1. Cztery rodzaje stali nierdzewnej i rola pierwiastków stopowych
Opiera się to na metalograficznej strukturze stali nierdzewnej w temperaturze pokojowej. Gdy stal niskowęglowa jest podgrzewana do 1550°F, jej struktura zmienia się z fazy ferrytu w temperaturze pokojowej na fazę austenitu. Po schłodzeniu konstrukcja ze stali niskowęglowej ponownie przekształca się w ferryt. Struktura austenitu występująca w wysokiej temperaturze jest niemagnetyczna, a jej wytrzymałość jest mniejsza i twardsza niż struktura ferrytu w temperaturze pokojowej.
Gdy zawartość Cr w stali jest większa niż 16%, struktura ferrytu w temperaturze pokojowej jest ustalona tak, że stal utrzymuje stan ferrytu we wszystkich zakresach temperatur. Dlatego nazywa się ją ferrytyczną stalą nierdzewną. Gdy zawartość Cr jest większa niż 17%, a zawartość Ni jest większa niż 7%, faza austenitu jest nieruchoma, tak że stan austenitu jest utrzymywany od niskiej temperatury do prawie temperatury topnienia.
Austenityczne stale nierdzewne są zwykle nazywane typu „Cr-Ni”, a martenzytyczne i ferrytyczne stale nierdzewne są bezpośrednio nazywane typu „Cr”. Elementy ze stali nierdzewnej i spoiw można podzielić na elementy austenotwórcze i ferrytotwórcze. Najważniejszymi pierwiastkami tworzącymi austenit są Ni, C, Mn i N, a pierwiastkami tworzącymi ferryt są Cr, Si, Mo i Nb. Regulacja zawartości elementu może kontrolować zawartość ferrytu w spoinie.
Austenityczne stale nierdzewne są łatwiejsze do spawania i mają lepszą jakość spawania niż stale nierdzewne o zawartości Ni poniżej 5%. Złącza spawane z austenitycznej stali nierdzewnej mają dobrą wytrzymałość i ciągliwość i generalnie nie wymagają podgrzewania wstępnego i obróbki cieplnej po spawaniu. W dziedzinie spawania stali nierdzewnej austenityczna stal nierdzewna stanowi 80% całego zużycia stali nierdzewnej, dlatego przedmiotem tego artykułu jest spawanie austenitycznej stali nierdzewnej.
2. Jak wybrać odpowiednie materiały spawalnicze ze stali nierdzewnej?
Jeżeli metal nieszlachetny jest taki sam, pierwszym kryterium jest „dopasowanie do metalu nieszlachetnego”. Na przykład podczas spawania stali nierdzewnej 310 lub 316 należy wybrać odpowiednie materiały spawalnicze.
W przypadku spawania materiałów odmiennych należy przestrzegać kryteriów wyboru materiałów podstawowych o wysokiej zawartości pierwiastków stopowych. Na przykład podczas spawania stali nierdzewnej 304 i 316 wybierz materiały spawalnicze typu 316.
Istnieje jednak wiele specjalnych przypadków, które nie są zgodne z zasadą „dopasowania metalu nieszlachetnego”. W tym momencie konieczne jest „sprawdzenie tabeli doboru materiałów spawalniczych”. Na przykład stal nierdzewna typu 304 jest najczęstszym materiałem bazowym, ale nie ma elektrody typu 304.
Jeśli materiał spawalniczy ma być dopasowany do metalu podstawowego, jak wybrać materiał spawalniczy do spawania stali nierdzewnej 304?
Podczas spawania stali nierdzewnej 304 używaj materiałów spawalniczych typu 308, ponieważ dodatkowe elementy w stali nierdzewnej 308 mogą lepiej stabilizować obszar spawania.
308L to również akceptowalny wybór. L oznacza niską zawartość węgla, stal nierdzewna 3XXL oznacza zawartość węgla ≤ 0.03%, a standardowa stal nierdzewna 3XX może zawierać do 0.08% zawartości węgla.
Producenci stosujący metodę GMAW do spawania rozważają również zastosowanie materiałów spawalniczych typu 3XXSi, ponieważ Si może poprawić zwilżalność (Rysunek 2). W przypadku, gdy element spawany ma duże wybrzuszenie lub jeziorko spawalnicze jest słabo połączone na czubku spoiny pachwinowej lub zakładkowej, zastosowanie drutu spawalniczego zawierającego Si w osłonie gazowej może zwilżyć spoinę i zwiększyć szybkość stapiania.
3.Jak spawać stal nierdzewną i stal węglową?
W celu obniżenia kosztów niektóre elementy konstrukcyjne zostaną zgrzane warstwą odporną na korozję na powierzchni stali węglowej. Podczas spawania metalu nieszlachetnego nie zawierającego pierwiastków stopowych oraz metalu nieszlachetnego zawierającego pierwiastki stopowe, należy użyć materiału spawalniczego o wyższej zawartości stopu, aby zrównoważyć szybkość rozcieńczania w spoinie.
Należy podkreślić, że współczynnik rozszerzalności cieplnej austenitycznej stali nierdzewnej jest o 50% wyższy niż stali węglowej. Podczas spawania różnica w szybkości rozszerzalności cieplnej powoduje naprężenia wewnętrzne, które prowadzą do pęknięć. W tym momencie konieczne jest dobranie odpowiednich materiałów spawalniczych lub określenie odpowiedniego procesu spawania (rys. 3).
4. Jaka jest odpowiednia operacja czyszczenia przed spawaniem?
Podczas spawania z innymi materiałami, najpierw użyj rozpuszczalnika, który nie zawiera jonów chlorkowych, aby usunąć olej, ślady i kurz. Ponadto pierwszą rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę podczas spawania stali nierdzewnej, jest unikanie zanieczyszczenia stali węglowej i wpływu na odporność na korozję. Niektóre firmy stosują oddzielne przechowywanie stali nierdzewnej i stali węglowej, aby uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego. Do czyszczenia obszaru wokół rowka używaj specjalnych tarcz ściernych i szczotek do stali nierdzewnej. Czasami konieczne jest ponowne oczyszczenie fug. Ponieważ operacja kompensacji elektrody przy spawaniu stali nierdzewnej jest trudniejsza niż przy spawaniu stali węglowej, czyszczenie złączy jest bardzo ważne.
5. Jaka jest prawidłowa operacja czyszczenia po spawaniu? Dlaczego spawany ze stali nierdzewnej rdzewieje?
Przede wszystkim przypomnijmy, że powodem, dla którego stal nierdzewna nie rdzewieje, jest: reakcja Cr i O tworzy na powierzchni materiału gęstą warstwę tlenku, która pełni rolę ochronną. Stal nierdzewna rdzewieje z powodu wytrącania się węglików (patrz ostatnie pytanie), a nagrzewanie podczas procesu spawania powodowało powstawanie tlenków żelaza na powierzchni spawanego elementu. W stanie spawania doskonały element spawany może również w ciągu 24 godzin wytworzyć podcięcia w obszarze zardzewiałym na granicy strefy wpływu ciepła spawania.
Dlatego, aby zregenerować nowy tlenek chromu, stal nierdzewna musi być po spawaniu polerowana, trawiona, polerowana lub szorowana. Należy podkreślić, że szlifierka i pędzel muszą być dedykowane.
6. Dlaczego drut spawalniczy ze stali nierdzewnej jest magnetyczny?
Całkowicie austenityczna stal nierdzewna jest niemagnetyczna. Jednak wyższa temperatura podczas spawania powoduje, że ziarna w strukturze rosną, a wrażliwość na pęknięcia po spawaniu wzrasta. W celu zmniejszenia podatności na pękanie termiczne producenci materiałów spawalniczych dodają do materiałów dodatkowych elementy ferrytowe (rys. 4). Faza ferrytowa sprawia, że ziarna austenitu są drobniejsze, co zwiększa odporność na pękanie.
Magnes nie przyciągnie austenitycznego metalu spoiny, ale przy trzymaniu magnesu można wyczuć lekkie przyciąganie. Jednak spowodowało to również, że niektórzy użytkownicy błędnie uważają, że produkt ma niewłaściwą etykietę lub użyto niewłaściwego lutu (zwłaszcza, gdy etykieta na opakowaniu jest oderwana).
Ilość ferrytu w materiałach spawalniczych zależy od temperatury pracy aplikacji. Na przykład zbyt duża ilość ferrytu zmniejsza wytrzymałość w niskich temperaturach. W związku z tym liczba ferrytowa materiałów spawalniczych typu 308 stosowanych do rurociągu LNG wynosi od 3 do 6, podczas gdy liczba ferrytowa standardowych materiałów spawalniczych typu 308 wynosi 8. Krótko mówiąc, materiały spawalnicze mogą wyglądać bardzo podobnie, ale bardzo małe różnice w składzie mogą czasami powodują duże różnice.
7. Jak łatwiej spawać stal nierdzewną duplex?
Generalnie, faza austenitu i faza ferrytu w strukturze stali nierdzewnej typu duplex stanowią po około 50%. Obecność fazy ferrytowej może poprawić wytrzymałość i odporność na korozję naprężeniową, podczas gdy faza austenityczna może poprawić wytrzymałość. Połączony efekt dwóch faz sprawia, że działanie stali nierdzewnej typu duplex jest lepsze (rysunek 5). Asortyment stali nierdzewnej duplex jest bardzo szeroki, najpopularniejszym modelem jest 2205: zawierający 22% Cr, 5% Ni, 3% Mo i 0.15% N.
Podczas spawania stali nierdzewnej typu duplex obecność zbyt dużej ilości ferrytu może powodować pewne problemy (ciepło łuku powoduje zmianę kolejności atomów w matrycy ferrytowej). Z tego powodu materiał spawalniczy musi dostarczać więcej pierwiastków tworzących austenit, zwykle o 2-4% więcej niż metal podstawowy Ni. Na przykład drut proszkowy używany do spawania stali nierdzewnej 2205 zawiera 8.85% Ni.
Po spawaniu zawartość ferrytu w spoinie wynosi 25-55% (może być wyższa). Uwaga: Szybkość chłodzenia po spawaniu powinna być na tyle mała, aby umożliwić ponowne formowanie się austenitu, ale nie za wolno, za wolno wytrąca fazę międzymetaliczną, a niezbyt szybko, za szybko wytworzy za dużo ferrytu w strefie wpływu ciepła . Należy przestrzegać instrukcji procesu spawania i doboru materiałów spawalniczych dostarczonych przez producenta.
8. Dlaczego podczas spawania stali nierdzewnej trzeba w każdej chwili dostosować parametry?
Podczas spawania stali nierdzewnej głównym powodem, dla którego spawacze w dowolnym momencie dostosowują parametry spawania (napięcie, prąd, długość łuku, indukcyjność, szerokość impulsu itp.) jest niedopasowany skład materiału spawalniczego. Skład chemiczny jest bardzo ważny, a różnice w składzie pomiędzy partiami mogą powodować bardzo różne zachowania podczas spawania, takie jak słaba zwilżalność i usuwanie żużla. Średnica materiału spawalniczego, czystość powierzchni, wydajność wylewania i kształt spirali mogą mieć wpływ na zachowanie spawania GMAW i FCAW.
9. Jak kontrolować wytrącanie węglików w austenitycznej stali nierdzewnej?
W temperaturze 800-1600°F, gdy zawartość węgla przekracza 0.02%, C dyfunduje i migruje do granic ziaren austenitu i reaguje z Cr na granicach ziaren, tworząc węgliki chromu. Jeśli Cr jest w dużej mierze utrwalany przez pierwiastek C, odporność na korozję zmniejszy się. W tym czasie, jeśli zostanie wystawiony na działanie środowiska korozyjnego, nastąpi korozja międzykrystaliczna, powodując erozję granic ziaren.
Aby kontrolować wytrącanie się węglików, stosuje się materiały spawalnicze o niskiej zawartości węgla, aby zapewnić, że zawartość węgla w stopiwie jest jak najniższa (do 0.04%). C można również naprawić, dodając pierwiastki Nb i Ti. W porównaniu z Cr powinowactwo Nb i Ti do C jest większe. Do tego celu zaprojektowano materiały spawalnicze typu 347.
10. Jak przygotować się do doboru materiałów spawalniczych?
Przede wszystkim musimy zebrać informacje na temat końcowego zastosowania elementu spawanego, w tym środowiska pracy (zwłaszcza temperatury pracy, czy występuje medium korozyjne i oczekiwanej odporności na korozję) oraz przewidywanej żywotności. Ważna jest również informacja o właściwościach mechanicznych wymaganych w warunkach eksploatacji, takich jak wytrzymałość, wiązkość, plastyczność i właściwości zmęczeniowe.
Większość wiodących producentów materiałów spawalniczych udostępnia instrukcje dotyczące doboru materiałów spawalniczych. W tym miejscu autor jeszcze raz podkreśla: warto zapoznać się z instrukcją stosowania materiałów spawalniczych lub skontaktować się z ich ekspertami technicznymi. Pomogą nam w prawidłowym doborze materiałów spawalniczych ze stali nierdzewnej.
Link do tego artykułu: Jak wybrać odpowiednie materiały spawalnicze ze stali nierdzewnej?
Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com/，thanks！
PTJ® zapewnia pełen zakres niestandardowej precyzji 
