Ta članek podjetja Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. pojasnjuje, kaj je treba upoštevati pri določanju dodajnih materialov za varjenje nerjavečega jekla.
Zaradi zmogljivosti, zaradi katerih je nerjaveče jeklo tako privlačno – možnost prilagajanja njegovih mehanskih lastnosti ter odpornosti proti koroziji in oksidaciji – je izbira ustreznega dodatnega materiala za varjenje prav tako zahtevnejša. Za katero koli kombinacijo osnovnega materiala je lahko primerna katera koli vrsta elektrod, odvisno od stroškov, pogojev uporabe, želenih mehanskih lastnosti in številnih težav, povezanih z varjenjem.
Ta članek ponuja potrebno tehnično ozadje, da bi bralec razumel kompleksnost teme, nato pa odgovarja na nekatera najpogostejša vprašanja dobaviteljev polnilne kovine. Določa splošne smernice za izbiro ustreznih polnilne kovine iz nerjavečega jekla – in nato pojasnjuje vse izjeme od teh smernic! Članek ne zajema postopkov varjenja, saj je to tema za drug članek.
Štiri stopnje, številni legirni elementi
Obstajajo štiri glavne kategorije nerjavnih jekel:
avstenitna
martenzitni
feritni
Dupleks
Imena izhajajo iz kristalne strukture jekla, ki je običajno prisotna pri sobni temperaturi. Ko se nizkoogljično jeklo segreje nad 912 °C, se atomi jekla prerazporedijo iz strukture, imenovane ferit pri sobni temperaturi, v kristalno strukturo, imenovano avstenit. Pri ohlajanju se atomi vrnejo v svojo prvotno strukturo, ferit. Visokotemperaturna struktura, avstenit, je nemagnetna, plastična in ima manjšo trdnost ter večjo duktilnost kot ferit pri sobni temperaturi.
Ko jeklu dodamo več kot 16 % kroma, se kristalna struktura sobne temperature, ferit, stabilizira in jeklo ostane v feritnem stanju pri vseh temperaturah. Zato se ta zlitina imenuje feritno nerjavno jeklo. Ko jeklu dodamo več kot 17 % kroma in 7 % niklja, se visokotemperaturna kristalna struktura jekla, avstenit, stabilizira, tako da se ohrani pri vseh temperaturah, od najnižjih do skoraj taljenja.
Avstenitno nerjavno jeklo se običajno imenuje »krom-nikljevo« jeklo, martenzitna in feritna jekla pa »ravni krom«. Nekateri legirni elementi, ki se uporabljajo v nerjavnih jeklih in varjenih kovinah, se obnašajo kot avstenitni stabilizatorji, drugi pa kot feritni stabilizatorji. Najpomembnejši avstenitni stabilizatorji so nikelj, ogljik, mangan in dušik. Feritni stabilizatorji so krom, silicij, molibden in niobij. Uravnoteženje legirnih elementov uravnava količino ferita v varjenem jeklu.
Avstenitne vrste jekla se lažje in zadovoljiveje varijo kot tiste, ki vsebujejo manj kot 5 % niklja. Zvarjeni spoji, izdelani iz avstenitnih nerjavnih jekel, so v varjenem stanju močni, duktilni in žilavi. Običajno ne potrebujejo predgrevanja ali toplotne obdelave po varjenju. Avstenitne vrste predstavljajo približno 80 % zvarjenega nerjavnega jekla in ta uvodni članek se osredotoča predvsem nanje.
Tabela 1: Vrste nerjavečega jekla in njihova vsebnost kroma in niklja.
tstart{c, 80 %}
thead{Vrsta|% kroma|% niklja|Vrste}
tdata{avstenitna|16 - 30 %|8 - 40 %|200, 300}
tdata{martenzitna|11 - 18 %|0 - 5 %|403, 410, 416, 420}
tdata{feritna|11 - 30 %|0 - 4 %|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Dvostransko|18 - 28 %|4 - 8 %|2205}
ponavadi
Kako izbrati pravi nerjavni dodatek
Če je osnovni material v obeh ploščah enak, je bilo prvotno vodilno načelo: »Začnite z ujemanjem osnovnega materiala.« To v nekaterih primerih dobro deluje; za spajanje tipa 310 ali 316 izberite ustrezno vrsto polnila.
Za spajanje različnih materialov sledite temu vodilnemu načelu: »Izberite polnilo, ki se ujema z bolj legiranim materialom.« Za spajanje jeklenk 304 in 316 izberite polnilo 316.
Žal ima "pravilo ujemanja" toliko izjem, da je boljše načelo: glejte tabelo za izbiro dodajnega materiala. Na primer, tip 304 je najpogostejši osnovni material iz nerjavečega jekla, vendar nihče ne ponuja elektrode tipa 304.
Kako variti nerjavno jeklo tipa 304 brez elektrode tipa 304
Za varjenje nerjavečega jekla tipa 304 uporabite polnilo tipa 308, saj dodatni legirni elementi v tipu 308 bolje stabilizirajo varjeno območje.
Vendar pa je tudi 308L sprejemljivo polnilo. Oznaka 'L' za katerim koli tipom označuje nizko vsebnost ogljika. Nerjaveče jeklo tipa 3XXL ima vsebnost ogljika 0,03 % ali manj, medtem ko ima standardno nerjaveče jeklo tipa 3XX lahko največjo vsebnost ogljika 0,08 %.
Ker polnilo tipa L spada v isto klasifikacijo kot izdelek, ki ni tipa L, lahko in bi morali izdelovalci resno razmisliti o uporabi polnila tipa L, saj nižja vsebnost ogljika zmanjšuje tveganje za težave z medkristalno korozijo. Avtorji pravzaprav trdijo, da bi se polnilo tipa L uporabljalo širše, če bi izdelovalci preprosto posodobili svoje postopke.
Izdelovalci, ki uporabljajo postopek GMAW, lahko razmislijo tudi o uporabi polnila tipa 3XXSi, saj dodatek silicija izboljša omočenje. V primerih, ko ima zvar visok ali hrapav vrh ali ko se varilna luža ne veže dobro na konice kotnega ali prekrivajočega se spoja, lahko uporaba elektrode Si tipa GMAW zgladi zvarno perlo in spodbudi boljše zlivanje.
Če vas skrbi izločanje karbida, razmislite o polnilu tipa 347, ki vsebuje majhno količino niobija.
Kako variti nerjaveče jeklo z ogljikovim jeklom
Do te situacije pride v primerih, ko en del konstrukcije zahteva korozijsko odporno zunanjo površino, spojeno s konstrukcijskim elementom iz ogljikovega jekla, da se znižajo stroški. Pri spajanju osnovnega materiala brez legirnih elementov z osnovnim materialom z legirnimi elementi uporabite preveč legirano polnilo, tako da se redčenje v varilni kovini uravnoteži ali pa je bolj legirano kot nerjavna osnovna kovina.
Za spajanje ogljikovega jekla s tipom 304 ali 316, kot tudi za spajanje različnih nerjavnih jekel, za večino uporab razmislite o elektrodi tipa 309L. Če je zaželena višja vsebnost Cr, razmislite o tipu 312.
Kot opozorilo, avstenitna nerjavna jekla kažejo hitrost raztezanja, ki je približno 50 odstotkov večja kot pri ogljikovem jeklu. Pri spajanju lahko različne hitrosti raztezanja povzročijo razpoke zaradi notranjih napetosti, razen če se uporabi ustrezna elektroda in postopek varjenja.
Uporabite pravilne postopke čiščenja pred varjenjem
Kot pri drugih kovinah najprej odstranite olje, mast, oznake in umazanijo z nekloriranim topilom. Nato je glavno pravilo priprave varjenja nerjavečega jekla »Izogibajte se kontaminaciji iz ogljikovega jekla, da preprečite korozijo.« Nekatera podjetja uporabljajo ločene stavbe za svojo »delavnico za nerjavno jeklo« in »delavnico za ogljikovo jeklo«, da preprečijo navzkrižno kontaminacijo.
Pri pripravi robov za varjenje označite brusilne plošče in krtače iz nerjavečega jekla kot »samo za nerjaveče jeklo«. Nekateri postopki zahtevajo čiščenje pet centimetrov od spoja. Priprava spoja je prav tako pomembnejša, saj je kompenzacija nedoslednosti pri manipulaciji z elektrodo težja kot pri ogljikovem jeklu.
Za preprečevanje rje uporabite pravilen postopek čiščenja po varjenju
Za začetek se spomnimo, kaj naredi nerjaveče jeklo nerjavno: reakcija kroma s kisikom, ki tvori zaščitno plast kromovega oksida na površini materiala. Nerjaveče jeklo rjavi zaradi izločanja karbida (glejte spodaj) in ker varilni postopek segreje zvar do te mere, da se na površini zvara lahko tvori feritni oksid. Če ostane v varjenem stanju, lahko popolnoma zdrav zvar v manj kot 24 urah pokaže "sledi rje" na mejah toplotno prizadetega območja.
Da se lahko nova plast čistega kromovega oksida pravilno preoblikuje, je treba nerjaveče jeklo po varjenju očistiti s poliranjem, dekapiranjem, brušenjem ali ščetkanjem. Tudi tukaj uporabite brusilnike in ščetke, namenjene tej nalogi.
Zakaj je varilna žica iz nerjavečega jekla magnetna?
Popolnoma avstenitno nerjavno jeklo ni magnetno. Vendar pa temperature varjenja ustvarijo relativno velika zrna v mikrostrukturi, zaradi česar je zvar občutljiv na razpoke. Za zmanjšanje občutljivosti na vroče razpoke proizvajalci elektrod dodajajo legirne elemente, vključno s feritom. Feritna faza povzroči, da so avstenitna zrna veliko finejša, zato zvar postane bolj odporen na razpoke.
Magnet se ne bo prijel tuljave avstenitnega nerjavečega polnila, vendar lahko oseba, ki drži magnet, zaradi ohranjenega ferita občuti rahel vlek. Žal zaradi tega nekateri uporabniki mislijo, da je bil njihov izdelek napačno označen ali da uporabljajo napačen material (še posebej, če so nalepko odtrgali z žične košare).
Pravilna količina ferita v elektrodi je odvisna od delovne temperature aplikacije. Na primer, preveč ferita povzroči, da zvar pri nizkih temperaturah izgubi žilavost. Tako ima polnilo tipa 308 za uporabo v cevovodih za utekočinjeni zemeljski plin (LNG) feritno število med 3 in 6, v primerjavi s feritnim številom 8 za standardno polnilo tipa 308. Skratka, polnilne kovine se na prvi pogled morda zdijo podobne, vendar so majhne razlike v sestavi pomembne.
Ali obstaja preprost način za varjenje dupleksnih nerjavnih jekel?
Običajno imajo dupleksna nerjavna jekla mikrostrukturo, ki jo sestavlja približno 50 % ferita in 50 % avstenita. Preprosto povedano, ferit zagotavlja visoko trdnost in določeno odpornost proti napetostni koroziji, medtem ko avstenit zagotavlja dobro žilavost. Ti dve fazi v kombinaciji dajeta dupleksnim jeklom privlačne lastnosti. Na voljo je široka paleta dupleksnih nerjavnih jekel, najpogostejši pa je tip 2205; ta vsebuje 22 % kroma, 5 % niklja, 3 % molibdena in 0,15 % dušika.
Pri varjenju dupleksnega nerjavnega jekla lahko pride do težav, če ima zvar preveč ferita (toplota obloka povzroči, da se atomi razporedijo v feritno matrico). Za kompenzacijo morajo polnilne kovine spodbujati avstenitno strukturo z višjo vsebnostjo zlitine, običajno od 2 do 4 % več niklja kot v osnovni kovini. Na primer, polnjena žica za varjenje tipa 2205 lahko vsebuje 8,85 % niklja.
Želena vsebnost ferita se lahko po varjenju giblje od 25 do 55 % (lahko pa je tudi višja). Upoštevajte, da mora biti hitrost ohlajanja dovolj počasna, da se avstenit lahko ponovno tvori, vendar ne tako počasna, da bi nastale intermetalne faze, niti prehitra, da bi se v območju vpliva toplote ustvaril presežek ferita. Upoštevajte priporočene postopke proizvajalca za postopek varjenja in izbrani dodatni material.
Prilagajanje parametrov pri varjenju nerjavečega jekla
Za proizvajalce, ki pri varjenju nerjavečega jekla nenehno prilagajajo parametre (napetost, tok, dolžino obloka, induktivnost, širino impulza itd.), je tipičen krivec nedosledna sestava polnilne kovine. Glede na pomen legirnih elementov lahko razlike v kemični sestavi med serijami opazno vplivajo na delovanje varjenja, kot sta slabo omočenje ali težko sproščanje žlindre. Spremembe premera elektrode, čistosti površine, ulitka in vijačnice vplivajo tudi na delovanje pri aplikacijah GMAW in FCAW.
Nadzor izločanja karbidov v avstenitnem nerjavnem jeklu
Pri temperaturah v območju od 426 do 871 °C se vsebnost ogljika, večja od 0,02 %, premakne na meje zrn avstenitne strukture, kjer reagira s kromom in tvori kromov karbid. Če je krom vezan na ogljik, ni na voljo za odpornost proti koroziji. Ko je ogljik izpostavljen korozivnemu okolju, pride do medkristalne korozije, ki omogoča razjedanje meja zrn.
Za nadzor izločanja karbida je treba vsebnost ogljika ohranjati čim nižjo (največ 0,04 %) z varjenjem z elektrodami z nizko vsebnostjo ogljika. Ogljik se lahko veže tudi z niobijem (prej kolumbijem) in titanom, ki imata močnejšo afiniteto do ogljika kot krom. V ta namen so izdelane elektrode tipa 347.
Kako se pripraviti na razpravo o izbiri dodajnega materiala
Zberite vsaj informacije o končni uporabi varjenega dela, vključno z delovnim okoljem (zlasti obratovalnimi temperaturami, izpostavljenostjo korozivnim elementom in stopnjo pričakovane korozijske odpornosti) in želeno življenjsko dobo. Informacije o zahtevanih mehanskih lastnostih v obratovalnih pogojih, vključno s trdnostjo, žilavostjo, duktilnostjo in utrujanjem, so v veliko pomoč.
Večina vodilnih proizvajalcev elektrod ponuja priročnike za izbiro polnilne kovine in avtorji te točke ne morejo dovolj poudariti: preglejte priročnik za uporabo polnilne kovine ali se obrnite na tehnične strokovnjake proizvajalca. Tam so, da vam pomagajo pri izbiri prave elektrode iz nerjavečega jekla.
Za več informacij o polnilnih kovinah iz nerjavečega jekla podjetja TYUE in za nasvet s strokovnjaki podjetja obiščite www.tyuelec.com.
Čas objave: 23. dec. 2022