Ovaj članak kompanije Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. objašnjava šta treba uzeti u obzir prilikom određivanja dodatnih materijala za zavarivanje nehrđajućeg čelika.
Mogućnosti koje čine nehrđajući čelik tako privlačnim - mogućnost prilagođavanja njegovih mehaničkih svojstava i otpornosti na koroziju i oksidaciju - također povećavaju složenost odabira odgovarajućeg dodatnog materijala za zavarivanje. Za bilo koju kombinaciju osnovnog materijala, bilo koja od nekoliko vrsta elektroda može biti prikladna, ovisno o troškovima, uvjetima rada, željenim mehaničkim svojstvima i nizu problema vezanih za zavarivanje.
Ovaj članak pruža potrebnu tehničku pozadinu kako bi čitalac shvatio složenost teme, a zatim odgovara na neka od najčešćih pitanja dobavljača dodatnog materijala. Utvrđuje opće smjernice za odabir odgovarajućeg dodatnog materijala od nehrđajućeg čelika - a zatim objašnjava sve izuzetke od tih smjernica! Članak ne pokriva postupke zavarivanja, jer je to tema za drugi članak.
Četiri klase, brojni legirajući elementi
Postoje četiri glavne kategorije nehrđajućih čelika:
austenitni
martenzitni
feritni
Dupleks
Nazivi su izvedeni iz kristalne strukture čelika koja se obično nalazi na sobnoj temperaturi. Kada se niskougljični čelik zagrije iznad 912°C, atomi čelika se preuređuju iz strukture koja se naziva ferit na sobnoj temperaturi u kristalnu strukturu koja se naziva austenit. Hlađenjem se atomi vraćaju u svoju prvobitnu strukturu, ferit. Visokotemperaturna struktura, austenit, je nemagnetična, plastična i ima manju čvrstoću i veću duktilnost od ferita na sobnoj temperaturi.
Kada se čeliku doda više od 16% hroma, kristalna struktura sobne temperature, ferit, se stabilizuje i čelik ostaje u feritnom stanju na svim temperaturama. Otuda i naziv feritni nehrđajući čelik za ovu bazu. Kada se čeliku doda više od 17% hroma i 7% nikla, visokotemperaturna kristalna struktura čelika, austenit, se stabilizuje tako da se zadržava na svim temperaturama, od najnižih do gotovo topljenja.
Austenitni nehrđajući čelik se obično naziva 'krom-nikl' tipom, a martenzitni i feritni čelici se obično nazivaju 'pravim hromom'. Određeni legirajući elementi koji se koriste u nehrđajućim čelicima i zavarima ponašaju se kao stabilizatori austenita, a drugi kao feritni stabilizatori. Najvažniji austenitni stabilizatori su nikal, ugljik, mangan i dušik. Feritni stabilizatori su hrom, silicij, molibden i niobij. Balansiranje legirajućih elemenata kontrolira količinu ferita u zavaru.
Austenitne klase se lakše i zadovoljavajuće zavaruju od onih koje sadrže manje od 5% nikla. Zavareni spojevi napravljeni od austenitnih nehrđajućih čelika su jaki, duktilni i žilavi u stanju nakon zavarivanja. Obično ne zahtijevaju predgrijavanje ili termičku obradu nakon zavarivanja. Austenitne klase čine približno 80% zavarenog nehrđajućeg čelika, a ovaj uvodni članak se uveliko fokusira na njih.
Tabela 1: Vrste nehrđajućeg čelika i njihov sadržaj kroma i nikla.
tstart{c,80%}
thead{Vrsta|% Hrom|% Nikl|Vrste}
tdata{Austenitni|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Martenzitni|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tdata{Feritni|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Duplex|18 - 28%|4 - 8%|2205}
skloni
Kako odabrati pravi dodatni metal od nehrđajućeg čelika
Ako je osnovni materijal u obje ploče isti, prvobitni vodeći princip je bio: "Počnite s usklađivanjem osnovnog materijala." To dobro funkcionira u nekim slučajevima; za spajanje tipa 310 ili 316, odaberite odgovarajući tip punila.
Za spajanje različitih materijala, slijedite ovaj vodeći princip: 'odaberite punilo koje odgovara materijalu s većom legurom.' Za spajanje čelika 304 i 316, odaberite punilo od čelika 316.
Nažalost, 'pravilo podudaranja' ima toliko izuzetaka da je bolji princip: Pogledajte tabelu za odabir dodatnog materijala. Na primjer, tip 304 je najčešći osnovni materijal od nehrđajućeg čelika, ali niko ne nudi elektrodu tipa 304.
Kako zavariti nehrđajući čelik tipa 304 bez elektrode tipa 304
Za zavarivanje nehrđajućeg čelika tipa 304, koristite punilo tipa 308, jer će dodatni legirajući elementi u tipu 308 bolje stabilizirati područje zavara.
Međutim, 308L je također prihvatljivo punilo. Oznaka 'L' nakon bilo kojeg tipa označava nizak sadržaj ugljika. Nehrđajući čelik tipa 3XXL ima sadržaj ugljika od 0,03% ili manje, dok standardni nehrđajući čelik tipa 3XX može imati maksimalni sadržaj ugljika od 0,08%.
Budući da punilo tipa L spada u istu klasifikaciju kao i proizvod koji nije L, proizvođači mogu i trebaju ozbiljno razmotriti korištenje punila tipa L jer niži sadržaj ugljika smanjuje rizik od problema s intergranularnom korozijom. U stvari, autori tvrde da bi punilo tipa L bilo šire korišteno kada bi proizvođači jednostavno ažurirali svoje postupke.
Proizvođači koji koriste GMAW proces mogu razmotriti i upotrebu punila tipa 3XXSi, jer dodatak silicija poboljšava vlaženje. U situacijama gdje zavar ima visoku ili hrapavu krunu, ili gdje se zavarna lokva ne veže dobro na vrhove ugaonog ili preklopnog spoja, upotreba Si GMAW elektrode tipa može zagladiti zavar i pospješiti bolje stapanje.
Ako je taloženje karbida problem, razmislite o korištenju punila tipa 347, koje sadrži malu količinu niobija.
Kako zavariti nehrđajući čelik sa ugljičnim čelikom
Ova situacija se javlja u primjenama gdje jedan dio konstrukcije zahtijeva vanjsku površinu otpornu na koroziju spojenu sa konstrukcijskim elementom od ugljičnog čelika radi smanjenja troškova. Prilikom spajanja osnovnog materijala bez legirajućih elemenata sa osnovnim materijalom sa legirajućim elementima, koristite previše legirani punilac tako da se razrjeđivanje unutar metala zavara uravnoteži ili da bude legiranije od osnovnog metala nehrđajućeg čelika.
Za spajanje ugljičnog čelika sa tipom 304 ili 316, kao i za spajanje različitih nehrđajućih čelika, razmotrite elektrodu tipa 309L za većinu primjena. Ako je potreban veći sadržaj Cr, razmotrite tip 312.
Kao upozorenje, austenitni nehrđajući čelici pokazuju brzinu širenja koja je oko 50 posto veća od brzine širenja ugljičnog čelika. Prilikom spajanja, različite brzine širenja mogu uzrokovati pucanje zbog unutrašnjih napona, osim ako se ne koristi odgovarajuća elektroda i postupak zavarivanja.
Koristite ispravne postupke čišćenja za pripremu zavara
Kao i kod drugih metala, prvo uklonite ulje, mast, oznake i prljavštinu rastvaračem bez hlora. Nakon toga, osnovno pravilo pripreme zavara nehrđajućeg čelika je "Izbjegavajte kontaminaciju ugljičnim čelikom kako biste spriječili koroziju." Neke kompanije koriste odvojene zgrade za svoju "radionicu nehrđajućeg čelika" i "radionicu ugljičnog čelika" kako bi spriječile unakrsnu kontaminaciju.
Prilikom pripreme rubova za zavarivanje, brusne ploče i četke od nehrđajućeg čelika označite kao 'samo za nehrđajući čelik'. Neki postupci zahtijevaju čišćenje pet centimetara od spoja. Priprema spoja je također važnija, jer je kompenziranje nedosljednosti pri manipulaciji elektrodom teže nego kod ugljičnog čelika.
Koristite ispravan postupak čišćenja nakon zavarivanja kako biste spriječili hrđu
Za početak, sjetite se šta čini nehrđajući čelik nehrđajućim: reakcija hroma s kisikom koja formira zaštitni sloj hromovog oksida na površini materijala. Nehrđajući čelik hrđa zbog taloženja karbida (vidi dolje) i zato što proces zavarivanja zagrijava metal zavara do tačke u kojoj se feritni oksid može formirati na površini zavara. Ostavljen u stanju nakon zavarivanja, savršeno zdrav zavar može pokazati 'tragove hrđe' na granicama zone utjecaja topline za manje od 24 sata.
Da bi se novi sloj čistog hromovog oksida mogao pravilno formirati, nehrđajući čelik zahtijeva čišćenje nakon zavarivanja poliranjem, kiseljenjem, brušenjem ili četkanje. Opet, koristite brusilice i četke namijenjene za taj zadatak.
Zašto je žica za zavarivanje nehrđajućeg čelika magnetska?
Potpuno austenitni nehrđajući čelik nije magnetičan. Međutim, temperature zavarivanja stvaraju relativno velika zrna u mikrostrukturi, što rezultira osjetljivošću zavara na pucanje. Kako bi ublažili osjetljivost na vruće pucanje, proizvođači elektroda dodaju legirajuće elemente, uključujući ferit. Feritna faza uzrokuje da austenitna zrna budu mnogo finija, pa zavar postaje otporniji na pucanje.
Magnet se neće zalijepiti za kalem austenitnog nehrđajućeg punila, ali osoba koja drži magnet može osjetiti blago povlačenje zbog zaostalog ferita. Nažalost, zbog toga neki korisnici pomisle da je njihov proizvod pogrešno označen ili da koriste pogrešan punilo (posebno ako su otkinuli etiketu sa žičane korpe).
Ispravna količina ferita u elektrodi zavisi od radne temperature primjene. Na primjer, previše ferita uzrokuje gubitak žilavosti zavara na niskim temperaturama. Stoga, punilo tipa 308 za primjenu u LNG cjevovodima ima feritni broj između 3 i 6, u poređenju sa feritnim brojem 8 za standardno punilo tipa 308. Ukratko, dodatni metali mogu na prvi pogled izgledati slično, ali male razlike u sastavu su važne.
Postoji li jednostavan način za zavarivanje dupleks nehrđajućih čelika?
Tipično, dupleks nehrđajući čelici imaju mikrostrukturu koja se sastoji od približno 50% ferita i 50% austenita. Jednostavno rečeno, ferit pruža visoku čvrstoću i određenu otpornost na pucanje usljed korozije pod naponom, dok austenit pruža dobru žilavost. Dvije faze u kombinaciji daju dupleks čelicima njihova atraktivna svojstva. Dostupan je širok asortiman dupleks nehrđajućih čelika, a najčešći je tip 2205; sadrži 22% hroma, 5% nikla, 3% molibdena i 0,15% azota.
Prilikom zavarivanja dupleks nehrđajućeg čelika, problemi se mogu pojaviti ako zavareni metal sadrži previše ferita (toplota iz luka uzrokuje da se atomi rasporede u feritnu matricu). Da bi se to kompenziralo, dodatni metali moraju promovirati austenitnu strukturu s većim sadržajem legure, obično 2 do 4% više nikla nego u osnovnom metalu. Na primjer, punjena žica za zavarivanje tipa 2205 može imati 8,85% nikla.
Željeni sadržaj ferita može se kretati od 25 do 55% nakon zavarivanja (ali može biti i veći). Treba napomenuti da brzina hlađenja mora biti dovoljno spora da omogući ponovno formiranje austenita, ali ne toliko spora da stvori intermetalne faze, niti prebrza da stvori višak ferita u zoni utjecaja topline. Slijedite preporučene postupke proizvođača za proces zavarivanja i odabrani dodatni materijal.
Podešavanje parametara pri zavarivanju nehrđajućeg čelika
Za proizvođače koji stalno podešavaju parametre (napon, amperažu, dužinu luka, induktivnost, širinu impulsa itd.) prilikom zavarivanja nehrđajućeg čelika, tipičan krivac je nedosljedan sastav dodatnog metala. S obzirom na važnost legirajućih elemenata, varijacije u hemijskom sastavu od serije do serije mogu imati primjetan utjecaj na performanse zavara, kao što je loše vlaženje ili teško odvajanje troske. Varijacije u promjeru elektrode, čistoći površine, odljevu i spirali također utječu na performanse u GMAW i FCAW primjenama.
Kontrola taloženja karbida u austenitnom nehrđajućem čeliku
Na temperaturama u rasponu od 426-871°C, sadržaj ugljika veći od 0,02% migrira prema granicama zrna austenitne strukture, gdje reagira s hromom formirajući hromov karbid. Ako je hrom vezan za ugljik, nije dostupan za otpornost na koroziju. Kada je izložen korozivnom okruženju, dolazi do intergranularne korozije, što omogućava nagrizanje granica zrna.
Da biste kontrolisali taloženje karbida, održavajte sadržaj ugljika što je moguće nižim (maksimalno 0,04%) zavarivanjem elektrodama s niskim udjelom ugljika. Ugljik se također može vezati niobijumom (ranije kolumbijumom) i titanom, koji imaju jači afinitet prema ugljiku od hroma. U tu svrhu se izrađuju elektrode tipa 347.
Kako se pripremiti za diskusiju o odabiru dodatnog materijala
Kao minimum, prikupite informacije o krajnjoj upotrebi zavarenog dijela, uključujući radno okruženje (posebno radne temperature, izloženost korozivnim elementima i stepen očekivane otpornosti na koroziju) i željeni vijek trajanja. Informacije o potrebnim mehaničkim svojstvima u radnim uslovima uveliko pomažu, uključujući čvrstoću, žilavost, duktilnost i zamor materijala.
Većina vodećih proizvođača elektroda pruža vodiče za odabir dodatnog metala, a autori ne mogu dovoljno naglasiti ovu činjenicu: konsultujte vodič za primjenu dodatnog metala ili kontaktirajte tehničke stručnjake proizvođača. Oni su tu da vam pomognu pri odabiru ispravne elektrode od nehrđajućeg čelika.
Za više informacija o dodatnim materijalima za nehrđajući čelik kompanije TYUE i za kontakt sa stručnjacima kompanije za savjet, posjetite www.tyuelec.com.
Vrijeme objave: 23. decembra 2022.