Charakterystyka spawania stali nierdzewnej austenitycznej: ilość sprężystych i plastycznych naprężeń i odkształceń podczas spawania jest duża, ale pęknięcia na zimno występują rzadko. W spoinie nie ma strefy hartowania i zgrubienia ziarna, więc wytrzymałość na rozciąganie spoiny jest wysoka.
Główne problemy związane ze spawaniem stali nierdzewnej austenitycznej: odkształcenia spawalnicze są duże; ze względu na charakterystykę granic ziaren i wrażliwość na pewne śladowe zanieczyszczenia (S, P) łatwo jest tworzyć pęknięcia na gorąco.
Pięć głównych problemów spawalniczych stali nierdzewnych austenitycznych i ich rozwiązania
Nr 1. Powstawanie węglika chromu obniża odporność połączeń spawanych na korozję międzykrystaliczną.
Korozja międzykrystaliczna: Zgodnie z teorią ubogiego chromu, gdy spoina i strefa wpływu ciepła zostaną nagrzane do strefy temperatury uczulenia 450-850 stopnia, węglik chromu wytrąci się na granicy ziaren, co spowoduje powstanie granicy ziaren ubogiego chromu, który nie jest wystarczająco odporny na korozję.
(1) W przypadku korozji międzykrystalicznej spoiny i korozji strefy uwrażliwionej temperatury na materiale docelowym, w celu ograniczenia korozji można zastosować następujące środki:
a. Zmniejsz zawartość węgla w metalu bazowym i spoinie oraz dodaj elementy stabilizujące Ti, Nb i inne elementy do metalu bazowego, aby preferencyjnie utworzyć MC, zapobiegając tworzeniu się Cr23C6.
b. Spraw, aby spoina miała strukturę dwufazową austenitu i niewielkiej ilości ferrytu. Gdy w spoinie znajduje się pewna ilość ferrytu, ziarna można udoskonalić, zwiększyć powierzchnię ziaren i zmniejszyć ilość wytrącania węglika chromu na jednostkę powierzchni granicy ziarna.
Chrom jest w dużym stopniu rozpuszczalny w ferrycie, a Cr23C6 tworzy się preferencyjnie w ferrycie, nie powodując zubożenia granicy ziaren austenitu w chrom; ferryt rozproszony między austenitem może zapobiegać korozji wzdłuż granicy ziaren do wewnętrznej dyfuzji.
c. Kontroluj czas przebywania w zakresie temperatur uwrażliwienia. Dostosuj cykl termiczny spawania, aby skrócić czas przebywania w 600-1000 stopniu tak bardzo, jak to możliwe, i wybierz metodę spawania o wysokiej gęstości energii (np. spawanie łukiem plazmowym w osłonie argonu),
Wybierz mniejszą energię linii spawania, przepuść gaz argonowy z tyłu spoiny lub użyj podkładki miedzianej, aby zwiększyć szybkość chłodzenia spoiny, zmniejsz liczbę załączeń i zakończeń łuku, aby uniknąć powtarzającego się nagrzewania, a powierzchnia styku z medium korozyjnym podczas spawania wielowarstwowego jest tak daleko, jak to możliwe. Spawanie itp.
d. Po spawaniu należy przeprowadzić obróbkę rozpuszczającą lub wyżarzanie stabilizujące (850-900 stopnia) i chłodzenie na powietrzu po utrwaleniu cieplnym, tak aby węgliki mogły się całkowicie wytrącić, a dyfuzja chromu mogła zostać przyspieszona).
(2) Korozja nożowa spoin spawanych, z tego powodu można podjąć następujące środki zapobiegawcze:
Ze względu na silną dyfuzyjność węgla, będzie on oddzielał się na granicy ziaren, tworząc stan przesycony podczas procesu chłodzenia, podczas gdy Ti i Nb pozostaną w krysztale ze względu na ich niską dyfuzyjność. Gdy spoina zostanie ponownie podgrzana w zakresie temperatur sensybilizacji, przesycony węgiel wytrąci się w postaci Cr23C6 w międzyziarnowym.
a. Zmniejsz zawartość węgla. W przypadku stali nierdzewnej zawierającej elementy stabilizujące zawartość węgla nie powinna przekraczać 0.06%.
b. Użyj rozsądnego procesu spawania. Wybierz mniejszą energię linii spawania, aby skrócić czas przebywania przegrzanego obszaru w wysokiej temperaturze i zwróć uwagę, aby uniknąć efektu „uczulenia na średnią temperaturę” podczas procesu spawania.
W przypadku spawania dwustronnego spoinę stykającą się z medium korozyjnym należy spawać jako ostatnią (dlatego spawanie wewnętrzne rury spawanej o dużej średnicy i grubych ściankach wykonuje się po spawaniu zewnętrznym). Przegrzany obszar stykający się z medium korozyjnym jest ponownie podgrzewany przez uczulenie.
c. Obróbka cieplna po spawaniu. Po spawaniu przeprowadza się obróbkę rozpuszczającą lub stabilizującą.
Nr 2, Korozja naprężeniowa pęknięć
Aby zapobiec powstawaniu pęknięć korozyjnych naprężeniowych, można podjąć następujące środki zaradcze:
a. Prawidłowy dobór materiałów i rozsądne dostosowanie składu spoiny. Wysokoczysta chromowo-niklowa austenityczna stal nierdzewna, wysokokrzemowa chromowo-niklowa austenityczna stal nierdzewna, ferrytyczno-austenityczna stal nierdzewna, wysokochromowa ferrytyczna stal nierdzewna itp. mają dobrą odporność na korozję naprężeniową, a metalem spoiny jest austenityczna stal nierdzewna. Odporność na korozję naprężeniową jest dobra, gdy struktura stali dwufazowej jest ferrytyczna i ferrytyczna.
b. Wyeliminuj lub zmniejsz naprężenia szczątkowe. Przeprowadzana jest obróbka cieplna odprężająca po spawaniu, a w celu zmniejszenia naprężeń szczątkowych powierzchni stosuje się metody mechaniczne, takie jak polerowanie, śrutowanie i młotkowanie.
c. Rozsądny projekt konstrukcyjny w celu uniknięcia dużych koncentracji naprężeń.
Nr 3. Pęknięcia gorące spawalnicze (pęknięcia krystalizacyjne spoiny, pęknięcia upłynniające strefy wpływu ciepła)
Podatność na pęknięcia termiczne zależy głównie od składu chemicznego, struktury i właściwości materiału. Ni łatwo tworzy związki o niskiej temperaturze topnienia lub eutektyki z zanieczyszczeniami, takimi jak S i P, a segregacja boru i krzemu spowoduje pęknięcia termiczne.
Spaw łatwo tworzy grubą kolumnową strukturę ziarna o silnym kierunkowaniu, co sprzyja segregacji szkodliwych zanieczyszczeń i pierwiastków. W ten sposób sprzyja tworzeniu się ciągłej międzykrystalicznej warstwy cieczy i poprawia wrażliwość na pękanie termiczne. Jeśli spaw jest nierównomiernie podgrzewany, łatwo jest utworzyć duże naprężenie rozciągające i sprzyjać powstawaniu pęknięć na gorąco podczas spawania.
Środki zapobiegawcze:
a. Ściśle kontrolować zawartość szkodliwych zanieczyszczeń S i P.
b. Dostosuj teksturę metalu spoiny. Spoina o strukturze dwufazowej ma dobrą odporność na pękanie. Faza delta w spoinie może udoskonalić ziarna, wyeliminować kierunkowość austenitu jednofazowego, zmniejszyć segregację szkodliwych zanieczyszczeń na granicy ziaren, a faza delta może rozpuścić więcej S,
P, co może obniżyć energię międzyfazową i zorganizować tworzenie się międzykrystalicznego filmu ciekłego.
c. Dostosuj skład stopu metalu spoiny. Odpowiednio zwiększ zawartość Mn, C i N w jednofazowej stali austenitycznej i dodaj niewielką ilość pierwiastków śladowych, takich jak cer, kilof i tantal (które mogą udoskonalić strukturę spoiny i oczyścić granice ziaren), aby zmniejszyć wrażliwość na pęknięcia na gorąco.
d. środki procesowe. Zminimalizuj przegrzanie jeziorka stopionego metalu, aby zapobiec tworzeniu się grubych kryształów kolumnowych, i użyj małej energii liniowej i małych przekrojów spoin.
Na przykład stale austenityczne typu 25-20 są podatne na pęknięcia upłynniające. Poprzez ścisłe ograniczenie zawartości zanieczyszczeń i wielkości ziarna metalu bazowego, przyjęcie metod spawania o wysokiej gęstości energii, małej energii liniowej i zwiększenie szybkości chłodzenia połączeń i innych środków.
Nr 4. Kruchość połączeń spawanych
Stal o wysokiej wytrzymałości na gorąco powinna zapewniać plastyczność spoiny i zapobiegać kruchości w wysokiej temperaturze; od stali o niskiej temperaturze wymaga się dobrej wytrzymałości w niskiej temperaturze, aby zapobiegać kruchości spoiny w niskiej temperaturze.
Nr 5. Odkształcenie spoiny jest duże
Ze względu na niską przewodność cieplną i duży współczynnik rozszerzalności, odkształcenie spawalnicze jest duże, a do zapobiegania odkształceniom można użyć osprzętu. Metody spawania i dobór materiałów spawalniczych do stali nierdzewnych austenitycznych:
Stal nierdzewną austenityczną można spawać metodą spawania łukowego argonem i elektrodą do topienia (TIG), spawania łukowego argonem z topliwą elektrodą do topienia (MIG), spawania łukowego argonem w osłonie plazmy (PAW) i spawania łukiem krytym (SAW).
Stal nierdzewna austenityczna ma niski prąd spawania ze względu na niską temperaturę topnienia, niską przewodność cieplną i wysoką rezystywność. Wąskie spoiny i ściegi powinny być stosowane w celu skrócenia czasu przebywania w wysokiej temperaturze, zapobiegania wytrącaniu się węglika, zmniejszania naprężeń skurczowych spoiny i zmniejszania wrażliwości na pęknięcia termiczne.
Skład materiałów spawalniczych, zwłaszcza pierwiastków stopowych Cr i Ni, jest wyższy niż skład metalu bazowego. Materiały spawalnicze zawierające niewielką ilość (4-12%) ferrytu są używane w celu zapewnienia dobrej odporności na pęknięcia (pęknięcia na zimno, pęknięcia na gorąco, pęknięcia korozyjne naprężeniowe) spoiny.
W przypadku gdy w spoinie nie jest dopuszczalna lub niemożliwa jest faza ferrytyczna, należy stosować materiały spawalnicze zawierające Mo, Mn i inne pierwiastki stopowe.
Zawartość C, S, P, Si i Nb w materiałach spawalniczych powinna być jak najniższa. Nb powoduje pęknięcia krzepnięcia w spoinach czystego austenitu, ale niewielkiej ilości ferrytu w spoinach można skutecznie uniknąć.
W przypadku konstrukcji spawanych, które muszą zostać ustabilizowane lub odprężone po spawaniu, zazwyczaj wybiera się materiały spawalnicze zawierające Nb. Spawanie łukiem krytym jest stosowane do spawania płyt średnich, a strata Cr i Ni podczas spalania może być uzupełniona przez przemianę pierwiastków stopowych w topniku i drucie spawalniczym;
Ze względu na dużą głębokość penetracji należy zachować ostrożność, aby zapobiec powstawaniu pęknięć na gorąco w centralnej części spoiny i zmniejszeniu odporności na korozję w strefie wpływu ciepła. Należy zwrócić uwagę na dobór cieńszego drutu spawalniczego i mniejszej energii linii spawania, a drut spawalniczy powinien mieć niską zawartość Si, S i P.
Zawartość ferrytu w spoinie ze stali nierdzewnej żaroodpornej nie powinna przekraczać 5%. W przypadku stali nierdzewnej austenitycznej o zawartości Cr i Ni większej niż 20% należy stosować drut spawalniczy o wysokiej zawartości Mn (6-8%), a jako topnik należy stosować topnik alkaliczny lub obojętny, aby zapobiec dodawaniu Si do spoiny i poprawić jej odporność na pękanie.
Specjalny topnik przeznaczony do stali nierdzewnych austenitycznych zawiera bardzo małą ilość Si, co umożliwia przenoszenie stopu do spoiny i kompensację utraty składników stopowych podczas spalania, dzięki czemu spełnione są wymagania dotyczące wydajności spoiny i składu chemicznego.
