В этой статье от Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. объясняется, что следует учитывать при выборе присадочного металла для сварки нержавеющей стали.
Возможности, которые делают нержавеющую сталь такой привлекательной, — способность адаптировать ее механические свойства и устойчивость к коррозии и окислению — также усложняют выбор подходящего присадочного металла для сварки.Для любой данной комбинации основных материалов может подойти любой из нескольких типов электродов, в зависимости от вопросов стоимости, условий эксплуатации, желаемых механических свойств и множества проблем, связанных со сваркой.
В этой статье представлена необходимая техническая база, чтобы дать читателю представление о сложности темы, а затем даны ответы на некоторые из наиболее распространенных вопросов, которые задают поставщики присадочного металла.Он устанавливает общие рекомендации по выбору подходящих присадочных металлов для нержавеющей стали, а затем объясняет все исключения из этих рекомендаций!В статье не рассматриваются процедуры сварки, так как это тема для другой статьи.
Четыре сорта, множество легирующих элементов
Существует четыре основных категории нержавеющих сталей:
аустенитный
мартенситный
ферритный
Дуплекс
Названия получены из кристаллической структуры стали, обычно встречающейся при комнатной температуре.Когда низкоуглеродистая сталь нагревается выше 912°C, атомы стали перестраиваются из структуры, называемой ферритом при комнатной температуре, в кристаллическую структуру, называемую аустенитом.При охлаждении атомы возвращаются к своей первоначальной структуре, ферриту.Высокотемпературная структура, аустенит, является немагнитной, пластичной и имеет более низкую прочность и большую пластичность, чем форма феррита при комнатной температуре.
Когда в сталь добавляется более 16% хрома, кристаллическая структура феррита при комнатной температуре стабилизируется, и сталь остается в ферритном состоянии при всех температурах.Отсюда и название «ферритная нержавеющая сталь».При добавлении в сталь более 17 % хрома и 7 % никеля высокотемпературная кристаллическая структура стали — аустенит — стабилизируется так, что сохраняется при всех температурах от самых низких до почти плавления.
Аустенитную нержавеющую сталь обычно называют хромоникелевой, а мартенситные и ферритные стали обычно называют хромоникелевой.Некоторые легирующие элементы, используемые в нержавеющих сталях и металлах сварного шва, ведут себя как стабилизаторы аустенита, а другие — как стабилизаторы феррита.Наиболее важными стабилизаторами аустенита являются никель, углерод, марганец и азот.Стабилизаторами феррита являются хром, кремний, молибден и ниобий.Балансировка легирующих элементов контролирует количество феррита в металле сварного шва.
Аустенитные марки легче и удовлетворительнее свариваются, чем те, которые содержат менее 5% никеля.Сварные соединения, выполненные из аустенитных нержавеющих сталей, прочны, пластичны и прочны в состоянии после сварки.Обычно они не требуют предварительного нагрева или термообработки после сварки.Аустенитные марки составляют примерно 80% свариваемой нержавеющей стали, и в этой вводной статье основное внимание уделяется им.
Таблица 1: Типы нержавеющей стали и содержание в них хрома и никеля.
tstart{c,80%}
thead{Тип|% Хром|% Никель|Типы}
tdata{Аустенитная|16 - 30 %|8 - 40 %|200, 300}
tdata{Мартенсит|11–18%|0–5%|403, 410, 416, 420}
tdata {Ферритовый | 11 - 30% | 0 - 4% | 405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Дуплекс|18–28%|4–8%|2205}
иметь тенденцию{}
Как правильно выбрать нержавеющий присадочный металл
Если основной материал на обеих пластинах одинаков, первоначальный руководящий принцип звучал так: «Начните с сопоставления основного материала».В некоторых случаях это хорошо работает;для соединения типа 310 или 316 выберите соответствующий тип наполнителя.
Чтобы соединить разнородные материалы, следуйте этому руководящему принципу: «выберите наполнитель, соответствующий более высоколегированному материалу».Чтобы соединить 304 с 316, выберите наполнитель 316.
К сожалению, «правило соответствия» имеет так много исключений, что лучшим принципом будет «Свериться с таблицей выбора присадочного металла».Например, тип 304 является наиболее распространенным базовым материалом из нержавеющей стали, но никто не предлагает электрод типа 304.
Как сварить нержавеющую сталь марки 304 без электрода марки 304
Для сварки нержавеющей стали марки 304 используйте присадку марки 308, так как дополнительные легирующие элементы в стали марки 308 лучше стабилизируют зону сварки.
Однако 308L также является приемлемым наполнителем.Обозначение «L» после любого типа указывает на низкое содержание углерода.Нержавеющая сталь типа 3XXL имеет содержание углерода 0,03% или менее, тогда как стандартная нержавеющая сталь типа 3XX может иметь максимальное содержание углерода 0,08%.
Поскольку наполнитель типа L подпадает под ту же классификацию, что и продукт, отличный от L, производители могут и должны серьезно рассмотреть возможность использования наполнителя типа L, поскольку более низкое содержание углерода снижает риск проблем межкристаллитной коррозии.Фактически, авторы утверждают, что наполнитель типа L мог бы использоваться более широко, если бы производители просто обновили свои процедуры.
Производители, использующие процесс GMAW, также могут рассмотреть возможность использования наполнителя типа 3XXSi, так как добавление кремния улучшает смачивание.В ситуациях, когда сварной шов имеет высокую или шероховатую вершину, или когда сварочная ванна плохо прилегает к краям углового или нахлесточного соединения, использование электрода Si типа GMAW может сгладить валик сварного шва и способствовать лучшему сплавлению.
Если вас беспокоит отложение карбида, рассмотрите возможность использования наполнителя типа 347, который содержит небольшое количество ниобия.
Как сварить нержавеющую сталь с углеродистой сталью
Такая ситуация возникает в приложениях, где одна часть конструкции требует коррозионностойкой внешней поверхности, соединенной с конструкционным элементом из углеродистой стали для снижения стоимости.При соединении основного материала без легирующих элементов с основным материалом с легирующими элементами используйте сверхлегированный наполнитель, чтобы разбавление в металле сварного шва уравновешивало или было более высоколегированным, чем нержавеющий основной металл.
Для сварки углеродистой стали с сталями типа 304 или 316, а также для сварки разнородных нержавеющих сталей в большинстве случаев рекомендуется использовать электрод типа 309L.Если требуется более высокое содержание Cr, рассмотрите тип 312.
В качестве предостережения следует отметить, что аустенитные нержавеющие стали демонстрируют скорость расширения примерно на 50 % выше, чем у углеродистой стали.При соединении разные скорости расширения могут вызвать растрескивание из-за внутренних напряжений, если не используются надлежащий электрод и процедура сварки.
Используйте правильные процедуры очистки подготовки к сварке
Как и в случае с другими металлами, сначала удалите масло, жир, маркировку и грязь растворителем, не содержащим хлора.После этого основное правило подготовки сварного шва из нержавеющей стали: «Избегайте загрязнения углеродистой сталью, чтобы предотвратить коррозию».Некоторые компании используют отдельные здания для своего «цеха нержавеющей стали» и «цеха углерода», чтобы предотвратить перекрестное загрязнение.
Обозначьте шлифовальные круги и щетки из нержавеющей стали как «только нержавеющие» при подготовке кромок к сварке.Некоторые процедуры требуют очистки на расстоянии двух дюймов от сустава.Подготовка шва также более важна, так как компенсация несоответствий с помощью манипуляций с электродом сложнее, чем с углеродистой сталью.
Используйте правильную процедуру очистки после сварки, чтобы предотвратить ржавчину.
Для начала вспомним, что делает нержавеющую сталь нержавеющей: реакция хрома с кислородом с образованием защитного слоя оксида хрома на поверхности материала.Нержавеющая сталь ржавеет из-за осаждения карбида (см. ниже) и из-за того, что в процессе сварки металл сварного шва нагревается до такой степени, что на поверхности сварного шва может образоваться оксид феррита.Оставленный в состоянии после сварки, идеально прочный сварной шов может показать «вагонные следы ржавчины» на границах зоны термического влияния менее чем через 24 часа.
Чтобы новый слой чистого оксида хрома мог правильно восстановиться, нержавеющая сталь требует очистки после сварки путем полировки, травления, шлифовки или чистки щеткой.Опять же, используйте шлифовальные машины и щетки, предназначенные для этой задачи.
Почему сварочная проволока из нержавеющей стали магнитится?
Полностью аустенитная нержавеющая сталь немагнитна.Однако температуры сварки создают относительно большое зерно в микроструктуре, что приводит к тому, что сварной шов чувствителен к растрескиванию.Чтобы уменьшить чувствительность к горячему растрескиванию, производители электродов добавляют легирующие элементы, в том числе феррит.Благодаря ферритной фазе аустенитные зерна становятся намного мельче, поэтому сварной шов становится более устойчивым к растрескиванию.
Магнит не прилипнет к катушке с аустенитным нержавеющим наполнителем, но человек, держащий магнит, может почувствовать легкое натяжение из-за оставшегося феррита.К сожалению, это заставляет некоторых пользователей думать, что их продукт был неправильно маркирован или они использовали неправильный присадочный металл (особенно если они сорвали этикетку с проволочной корзины).
Правильное количество феррита в электроде зависит от рабочей температуры приложения.Например, слишком много феррита приводит к тому, что сварной шов теряет свою ударную вязкость при низких температурах.Таким образом, наполнитель типа 308 для трубопроводов СПГ имеет ферритовое число от 3 до 6 по сравнению с ферритовым числом 8 для стандартного наполнителя типа 308.Короче говоря, на первый взгляд присадочные металлы могут показаться похожими, но небольшие различия в составе имеют важное значение.
Есть ли простой способ сварки дуплексных нержавеющих сталей?
Как правило, дуплексные нержавеющие стали имеют микроструктуру, состоящую примерно из 50% феррита и 50% аустенита.Проще говоря, феррит обеспечивает высокую прочность и некоторое сопротивление коррозионному растрескиванию под напряжением, в то время как аустенит обеспечивает хорошую ударную вязкость.Сочетание двух фаз придает дуплексным сталям привлекательные свойства.Доступен широкий спектр дуплексных нержавеющих сталей, наиболее распространенными из которых являются тип 2205;он содержит 22% хрома, 5% никеля, 3% молибдена и 0,15% азота.
При сварке дуплексной нержавеющей стали могут возникнуть проблемы, если в металле сварного шва слишком много феррита (тепло от дуги заставляет атомы располагаться в ферритовой матрице).Чтобы компенсировать это, присадочные металлы должны стимулировать аустенитную структуру с более высоким содержанием сплава, обычно на 2–4% больше никеля, чем в основном металле.Например, порошковая проволока для сварки типа 2205 может содержать 8,85% никеля.
Желаемое содержание феррита может варьироваться от 25 до 55% после сварки (но может быть и выше).Обратите внимание, что скорость охлаждения должна быть достаточно медленной, чтобы позволить аустениту реформироваться, но не настолько медленной, чтобы образовывались интерметаллические фазы, и не слишком быстрой, чтобы образовывался избыток феррита в зоне термического влияния.Следуйте процедурам, рекомендованным производителем для процесса сварки и выбранного присадочного металла.
Регулировка параметров при сварке нержавеющей стали
Для производителей, которые постоянно регулируют параметры (напряжение, сила тока, длина дуги, индуктивность, ширина импульса и т. д.) при сварке нержавеющей стали, типичным виновником является непостоянный состав присадочного металла.Учитывая важность легирующих элементов, различия в химическом составе от партии к партии могут оказывать заметное влияние на характеристики сварного шва, например плохое смачивание или затрудненное выделение шлака.Различия в диаметре электрода, чистоте поверхности, литье и спирали также влияют на производительность в приложениях GMAW и FCAW.
Контроль осаждения карбида в аустенитной нержавеющей стали
При температурах в диапазоне 426-871°С углерод с содержанием свыше 0,02 % мигрирует к границам зерен аустенитной структуры, где реагирует с хромом с образованием карбида хрома.Если хром связан с углеродом, он не обладает коррозионной стойкостью.При воздействии агрессивной среды возникает межкристаллитная коррозия, что приводит к разъеданию границ зерен.
Чтобы контролировать осаждение карбида, поддерживайте содержание углерода на как можно более низком уровне (максимум 0,04 %), используя для сварки электроды с низким содержанием углерода.Углерод также может быть связан ниобием (бывшим колумбием) и титаном, которые имеют большее сродство к углероду, чем хром.Для этой цели предназначены электроды типа 347.
Как подготовиться к обсуждению выбора присадочного металла
Как минимум, соберите информацию о конечном использовании сварной детали, включая условия эксплуатации (особенно рабочие температуры, воздействие коррозионных элементов и степень ожидаемой коррозионной стойкости) и желаемый срок службы.Очень помогает информация о требуемых механических свойствах в условиях эксплуатации, включая прочность, ударную вязкость, пластичность и усталостную прочность.
Большинство ведущих производителей электродов предоставляют руководства по выбору присадочного металла, и авторы не могут переоценить этот момент: обратитесь к руководству по применению присадочного металла или свяжитесь с техническими экспертами производителя.Они здесь, чтобы помочь с выбором правильного электрода из нержавеющей стали.
Чтобы получить дополнительную информацию о присадочных материалах из нержавеющей стали TYUE и связаться с экспертами компании за консультацией, посетите сайт www.tyuelec.com.
Время публикации: 23 декабря 2022 г.