Denne artikel fra Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. forklarer, hvad man skal overveje, når man specificerer fyldmetaller til svejsning af rustfrit stål.
De egenskaber, der gør rustfrit stål så attraktivt - evnen til at skræddersy dets mekaniske egenskaber og modstandsdygtighed over for korrosion og oxidation - øger også kompleksiteten i at vælge et passende fyldmetal til svejsning.For enhver given basismaterialekombination kan en hvilken som helst af flere typer elektroder være passende, afhængigt af omkostninger, serviceforhold, ønskede mekaniske egenskaber og en række svejserelaterede problemer.
Denne artikel giver den nødvendige tekniske baggrund for at give læseren en forståelse for emnets kompleksitet og besvarer derefter nogle af de mest almindelige spørgsmål, der stilles til leverandører af fyldmetal.Den opstiller generelle retningslinjer for udvælgelse af passende rustfrit stål fyldmetaller - og forklarer derefter alle undtagelserne fra disse retningslinjer!Artiklen dækker ikke svejseprocedurer, da det er et emne for en anden artikel.
Fire kvaliteter, talrige legeringselementer
Der er fire hovedkategorier af rustfrit stål:
austenitisk
martensitisk
ferritisk
Duplex
Navnene er afledt af den krystallinske struktur af stålet, der normalt findes ved stuetemperatur.Når stål med lavt kulstofindhold opvarmes til over 912°C, omarrangeres stålets atomer fra strukturen kaldet ferrit ved stuetemperatur til krystalstrukturen kaldet austenit.Ved afkøling vender atomerne tilbage til deres oprindelige struktur, ferrit.Højtemperaturstrukturen, austenit, er ikke-magnetisk, plastisk og har lavere styrke og større duktilitet end rumtemperaturformen af ferrit.
Når mere end 16 % krom tilsættes stålet, stabiliseres den stuetemperatur krystallinske struktur, ferrit, og stålet forbliver i ferritisk tilstand ved alle temperaturer.Derfor anvendes navnet ferritisk rustfrit stål på denne legeringsbase.Når mere end 17 % krom og 7 % nikkel tilsættes stålet, stabiliseres stålets højtemperatur-krystallinske struktur, austenit, så det holder ved alle temperaturer fra de allerlaveste til næsten smeltende.
Austenitisk rustfrit stål omtales almindeligvis som 'krom-nikkel'-typen, og martensitisk og ferritisk stål kaldes almindeligvis de 'lige krom'-typer.Visse legeringselementer, der anvendes i rustfrit stål og svejsemetaller, opfører sig som austenitstabilisatorer og andre som ferritstabilisatorer.De vigtigste austenitstabilisatorer er nikkel, kulstof, mangan og nitrogen.Ferritstabilisatorerne er chrom, silicium, molybdæn og niobium.Afbalancering af legeringselementerne styrer mængden af ferrit i svejsemetallet.
Austenitiske kvaliteter svejses lettere og tilfredsstillende end dem, der indeholder mindre end 5 % nikkel.Svejsesamlinger fremstillet i austenitisk rustfrit stål er stærke, duktile og seje i deres svejsede tilstand.De kræver normalt ikke forvarmning eller varmebehandling efter svejsning.Austenitiske kvaliteter tegner sig for cirka 80 % af det svejste rustfri stål, og denne indledende artikel fokuserer stærkt på dem.
Tabel 1: Rustfri ståltyper og deres krom- og nikkelindhold.
tstart{c,80%}
thead{Type|% Chromium|% Nikkel|Types}
tdata{Austenitisk|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Martensitic|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tdata{Ferritic|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Duplex|18 - 28%|4 - 8%|2205}
pleje{}
Sådan vælger du det korrekte rustfri fyldmetal
Hvis grundmaterialet i begge plader er det samme, plejede det oprindelige ledende princip at være "Start med at matche basismaterialet."Det fungerer godt i nogle tilfælde;For at forbinde Type 310 eller 316 skal du vælge den tilsvarende fyldstoftype.
For at sammenføje uens materialer, følg dette vejledende princip: 'vælg et fyldstof, der matcher det mere højtlegerede materiale.'For at slutte sig til 304 til 316 skal du vælge et 316 fyldstof.
Desværre har 'match-reglen' så mange undtagelser, at et bedre princip er: Se en tabel til valg af fyldmetal.For eksempel er Type 304 det mest almindelige basismateriale i rustfrit stål, men ingen tilbyder en Type 304-elektrode.
Sådan svejses Type 304 rustfri uden en Type 304 elektrode
For at svejse Type 304 rustfrit skal du bruge Type 308 spartelmasse, da de ekstra legeringselementer i Type 308 bedre vil stabilisere svejseområdet.
308L er dog også et acceptabelt fyldstof.'L'-betegnelsen efter enhver type angiver lavt kulstofindhold.En Type 3XXL rustfri har et kulstofindhold på 0,03 % eller mindre, hvorimod standard Type 3XX rustfri kan have et maksimalt kulstofindhold på 0,08 %.
Fordi et Type L-fyldstof falder inden for samme klassificering som ikke-L-produktet, kan og bør fabrikanter overveje at bruge et Type L-fyldstof, fordi lavere kulstofindhold reducerer risikoen for intergranulære korrosionsproblemer.Faktisk hævder forfatterne, at Type L-fyldstof ville blive mere udbredt, hvis fabrikanterne blot opdaterede deres procedurer.
Producenter, der anvender GMAW-processen, vil måske også overveje at bruge et Type 3XXSi-fyldstof, da tilsætningen af silicium forbedrer udfugtningen.I situationer, hvor svejsningen har en høj eller ru krone, eller hvor svejsepytten ikke hænger godt sammen ved tæerne på en filet- eller lapsamling, kan brug af en Si Type GMAW-elektrode udglatte svejsestrengen og fremme bedre sammensmeltning.
Hvis karbidudfældning er et problem, skal du overveje et Type 347-fyldstof, som indeholder en lille mængde niob.
Sådan svejses rustfrit stål til kulstofstål
Denne situation opstår i applikationer, hvor en del af en struktur kræver en korrosionsbestandig udvendig flade forbundet med et konstruktionselement af kulstofstål for at sænke omkostningerne.Når du forbinder et basismateriale uden legeringselementer til et basismateriale med legeringselementer, skal du bruge et overlegeret fyldstof, så fortyndingen i svejsemetallet balancerer eller er mere legeret end det rustfrie basismetal.
Til sammenføjning af kulstofstål til Type 304 eller 316, såvel som til sammenføjning af uens rustfrit stål, skal du overveje en Type 309L-elektrode til de fleste anvendelser.Hvis et højere Cr-indhold ønskes, overvej Type 312.
Som en advarselsnote udviser austenitisk rustfrit stål en ekspansionshastighed, der er omkring 50 procent større end kulstofstål.Ved sammenføjning kan de forskellige ekspansionshastigheder forårsage revner på grund af indre spændinger, medmindre den korrekte elektrode og svejseprocedure anvendes.
Brug de korrekte svejseforberedende rengøringsprocedurer
Som med andre metaller skal du først fjerne olie, fedt, mærker og snavs med et ikke-kloreret opløsningsmiddel.Derefter er den primære regel for forberedelse af rustfri svejsning "Undgå forurening fra kulstofstål for at forhindre korrosion."Nogle virksomheder bruger separate bygninger til deres 'rustfri butik' og 'kulstofbutik' for at forhindre krydskontaminering.
Angiv slibeskiver og rustfri børster som 'kun rustfri' ved klargøring af kanter til svejsning.Nogle procedurer kræver rengøring to inches tilbage fra leddet.Fugeforberedelse er også mere kritisk, da det er sværere at kompensere for uoverensstemmelser med elektrodemanipulation end med kulstofstål.
Brug den korrekte rengøringsprocedure efter svejsning for at forhindre rust
For at starte, husk, hvad der gør et rustfrit stål rustfrit: reaktionen af chrom med ilt for at danne et beskyttende lag af chromoxid på overfladen af materialet.Rustfrit ruster på grund af karbidudfældning (se nedenfor), og fordi svejseprocessen opvarmer svejsemetallet til det punkt, hvor ferritisk oxid kan dannes på svejsningens overflade.Efterladt i svejset tilstand kan en perfekt forsvarlig svejsning vise "vognspor af rust" ved grænserne af den varmepåvirkede zone på mindre end 24 timer.
For at et nyt lag af ren chromoxid kan omdannes korrekt, kræver rustfrit stål eftersvejsning ved polering, bejdsning, slibning eller børstning.Igen, brug kværne og børster dedikeret til opgaven.
Hvorfor er rustfri stålsvejsetråd magnetisk?
Fuldt austenitisk rustfrit stål er ikke-magnetisk.Svejsetemperaturer skaber dog et relativt stort korn i mikrostrukturen, hvilket resulterer i, at svejsningen er revnefølsom.For at mindske følsomheden over for varme revner tilføjer elektrodeproducenter legeringselementer, herunder ferrit.Ferritfasen får de austenitiske korn til at være meget finere, så svejsningen bliver mere revnebestandig.
En magnet vil ikke klæbe til en spole af austenitisk rustfrit fyldstof, men en person, der holder en magnet, kan føle et let træk på grund af den tilbageholdte ferrit.Desværre får dette nogle brugere til at tro, at deres produkt er blevet forkert mærket, eller at de bruger det forkerte fyldmetal (især hvis de rev etiketten af trådkurven).
Den korrekte mængde ferrit i en elektrode afhænger af applikationens driftstemperatur.For meget ferrit får f.eks. svejsningen til at miste sin sejhed ved lave temperaturer.Type 308 fyldstof til en LNG-rørapplikation har således et ferrittal mellem 3 og 6 sammenlignet med et ferrittal på 8 for standard Type 308 fyldstof.Kort sagt kan fyldmetaller virke ens i starten, men små forskelle i sammensætning er vigtige.
Er der en nem måde at svejse duplex rustfrit stål på?
Typisk har duplex rustfrit stål en mikrostruktur bestående af cirka 50 % ferrit og 50 % austenit.Enkelt sagt giver ferritten høj styrke og en vis modstand mod spændingskorrosion, mens austenitten giver god sejhed.De to faser i kombination giver duplexstålene deres attraktive egenskaber.Et bredt udvalg af duplex rustfrit stål er tilgængeligt, hvor den mest almindelige er Type 2205;denne indeholder 22% chrom, 5% nikkel, 3% molybdæn og 0,15% nitrogen.
Ved svejsning af duplex rustfrit stål kan der opstå problemer, hvis svejsemetallet har for meget ferrit (varmen fra lysbuen får atomerne til at arrangere sig i en ferritmatrix).For at kompensere skal fyldmetaller fremme den austenitiske struktur med højere legeringsindhold, typisk 2 til 4 % mere nikkel end i basismetallet.For eksempel kan flux-tråd til svejsning Type 2205 have 8,85 % nikkel.
Ønsket ferritindhold kan variere fra 25 til 55 % efter svejsning (men kan være højere).Bemærk, at afkølingshastigheden skal være langsom nok til at tillade austenitten at reformere, men ikke så langsom, at den skaber intermetalliske faser, og heller ikke for hurtig til at skabe overskydende ferrit i den varmepåvirkede zone.Følg producentens anbefalede procedurer for den valgte svejseproces og det valgte spartelmetal.
Justering af parametre ved svejsning af rustfrit stål
For fabrikanter, der konstant justerer parametre (spænding, strømstyrke, lysbuelængde, induktans, pulsbredde osv.) ved svejsning af rustfrit stål, er den typiske synder inkonsekvent fyldmetalsammensætning.I betragtning af vigtigheden af legeringselementer kan variationer i kemisk sammensætning fra parti til parti have en mærkbar indflydelse på svejseydelsen, såsom dårlig udfugtning eller vanskelig slaggefrigivelse.Variationer i elektrodediameter, overfladerenhed, støbning og helix påvirker også ydeevnen i GMAW- og FCAW-applikationer.
Styring af kontrolkarbidudfældning i austenitisk rustfrit stål
Ved temperaturer i området 426-871°C migrerer kulstofindhold på over 0,02% til korngrænserne af den austenitiske struktur, hvor det reagerer med krom for at danne kromcarbid.Hvis kromet er bundet op med kulstoffet, er det ikke tilgængeligt for korrosionsbestandighed.Når den udsættes for et ætsende miljø, resulterer der intergranulær korrosion, hvilket gør det muligt at tære korngrænserne væk.
For at kontrollere karbidudfældningen skal kulstofindholdet holdes så lavt som muligt (0,04 % maksimum) ved at svejse med kulstoffattige elektroder.Kulstof kan også bindes af niobium (tidligere columbium) og titanium, som har en stærkere affinitet til kulstof end krom.Type 347 elektroder er lavet til dette formål.
Sådan forbereder du dig til en diskussion om valg af fyldstof
Indsaml som minimum information om slutbrugen af den svejste del, herunder servicemiljø (især driftstemperaturer, eksponering for korrosive elementer og graden af forventet korrosionsbestandighed) og ønsket levetid.Oplysninger om nødvendige mekaniske egenskaber under driftsforhold hjælper meget, herunder styrke, sejhed, duktilitet og træthed.
De fleste af de førende elektrodeproducenter leverer vejledninger til udvælgelse af fyldmetal, og forfatterne kan ikke overbetone dette punkt: konsulter en vejledning til applikationsvejledning til fyldmetal eller kontakt producentens tekniske eksperter.De er der for at hjælpe med at vælge den korrekte rustfri stålelektrode.
Gå til www.tyuelec.com for at få mere information om TYUE's rustfri stål fyldmetaller og for at kontakte virksomhedens eksperter for rådgivning.
Indlægstid: 23. december 2022