Овај чланак компаније Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. објашњава шта треба узети у обзир приликом одређивања додатних материјала за заваривање нерђајућег челика.
Могућности које чине нерђајући челик тако атрактивним - могућност прилагођавања његових механичких својстава и отпорности на корозију и оксидацију - такође повећавају сложеност избора одговарајућег додатног материјала за заваривање. За било коју дату комбинацију основног материјала, било која од неколико врста електрода може бити одговарајућа, у зависности од трошкова, услова рада, жељених механичких својстава и мноштва проблема везаних за заваривање.
Овај чланак пружа неопходну техничку позадину како би читалац разумео сложеност теме, а затим одговара на нека од најчешћих питања која се постављају добављачима додатних материјала. Утврђује опште смернице за избор одговарајућих додатних материјала од нерђајућег челика - а затим објашњава све изузетке од тих смерница! Чланак не покрива поступке заваривања, јер је то тема за други чланак.
Четири степена, бројни легирајући елементи
Постоје четири главне категорије нерђајућих челика:
аустенитни
мартензитни
феритни
Дуплекс
Називи су изведени из кристалне структуре челика која се обично налази на собној температури. Када се нискоугљенични челик загреје изнад 912°C, атоми челика се преуређују из структуре која се назива ферит на собној температури у кристалну структуру која се назива аустенит. Хлађењем, атоми се враћају у своју првобитну структуру, ферит. Структура на високим температурама, аустенит, је немагнетна, пластична и има мању чврстоћу и већу дуктилност од ферита на собној температури.
Када се челику дода више од 16% хрома, кристална структура собне температуре, ферит, се стабилизује и челик остаје у феритном стању на свим температурама. Отуда се за ову легуру користи назив феритни нерђајући челик. Када се челику дода више од 17% хрома и 7% никла, кристална структура челика на високим температурама, аустенит, се стабилизује тако да се задржава на свим температурама, од најниже до скоро топљења.
Аустенитни нерђајући челик се обично назива типом „хром-никл“, а мартензитни и феритни челици се обично називају типовима „прави хром“. Одређени легирајући елементи који се користе у нерђајућим челицима и металима завара понашају се као стабилизатори аустенита, а други као стабилизатори ферита. Најважнији стабилизатори аустенита су никл, угљеник, манган и азот. Феритни стабилизатори су хром, силицијум, молибден и ниобијум. Балансирање легирајућих елемената контролише количину ферита у металу завара.
Аустенитне врсте се лакше и задовољавајуће заварују од оних које садрже мање од 5% никла. Заварени спојеви направљени од аустенитних нерђајућих челика су чврсти, дуктилни и жилави у стању заваривања. Обично не захтевају претходно загревање или термичку обраду након заваривања. Аустенитне врсте чине приближно 80% завареног нерђајућег челика, и овај уводни чланак се у великој мери фокусира на њих.
Табела 1: Врсте нерђајућег челика и њихов садржај хрома и никла.
тстарт{ц,80%}
thead{Тип|% Хром|% Никл|Врсте}
tdata{Аустенитни|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Мартензитни|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tdata{Феритни|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Дуплекс|18 - 28%|4 - 8%|2205}
теже
Како одабрати прави нерђајући додатни метал
Ако је основни материјал у обе плоче исти, првобитни водећи принцип је био: „Почните са упаривањем основног материјала.“ То добро функционише у неким случајевима; да бисте спојили тип 310 или 316, изаберите одговарајући тип пунила.
Да бисте спојили различите материјале, следите овај водећи принцип: „изаберите пунило које одговара материјалу са већом легиром.“ Да бисте спојили 304 са 316, изаберите пунило 316.
Нажалост, „правило подударања“ има толико изузетака да је бољи принцип консултовати табелу за избор додатног материјала. На пример, тип 304 је најчешћи основни материјал од нерђајућег челика, али нико не нуди електроду типа 304.
Како заварити нерђајући челик типа 304 без електроде типа 304
За заваривање нерђајућег челика типа 304, користите пунило типа 308, јер ће додатни легирајући елементи у типу 308 боље стабилизовати подручје завара.
Међутим, 308L је такође прихватљиво пунило. Ознака „L“ после било ког типа указује на низак садржај угљеника. Нерђајући челик типа 3XXL има садржај угљеника од 0,03% или мање, док стандардни нерђајући челик типа 3XX може имати максимални садржај угљеника од 0,08%.
Пошто пунило типа Л спада у исту класификацију као и производ који није Л, произвођачи могу и требало би озбиљно да размотре употребу пунила типа Л јер нижи садржај угљеника смањује ризик од проблема са интеркристалном корозијом. У ствари, аутори тврде да би пунило типа Л било шире коришћено када би произвођачи једноставно ажурирали своје поступке.
Произвођачи који користе GMAW поступак могу такође размотрити употребу пунила типа 3XXSi, јер додатак силицијума побољшава влажење. У ситуацијама када завар има високу или грубу круну, или где се заварска локвица не везује добро на врховима угаоног или преклопног споја, употреба Si GMAW електроде типа може изгладити заварски зрно и подстаћи боље фузију.
Ако је таложење карбида проблем, размотрите пунило типа 347, које садржи малу количину ниобијума.
Како заварити нерђајући челик са угљеничним челиком
Ова ситуација се јавља у применама где један део конструкције захтева спољашњу површину отпорну на корозију спојену са структурним елементом од угљеничног челика ради смањења трошкова. Приликом спајања основног материјала без легирајућих елемената са основним материјалом са легирајућим елементима, користите превише легирано пунило тако да се разблаживање унутар метала завара уравнотежи или буде легираније од основног метала нерђајућег челика.
За спајање угљеничног челика са типом 304 или 316, као и за спајање различитих нерђајућих челика, размотрите електроду типа 309L за већину примена. Ако је пожељан већи садржај Cr, размотрите тип 312.
Као упозорење, аустенитни нерђајући челици показују брзину ширења која је око 50% већа од брзине угљеничног челика. Када се спајају, различите брзине ширења могу изазвати пуцање услед унутрашњих напрезања, осим ако се не користи одговарајућа електрода и поступак заваривања.
Користите исправне поступке чишћења припреме за заваривање
Као и код других метала, прво уклоните уље, маст, ознаке и прљавштину растварачем без хлора. Након тога, основно правило припреме завара нерђајућег челика је „Избегавајте контаминацију од угљеничног челика да бисте спречили корозију“. Неке компаније користе одвојене зграде за своју „радионицу нерђајућег челика“ и „радионицу угљеника“ како би спречиле унакрсну контаминацију.
Означите брусне точкове и четке од нерђајућег челика као „само за нерђајући челик“ када припремате ивице за заваривање. Неки поступци захтевају чишћење пет центиметара од споја. Припрема споја је такође критичнија, јер је компензација недоследности при манипулацији електродом тежа него код угљеничног челика.
Користите исправан поступак чишћења након заваривања како бисте спречили рђу
За почетак, запамтите шта чини нерђајући челик нерђајућим: реакција хрома са кисеоником која ствара заштитни слој хром оксида на површини материјала. Нерђајући челик рђа због таложења карбида (видети доле) и зато што процес заваривања загрева метал завара до тачке где се феритни оксид може формирати на површини завара. Остављен у стању као после заваривања, савршено исправан завар може показати „трагове рђе“ на границама зоне утицаја топлоте за мање од 24 сата.
Да би се нови слој чистог хром оксида могао правилно формирати, нерђајући челик захтева чишћење након заваривања полирањем, декапирањем, брушењем или четкањем. Поново користите брусилице и четке намењене за тај задатак.
Зашто је жица за заваривање од нерђајућег челика магнетна?
Потпуно аустенитни нерђајући челик је немагнетни. Међутим, температуре заваривања стварају релативно велика зрна у микроструктури, што доводи до тога да је завар осетљив на пуцање. Да би ублажили осетљивост на топле пуцања, произвођачи електрода додају легирајуће елементе, укључујући ферит. Феритна фаза узрокује да аустенитна зрна буду много финија, па завар постаје отпорнији на пуцање.
Магнет се неће залепити за калем аустенитног нерђајућег пунила, али особа која држи магнет може осетити благо повлачење због задржаног ферита. Нажалост, ово наводи неке кориснике да помисле да је њихов производ погрешно означен или да користе погрешан пунило (посебно ако су откинули етикету са жичане корпе).
Тачна количина ферита у електроди зависи од радне температуре примене. На пример, превише ферита узрокује да завар губи жилавост на ниским температурама. Дакле, пунило типа 308 за примену у цевоводима за течни природни гас (LNG) има феритни број између 3 и 6, у поређењу са феритним бројем 8 за стандардно пунило типа 308. Укратко, додатни метали могу на први поглед изгледати слично, али мале разлике у саставу су важне.
Да ли постоји једноставан начин за заваривање дуплекс нерђајућих челика?
Типично, дуплекс нерђајући челици имају микроструктуру која се састоји од приближно 50% ферита и 50% аустенита. Једноставно речено, ферит пружа високу чврстоћу и извесну отпорност на пуцање услед корозије под напоном, док аустенит пружа добру жилавост. Две фазе у комбинацији дају дуплекс челицима њихова атрактивна својства. Доступан је широк спектар дуплекс нерђајућих челика, а најчешћи је тип 2205; садржи 22% хрома, 5% никла, 3% молибдена и 0,15% азота.
Приликом заваривања дуплекс нерђајућег челика, проблеми могу настати ако заварени метал садржи превише ферита (топлота из лука узрокује да се атоми распореде у феритну матрицу). Да би се то надокнадило, додатни метали морају да подстичу аустенитну структуру са већим садржајем легуре, обично 2 до 4% више никла него у основном металу. На пример, флуксна жица за заваривање типа 2205 може имати 8,85% никла.
Жељени садржај ферита може се кретати од 25 до 55% након заваривања (али може бити и већи). Треба напоменути да брзина хлађења мора бити довољно спора да се аустенит поново формира, али не толико спора да би се створиле интерметалне фазе, нити пребрза да би се створио вишак ферита у зони утицаја топлоте. Пратите препоручене поступке произвођача за процес заваривања и изабрани додатни материјал.
Подешавање параметара при заваривању нерђајућег челика
За произвођаче који стално подешавају параметре (напон, амперажу, дужину лука, индуктивност, ширину импулса итд.) приликом заваривања нерђајућег челика, типичан кривац је недоследан састав додатног метала. С обзиром на важност легирајућих елемената, варијације хемијског састава од серије до серије могу имати приметан утицај на перформансе завара, као што је лоше квашење или тешко одвајање згуре. Варијације у пречнику електроде, чистоћи површине, одливу и спирали такође утичу на перформансе у GMAW и FCAW апликацијама.
Контролисање таложења карбида у аустенитном нерђајућем челику
На температурама у опсегу од 426-871°C, садржај угљеника већи од 0,02% мигрира ка границама зрна аустенитне структуре, где реагује са хромом и формира хром карбид. Ако је хром везан за угљеник, није доступан за отпорност на корозију. Када је изложен корозивном окружењу, долази до интеркристалне корозије, што омогућава разарање граница зрна.
Да бисте контролисали таложење карбида, одржавајте садржај угљеника што је могуће нижим (максимално 0,04%) заваривањем електродама са ниским садржајем угљеника. Угљеник се такође може везати ниобијумом (раније колумбијумом) и титанијумом, који имају јачи афинитет према угљенику него хром. У ту сврху се праве електроде типа 347.
Како се припремити за дискусију о избору додатног материјала
Као минимум, прикупите информације о крајњој употреби завареног дела, укључујући радно окружење (посебно радне температуре, изложеност корозивним елементима и степен очекиване отпорности на корозију) и жељени век трајања. Информације о потребним механичким својствима у радним условима у великој мери помажу, укључујући чврстоћу, жилавост, дуктилност и замор.
Већина водећих произвођача електрода пружа водиче за избор додатног метала, а аутори не могу довољно нагласити ову тачку: консултујте водич за примену додатног метала или контактирајте техничке стручњаке произвођача. Они су ту да вам помогну при избору исправне електроде од нерђајућег челика.
За више информација о TYUE-овим додацима од нерђајућег челика и да бисте контактирали стручњаке компаније за савет, посетите www.tyuelec.com.
Време објаве: 23. децембар 2022.