža nego kod ugljičnog čelika.
Koristite pravilan postupak čišćenja nakon zavarivanja kako biste spriječili hrđu
Za početak, sjetite se što nehrđajući čelik čini nehrđajućim: reakcija kroma s kisikom kako bi se stvorio zaštitni sloj kromovog oksida na površini materijala.Nehrđajući metal hrđa zbog taloženja karbida (vidi dolje) i zato što proces zavarivanja zagrijava metal zavara do točke gdje se na površini zavara može stvoriti feritni oksid.Ostavljen u zavarenom stanju, savršeno zdrav zavar mogao bi pokazati 'tragove hrđe' na granicama zone utjecaja topline za manje od 24 sata.
Kako bi se novi sloj čistog kromovog oksida mogao ispravno reformirati, nehrđajući čelik zahtijeva čišćenje nakon zavarivanja poliranjem, dekapiranjem, brušenjem ili četkanjem.Opet, koristite brusilice i četke posvećene zadatku.
Zašto je žica za zavarivanje od nehrđajućeg čelika magnetna?
Potpuno austenitni nehrđajući čelik je nemagnetičan.Međutim, temperature zavarivanja stvaraju relativno veliko zrno u mikrostrukturi, što rezultira osjetljivošću zavara na pukotine.Kako bi ublažili osjetljivost na vruće pucanje, proizvođači elektroda dodaju legirajuće elemente, uključujući ferit.Feritna faza uzrokuje da austenitna zrna budu mnogo finija, pa zavar postaje otporniji na pukotine.
Magnet se neće zalijepiti za kalem od austenitnog nehrđajućeg punila, ali osoba koja drži magnet mogla bi osjetiti lagano povlačenje zbog zaostatka ferita.Nažalost, zbog toga neki korisnici misle da je njihov proizvod pogrešno označen ili da koriste pogrešan metal za punjenje (osobito ako su otrgnuli naljepnicu sa žičane košarice).
Točna količina ferita u elektrodi ovisi o radnoj temperaturi primjene.Na primjer, previše ferita uzrokuje gubitak žilavosti zavara na niskim temperaturama.Dakle, punilo tipa 308 za primjenu LNG cjevovoda ima feritni broj između 3 i 6, u usporedbi s feritnim brojem od 8 za standardno punilo tipa 308.Ukratko, dodaci se isprva mogu činiti sličnima, ali male razlike u sastavu su važne.
Postoji li jednostavan način za zavarivanje duplex nehrđajućeg čelika?
Tipično, duplex nehrđajući čelici imaju mikrostrukturu koja se sastoji od približno 50% ferita i 50% austenita.Jednostavno rečeno, ferit osigurava visoku čvrstoću i određenu otpornost na pucanje uslijed korozije, dok austenit osigurava dobru žilavost.Dvije faze u kombinaciji daju duplex čelicima njihova atraktivna svojstva.Dostupan je širok raspon duplex nehrđajućih čelika, a najčešći je tip 2205;sadrži 22% kroma, 5% nikla, 3% molibdena i 0,15% dušika.
Kod duplex zavarivanja nehrđajućeg čelika problemi mogu nastati ako metal zavara ima previše ferita (toplina iz luka uzrokuje da se atomi sami rasporede u feritnu matricu).Da bi se to kompenziralo, dodatni metali moraju promovirati austenitnu strukturu s višim sadržajem legure, obično 2 do 4% više nikla nego u osnovnom metalu.Na primjer, punjena žica za zavarivanje tipa 2205 može sadržavati 8,85% nikla.
Željeni sadržaj ferita može biti u rasponu od 25 do 55% nakon zavarivanja (ali može biti i veći).Imajte na umu da brzina hlađenja mora biti dovoljno spora da omogući reformu austenita, ali ne toliko spora da stvori intermetalne faze, niti prebrza da stvori višak ferita u zoni pod utjecajem topline.Slijedite preporučene postupke proizvođača za postupak zavarivanja i odabrani dodatni metal.
Podešavanje parametara kod zavarivanja nehrđajućeg čelika
Za proizvođače koji stalno prilagođavaju parametre (napon, jakost struje, duljinu luka, induktivitet, širinu impulsa itd.) pri zavarivanju nehrđajućeg čelika, tipični krivac je nedosljedan sastav dodatnog metala.S obzirom na važnost legirajućih elemenata, varijacije u kemijskom sastavu od serije do serije mogu imati značajan utjecaj na performanse zavara, kao što je slabo vlaženje ili otežano oslobađanje troske.Varijacije u promjeru elektrode, čistoći površine, odljevu i spirali također utječu na performanse u GMAW i FCAW aplikacijama.
Upravljanje kontrolnim taloženjem karbida u austenitnom nehrđajućem čeliku
Na temperaturama u rasponu od 426-871°C, sadržaj ugljika veći od 0,02% migrira do granica zrna austenitne strukture, gdje reagira s kromom da bi se formirao krom karbid.Ako je krom vezan s ugljikom, nije dostupan za otpornost na koroziju.Kada se izloži korozivnom okruženju, dolazi do interkristalne korozije, koja omogućuje izjedanje granica zrna.
Za kontrolu taloženja karbida, održavajte sadržaj ugljika što je moguće nižim (maksimalno 0,04%) zavarivanjem elektrodama s niskim udjelom ugljika.Ugljik se također može vezati niobijem (bivši kolumbijem) i titanom, koji imaju jači afinitet prema ugljiku nego krom.U tu svrhu napravljene su elektrode tipa 347.
Kako se pripremiti za raspravu o izboru dodatnog materijala
U najmanju ruku, prikupite informacije o krajnjoj upotrebi zavarenog dijela, uključujući radno okruženje (osobito radne temperature, izloženost korozivnim elementima i stupanj očekivane otpornosti na koroziju) i željeni radni vijek.Informacije o zahtijevanim mehaničkim svojstvima u radnim uvjetima uvelike pomažu, uključujući čvrstoću, žilavost, rastegljivost i zamor.
Većina vodećih proizvođača elektroda daje vodiče za odabir metala za punjenje, a autori ne mogu prenaglasiti ovu točku: pogledajte vodič za primjenu metala za punjenje ili kontaktirajte tehničke stručnjake proizvođača.Oni su tu da vam pomognu pri odabiru ispravne elektrode od nehrđajućeg čelika.
Za više informacija o TYUE dodacima od nehrđajućeg čelika i kontaktiranje stručnjaka tvrtke za savjet, posjetite www.tyuelec.com.
Vrijeme objave: 23. prosinca 2022