Αυτό το άρθρο από την Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. εξηγεί τι πρέπει να λάβετε υπόψη όταν καθορίζετε μέταλλα πλήρωσης για τη συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα.
Οι δυνατότητες που καθιστούν τον ανοξείδωτο χάλυβα τόσο ελκυστικό - η ικανότητα προσαρμογής των μηχανικών του ιδιοτήτων και η αντοχή του στη διάβρωση και την οξείδωση - αυξάνουν επίσης την πολυπλοκότητα της επιλογής ενός κατάλληλου μετάλλου πλήρωσης για συγκόλληση. Για οποιονδήποτε δεδομένο συνδυασμό βασικών υλικών, οποιοσδήποτε από τους διάφορους τύπους ηλεκτροδίων μπορεί να είναι κατάλληλος, ανάλογα με τα ζητήματα κόστους, τις συνθήκες λειτουργίας, τις επιθυμητές μηχανικές ιδιότητες και μια σειρά από ζητήματα που σχετίζονται με τη συγκόλληση.
Αυτό το άρθρο παρέχει το απαραίτητο τεχνικό υπόβαθρο για να κατανοήσει ο αναγνώστης την πολυπλοκότητα του θέματος και στη συνέχεια απαντά σε ορισμένες από τις πιο συνηθισμένες ερωτήσεις που τίθενται στους προμηθευτές μετάλλων πλήρωσης. Καθορίζει γενικές οδηγίες για την επιλογή κατάλληλων μετάλλων πλήρωσης από ανοξείδωτο χάλυβα - και στη συνέχεια εξηγεί όλες τις εξαιρέσεις από αυτές τις οδηγίες! Το άρθρο δεν καλύπτει τις διαδικασίες συγκόλλησης, καθώς αυτό αποτελεί θέμα για άλλο άρθρο.
Τέσσερις ποιότητες, πολλά στοιχεία κράματος
Υπάρχουν τέσσερις κύριες κατηγορίες ανοξείδωτου χάλυβα:
ωστενιτικός
μαρτενσιτικός
φερριτικό
Διπλός
Τα ονόματα προέρχονται από την κρυσταλλική δομή του χάλυβα που βρίσκεται κανονικά σε θερμοκρασία δωματίου. Όταν ο χάλυβας χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα θερμαίνεται πάνω από 912°C, τα άτομα του χάλυβα αναδιατάσσονται από τη δομή που ονομάζεται φερρίτης σε θερμοκρασίες δωματίου στην κρυσταλλική δομή που ονομάζεται ωστενίτης. Κατά την ψύξη, τα άτομα επιστρέφουν στην αρχική τους δομή, τον φερρίτη. Η δομή υψηλής θερμοκρασίας, ο ωστενίτης, είναι μη μαγνητική, πλαστική και έχει χαμηλότερη αντοχή και μεγαλύτερη ολκιμότητα από τη μορφή του φερρίτη σε θερμοκρασία δωματίου.
Όταν προστίθεται περισσότερο από 16% χρώμιο στον χάλυβα, η κρυσταλλική δομή σε θερμοκρασία δωματίου, ο φερρίτης, σταθεροποιείται και ο χάλυβας παραμένει σε φερριτική κατάσταση σε όλες τις θερμοκρασίες. Εξ ου και η ονομασία φερριτικός ανοξείδωτος χάλυβας σε αυτή τη βάση κράματος. Όταν προστίθενται περισσότερο από 17% χρώμιο και 7% νικέλιο στον χάλυβα, η κρυσταλλική δομή υψηλής θερμοκρασίας του χάλυβα, ο ωστενίτης, σταθεροποιείται έτσι ώστε να παραμένει σε όλες τις θερμοκρασίες, από τις πολύ χαμηλές έως σχεδόν τις θερμοκρασίες τήξης.
Ο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας αναφέρεται συνήθως ως τύπος «χρωμίου-νικελίου», και οι μαρτενσιτικοί και φερριτικοί χάλυβες ονομάζονται συνήθως τύποι «ευθύχρωμου». Ορισμένα στοιχεία κράματος που χρησιμοποιούνται σε ανοξείδωτους χάλυβες και μέταλλα συγκόλλησης συμπεριφέρονται ως σταθεροποιητές ωστενίτη και άλλα ως σταθεροποιητές φερρίτη. Οι σημαντικότεροι σταθεροποιητές ωστενίτη είναι το νικέλιο, ο άνθρακας, το μαγγάνιο και το άζωτο. Οι σταθεροποιητές φερρίτη είναι το χρώμιο, το πυρίτιο, το μολυβδαίνιο και το νιόβιο. Η εξισορρόπηση των στοιχείων κράματος ελέγχει την ποσότητα φερρίτη στο μέταλλο συγκόλλησης.
Οι ωστενιτικές ποιότητες συγκολλούνται πιο εύκολα και ικανοποιητικά από εκείνες που περιέχουν λιγότερο από 5% νικέλιο. Οι συγκολλήσεις που παράγονται σε ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες είναι ισχυρές, όλκιμες και ανθεκτικές στην κατάσταση συγκόλλησης. Συνήθως δεν απαιτούν προθέρμανση ή θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση. Οι ωστενιτικές ποιότητες αντιπροσωπεύουν περίπου το 80% των συγκολλημένων ανοξείδωτου χάλυβα και αυτό το εισαγωγικό άρθρο εστιάζει σε μεγάλο βαθμό σε αυτές.
Πίνακας 1: Τύποι ανοξείδωτου χάλυβα και η περιεκτικότητά τους σε χρώμιο και νικέλιο.
tstart{c,80%}
thead{Τύπος|% Χρώμιο|% Νικέλιο|Τύποι}
tdata{Ωστενιτικό|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Μαρτενσιτικό|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tdata{Φερριτικό|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Διπλής όψης|18 - 28%|4 - 8%|2205}
τείνω{}
Πώς να επιλέξετε το σωστό ανοξείδωτο μέταλλο πλήρωσης
Εάν το υλικό βάσης και στις δύο πλάκες είναι το ίδιο, η αρχική κατευθυντήρια αρχή ήταν «Ξεκινήστε αντιστοιχίζοντας το υλικό βάσης». Αυτό λειτουργεί καλά σε ορισμένες περιπτώσεις. Για να ενώσετε τον Τύπο 310 ή 316, επιλέξτε τον αντίστοιχο Τύπο πλήρωσης.
Για να ενώσετε ανόμοια υλικά, ακολουθήστε την εξής κατευθυντήρια αρχή: «επιλέξτε ένα υλικό πληρώσεως που να ταιριάζει με το υλικό με την υψηλότερη περιεκτικότητα σε κράμα». Για να ενώσετε το 304 με το 316, επιλέξτε ένα υλικό πληρώσεως 316.
Δυστυχώς, ο «κανόνας αντιστοίχισης» έχει τόσες πολλές εξαιρέσεις που μια καλύτερη αρχή είναι να συμβουλευτείτε έναν πίνακα επιλογής μετάλλου πλήρωσης. Για παράδειγμα, ο τύπος 304 είναι το πιο συνηθισμένο υλικό βάσης από ανοξείδωτο χάλυβα, αλλά κανείς δεν προσφέρει ηλεκτρόδιο τύπου 304.
Πώς να συγκολλήσετε ανοξείδωτο χάλυβα τύπου 304 χωρίς ηλεκτρόδιο τύπου 304
Για τη συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα Τύπου 304, χρησιμοποιήστε στόκο Τύπου 308, καθώς τα πρόσθετα στοιχεία κράματος στον Τύπο 308 θα σταθεροποιήσουν καλύτερα την περιοχή συγκόλλησης.
Ωστόσο, το 308L είναι επίσης ένα αποδεκτό υλικό πληρώσεως. Η ονομασία «L» μετά από οποιονδήποτε Τύπο υποδηλώνει χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα. Ένα ανοξείδωτο χάλυβα Τύπου 3XXL έχει περιεκτικότητα σε άνθρακα 0,03% ή λιγότερο, ενώ το τυπικό ανοξείδωτο χάλυβα Τύπου 3XX μπορεί να έχει μέγιστη περιεκτικότητα σε άνθρακα 0,08%.
Επειδή ένα υλικό πληρώσεως Τύπου L εμπίπτει στην ίδια κατηγορία με το προϊόν που δεν είναι L, οι κατασκευαστές μπορούν και θα πρέπει να εξετάσουν σοβαρά το ενδεχόμενο χρήσης ενός υλικού πληρώσεως Τύπου L, επειδή η χαμηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα μειώνει τον κίνδυνο προβλημάτων διακρυσταλλικής διάβρωσης. Στην πραγματικότητα, οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι το υλικό πληρώσεως Τύπου L θα χρησιμοποιούνταν ευρύτερα εάν οι κατασκευαστές απλώς ενημέρωναν τις διαδικασίες τους.
Οι κατασκευαστές που χρησιμοποιούν τη διαδικασία GMAW μπορεί επίσης να εξετάσουν το ενδεχόμενο χρήσης ενός πληρωτικού υλικού τύπου 3XXSi, καθώς η προσθήκη πυριτίου βελτιώνει την διαβροχή. Σε περιπτώσεις όπου η συγκόλληση έχει υψηλή ή τραχιά κορυφή ή όπου η λακκούβα συγκόλλησης δεν δένει καλά στα δάχτυλα μιας φιλέτου ή επικάλυψης, η χρήση ενός ηλεκτροδίου Si τύπου GMAW μπορεί να εξομαλύνει τη στεφάνη συγκόλλησης και να προωθήσει καλύτερη σύντηξη.
Εάν η καθίζηση καρβιδίου αποτελεί ανησυχία, εξετάστε ένα υλικό πλήρωσης τύπου 347, το οποίο περιέχει μια μικρή ποσότητα νιοβίου.
Πώς να συγκολλήσετε ανοξείδωτο χάλυβα με ανθρακούχο χάλυβα
Αυτή η κατάσταση συμβαίνει σε εφαρμογές όπου ένα τμήμα μιας κατασκευής απαιτεί μια εξωτερική επιφάνεια ανθεκτική στη διάβρωση, συνδεδεμένη με ένα δομικό στοιχείο από ανθρακούχο χάλυβα, για μείωση του κόστους. Κατά τη σύνδεση ενός βασικού υλικού χωρίς στοιχεία κράματος σε ένα βασικό υλικό με στοιχεία κράματος, χρησιμοποιήστε ένα υπερκραματοποιημένο πληρωτικό υλικό, έτσι ώστε η αραίωση μέσα στο μέταλλο συγκόλλησης να εξισορροπείται ή να είναι περισσότερο κραματοποιημένη από το βασικό μέταλλο από ανοξείδωτο χάλυβα.
Για τη σύνδεση ανθρακούχου χάλυβα με Τύπο 304 ή 316, καθώς και για τη σύνδεση ανόμοιων ανοξείδωτων χαλύβων, εξετάστε το ενδεχόμενο χρήσης ηλεκτροδίου Τύπου 309L για τις περισσότερες εφαρμογές. Εάν επιθυμείτε υψηλότερη περιεκτικότητα σε Cr, εξετάστε το ενδεχόμενο χρήσης ηλεκτροδίου Τύπου 312.
Ως προειδοποίηση, οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες εμφανίζουν ρυθμό διαστολής περίπου 50% μεγαλύτερο από αυτόν του ανθρακούχου χάλυβα. Κατά τη σύνδεση, οι διαφορετικοί ρυθμοί διαστολής μπορούν να προκαλέσουν ρωγμές λόγω εσωτερικών τάσεων, εκτός εάν χρησιμοποιηθεί η κατάλληλη διαδικασία ηλεκτροδίων και συγκόλλησης.
Χρησιμοποιήστε τις σωστές διαδικασίες καθαρισμού για την προετοιμασία της συγκόλλησης
Όπως και με άλλα μέταλλα, αφαιρέστε πρώτα το λάδι, το γράσο, τα σημάδια και τη βρωμιά με μη χλωριωμένο διαλύτη. Στη συνέχεια, ο κύριος κανόνας για την προετοιμασία των συγκολλήσεων από ανοξείδωτο χάλυβα είναι «Αποφύγετε τη μόλυνση από ανθρακούχο χάλυβα για την πρόληψη της διάβρωσης». Ορισμένες εταιρείες χρησιμοποιούν ξεχωριστά κτίρια για το «εργαστήριο ανοξείδωτου χάλυβα» και το «εργαστήριο άνθρακα» για την αποφυγή διασταυρούμενης μόλυνσης.
Ορίστε τους τροχούς λείανσης και τις βούρτσες από ανοξείδωτο χάλυβα ως «μόνο από ανοξείδωτο χάλυβα» κατά την προετοιμασία των ακμών για συγκόλληση. Ορισμένες διαδικασίες απαιτούν καθαρισμό δύο ίντσες πίσω από την ένωση. Η προετοιμασία της ένωσης είναι επίσης πιο κρίσιμη, καθώς η αντιστάθμιση των ασυνεπειών με τον χειρισμό των ηλεκτροδίων είναι πιο δύσκολη από ό,τι με τον ανθρακούχο χάλυβα.
Χρησιμοποιήστε τη σωστή διαδικασία καθαρισμού μετά τη συγκόλληση για να αποτρέψετε τη σκουριά
Αρχικά, θυμηθείτε τι κάνει έναν ανοξείδωτο χάλυβα ανοξείδωτο: την αντίδραση του χρωμίου με το οξυγόνο για να σχηματίσει ένα προστατευτικό στρώμα οξειδίου του χρωμίου στην επιφάνεια του υλικού. Ο ανοξείδωτος χάλυβας σκουριάζει λόγω της καθίζησης καρβιδίου (βλ. παρακάτω) και επειδή η διαδικασία συγκόλλησης θερμαίνει το μέταλλο συγκόλλησης σε σημείο όπου μπορεί να σχηματιστεί φερριτικό οξείδιο στην επιφάνεια της συγκόλλησης. Αν αφεθεί στην κατάσταση συγκόλλησης, μια τέλεια σταθερή συγκόλληση μπορεί να εμφανίσει «ίχνη σκουριάς βαγονιού» στα όρια της ζώνης που έχει επηρεαστεί από τη θερμότητα σε λιγότερο από 24 ώρες.
Για να μπορέσει να αναμορφωθεί σωστά ένα νέο στρώμα καθαρού οξειδίου του χρωμίου, ο ανοξείδωτος χάλυβας απαιτεί καθαρισμό μετά τη συγκόλληση με στίλβωση, καθαρισμό με οξύ, λείανση ή βούρτσισμα. Και πάλι, χρησιμοποιήστε λειαντήρες και βούρτσες ειδικά για την εργασία.
Γιατί το σύρμα συγκόλλησης από ανοξείδωτο χάλυβα είναι μαγνητικό;
Ο πλήρως ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας δεν είναι μαγνητικός. Ωστόσο, οι θερμοκρασίες συγκόλλησης δημιουργούν έναν σχετικά μεγάλο κόκκο στη μικροδομή, με αποτέλεσμα η συγκόλληση να είναι ευαίσθητη στις ρωγμές. Για να μετριάσουν την ευαισθησία στη θερμή ρωγμάτωση, οι κατασκευαστές ηλεκτροδίων προσθέτουν στοιχεία κράματος, συμπεριλαμβανομένου του φερρίτη. Η φάση του φερρίτη κάνει τους ωστενιτικούς κόκκους πολύ λεπτότερους, έτσι ώστε η συγκόλληση να γίνεται πιο ανθεκτική στις ρωγμές.
Ένας μαγνήτης δεν θα κολλήσει σε ένα καρούλι ωστενιτικού ανοξείδωτου υλικού πλήρωσης, αλλά ένα άτομο που κρατάει έναν μαγνήτη μπορεί να αισθανθεί μια ελαφριά έλξη λόγω του συγκρατημένου φερρίτη. Δυστυχώς, αυτό κάνει ορισμένους χρήστες να πιστεύουν ότι το προϊόν τους έχει λανθασμένη ετικέτα ή ότι χρησιμοποιούν λάθος μέταλλο πλήρωσης (ειδικά αν έχουν σκίσει την ετικέτα από το καλάθι με σύρμα).
Η σωστή ποσότητα φερρίτη σε ένα ηλεκτρόδιο εξαρτάται από τη θερμοκρασία λειτουργίας της εφαρμογής. Για παράδειγμα, η υπερβολική ποσότητα φερρίτη προκαλεί την απώλεια της σκληρότητας της συγκόλλησης σε χαμηλές θερμοκρασίες. Έτσι, το υλικό πλήρωσης Τύπου 308 για μια εφαρμογή σωληνώσεων LNG έχει αριθμό φερρίτη μεταξύ 3 και 6, σε σύγκριση με τον αριθμό φερρίτη 8 για το τυπικό υλικό πλήρωσης Τύπου 308. Εν ολίγοις, τα μέταλλα πλήρωσης μπορεί να φαίνονται παρόμοια στην αρχή, αλλά οι μικρές διαφορές στη σύνθεση είναι σημαντικές.
Υπάρχει εύκολος τρόπος συγκόλλησης διπλής όψης ανοξείδωτου χάλυβα;
Συνήθως, οι ανοξείδωτοι χάλυβες διπλής όψης έχουν μικροδομή που αποτελείται από περίπου 50% φερρίτη και 50% ωστενίτη. Με απλά λόγια, ο φερρίτης παρέχει υψηλή αντοχή και κάποια αντίσταση στη ρωγμάτωση λόγω διάβρωσης λόγω καταπόνησης, ενώ ο ωστενίτης παρέχει καλή σκληρότητα. Ο συνδυασμός των δύο φάσεων προσδίδει στους χάλυβες διπλής όψης τις ελκυστικές τους ιδιότητες. Διατίθεται μια μεγάλη γκάμα ανοξείδωτου χάλυβα διπλής όψης, με τον πιο συνηθισμένο τύπο 2205. Αυτός περιέχει 22% χρώμιο, 5% νικέλιο, 3% μολυβδαίνιο και 0,15% άζωτο.
Κατά τη συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα διπλής όψης, μπορεί να προκύψουν προβλήματα εάν το μέταλλο συγκόλλησης έχει υπερβολική ποσότητα φερρίτη (η θερμότητα από το τόξο προκαλεί την τοποθέτηση των ατόμων σε μια μήτρα φερρίτη). Για να αντισταθμιστεί αυτό, τα μέταλλα πλήρωσης πρέπει να προάγουν την ωστενιτική δομή με υψηλότερη περιεκτικότητα σε κράμα, συνήθως 2 έως 4% περισσότερο νικέλιο από ό,τι στο βασικό μέταλλο. Για παράδειγμα, το σύρμα με πυρήνα ροής για συγκόλληση τύπου 2205 μπορεί να έχει 8,85% νικέλιο.
Η επιθυμητή περιεκτικότητα σε φερρίτη μπορεί να κυμαίνεται από 25 έως 55% μετά τη συγκόλληση (αλλά μπορεί να είναι και υψηλότερη). Σημειώστε ότι ο ρυθμός ψύξης πρέπει να είναι αρκετά αργός ώστε να επιτρέπει στον ωστενίτη να ανασχηματίζεται, αλλά όχι τόσο αργός ώστε να δημιουργεί μεσομεταλλικές φάσεις, ούτε πολύ γρήγορος ώστε να δημιουργεί περίσσεια φερρίτη στη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα. Ακολουθήστε τις συνιστώμενες διαδικασίες του κατασκευαστή για τη διαδικασία συγκόλλησης και το επιλεγμένο μέταλλο πλήρωσης.
Ρύθμιση παραμέτρων κατά τη συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα
Για τους κατασκευαστές που προσαρμόζουν συνεχώς τις παραμέτρους (τάση, ένταση, μήκος τόξου, επαγωγή, πλάτος παλμού κ.λπ.) κατά τη συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα, η τυπική αιτία είναι η ασυνεπής σύνθεση του πληρωτικού μετάλλου. Δεδομένης της σημασίας των στοιχείων κράματος, οι διακυμάνσεις στη χημική σύνθεση από παρτίδα σε παρτίδα μπορούν να έχουν αισθητή επίδραση στην απόδοση της συγκόλλησης, όπως κακή διαβροχή ή δύσκολη απελευθέρωση σκωρίας. Οι διακυμάνσεις στη διάμετρο του ηλεκτροδίου, την καθαριότητα της επιφάνειας, τη χύτευση και την έλικα επηρεάζουν επίσης την απόδοση σε εφαρμογές GMAW και FCAW.
Έλεγχος καθίζησης καρβιδίου σε ωστενιτικό ανοξείδωτο χάλυβα
Σε θερμοκρασίες στην περιοχή των 426-871 βαθμών Κελσίου, η περιεκτικότητα σε άνθρακα που υπερβαίνει το 0,02% μεταναστεύει στα όρια των κόκκων της ωστενιτικής δομής, όπου αντιδρά με το χρώμιο για να σχηματίσει καρβίδιο του χρωμίου. Εάν το χρώμιο συνδεθεί με τον άνθρακα, δεν είναι διαθέσιμο για αντοχή στη διάβρωση. Όταν εκτίθεται σε διαβρωτικό περιβάλλον, προκύπτει διακρυσταλλική διάβρωση, επιτρέποντας την καταστροφή των ορίων των κόκκων.
Για τον έλεγχο της καθίζησης καρβιδίου, διατηρήστε την περιεκτικότητα σε άνθρακα όσο το δυνατόν χαμηλότερη (μέγιστο 0,04%) συγκολλώντας με ηλεκτρόδια χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα. Ο άνθρακας μπορεί επίσης να συνδεθεί με νιόβιο (πρώην κολόμβιο) και τιτάνιο, τα οποία έχουν ισχυρότερη συγγένεια με τον άνθρακα από το χρώμιο. Τα ηλεκτρόδια τύπου 347 κατασκευάζονται για τον σκοπό αυτό.
Πώς να προετοιμαστείτε για μια συζήτηση σχετικά με την επιλογή μετάλλου πλήρωσης
Κατ' ελάχιστον, συλλέξτε πληροφορίες σχετικά με την τελική χρήση του συγκολλημένου εξαρτήματος, συμπεριλαμβανομένου του περιβάλλοντος λειτουργίας (ιδιαίτερα των θερμοκρασιών λειτουργίας, της έκθεσης σε διαβρωτικά στοιχεία και του βαθμού αναμενόμενης αντοχής στη διάβρωση) και της επιθυμητής διάρκειας ζωής. Οι πληροφορίες σχετικά με τις απαιτούμενες μηχανικές ιδιότητες σε συνθήκες λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένης της αντοχής, της σκληρότητας, της ολκιμότητας και της κόπωσης, βοηθούν σημαντικά.
Οι περισσότεροι κορυφαίοι κατασκευαστές ηλεκτροδίων παρέχουν οδηγούς για την επιλογή μετάλλου πλήρωσης και οι συγγραφείς δεν μπορούν να τονίσουν υπερβολικά αυτό το σημείο: συμβουλευτείτε έναν οδηγό εφαρμογών μετάλλου πλήρωσης ή επικοινωνήστε με τους τεχνικούς εμπειρογνώμονες του κατασκευαστή. Είναι εκεί για να σας βοηθήσουν στην επιλογή του σωστού ηλεκτροδίου από ανοξείδωτο χάλυβα.
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα μέταλλα πλήρωσης από ανοξείδωτο χάλυβα της TYUE και για να επικοινωνήσετε με τους ειδικούς της εταιρείας για συμβουλές, επισκεφθείτε τη διεύθυνση www.tyuelec.com.
Ώρα δημοσίευσης: 23 Δεκεμβρίου 2022