Tento článek od společnosti Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. vysvětluje, co je třeba zvážit při specifikaci přídavných materiálů pro svařování nerezové oceli.
Schopnosti, které činí nerezovou ocel tak atraktivní – možnost přizpůsobit její mechanické vlastnosti a odolnost vůči korozi a oxidaci – také zvyšují složitost výběru vhodného přídavného materiálu pro svařování. Pro jakoukoli danou kombinaci základního materiálu může být vhodný kterýkoli z několika typů elektrod v závislosti na nákladech, provozních podmínkách, požadovaných mechanických vlastnostech a řadě problémů souvisejících se svařováním.
Tento článek poskytuje nezbytné technické zázemí, aby si čtenář mohl představit složitost tématu, a poté odpovídá na některé z nejčastějších otázek kladených dodavatelům přídavných materiálů. Stanovuje obecné pokyny pro výběr vhodných přídavných materiálů z nerezové oceli – a poté vysvětluje všechny výjimky z těchto pokynů! Článek se nezabývá svařovacími postupy, protože to je téma pro jiný článek.
Čtyři jakosti, četné legující prvky
Existují čtyři hlavní kategorie nerezových ocelí:
austenitické
martenzitický
feritický
Duplex
Názvy jsou odvozeny od krystalické struktury oceli, která se běžně nachází při pokojové teplotě. Když se nízkouhlíková ocel zahřeje nad 912 °C, atomy oceli se přeskupí ze struktury zvané ferit při pokojové teplotě do krystalové struktury zvané austenit. Po ochlazení se atomy vrátí do své původní struktury, feritu. Vysokoteplotní struktura, austenit, je nemagnetická, plastická a má nižší pevnost a větší tažnost než ferit při pokojové teplotě.
Když se do oceli přidá více než 16 % chromu, krystalická struktura oceli, ferit, se stabilizuje a ocel zůstává ve feritickém stavu za všech teplot. Proto se pro tuto slitinu používá název feritická nerezová ocel. Když se do oceli přidá více než 17 % chromu a 7 % niklu, vysokoteplotní krystalická struktura oceli, austenit, se stabilizuje tak, že přetrvává za všech teplot od nejnižších až po téměř tavicí.
Austenitická nerezová ocel se běžně označuje jako „chromniklový“ typ a martenzitické a feritické oceli se běžně nazývají „přímý chrom“. Některé legující prvky používané v nerezových ocelích a svarových kovech se chovají jako stabilizátory austenitu a jiné jako stabilizátory feritu. Nejdůležitějšími stabilizátory austenitu jsou nikl, uhlík, mangan a dusík. Stabilizátory feritu jsou chrom, křemík, molybden a niob. Vyvažování legujících prvků řídí množství feritu ve svarovém kovu.
Austenitické oceli se svařují snadněji a uspokojivěji než oceli s obsahem niklu nižším než 5 %. Svarové spoje vytvořené z austenitických nerezových ocelí jsou po svaření pevné, tvárné a houževnaté. Obvykle nevyžadují předehřívání ani tepelné zpracování po svařování. Austenitické oceli tvoří přibližně 80 % svařovaných nerezových ocelí a tento úvodní článek se na ně silně zaměřuje.
Tabulka 1: Druhy nerezové oceli a jejich obsah chromu a niklu.
tstart{c,80 %}
thead{Typ|% chromu|% niklu|Druhy}
tdata{Austenitická|16 - 30 %|8 - 40 %|200, 300}
tdata{Martenzitická|11 - 18 %|0 - 5 %|403, 410, 416, 420}
tdata{Feritové|11 - 30 %|0 - 4 %|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Duplex|18 - 28 %|4 - 8 %|2205}
mají tendenci
Jak vybrat správný nerezový přídavný materiál
Pokud je základní materiál v obou deskách stejný, původní zásadou bylo „začít shodou základního materiálu“. To v některých případech funguje dobře; pro spojení typu 310 nebo 316 zvolte odpovídající typ výplně.
Pro spojování různých materiálů se řiďte touto zásadou: „zvolte plnivo, které odpovídá legovanějšímu materiálu.“ Pro spojování oceli 304 s ocelí 316 zvolte plnivo z oceli 316.
„Pravidlo shody“ má bohužel tolik výjimek, že lepším principem je konzultovat tabulku pro výběr přídavného materiálu. Například typ 304 je nejběžnějším základním materiálem z nerezové oceli, ale nikdo nenabízí elektrodu typu 304.
Jak svařovat nerezovou ocel typu 304 bez elektrody typu 304
Pro svařování nerezové oceli typu 304 použijte přídavnou látku typu 308, protože další legující prvky v typu 308 lépe stabilizují oblast svaru.
Nicméně, 308L je také přijatelným plnivem. Označení „L“ za jakýmkoli typem označuje nízký obsah uhlíku. Nerezová ocel typu 3XXL má obsah uhlíku 0,03 % nebo méně, zatímco standardní nerezová ocel typu 3XX může mít maximální obsah uhlíku 0,08 %.
Protože plnivo typu L spadá do stejné klasifikace jako produkt jiného typu, výrobci mohou a měli by důrazně zvážit použití plniva typu L, protože nižší obsah uhlíku snižuje riziko problémů s mezikrystalovou korozí. Autoři dokonce tvrdí, že plnivo typu L by se používalo častěji, kdyby výrobci jednoduše aktualizovali své postupy.
Výrobci používající proces GMAW mohou také zvážit použití přídavné látky typu 3XXSi, protože přidání křemíku zlepšuje smáčení. V situacích, kdy má svar vysoký nebo drsný vrchol, nebo kde se svarová lázeň dobře nesvazuje na špičkách koutového nebo přeplátovaného spoje, může použití křemíkové elektrody typu GMAW vyhladit svarovou housenku a podpořit lepší tavení.
Pokud máte obavy z precipitace karbidů, zvažte použití plniva typu 347, které obsahuje malé množství niobu.
Jak svařovat nerezovou ocel s uhlíkovou ocelí
K této situaci dochází v aplikacích, kde jedna část konstrukce vyžaduje korozivzdornou vnější plochu spojenou s konstrukčním prvkem z uhlíkové oceli za účelem snížení nákladů. Při spojování základního materiálu bez legujících prvků se základním materiálem s legujícími prvky použijte nadměrně legovanou přísadu, aby se ředění ve svarovém kovu vyrovnalo nebo bylo legovanější než u nerezového základního kovu.
Pro spojování uhlíkové oceli s typem 304 nebo 316, stejně jako pro spojování odlišných nerezových ocelí, zvažte pro většinu aplikací elektrodu typu 309L. Pokud je požadován vyšší obsah Cr, zvažte typ 312.
Jako varování, austenitické nerezové oceli vykazují rychlost roztažnosti, která je asi o 50 procent vyšší než u uhlíkové oceli. Při spojování mohou rozdílné rychlosti roztažnosti způsobit praskání v důsledku vnitřního pnutí, pokud se nepoužije správná elektroda a svařovací postup.
Používejte správné postupy čištění pro přípravu svaru
Stejně jako u jiných kovů nejprve odstraňte olej, mastnotu, značky a nečistoty nechlorovaným rozpouštědlem. Poté je hlavním pravidlem přípravy svaru nerezové oceli „Zabraňte kontaminaci uhlíkovou ocelí, abyste zabránili korozi“. Některé společnosti používají pro svou „nerezovou dílnu“ a „uhlíkovou dílnu“ oddělené budovy, aby se zabránilo křížové kontaminaci.
Při přípravě hran pro svařování označte brusné kotouče a nerezové kartáče jako „pouze nerezové“. Některé postupy vyžadují čištění 5 cm od spoje. Příprava spoje je také důležitější, protože kompenzace nesrovnalostí při manipulaci s elektrodou je obtížnější než u uhlíkové oceli.
Používejte správný postup čištění po svařování, abyste zabránili korozi
Pro začátek si připomeňme, co dělá nerezovou ocel nerezovou: reakce chromu s kyslíkem za vzniku ochranné vrstvy oxidu chromu na povrchu materiálu. Nerezová ocel rezaví kvůli srážení karbidů (viz níže) a proto, že proces svařování zahřívá svarový kov do bodu, kdy se na povrchu svaru může tvořit oxid feritický. Ponechaný v perfektně zdravém stavu může na okrajích tepelně ovlivněné zóny vykazovat „stopy rzi“ za méně než 24 hodin.
Aby se mohla nová vrstva čistého oxidu chromu řádně obnovit, vyžaduje nerezová ocel po svařování čištění leštěním, mořením, broušením nebo kartáčováním. Opět použijte brusky a kartáče určené pro tento účel.
Proč je svařovací drát z nerezové oceli magnetický?
Plně austenitická nerezová ocel je nemagnetická. Svařovací teploty však vytvářejí v mikrostruktuře relativně velká zrna, což má za následek citlivost svaru na praskání. Pro zmírnění citlivosti na praskání za tepla přidávají výrobci elektrod legující prvky, včetně feritu. Feritová fáze způsobuje, že austenitická zrna jsou mnohem jemnější, takže svar se stává odolnějším vůči praskání.
Magnet se nepřichytí na cívku s austenitickým nerezovým plnivem, ale osoba držící magnet může cítit mírný tah kvůli zadrženému feritu. To bohužel vede některé uživatele k domněnce, že jejich výrobek byl špatně označen nebo že používají nesprávný přídavný materiál (zejména pokud strhli štítek z drátěného koše).
Správné množství feritu v elektrodě závisí na provozní teplotě dané aplikace. Například příliš mnoho feritu způsobí, že svar ztrácí svou houževnatost při nízkých teplotách. Proto má přídavné materiály typu 308 pro potrubí LNG feritové číslo mezi 3 a 6, ve srovnání s feritovým číslem 8 u standardních přídavných materiálů typu 308. Stručně řečeno, přídavné kovy se na první pohled mohou zdát podobné, ale malé rozdíly ve složení jsou důležité.
Existuje snadný způsob svařování duplexních nerezových ocelí?
Duplexní nerezové oceli mají typicky mikrostrukturu sestávající z přibližně 50 % feritu a 50 % austenitu. Jednoduše řečeno, ferit poskytuje vysokou pevnost a určitou odolnost proti koroznímu praskání v důsledku napětí, zatímco austenit poskytuje dobrou houževnatost. Tyto dvě fáze v kombinaci dávají duplexním ocelím jejich atraktivní vlastnosti. K dispozici je široká škála duplexních nerezových ocelí, přičemž nejběžnější je typ 2205; obsahuje 22 % chromu, 5 % niklu, 3 % molybdenu a 0,15 % dusíku.
Při svařování duplexní nerezové oceli mohou nastat problémy, pokud svarový kov obsahuje příliš mnoho feritu (teplo z oblouku způsobuje, že se atomy uspořádají do feritové matrice). Pro kompenzaci musí přídavné kovy podporovat austenitickou strukturu s vyšším obsahem legujícího materiálu, obvykle o 2 až 4 % více niklu než v základním kovu. Například plněný drát pro svařování typu 2205 může obsahovat 8,85 % niklu.
Požadovaný obsah feritu se po svařování může pohybovat od 25 do 55 % (ale může být i vyšší). Rychlost ochlazování musí být dostatečně pomalá, aby se austenit mohl znovu formovat, ale ne tak pomalá, aby se vytvořily intermetalické fáze, ani příliš rychlá, aby se v tepelně ovlivněné zóně vytvořil přebytečný ferit. Dodržujte postupy doporučené výrobcem pro daný svařovací proces a zvolený přídavný materiál.
Nastavení parametrů při svařování nerezové oceli
Pro výrobce, kteří při svařování nerezové oceli neustále upravují parametry (napětí, proud, délku oblouku, indukčnost, šířku pulzu atd.), je typickým viníkem nekonzistentní složení přídavného materiálu. Vzhledem k důležitosti legujících prvků mohou mít odchylky v chemickém složení mezi jednotlivými šaržemi znatelný vliv na výkon svaru, například na špatné smáčení nebo obtížné uvolnění strusky. Změny průměru elektrody, čistoty povrchu, odlitku a šroubovice také ovlivňují výkon při svařování metodou GMAW a FCAW.
Řízení precipitace karbidů v austenitické nerezové oceli
Při teplotách v rozmezí 426–871 °C migruje obsah uhlíku přesahující 0,02 % k hranicím zrn austenitické struktury, kde reaguje s chromem za vzniku karbidu chromu. Pokud je chrom vázán s uhlíkem, není k dispozici pro odolnost proti korozi. Při vystavení korozivnímu prostředí dochází k mezikrystalové korozi, která umožňuje rozrušování hranic zrn.
Pro kontrolu precipitace karbidů udržujte obsah uhlíku co nejnižší (maximálně 0,04 %) svařováním nízkouhlíkovými elektrodami. Uhlík lze také vázat niobem (dříve kolumbiem) a titanem, které mají silnější afinitu k uhlíku než chrom. Pro tento účel se vyrábějí elektrody typu 347.
Jak se připravit na diskusi o výběru přídavného materiálu
Minimálně shromážděte informace o konečném použití svařovaného dílu, včetně provozního prostředí (zejména provozních teplot, vystavení korozivním vlivům a stupně očekávané odolnosti proti korozi) a požadované životnosti. Velmi pomáhají informace o požadovaných mechanických vlastnostech za provozních podmínek, včetně pevnosti, houževnatosti, tažnosti a únavy materiálu.
Většina předních výrobců elektrod poskytuje průvodce pro výběr přídavného materiálu a autoři nemohou tento bod dostatečně zdůraznit: prostudujte si průvodce pro použití přídavného materiálu nebo se obraťte na technické odborníky výrobce. Jsou tu, aby vám pomohli s výběrem správné elektrody z nerezové oceli.
Pro více informací o přídavných materiálech do nerezové oceli od společnosti TYUE a pro kontaktování odborníků společnosti navštivte webové stránky www.tyuelec.com.
Čas zveřejnění: 23. prosince 2022