Den här artikeln från Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. förklarar vad man ska tänka på när man anger tillsatsmetaller för svetsning av rostfritt stål.
Förmågan som gör rostfritt stål så attraktivt - förmågan att skräddarsy dess mekaniska egenskaper och motståndskraft mot korrosion och oxidation - ökar också komplexiteten i att välja en lämplig tillsatsmetall för svetsning.För varje given basmaterialkombination kan vilken som helst av flera typer av elektroder vara lämplig, beroende på kostnadsfrågor, serviceförhållanden, önskade mekaniska egenskaper och en mängd svetsrelaterade problem.
Den här artikeln ger den nödvändiga tekniska bakgrunden för att ge läsaren en uppskattning för ämnets komplexitet och svarar sedan på några av de vanligaste frågorna som ställs av tillsatsmetallleverantörer.Den fastställer allmänna riktlinjer för val av lämpliga tillsatsmetaller av rostfritt stål - och förklarar sedan alla undantag från dessa riktlinjer!Artikeln täcker inte svetsprocedurer, eftersom det är ett ämne för en annan artikel.
Fyra kvaliteter, många legeringselement
Det finns fyra huvudkategorier av rostfria stål:
austenitiska
martensitisk
ferritisk
Duplex
Namnen härrör från den kristallina strukturen hos stålet som normalt finns vid rumstemperatur.När lågkolhaltigt stål värms upp över 912°C, omordnas stålets atomer från strukturen som kallas ferrit vid rumstemperatur till kristallstrukturen som kallas austenit.Vid kylning återgår atomerna till sin ursprungliga struktur, ferrit.Högtemperaturstrukturen, austenit, är omagnetisk, plastisk och har lägre hållfasthet och större duktilitet än rumstemperaturformen av ferrit.
När mer än 16 % krom tillsätts stålet stabiliseras den rumstemperatur kristallina strukturen, ferrit, och stålet förblir i ferritiskt tillstånd vid alla temperaturer.Därför används namnet ferritiskt rostfritt stål på denna legeringsbas.När mer än 17 % krom och 7 % nickel tillsätts stålet stabiliseras stålets högtemperaturkristallina struktur, austenit, så att den håller i sig vid alla temperaturer från den allra lägsta till nästan smältande.
Austenitiskt rostfritt stål kallas vanligtvis för "krom-nickel", och de martensitiska och ferritiska stålen kallas vanligtvis för "rakt krom".Vissa legeringselement som används i rostfria stål och svetsmetaller fungerar som austenitstabilisatorer och andra som ferritstabilisatorer.De viktigaste austenitstabilisatorerna är nickel, kol, mangan och kväve.Ferritstabilisatorerna är krom, kisel, molybden och niob.Balansering av legeringselementen styr mängden ferrit i svetsmetallen.
Austenitiska kvaliteter svetsas lättare och mer tillfredsställande än de som innehåller mindre än 5 % nickel.Svetsfogar tillverkade i austenitiska rostfria stål är starka, formbara och sega i sitt svetsade tillstånd.De kräver normalt inte förvärmning eller värmebehandling efter svetsning.Austenitiska kvaliteter står för cirka 80 % av det svetsade rostfria stålet, och den här inledande artikeln fokuserar mycket på dem.
Tabell 1: Rostfria ståltyper och deras krom- och nickelhalt.
tstart{c,80%}
thead{Typ|% Chromium|% Nickel|Types}
tdata{Austenitic|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}
tendera{}
Hur man väljer rätt rostfri tillsatsmetall
Om basmaterialet i båda plattorna är detsamma, var den ursprungliga vägledande principen "Börja med att matcha basmaterialet."Det fungerar bra i vissa fall;för att sammanfoga Typ 310 eller 316, välj motsvarande filler Type.
För att sammanfoga olika material, följ denna vägledande princip: "välj ett fyllmedel som matchar det mer höglegerade materialet."För att gå med 304 till 316, välj ett 316 filler.
Tyvärr har "matchningsregeln" så många undantag att en bättre princip är: Konsultera en valtabell för tillsatsmetall.Typ 304 är till exempel det vanligaste basmaterialet i rostfritt stål, men ingen erbjuder en typ 304-elektrod.
Hur svetsar typ 304 rostfritt utan typ 304 elektrod
För att svetsa typ 304 rostfritt, använd typ 308 fyllmedel, eftersom de extra legeringselementen i typ 308 kommer att stabilisera svetsområdet bättre.
Men 308L är också ett acceptabelt fyllmedel.'L'-beteckningen efter någon typ indikerar låg kolhalt.En rostfri typ 3XXL har en kolhalt på 0,03 % eller mindre, medan standard rostfri typ 3XX kan ha en maximal kolhalt på 0,08 %.
Eftersom ett typ L-fyllmedel faller inom samma klassificering som icke-L-produkten, kan och bör tillverkarna starkt överväga att använda ett typ L-fyllmedel eftersom lägre kolhalt minskar risken för intergranulära korrosionsproblem.Faktum är att författarna hävdar att typ L-fyllmedel skulle användas mer allmänt om tillverkarna helt enkelt uppdaterade sina procedurer.
Tillverkare som använder GMAW-processen kanske också vill överväga att använda ett fyllmedel av typ 3XXSi, eftersom tillsatsen av kisel förbättrar utvätningen.I situationer där svetsen har en hög eller grov krona, eller där svetspölen inte fäster väl vid tårna på en käl- eller överlappsfog, kan användning av en Si Type GMAW-elektrod jämna ut svetssträngen och främja bättre sammansmältning.
Om karbidutfällning är ett problem, överväg ett fyllmedel av typ 347, som innehåller en liten mängd niob.
Hur man svetsar rostfritt stål till kolstål
Denna situation uppstår i applikationer där en del av en struktur kräver en korrosionsbeständig yttre yta förenad med ett konstruktionselement av kolstål för att sänka kostnaden.Vid sammanfogning av ett basmaterial utan legeringselement till ett basmaterial med legeringselement, använd ett överlegerat fyllmedel så att utspädningen i svetsmetallen balanserar eller är mer legerad än den rostfria basmetallen.
För sammanfogning av kolstål till typ 304 eller 316, såväl som för sammanfogning av olika rostfria stål, överväg en elektrod av typ 309L för de flesta applikationer.Om ett högre Cr-innehåll önskas, överväg Type 312.
Som en varning uppvisar austenitiska rostfria stål en expansionshastighet som är cirka 50 procent högre än för kolstål.Vid sammanfogning kan de olika expansionshastigheterna orsaka sprickbildning på grund av inre spänningar om inte rätt elektrod och svetsning används.
Använd den korrekta rengöringsproceduren för svetsförberedelse
Som med andra metaller, ta först bort olja, fett, märken och smuts med ett icke-klorerat lösningsmedel.Efter det är den primära regeln för förberedelse av rostfritt svets "Undvik kontaminering från kolstål för att förhindra korrosion."Vissa företag använder separata byggnader för sin "rostfria butik" och "kolbutik" för att förhindra korskontaminering.
Ange slipskivor och rostfria borstar som "endast rostfria" när du förbereder kanter för svetsning.Vissa procedurer kräver rengöring två tum tillbaka från fogen.Fogberedning är också mer kritisk, eftersom det är svårare att kompensera för inkonsekvenser med elektrodmanipulation än med kolstål.
Använd korrekt eftersvetsrengöringsprocedur för att förhindra rost
För att börja, kom ihåg vad som gör ett rostfritt stål rostfritt: reaktionen av krom med syre för att bilda ett skyddande lager av kromoxid på ytan av materialet.Rostfritt rostar på grund av karbidutfällning (se nedan) och på grund av att svetsprocessen värmer upp svetsmetallen till en punkt där ferritisk oxid kan bildas på svetsytan.Om den lämnas i svetsat tillstånd kan en perfekt sund svets visa "vagnspår av rost" vid gränserna för den värmepåverkade zonen på mindre än 24 timmar.
För att ett nytt lager av ren kromoxid ska kunna omvandlas ordentligt, kräver rostfritt stål eftersvetsrengöring genom polering, betning, slipning eller borstning.Återigen, använd kvarnar och borstar dedikerade till uppgiften.
Varför är rostfri svetstråd magnetisk?
Helt austenitiskt rostfritt stål är icke-magnetiskt.Svetstemperaturer skapar dock ett relativt stort korn i mikrostrukturen, vilket resulterar i att svetsen är sprickkänslig.För att minska känsligheten för hetsprickbildning lägger elektrodtillverkare till legeringselement, inklusive ferrit.Ferritfasen gör att de austenitiska kornen blir mycket finare, så svetsen blir mer sprickbeständig.
En magnet kommer inte att fastna på en spole av austenitiskt rostfritt fyllmedel, men en person som håller i en magnet kan känna ett lätt drag på grund av den kvarhållna ferriten.Tyvärr får detta vissa användare att tro att deras produkt har blivit felmärkt eller att de använder fel tillsatsmetall (speciellt om de slitit etiketten från trådkorgen).
Den korrekta mängden ferrit i en elektrod beror på applikationens driftstemperatur.Till exempel gör för mycket ferrit att svetsen förlorar sin seghet vid låga temperaturer.Således har typ 308-fyllmedel för en LNG-rörapplikation ett ferrittal mellan 3 och 6, jämfört med ett ferrittal på 8 för standardtyp 308-fyllmedel.Kortfattat kan fyllnadsmetaller verka lika till en början, men små skillnader i sammansättning är viktiga.
Finns det ett enkelt sätt att svetsa duplexa rostfria stål?
Vanligtvis har duplexa rostfria stål en mikrostruktur som består av cirka 50 % ferrit och 50 % austenit.Enkelt uttryckt ger ferriten hög hållfasthet och viss motståndskraft mot spänningskorrosionssprickor medan austeniten ger god seghet.De två faserna i kombination ger duplexstålen deras attraktiva egenskaper.Ett brett utbud av duplexa rostfria stål är tillgängliga, där det vanligaste är typ 2205;denna innehåller 22 % krom, 5 % nickel, 3 % molybden och 0,15 % kväve.
Vid svetsning av duplext rostfritt stål kan problem uppstå om svetsmetallen har för mycket ferrit (värmen från ljusbågen gör att atomerna ordnar sig i en ferritmatris).För att kompensera måste tillsatsmetaller främja den austenitiska strukturen med högre legeringshalt, vanligtvis 2 till 4 % mer nickel än i basmetallen.Till exempel kan flusskärnatråd för svetsning Typ 2205 ha 8,85 % nickel.
Önskat ferritinnehåll kan variera från 25 till 55 % efter svetsning (men kan vara högre).Observera att avkylningshastigheten måste vara tillräckligt långsam för att tillåta austeniten att reformeras, men inte så långsam att den skapar intermetalliska faser, och inte heller för snabb för att skapa överskott av ferrit i den värmepåverkade zonen.Följ tillverkarens rekommenderade procedurer för den valda svetsprocessen och tillsatsmetallen.
Justering av parametrar vid svetsning av rostfritt stål
För tillverkare som ständigt justerar parametrar (spänning, strömstyrka, båglängd, induktans, pulsbredd, etc) vid svetsning av rostfritt stål, är den typiska boven den inkonsekventa tillsatsmetallsammansättningen.Med tanke på vikten av legeringselement kan variationer i kemisk sammansättning från parti till parti ha en märkbar effekt på svetsprestanda, såsom dålig utvätning eller svår slaggfrigöring.Variationer i elektroddiameter, ytrenhet, gjutning och helix påverkar också prestanda i GMAW- och FCAW-applikationer.
Styrning av kontrollkarbidutfällning i austenitiskt rostfritt stål
Vid temperaturer i intervallet 426-871°C migrerar kolinnehåll över 0,02 % till korngränserna för den austenitiska strukturen, där det reagerar med krom för att bilda kromkarbid.Om kromet binds upp med kolet är det inte tillgängligt för korrosionsbeständighet.När den utsätts för en korrosiv miljö uppstår intergranulär korrosion, vilket gör att korngränserna kan ätas bort.
För att kontrollera karbidutfällningen, håll kolhalten så låg som möjligt (max 0,04 %) genom att svetsa med elektroder med låg kolhalt.Kol kan också bindas upp av niob (tidigare columbium) och titan, som har en starkare affinitet för kol än krom.Elektroder av typ 347 är gjorda för detta ändamål.
Hur man förbereder sig för en diskussion om val av tillsatsmetall
Samla åtminstone information om slutanvändningen av den svetsade delen, inklusive servicemiljö (särskilt driftstemperaturer, exponering för korrosiva element och graden av förväntad korrosionsbeständighet) och önskad livslängd.Information om erforderliga mekaniska egenskaper vid driftsförhållanden är till stor hjälp, inklusive hållfasthet, seghet, duktilitet och utmattning.
De flesta av de ledande elektrodtillverkarna tillhandahåller guideböcker för val av tillsatsmetall, och författarna kan inte överbetona denna punkt: konsultera en applikationsguide för tillsatsmetall eller kontakta tillverkarens tekniska experter.De finns där för att hjälpa till med att välja rätt elektrod i rostfritt stål.
För mer information om TYUEs tillsatsmetaller i rostfritt stål och för att kontakta företagets experter för råd, gå till www.tyuelec.com.
Posttid: 2022-12-23