Tento článek od Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. vysvětluje, co je třeba vzít v úvahu při specifikaci přídavných kovů pro svařování nerezové oceli.
Schopnosti, které činí nerezovou ocel tak atraktivní – schopnost přizpůsobit její mechanické vlastnosti a odolnost vůči korozi a oxidaci – také zvyšují složitost výběru vhodného přídavného kovu pro svařování.Pro jakoukoli danou kombinaci základních materiálů 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 čtenář ocenil složitost tématu, a poté odpovídá na některé z nejčastějších otázek kladených na dodavatele přídavných kovů.Stanovuje obecné pokyny pro výběr vhodných přídavných kovů z nerezové oceli - a poté vysvětluje všechny výjimky z těchto pokynů!Článek se nezabývá postupy svařování, protože to je téma na jiný článek.
Čtyři třídy, mnoho legujících prvků
Existují čtyři hlavní kategorie nerezových ocelí:
austenitické
martenzitické
feritický
Duplex
Názvy jsou odvozeny z krystalické struktury oceli běžně se vyskytující při pokojové teplotě.Když se nízkouhlíková ocel zahřeje nad 912°C, atomy oceli se při pokojových teplotách přeskupí ze struktury zvané ferit na krystalickou strukturu nazývanou 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 forma feritu při pokojové teplotě.
Když je do oceli přidáno více než 16 % chrómu, krystalická struktura feritu při pokojové teplotě se stabilizuje a ocel zůstává ve feritickém stavu při všech teplotách.Proto se pro tento slitinový základ používá název feritická nerezová ocel.Když se do oceli přidá více než 17 % chromu a 7 % niklu, stabilizuje se vysokoteplotní krystalická struktura oceli, austenit, tak, že přetrvává při všech teplotách od úplně nejnižších až po téměř tání.
Austenitická nerezová ocel je běžně označována jako „chrom-niklový“ typ a martenzitické a feritické oceli se běžně nazývají „rovné chromové“ typy.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.Feritové stabilizátory jsou chrom, křemík, molybden a niob.Vyvážením legujících prvků se řídí množství feritu ve svarovém kovu.
Austenitické třídy se svařují snadněji a uspokojivěji než ty, které obsahují méně než 5 % niklu.Svarové spoje vyrobené z austenitických nerezových ocelí jsou pevné, tažné a houževnaté ve stavu po svařování.Obvykle nevyžadují předehřev nebo tepelné zpracování po svařování.Austenitické třídy tvoří přibližně 80 % svařované nerezové oceli a tento úvodní článek se na ně silně zaměřuje.
Tabulka 1: Druhy nerezové oceli a jejich obsah chromu a niklu.
tstart{c,80%}
thead{Type|% Chromium|% Nickel|Typy}
tdata{austenitické|16 – 30 %|8 – 40 %|200, 300}
tdata{Martensitic|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}
inklinovat{}
Jak vybrat správný nerezový přídavný kov
Pokud je základní materiál v obou deskách stejný, původním principem bývalo: „Začněte přizpůsobením základního materiálu“.To v některých případech funguje dobře;pro připojení typu 310 nebo 316 vyberte odpovídající typ výplně.
Chcete-li spojovat různé materiály, dodržujte tuto hlavní zásadu: 'vyberte plnivo, které odpovídá vysoce legovanému materiálu.'Chcete-li se připojit k 304 až 316, vyberte výplň 316.
Bohužel, „pravidlo shody“ má tolik výjimek, že lepší zásada je: Podívejte se do tabulky výběru přídavných materiálů.Například typ 304 je nejběžnějším základním materiálem z nerezové oceli, ale nikdo nenabízí elektrodu typu 304.
Jak svařovat nerez typ 304 bez elektrody typu 304
Pro svařování nerezové oceli typu 304 použijte plnivo typu 308, protože dodatečné legující prvky v typu 308 lépe stabilizují oblast svaru.
308L je však také přijatelná výplň.Označení „L“ za každým typem znamená 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 bez L, výrobci mohou a měli by důrazně zvážit použití plniva typu L, protože nižší obsah uhlíku snižuje riziko problémů s mezikrystalovou korozí.Ve skutečnosti autoři tvrdí, že výplň typu L by byla široce používána, kdyby výrobci jednoduše aktualizovali své postupy.
Výrobci používající proces GMAW mohou také zvážit použití plniva typu 3XXSi, protože přidání křemíku zlepšuje smáčení.V situacích, kdy má svar vysokou nebo drsnou korunu, nebo kde se svarová louže dobře nenavazuje na špičkách koutového nebo přeplátovaného spoje, může použití elektrody Si typu GMAW vyhladit svarovou housenku a podpořit lepší tavení.
Pokud je problémem vysrážení karbidů, zvažte plnivo typu 347, které obsahuje malé množství niobu.
Jak svařovat nerezovou ocel s uhlíkovou ocelí
Tato situace nastává v aplikacích, kde jedna část konstrukce vyžaduje korozivzdornou vnější stranu 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 přelegované plnivo, aby se ředění ve svarovém kovu vyrovnalo nebo bylo více legované než nerezový základní kov.
Pro spojování uhlíkové oceli s typem 304 nebo 316, stejně jako pro spojování různých nerezových ocelí, zvažte elektrodu typu 309L pro většinu aplikací.Pokud je požadován vyšší obsah Cr, zvažte typ 312.
Upozornění: austenitické korozivzdorné oceli vykazují rychlost expanze, která je asi o 50 procent vyšší než u uhlíkové oceli.Při spojování mohou různé rychlosti roztahování způsobit praskání v důsledku vnitřního pnutí, pokud není použit správný postup elektrody a svařování.
Používejte správné postupy čištění přípravy svaru
Stejně jako u jiných kovů nejprve odstraňte olej, mastnotu, značky a nečistoty pomocí nechlorovaného rozpouštědla.Poté je primárním pravidlem přípravy nerezového svaru 'Zabraňte kontaminaci uhlíkovou ocelí, abyste zabránili korozi.'Některé společnosti používají oddělené budovy pro své „obchody s nerezem“ a „obchod s uhlíkem“, aby zabránily křížové kontaminaci.
Při přípravě hran pro svařování označte brusné kotouče a nerezové kartáče jako „pouze nerezové“.Některé postupy vyžadují čištění dva palce od kloubu.Příprava spoje je také kritičtější, protože kompenzace nesrovnalostí při manipulaci s elektrodou je těžší než u uhlíkové oceli.
Použijte správný postup čištění po svařování, abyste zabránili korozi
Pro začátek si vzpomeňte, co dělá nerezovou ocel nerezovou: reakce chrómu s kyslíkem za vytvoření ochranné vrstvy oxidu chrómu na povrchu materiálu.Nerezová koroze kvůli srážení karbidů (viz níže) a protože proces svařování zahřívá svarový kov do bodu, kdy se na povrchu svaru může tvořit oxid feritického.Ponechání ve svařeném stavu může dokonale zdravý svar vykazovat „koroze rzi“ na hranicích tepelně ovlivněné zóny za méně než 24 hodin.
Aby se nová vrstva čistého oxidu chrómu mohla řádně reformovat, vyžaduje nerezová ocel po svařování čištění leštěním, mořením, broušením nebo kartáčováním.Opět použijte brusky a kartáče určené pro tento úkol.
Proč je svařovací drát z nerezové oceli magnetický?
Plně austenitická nerezová ocel je nemagnetická.Teploty svařování však vytvářejí relativně velké zrno v mikrostruktuře, což má za následek, že svar je citlivý na trhliny.Pro zmírnění citlivosti k praskání za tepla přidávají výrobci elektrod legující prvky, včetně feritu.Feritová fáze způsobuje, že austenitická zrna jsou mnohem jemnější, takže svar se stává odolnějším proti praskání.
Magnet se k cívce austenitické nerezové výplně nepřilepí, ale osoba držící magnet může cítit mírné tahání kvůli zadrženému feritu.Bohužel to způsobuje, že si někteří uživatelé myslí, že jejich produkt byl špatně označen nebo že používají špatný přídavný kov (zejména pokud odtrhli štítek z drátěného koše).
Správné množství feritu v elektrodě závisí na provozní teplotě aplikace.Například příliš mnoho feritu způsobuje ztrátu houževnatosti svaru při nízkých teplotách.Plnička typu 308 pro potrubí LNG má tedy feritové číslo mezi 3 a 6, ve srovnání s feritovým číslem 8 pro standardní plnič typu 308.Stručně řečeno, přídavné kovy se mohou na první pohled zdát podobné, ale důležité jsou malé rozdíly ve složení.
Existuje snadný způsob, jak svařovat duplexní nerezové oceli?
Duplexní nerezové oceli mají typicky mikrostrukturu sestávající z přibližně 50 % feritu a 50 % austenitu.Jednoduše řečeno, ferit poskytuje vysokou pevnost a určitou odolnost proti praskání korozí pod napětím, zatímco austenit poskytuje dobrou houževnatost.Tyto dvě fáze v kombinaci dávají duplexní oceli jejich atraktivní vlastnosti.K dispozici je široká škála duplexních nerezových ocelí, přičemž nejběžnější je typ 2205;obsahuje 22 % chrómu, 5 % niklu, 3 % molybdenu a 0,15 % dusíku.
Při svařování duplexní nerezové oceli mohou nastat problémy, pokud má svarový kov příliš mnoho feritu (teplo z oblouku způsobí, že se atomy uspořádají do feritové matrice).Pro kompenzaci je třeba, aby přídavné kovy podporovaly austenitickou strukturu s vyšším obsahem slitiny, typicky o 2 až 4 % více niklu než v základním kovu.Například plněný drát pro svařování typu 2205 může mít 8,85 % niklu.
Požadovaný obsah feritu se může po svařování pohybovat od 25 do 55 % (ale může být i vyšší).Všimněte si, že rychlost chlazení musí být dostatečně pomalá, aby se austenit mohl reformovat, ale ne tak pomalá, aby se vytvářely intermetalické fáze, ani příliš rychlá, aby se vytvořil přebytek feritu v tepelně ovlivněné zóně.Dodržujte postupy doporučené výrobcem pro proces svařování a zvolený přídavný materiál.
Úprava parametrů při svařování nerezové oceli
Pro výrobce, kteří neustále upravují parametry (napětí, proud, délku oblouku, indukčnost, šířku pulzu atd.) při svařování nerezové oceli, je typickým viníkem nekonzistentní složení přídavného kovu.Vzhledem k důležitosti legujících prvků mohou mít změny chemického složení mezi jednotlivými šaržemi znatelný vliv na výkon svaru, jako je špatné smáčení nebo obtížné uvolňování strusky.Změny v průměru elektrody, čistotě povrchu, odlitku a šroubovici také ovlivňují výkon v aplikacích GMAW a FCAW.
Řízení kontroly srážení karbidů v austenitické nerezové oceli
Při teplotách v rozmezí 426-871°C migruje obsah uhlíku vyšší než 0,02 % na hranice zrn austenitické struktury, kde reaguje s chromem za vzniku karbidu chrómu.Pokud je chrom spojen s uhlíkem, není k dispozici pro odolnost proti korozi.Při vystavení koroznímu prostředí dochází k mezikrystalové korozi, která umožňuje rozežrat hranice zrn.
Pro kontrolu precipitace karbidů udržujte obsah uhlíku co nejnižší (maximálně 0,04 %) svařováním elektrodami s nízkým obsahem uhlíku.Uhlík může být také vázán niobem (dříve kolumbium) a titanem, které mají silnější afinitu k uhlíku než chrom.Pro tento účel jsou vyrobeny elektrody typu 347.
Jak se připravit na diskusi o výběru přídavného kovu
Shromážděte minimálně informace o konečném použití svařovaného dílu, včetně provozního prostředí (zejména provozní teploty, vystavení korozivním prvkům a stupeň očekávané odolnosti proti korozi) a požadované životnosti.Velmi pomáhají informace o požadovaných mechanických vlastnostech za provozních podmínek, včetně pevnosti, houževnatosti, tažnosti a únavy.
Většina předních výrobců elektrod poskytuje průvodce pro výběr přídavného kovu a autoři nemohou tento bod přehnaně zdůrazňovat: prostudujte si průvodce aplikací přídavného kovu nebo kontaktujte technické odborníky výrobce.Jsou zde proto, aby vám pomohly s výběrem správné elektrody z nerezové oceli.
Další informace o přídavných kovech z nerezové oceli TYUE a kontaktování odborníků společnosti s žádostí o radu naleznete na www.tyuelec.com.
Čas odeslání: 23. prosince 2022