Acest articol de la Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. explică ce trebuie luat în considerare atunci când se specifică metalele de adaos pentru sudarea oțelului inoxidabil.
Capacitățile care fac oțelul inoxidabil atât de atractiv - capacitatea de a-i adapta proprietățile mecanice și rezistența la coroziune și oxidare - cresc, de asemenea, complexitatea selectării unui metal de adaos adecvat pentru sudare. Pentru orice combinație dată de materiale de bază, oricare dintre mai multe tipuri de electrozi poate fi potrivit, în funcție de problemele de cost, condițiile de funcționare, proprietățile mecanice dorite și o serie de probleme legate de sudare.
Acest articol oferă informațiile tehnice necesare pentru a oferi cititorului o înțelegere a complexității subiectului și apoi răspunde la unele dintre cele mai frecvente întrebări adresate furnizorilor de metal de adaos. Acesta stabilește linii directoare generale pentru selectarea metalelor de adaos adecvate pentru oțel inoxidabil - și apoi explică toate excepțiile de la aceste linii directoare! Articolul nu acoperă procedurile de sudare, deoarece acesta este un subiect pentru un alt articol.
Patru grade, numeroase elemente de aliere
Există patru categorii principale de oțeluri inoxidabile:
austenitic
martensitic
feritic
Duplex
Numele sunt derivate din structura cristalină a oțelului, care se găsește în mod normal la temperatura camerei. Când oțelul cu conținut scăzut de carbon este încălzit peste 912 grade Celsius, atomii oțelului se rearanjează de la structura numită ferită la temperatura camerei la structura cristalină numită austenită. La răcire, atomii revin la structura lor originală, ferită. Structura la temperatură înaltă, austenita, este nemagnetică, plastică și are o rezistență mai mică și o ductilitate mai mare decât forma de ferită la temperatura camerei.
Când se adaugă mai mult de 16% crom în oțel, structura cristalină la temperatura camerei, ferita, este stabilizată, iar oțelul rămâne în stare feritică la toate temperaturile. De aici și denumirea de oțel inoxidabil feritic este aplicată acestei baze de aliaj. Când se adaugă mai mult de 17% crom și 7% nichel în oțel, structura cristalină la temperatură înaltă a oțelului, austenita, este stabilizată astfel încât să persiste la toate temperaturile, de la cele mai scăzute până la aproape topire.
Oțelul inoxidabil austenitic este denumit în mod obișnuit tipul „crom-nichel”, iar oțelurile martensitice și feritice sunt denumite în mod obișnuit tipurile „crom direct”. Anumite elemente de aliere utilizate în oțelurile inoxidabile și metalele sudate se comportă ca stabilizatori de austenită, iar altele ca stabilizatori de ferită. Cei mai importanți stabilizatori de austenită sunt nichelul, carbonul, manganul și azotul. Stabilizatorii de ferită sunt cromul, siliciul, molibdenul și niobiul. Echilibrarea elementelor de aliere controlează cantitatea de ferită din metalul sudat.
Clasele austenitice se sudează mai ușor și mai satisfăcător decât cele care conțin mai puțin de 5% nichel. Îmbinările sudate produse din oțeluri inoxidabile austenitice sunt puternice, ductile și dure în starea lor de sudare. În mod normal, acestea nu necesită preîncălzire sau tratament termic post-sudură. Clasele austenitice reprezintă aproximativ 80% din oțelul inoxidabil sudat, iar acest articol introductiv se concentrează în mare măsură pe ele.
Tabelul 1: Tipuri de oțel inoxidabil și conținutul lor de crom și nichel.
tstart{c,80%}
thead{Tip|% Crom|% Nichel|Tipuri}
tdata{Austenitic|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Martensitic|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tdata{Feritic|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Duplex|18 - 28%|4 - 8%|2205}
tinde
Cum să alegi metalul de adaos inoxidabil corect
Dacă materialul de bază din ambele plăci este același, principiul călăuzitor inițial era: „Începeți prin a potrivi materialul de bază”. Acest lucru funcționează bine în unele cazuri; pentru a îmbina tipul 310 sau 316, alegeți tipul de umplutură corespunzător.
Pentru a îmbina materiale diferite, urmați acest principiu călăuzitor: „alegeți un material de umplutură care să se potrivească cu materialul mai puternic aliat”. Pentru a îmbina oțelul 304 cu oțelul 316, alegeți un material de umplutură din oțel 316.
Din păcate, „regula potrivirii” are atât de multe excepții încât un principiu mai bun este să consultați un tabel de selecție a metalului de adaos. De exemplu, tipul 304 este cel mai comun material de bază din oțel inoxidabil, dar nimeni nu oferă un electrod de tip 304.
Cum se sudează oțelul inoxidabil tip 304 fără un electrod de tip 304
Pentru a suda oțel inoxidabil tip 304, utilizați material de adaos tip 308, deoarece elementele de aliere suplimentare din tipul 308 vor stabiliza mai bine zona de sudură.
Totuși, 308L este, de asemenea, un material de umplutură acceptabil. Litera „L” de după orice tip indică un conținut scăzut de carbon. Un oțel inoxidabil de tip 3XXL are un conținut de carbon de 0,03% sau mai puțin, în timp ce oțelul inoxidabil de tip 3XX standard poate avea un conținut maxim de carbon de 0,08%.
Deoarece un material de umplutură de tip L se încadrează în aceeași clasificare ca și produsul non-L, fabricanții pot și ar trebui să ia în considerare cu seriozitate utilizarea unui material de umplutură de tip L, deoarece conținutul mai scăzut de carbon reduce riscul problemelor de coroziune intergranulară. De fapt, autorii susțin că materialul de umplutură de tip L ar fi utilizat pe scară mai largă dacă fabricanții și-ar actualiza pur și simplu procedurile.
Fabricatorii care utilizează procesul GMAW ar putea lua în considerare și utilizarea unui material de umplutură de tip 3XXSi, deoarece adăugarea de siliciu îmbunătățește umiditatea. În situațiile în care sudura are o coroană înaltă sau rugoasă sau în care baia de sudură nu se leagă bine la vârfurile unei îmbinări de fileu sau suprapuse, utilizarea unui electrod GMAW de tip Si poate netezi cordonul de sudură și poate promova o fuziune mai bună.
Dacă precipitarea carburilor este o problemă, luați în considerare un material de umplutură de tip 347, care conține o cantitate mică de niobiu.
Cum se sudează oțelul inoxidabil pe oțelul carbon
Această situație apare în aplicații în care o porțiune a unei structuri necesită o față exterioară rezistentă la coroziune, îmbinată cu un element structural din oțel carbon, pentru a reduce costurile. La îmbinarea unui material de bază fără elemente de aliere cu un material de bază cu elemente de aliere, utilizați un material de umplutură supraaliat, astfel încât diluția din metalul de sudură să se echilibreze sau să fie mai puternic aliată decât metalul de bază inoxidabil.
Pentru îmbinarea oțelului carbon cu oțelurile de tip 304 sau 316, precum și pentru îmbinarea oțelurilor inoxidabile diferite, luați în considerare un electrod de tip 309L pentru majoritatea aplicațiilor. Dacă se dorește un conținut mai mare de Cr, luați în considerare tipul 312.
Ca o notă de precauție, oțelurile inoxidabile austenitice prezintă o rată de dilatare cu aproximativ 50% mai mare decât cea a oțelului carbon. La îmbinare, diferitele rate de dilatare pot provoca fisuri din cauza tensiunilor interne, cu excepția cazului în care se utilizează electrodul și procedura de sudare adecvate.
Utilizați procedurile corecte de curățare pentru pregătirea sudurii
Ca și în cazul altor metale, îndepărtați mai întâi uleiul, grăsimea, marcajele și murdăria cu un solvent neclorinat. După aceea, regula principală de pregătire a sudurii din oțel inoxidabil este „Evitați contaminarea cu oțelul carbon pentru a preveni coroziunea”. Unele companii folosesc clădiri separate pentru „atelierul de oțel inoxidabil” și „atelierul de oțel carbon” pentru a preveni contaminarea încrucișată.
Desemnați pietrele abrazive și periile din oțel inoxidabil ca fiind „doar din oțel inoxidabil” atunci când pregătiți marginile pentru sudare. Unele proceduri necesită curățarea la cinci centimetri distanță de îmbinare. Pregătirea îmbinării este, de asemenea, mai critică, deoarece compensarea inconsecvențelor prin manipularea electrozilor este mai dificilă decât în cazul oțelului carbon.
Folosiți procedura corectă de curățare post-sudură pentru a preveni rugina
Pentru început, amintiți-vă ce face ca un oțel inoxidabil să fie inoxidabil: reacția cromului cu oxigenul pentru a forma un strat protector de oxid de crom pe suprafața materialului. Inoxidabilul ruginește din cauza precipitării carburilor (vezi mai jos) și pentru că procesul de sudare încălzește metalul de sudură până la punctul în care se poate forma oxid feritic pe suprafața sudurii. Lăsată în starea sudată, o sudură perfect solidă ar putea prezenta „urme de rugină” la limitele zonei afectate termic în mai puțin de 24 de ore.
Pentru ca un nou strat de oxid de crom pur să se poată reforma în mod corespunzător, oțelul inoxidabil necesită curățare post-sudura prin lustruire, decapare, șlefuire sau periere. Din nou, utilizați șlefuitoare și perii dedicate acestei sarcini.
De ce este magnetică sârma de sudură din oțel inoxidabil?
Oțelul inoxidabil complet austenitic este nemagnetic. Cu toate acestea, temperaturile de sudare creează o granulă relativ mare în microstructură, ceea ce duce la sensibilitatea sudurii la fisuri. Pentru a atenua sensibilitatea la fisuri la cald, producătorii de electrozi adaugă elemente de aliere, inclusiv ferită. Faza de ferită face ca granulele austenitice să fie mult mai fine, astfel încât sudura devine mai rezistentă la fisuri.
Un magnet nu se va lipi de o bobină de adaos austenitic inoxidabil, dar o persoană care ține un magnet ar putea simți o ușoară tracțiune din cauza feritei reținute. Din păcate, acest lucru îi face pe unii utilizatori să creadă că produsul lor a fost etichetat greșit sau că folosesc metalul de adaos greșit (mai ales dacă au rupt eticheta de pe coșul de sârmă).
Cantitatea corectă de ferită dintr-un electrod depinde de temperatura de funcționare a aplicației. De exemplu, prea multă ferită face ca sudura să-și piardă rezistența la temperaturi scăzute. Astfel, materialul de umplutură de tip 308 pentru o aplicație de conducte GNL are un număr de ferită între 3 și 6, comparativ cu un număr de ferită de 8 pentru materialul de umplutură standard de tip 308. Pe scurt, metalele de umplutură pot părea similare la început, dar micile diferențe de compoziție sunt importante.
Există o modalitate ușoară de a suda oțelurile inoxidabile duplex?
De obicei, oțelurile inoxidabile duplex au o microstructură constând din aproximativ 50% ferită și 50% austenită. În termeni simpli, ferita oferă o rezistență ridicată și o oarecare rezistență la fisurarea prin coroziune sub tensiune, în timp ce austenita oferă o tenacitate bună. Combinația celor două faze conferă oțelurilor duplex proprietățile lor atractive. Este disponibilă o gamă largă de oțeluri inoxidabile duplex, cel mai comun fiind tipul 2205; acesta conține 22% crom, 5% nichel, 3% molibden și 0,15% azot.
La sudarea oțelului inoxidabil duplex, pot apărea probleme dacă metalul de sudură are prea multă ferită (căldura de la arc face ca atomii să se aranjeze într-o matrice de ferită). Pentru a compensa, metalele de adaos trebuie să promoveze structura austenitică cu un conținut mai mare de aliaj, de obicei cu 2 până la 4% mai mult nichel decât în metalul de bază. De exemplu, sârma cu miez de flux pentru sudarea tipului 2205 poate avea 8,85% nichel.
Conținutul dorit de ferită poate varia între 25 și 55% după sudare (dar poate fi și mai mare). Rețineți că viteza de răcire trebuie să fie suficient de lentă pentru a permite reformarea austenitei, dar nu atât de lentă încât să creeze faze intermetalice și nici prea rapidă încât să creeze un exces de ferită în zona afectată termic. Urmați procedurile recomandate de producător pentru procesul de sudare și metalul de adaos selectat.
Reglarea parametrilor la sudarea oțelului inoxidabil
Pentru fabricanții care ajustează constant parametrii (tensiune, amperaj, lungimea arcului, inductanța, lățimea impulsului etc.) atunci când sudează oțel inoxidabil, cauza tipică este compoziția inconsistentă a metalului de adaos. Având în vedere importanța elementelor de aliere, variațiile de la lot la lot ale compoziției chimice pot avea un efect vizibil asupra performanței sudurii, cum ar fi umezirea slabă sau eliberarea dificilă a zgurii. Variațiile diametrului electrodului, curățeniei suprafeței, turnării și helixului afectează, de asemenea, performanța în aplicațiile GMAW și FCAW.
Controlul precipitării carburilor în oțelul inoxidabil austenitic
La temperaturi cuprinse între 426 și 871 grade Celsius, un conținut de carbon de peste 0,02% migrează spre limitele granulare ale structurii austenitice, unde reacționează cu cromul pentru a forma carbură de crom. Dacă cromul este legat de carbon, acesta nu este disponibil pentru rezistență la coroziune. Atunci când este expus unui mediu coroziv, rezultă coroziune intergranulară, permițând erodarea limitelor granulare.
Pentru a controla precipitarea carburilor, mențineți conținutul de carbon cât mai scăzut posibil (maxim 0,04%) prin sudare cu electrozi cu conținut scăzut de carbon. Carbonul poate fi, de asemenea, legat de niobiu (fostul columbiu) și titan, care au o afinitate mai puternică pentru carbon decât cromul. Electrozii de tip 347 sunt fabricați în acest scop.
Cum să te pregătești pentru o discuție despre alegerea metalului de adaos
Cel puțin, colectați informații despre utilizarea finală a piesei sudate, inclusiv mediul de funcționare (în special temperaturile de funcționare, expunerea la elemente corozive și gradul de rezistență la coroziune așteptat) și durata de viață dorită. Informațiile despre proprietățile mecanice necesare în condițiile de funcționare sunt de mare ajutor, inclusiv rezistența, tenacitatea, ductilitatea și oboseala.
Majoritatea producătorilor de electrozi de top oferă ghiduri pentru alegerea metalului de adaos, iar autorii nu pot sublinia suficient acest aspect: consultați un ghid de aplicații pentru metalul de adaos sau contactați experții tehnici ai producătorului. Aceștia sunt acolo pentru a vă ajuta să selectați electrodul corect din oțel inoxidabil.
Pentru mai multe informații despre metalele de adaos din oțel inoxidabil de la TYUE și pentru a contacta experții companiei pentru sfaturi, accesați www.tyuelec.com.
Data publicării: 23 decembrie 2022