Ta članek podjetja Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. pojasnjuje, kaj je treba upoštevati pri določanju dodajnih kovin za varjenje nerjavnega jekla.
Zmogljivosti, zaradi katerih je nerjavno jeklo tako privlačno – zmožnost prilagajanja njegovih mehanskih lastnosti ter odpornost proti koroziji in oksidaciji – prav tako povečujejo kompleksnost izbire ustreznega polnila za varjenje.Za katero koli dano kombinacijo osnovnega materiala je lahko ustrezna katera koli od več vrst elektrod, odvisno od stroškov, pogojev uporabe, želenih mehanskih lastnosti in številnih vprašanj, povezanih z varjenjem.
Ta članek zagotavlja potrebno tehnično ozadje, da bo bralec razumel zapletenost teme, nato pa odgovarja na nekatera najpogostejša vprašanja, zastavljena dobaviteljem dodajnih kovin.Določa splošne smernice za izbiro ustreznih dodajnih kovin iz nerjavečega jekla - in nato pojasnjuje vse izjeme od teh smernic!Članek ne obravnava postopkov varjenja, saj je to tema za drug članek.
Štirje razredi, številni legirni elementi
Obstajajo štiri glavne kategorije nerjavnih jekel:
avstenitna
martenzitni
feritna
Duplex
Imena izhajajo iz kristalne strukture jekla, ki ga običajno najdemo pri sobni temperaturi.Ko nizkoogljično jeklo segrejemo 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 prvotno strukturo, ferit.Visokotemperaturna struktura, avstenit, je nemagnetna, plastična in ima manjšo trdnost in večjo duktilnost kot oblika ferita pri sobni temperaturi.
Ko jeklu dodamo več kot 16 % kroma, se kristalna struktura ferita pri sobni temperaturi stabilizira in jeklo ostane v feritnem stanju pri vseh temperaturah.Zato se za to osnovo zlitine uporablja ime feritno nerjavno jeklo.Ko jeklu dodamo več kot 17 % kroma in 7 % niklja, se visokotemperaturna kristalna struktura jekla, avstenit, stabilizira, tako da obstane pri vseh temperaturah od najnižje do skoraj taljenja.
Avstenitno nerjavno jeklo se običajno imenuje vrsta "krom-nikelj", martenzitna in feritna jekla pa običajno imenujemo vrsta "ravni krom".Nekateri legirni elementi, ki se uporabljajo v nerjavnih jeklih in zvarih, se obnašajo kot avstenitni stabilizatorji, drugi pa kot feritni stabilizatorji.Najpomembnejši stabilizatorji avstenita so nikelj, ogljik, mangan in dušik.Feritni stabilizatorji so krom, silicij, molibden in niobij.Uravnoteženje legirnih elementov nadzoruje količino ferita v zvaru.
Avstenitne stopnje so lažje in bolj zadovoljivo varjene kot tiste, ki vsebujejo manj kot 5 % niklja.Varjeni spoji, izdelani iz avstenitnih nerjavnih jekel, so močni, duktilni in žilavi v svojem varjenem stanju.Običajno ne potrebujejo predgretja ali toplotne obdelave po varjenju.Avstenitne stopnje predstavljajo približno 80 % varjenega nerjavnega jekla in ta uvodni članek se močno osredotoča nanje.
Tabela 1: Vrste nerjavnega jekla in njihova vsebnost kroma in niklja.
tstart{c,80%}
thead{Vrsta|% Krom|% Nikelj|Vrste}
tdata{Avstenit|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Martenzitno|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tpodatki{feritno|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Duplex|18 - 28%|4 - 8%|2205}
nagibati se{}
Kako izbrati pravo nerjavno dodajno kovino
Če je osnovni material na obeh ploščah enak, je bilo prvotno vodilo: 'Začnite tako, da ujemate osnovni material.'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.'Če želite spojiti 304 s 316, izberite polnilo 316.
Na žalost ima 'pravilo ujemanja' toliko izjem, da je boljše načelo: Oglejte si tabelo za izbiro kovinskega polnila.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 nerjavnega jekla tipa 304 uporabite polnilo tipa 308, saj bodo dodatni legirni elementi v tipu 308 bolje stabilizirali območje zvara.
Vendar pa je 308L tudi sprejemljivo polnilo.Oznaka 'L' za katero koli vrsto označuje nizko vsebnost ogljika.Nerjavno jeklo tipa 3XXL ima vsebnost ogljika 0,03 % ali manj, medtem ko ima lahko nerjaveče jeklo tipa 3XX največjo vsebnost ogljika 0,08 %.
Ker polnilo tipa L spada v isto klasifikacijo kot izdelek, ki ni L, proizvajalci lahko in bi morali močno razmisliti o uporabi polnila tipa L, ker nižja vsebnost ogljika zmanjša tveganje za težave z interkristalno korozijo.Pravzaprav avtorji trdijo, da bi se polnilo tipa L bolj uporabljalo, če bi proizvajalci preprosto posodobili svoje postopke.
Proizvajalci, ki uporabljajo postopek GMAW, bodo morda želeli razmisliti tudi o uporabi polnila tipa 3XXSi, saj dodatek silicija izboljša vlaženje.V primerih, ko ima zvar visoko ali hrapavo konico ali kjer se varilna luža ne prilega dobro na vrhove zaokroženega ali prekrivnega spoja, lahko uporaba elektrode GMAW tipa Si zgladi zvar in spodbuja boljše zlivanje.
Če vas skrbi obarjanje karbida, razmislite o polnilu tipa 347, ki vsebuje majhno količino niobija.
Kako variti nerjavno jeklo na ogljikovo jeklo
Ta situacija se pojavi pri aplikacijah, kjer en del konstrukcije zahteva proti koroziji odporno zunanjo stran, povezano s strukturnim 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 je razredčitev v zvaru uravnotežena ali bolj legirana kot nerjavna osnovna kovina.
Za spajanje ogljikovega jekla s tipom 304 ali 316, kot tudi za spajanje različnih nerjavnih jekel, razmislite o elektrodi tipa 309L za večino aplikacij.Če želite večjo vsebnost Cr, razmislite o tipu 312.
Kot opozorilo, avstenitna nerjavna jekla kažejo stopnjo raztezanja, ki je približno 50 odstotkov večja kot pri ogljikovem jeklu.Pri spajanju lahko različne stopnje raztezanja povzročijo razpoke zaradi notranjih napetosti, razen če se uporabita ustrezna elektroda in postopek varjenja.
Uporabite pravilne postopke čiščenja priprave zvara
Kot pri drugih kovinah najprej odstranite olje, mast, oznake in umazanijo z nekloriranim topilom.Po tem je primarno pravilo priprave nerjavnega zvara 'Izogibajte se kontaminaciji z ogljikovim jeklom, da preprečite korozijo.'Nekatera podjetja uporabljajo ločeni zgradbi za svojo „trgovino iz nerjavečega jekla“ in „trgovino z ogljikom“, da preprečijo navzkrižno kontaminacijo.
Ko pripravljate robove za varjenje, označite brusilne plošče in nerjavne krtače kot "samo nerjavne".Nekateri postopki zahtevajo čiščenje dva centimetra nazaj od spoja.Priprava spoja je tudi bolj kritična, saj je kompenzacija neskladnosti z manipulacijo elektrod težja kot pri ogljikovem jeklu.
Uporabite pravilen postopek čiščenja po varjenju, da preprečite rjo
Za začetek se spomnite, kaj naredi nerjavno jeklo nerjavno: reakcija kroma s kisikom, da na površini materiala nastane zaščitna plast kromovega oksida.Nerjavno jeklo rjavi zaradi obarjanja karbida (glejte spodaj) in ker postopek varjenja segreje zvar do te mere, da lahko na površini zvara nastane feritni oksid.Popolnoma zdrav zvar, če ga pustimo v zvarjenem stanju, lahko v manj kot 24 urah pokaže 'sledove rje' na mejah toplotno prizadetega območja.
Da se lahko nova plast čistega kromovega oksida pravilno preoblikuje, je potrebno nerjavno jeklo po varjenju očistiti s poliranjem, luženjem, brušenjem ali ščetkanjem.Spet uporabite brusilnike in krtače, namenjene temu opravilu.
Zakaj je varilna žica iz nerjavečega jekla magnetna?
Popolnoma avstenitno nerjavno jeklo je nemagnetno.Vendar pa temperature varjenja ustvarijo relativno veliko zrno v mikrostrukturi, zaradi česar je zvar občutljiv na razpoke.Za zmanjšanje občutljivosti na vroče pokanje proizvajalci elektrod dodajajo legirne elemente, vključno s feritom.Feritna faza povzroči, da so avstenitna zrna veliko bolj drobna, zato postane zvar bolj odporen proti razpokam.
Magnet se ne bo oprijel tuljave iz avstenitnega nerjavečega polnila, vendar lahko oseba, ki drži magnet, zaradi ohranjenega ferita občuti rahlo vlečenje.Na žalost zaradi tega nekateri uporabniki mislijo, da je bil njihov izdelek napačno označen ali da uporabljajo napačno polnilno kovino (še posebej, če so odtrgali nalepko z žične košare).
Pravilna količina ferita v elektrodi je odvisna od delovne temperature aplikacije.Preveč ferita na primer povzroči, da zvar pri nizkih temperaturah izgubi svojo žilavost.Tako ima polnilo tipa 308 za cevovode LNG feritno število med 3 in 6 v primerjavi s feritnim številom 8 za standardno polnilo tipa 308.Skratka, dodajne kovine se na prvi pogled morda zdijo podobne, vendar so majhne razlike v sestavi pomembne.
Ali obstaja enostaven način za varjenje dupleksnega nerjavnega jekla?
Običajno imajo dupleksna nerjavna jekla mikrostrukturo, sestavljeno iz približno 50 % ferita in 50 % avstenita.Preprosto povedano, ferit zagotavlja visoko trdnost in nekaj odpornosti proti razpokanju zaradi napetostne korozije, medtem ko avstenit zagotavlja dobro žilavost.Dve fazi v kombinaciji dajeta dupleksnim jeklom privlačne lastnosti.Na voljo je široka paleta dupleksnih nerjavnih jekel, pri čemer je najpogostejši tip 2205;ta vsebuje 22 % kroma, 5 % niklja, 3 % molibdena in 0,15 % dušika.
Pri varjenju duplex nerjavečega jekla lahko nastanejo težave, če ima zvar preveč ferita (toplota iz obloka povzroči, da se atomi uredijo v feritno matrico).Za kompenzacijo morajo dodajne kovine spodbujati avstenitno strukturo z višjo vsebnostjo zlitine, običajno 2 do 4 % več niklja kot v osnovni kovini.Na primer, polnjena žica za varjenje tipa 2205 ima lahko 8,85 % niklja.
Želena vsebnost ferita se lahko giblje od 25 do 55 % po varjenju (lahko pa tudi več).Upoštevajte, da mora biti hitrost ohlajanja dovolj počasna, da omogoči preoblikovanje avstenita, vendar ne tako počasna, da bi se ustvarile intermetalne faze, niti prehitra, da bi ustvaril presežek ferita v območju toplotnega vpliva.Upoštevajte postopke, ki jih priporoča proizvajalec za varjenje in izbrano dodajno kovino.
Prilagoditev parametrov pri varjenju nerjavnega jekla
Za proizvajalce, ki nenehno prilagajajo parametre (napetost, jakost toka, dolžino obloka, induktivnost, širino impulza itd.) pri varjenju nerjavnega jekla, je tipičen krivec nedosledna sestava dodajne kovine.Glede na pomembnost legirnih elementov lahko razlike v kemični sestavi med serijami opazno vplivajo na učinkovitost zvara, kot je slabo omočenje ali težko sproščanje žlindre.Spremembe v premeru elektrode, čistosti površine, ulitku in vijačnici prav tako vplivajo na zmogljivost v aplikacijah GMAW in FCAW.
Nadzor kontrolnega izločanja karbida v avstenitnem nerjavnem jeklu
Pri temperaturah v območju 426-871 °C vsebnost ogljika, ki presega 0,02 %, migrira 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 izpostavljeno jedkemu okolju, pride do intergranularne korozije, ki omogoča, da se meje zrn razjedejo.
Za nadzor izločanja karbida ohranite čim nižjo vsebnost ogljika (največ 0,04 %) z varjenjem z nizkoogljičnimi elektrodami.Ogljik lahko vežeta tudi niobij (prej kolumbij) in titan, ki imata večjo afiniteto do ogljika kot krom.V ta namen so izdelane elektrode tipa 347.
Kako se pripraviti na razpravo o izbiri polnila
Zberite najmanj informacije o končni uporabi zvarjenega dela, vključno z delovnim okoljem (zlasti delovnimi temperaturami, izpostavljenostjo korozivnim elementom in stopnjo pričakovane odpornosti proti koroziji) in želeno življenjsko dobo.Informacije o zahtevanih mehanskih lastnostih pri delovnih pogojih so v veliko pomoč, vključno s trdnostjo, žilavostjo, duktilnostjo in utrujenostjo.
Večina vodilnih proizvajalcev elektrod ponuja vodnike za izbiro polnilnih kovin in avtorji ne morejo preveč poudariti te točke: preberite navodila za uporabo polnilnih kovin ali se obrnite na proizvajalčeve tehnične strokovnjake.Tam vam pomagajo pri izbiri prave elektrode iz nerjavečega jekla.
Če želite več informacij o polnilnih kovinah iz nerjavečega jekla TYUE in se za nasvet obrniti na strokovnjake podjetja, obiščite www.tyuelec.com.
Čas objave: 23. december 2022