Austenityczna stal nierdzewna ma właściwości spawalnicze: w procesie spawania naprężenia elastyczne, plastyczne i zmienne naprężenia są bardzo duże, ale rzadko pojawiają się pęknięcia zimne. W złączu spawanym nie ma strefy utwardzania ani gruboziarnistego ziarna, dzięki czemu wytrzymałość spoiny na rozciąganie jest wysoka.
Główne problemy spawania stali austenitycznych: duże odkształcenia spawalnicze; Ze względu na charakterystykę granic ziaren i wrażliwość na niektóre śladowe zanieczyszczenia (S, P) łatwo jest wytworzyć gorące pęknięcia.
Pięć problemów spawalniczych i sposobów obróbki austenitycznej stali nierdzewnej
01 Tworzenie się węglika chromu zmniejsza odporność na korozję międzykrystaliczną złączy spawanych
Korozja międzykrystaliczna: zgodnie z teorią ubogą w chrom, węglik chromu wytrąca się na granicach ziaren, gdy spoina i strefa wpływu ciepła zostaną podgrzane do strefy temperatury uczulania wynoszącej 450-850 stopnia C, w wyniku czego powstają granice ziaren ubogie w chrom, które nie są wystarczające, aby wytrzymać stopień korozji.
(1) W przypadku korozji międzykrystalicznej i korozji w strefie temperatur uczulonych na siatce, można zastosować następujące środki w celu ograniczenia:
A. Zmniejsz zawartość węgla w metalu nieszlachetnym i spoinie oraz dodaj elementy stabilizujące Ti, Nb i inne pierwiastki do metalu nieszlachetnego, aby preferencyjnie utworzyć MC i uniknąć tworzenia się Cr23C6.
B. Spoina uformowana jest w dwufazową strukturę austenitu i niewielkiej ilości ferrytu. Gdy w spoinie znajduje się pewna ilość ferrytu, można udoskonalić wielkość ziaren, zwiększyć powierzchnię ziaren i zmniejszyć ilość wytrącania się węglika chromu na obszarze jednostki granicznej ziaren.
Chrom ma wysoką rozpuszczalność w ferrycie, Cr23C6 tworzy się preferencyjnie w ferrycie i nie powoduje niedoboru chromu na granicy ziaren austenitu. Ferryt, który przepływa pomiędzy austenitami, zapobiega rozprzestrzenianiu się korozji do wewnątrz, wzdłuż granic ziaren.
C. Kontroluj czas przebywania w uczulonym zakresie temperatur. Dostosuj cykl termiczny spawania, skróć czas przebywania o 600 ~ 1000 stopni tak bardzo, jak to możliwe i wybierz metodę spawania o dużej gęstości energii (taką jak spawanie łukiem plazmowym argonem).
Wybierz mniejszą energię linii spawania, argon z tyłu spoiny lub podkładkę miedzianą, aby zwiększyć prędkość chłodzenia złącza spawanego, zmniejszyć liczbę łuków i łuków, aby uniknąć wielokrotnego nagrzewania, oraz powierzchnię styku spawania wielowarstwowego z medium korozyjne jest spawane tak daleko, jak to możliwe.
D. Po spawaniu, obróbce roztworem stałym lub wyżarzaniu stabilizującym (850 ~ 900 stopni) po utrwalaniu cieplnym i chłodzeniu powietrzem, tak aby węglik został całkowicie wytrącony, a chrom uległ przyspieszonej dyfuzji).
(2) Korozja nożowa złączy spawanych, dlatego można podjąć następujące środki zapobiegawcze:
Ze względu na dużą zdolność dyfuzyjną węgla, będzie on spolaryzowany na granicy ziaren, tworząc podczas procesu chłodzenia stan przesycony, podczas gdy Ti i Nb pozostają w krysztale ze względu na niską zdolność dyfuzyjną. Kiedy złącze spawane zostanie ponownie nagrzane w zakresie temperatur uczulania, nasycony węgiel wytrąci się w postaci Cr23C6 pomiędzy kryształami.
A. Zmniejsz zawartość węgla. W przypadku stali nierdzewnej zawierającej elementy stabilizujące zawartość węgla nie powinna przekraczać 0,06 procent.
B. Zastosuj rozsądny proces 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.
Przy spawaniu obustronnym należy dokończyć spoinę stykającą się z czynnikiem korozyjnym (dlatego wykonuje się spawanie wewnątrz i na zewnątrz spoiny grubościennej o dużej średnicy), jeżeli nie jest to możliwe, spawanie należy dostosować specyfikację i kształt spoiny, a przegrzany obszar stykający się z czynnikiem korozyjnym powinien zostać ponownie uwrażliwiony, o ile to możliwe.
C. Obróbka cieplna po spawaniu. Rozwiązanie stałe lub stabilizacja po spawaniu.
02 Pękanie korozyjne naprężeniowe
Aby zapobiec pękaniu spowodowanemu korozją naprężeniową, można podjąć następujące środki:
A. Właściwy dobór materiałów i rozsądne dostosowanie składu spoiny. Austenityczna stal nierdzewna chromowo-niklowa o wysokiej czystości, austenityczna stal nierdzewna o wysokiej zawartości krzemu, chromowo-niklowa, ferrytyczno-austenityczna stal nierdzewna, ferrytyczna stal nierdzewna o wysokiej zawartości chromu itp. mają dobrą odporność na korozję naprężeniową i dobrą odporność na korozję naprężeniową, gdy metal spoiny jest konstrukcją ze stali duplex austenityczno-ferrytowej.
B. Wyeliminuj lub zmniejsz naprężenia szczątkowe. Resztkowe naprężenia powierzchniowe są redukowane metodami mechanicznymi, takimi jak polerowanie, śrutowanie i młotkowanie.
C. Rozsądny projekt konstrukcyjny. Aby uniknąć dużej koncentracji naprężeń.
03 Pęknięcie na gorąco spawalnicze (pęknięcie krystalizacyjne spoiny, pęknięcie upłynniające w strefie wpływu ciepła)
Wrażliwość na pękanie termiczne zależy głównie od składu chemicznego, struktury i właściwości materiału. Ni łatwo tworzy związek lub eutektykę o niskiej temperaturze topnienia z zanieczyszczeniami takimi jak S i P, a segregacja boru i krzemu będzie sprzyjać powstawaniu pęknięć na gorąco.
Spoina łatwo tworzy mocną kierunkową gruboziarnistą kolumnową strukturę krystaliczną, która sprzyja segregacji szkodliwych zanieczyszczeń i pierwiastków. W ten sposób tworzy się ciągły międzykrystaliczny film cieczy i zwiększa się wrażliwość na pękanie termiczne. Jeśli spoina nie jest równomiernie nagrzana, łatwo jest wytworzyć duże naprężenia rozciągające i sprzyjać powstawaniu pęknięć na gorąco podczas spawania.
Środki zapobiegawcze:
A. Ściśle kontroluj zawartość szkodliwych zanieczyszczeń S i P.
B. Dostosuj strukturę metalu spoiny. Spoina ma dobrą odporność na pękanie. Faza δ w spoinie może rozdrobnić ziarno, wyeliminować kierunkowość jednofazowego austenitu, zmniejszyć segregację szkodliwych zanieczyszczeń na granicy ziaren, a faza δ może rozpuścić więcej S i P, zmniejszyć energię granicy faz i zorganizować tworzenie międzykrystalicznego filmu cieczy.
C. Dostosuj skład stopu metalu spoiny. Wrażliwość na pękanie termiczne można zmniejszyć poprzez odpowiednie zwiększenie zawartości Mn, C i N w jednofazowej stali austenitycznej oraz dodanie niewielkiej ilości pierwiastków śladowych, takich jak cer, żelazo, tantal (które mogą udoskonalić strukturę spoiny i oczyścić ziarno granica).
D. Środki procesowe. Zminimalizuj przegrzanie stopionego jeziorka, aby zapobiec tworzeniu się grubych kryształów kolumnowych i zastosuj małą energię liniową i spoinę o małym przekroju poprzecznym. Na przykład stal austenityczna 25-20 jest podatna na pęknięcia upłynniające. Ściśle ograniczając zawartość zanieczyszczeń i wielkość ziaren materiału podstawowego, można zastosować metodę spawania o wysokiej gęstości energii, małej energii liniowej i poprawie szybkości chłodzenia złącza
04 Kruchość złączy spawanych
Stal wytrzymałościowa powinna zapewniać plastyczność złączy spawanych, aby zapobiec kruchości w wysokiej temperaturze; Stal niskotemperaturowa wymaga dobrej udarności w niskich temperaturach, aby zapobiec kruchemu pękaniu złączy spawanych w niskich temperaturach.
05 Duże odkształcenie spawalnicze
Ze względu na niską przewodność cieplną i duży współczynnik rozszerzalności odkształcenie spawania jest duże, a uchwyt może być stosowany w celu zapobiegania odkształceniom. Dobór metod spawania i materiałów spawalniczych stali nierdzewnych austenitycznych:
Austenityczną stal nierdzewną można spawać metodą spawania łukiem wolframowo-argonowym (TIG), spawania łukiem stopionym argonem (MIG), spawania łukiem plazmowym argonem (PAW) i spawania łukiem krytym (SAW).
Ze względu na niską temperaturę topnienia, małą przewodność cieplną i dużą rezystywność, prąd spawania austenitycznej stali nierdzewnej jest niewielki. Aby skrócić czas przebywania w wysokiej temperaturze, zapobiec wytrącaniu się węglika, zmniejszyć naprężenia skurczowe spoiny i zmniejszyć wrażliwość na pękanie termiczne, należy zastosować wąską spoinę i wąskie przejście spoiny.
Skład materiału spawalniczego, zwłaszcza pierwiastków stopowych Cr, Ni, jest wyższy niż materiału podstawowego. Aby zapewnić dobrą odporność spoiny na pękanie (pękanie na zimno, pękanie na gorąco, pękanie korozyjne naprężeniowe) stosuje się materiały spawalnicze zawierające niewielką ilość (4 ~ 12 procent) ferrytu.
Jeżeli w spoinie nie może występować faza ferrytowa, należy dobrać materiał spawalniczy zawierający Mo, Mn i inne dodatki stopowe.
C, S, P, Si, Nb w materiale spawalniczym powinno być jak najniższe, Nb w spoinie z czystego austenitu będzie powodować pęknięcia krzepnięcia, ale można skutecznie uniknąć niewielkiej ilości ferrytu w spoinie.
Konstrukcje spawalnicze, które wymagają stabilizacji lub odprężenia po spawaniu, to zwykle materiały spawane zawierające Nb. Spawanie łukiem krytym służy do spawania blach średnich. Straty podczas spalania Cr i Ni można uzupełnić przez przejście pierwiastków stopowych do topnika i drutu.
Ze względu na dużą głębokość wtopienia należy zwrócić uwagę na zapobieganie powstawaniu pęknięć na gorąco w środku spoiny i zmniejszenie odporności korozyjnej strefy wpływu ciepła. Należy zwrócić uwagę na wybór cieńszego drutu i mniejszej energii linii spawania, a drut musi mieć niską zawartość Si, S i P.
Zawartość ferrytu w spoinie stali nierdzewnej żaroodpornej nie powinna przekraczać 5%. W przypadku austenitycznej stali nierdzewnej o zawartości Cr i Ni większej niż 20 procent należy wybrać drut o wysokiej zawartości Mn (6-8 procent) i wybrać topnik alkaliczny lub neutralny, aby zapobiec dodaniu Si do spoiny i poprawić jej pękanie opór.
Specjalny topnik do austenitycznej stali nierdzewnej zwiększa w niewielkim stopniu Si, co może spowodować przejście stopu do spoiny i zrekompensować straty pierwiastków stopowych w wyniku spalania, aby spełnić wymagania dotyczące wydajności spoiny i składu chemicznego.
