Austenitinio nerūdijančio plieno suvirinimo charakteristikos ir suvirinimo strypų pasirinkimas

Austenitinis nerūdijantis plienas turi gerą suvirinamumą ir šiuo metu yra plačiausiai naudojamas pramonėje. Paprastai specialių technologinių priemonių suvirinimo metu nereikia. Šiame darbe išsamiai analizuojamos karštųjų įtrūkimų, tarpkristalinės korozijos, įtempių korozijos įtrūkimų, suvirintų jungčių trapumas (žemos temperatūros trapumas, sigmos fazės trapumas, lydymosi linijos trapumas) priežastys ir prevencinės priemonės,

Teorinės ir praktinės suvirinimo charakteristikų analizės metu supažindinami su austenitinio nerūdijančio plieno elektrodų parinkimo principais ir metodais suvirinant įvairias medžiagas ir skirtingomis darbo aplinkos sąlygomis.

Nerūdijantis plienas vis plačiau naudojamas aviacijos, naftos, chemijos ir atominės energijos pramonėje. Nerūdijantis plienas skirstomas į chromo nerūdijantį plieną, chromo-nikelio nerūdijantį plieną pagal cheminę sudėtį ir feritinį nerūdijantį plieną, martensitinį nerūdijantį plieną, austenitinį nerūdijantį plieną ir austenitinį-feritinį dvipusį nerūdijantį plieną.

Iš nerūdijančio plieno austenitinio nerūdijančio plieno (18-8 tipo nerūdijančio plieno) atsparumas korozijai yra geresnis nei kiti nerūdijantys plienai; jo stiprumas yra mažesnis, bet jo plastiškumas ir tvirtumas yra puikus; jo suvirinimo našumas yra geras, jis daugiausia naudojamas chemijos konteineriams, įrangai ir šiuo metu yra plačiausiai naudojamas nerūdijantis plienas pramonėje.

Nors austenitinis nerūdijantis plienas turi daug privalumų, jei suvirinimo procesas yra neteisingas arba netinkamai parinkta suvirinimo medžiaga, atsiras daug defektų, kurie galiausiai turės įtakos našumui.

Austenitinio nerūdijančio plieno suvirinimo charakteristikos

• Linkęs į šiluminius įtrūkimus

Karšti austenitinio nerūdijančio plieno įtrūkimai gana lengvai atsiranda suvirinimo metu, įskaitant išilginius ir skersinius suvirinimo siūlių įtrūkimus, šerdies įtrūkimus, atraminio suvirinimo šaknų įtrūkimus ir daugiasluoksnio suvirinimo tarpsluoksnius įtrūkimus ir kt., ypač kai nikelio kiekis yra palyginti mažas. aukštas. Aukšto austenitinio nerūdijančio plieno gamyba yra lengviau.

1. Priežastis

(1) Austenitinio nerūdijančio plieno skystosios ir kietosios fazės linijos turi didelį intervalą, ilgą kristalizacijos laiką, o vienfazio austenito kristalografinė orientacija yra stipri, todėl priemaišų atskyrimas yra gana rimtas.

(2) Šilumos laidumas yra mažas, o linijinio plėtimosi koeficientas yra didelis, todėl suvirinimo metu susidarys didelis vidinis suvirinimo įtempis (dažniausiai suvirinimo siūlės ir šilumos paveiktos zonos tempimo įtempis).

(3) Austenitinio nerūdijančio plieno komponentai, tokie kaip C, S, P, Ni ir kt., išlydytame baseine sudarys žemos lydymosi temperatūros eutektiką. Pavyzdžiui, S ir Ni suformuoto Ni3S2 lydymosi temperatūra yra 645 laipsniai, o Ni-Ni3S2 eutektikos lydymosi temperatūra yra tik 625 laipsniai.

2. Prevencinės priemonės

(1) Naudokite dviejų fazių struktūros suvirinimą, kad suvirinimo metalas būtų kuo labiau austenito ir ferito dviejų fazių struktūra, ir kontroliuokite, kad ferito kiekis būtų mažesnis nei 3–5%, o tai gali sutrikdyti austenito stulpelių kristalų kryptį. grūdų rafinavimas. Be to, feritas gali ištirpinti daugiau priemaišų nei austenitas, taip sumažindamas mažai tirpstančios eutektikos atsiskyrimą austenito grūdelių ribose.

(2) Suvirinimo proceso priemonės Suvirinimo procese stenkitės naudoti aukštos kokybės elektrodus su šarmine danga, naudokite mažos linijos energiją, mažą srovę, greitą suvirinimą, stenkitės užpildyti lanko duobę pabaigoje ir naudokite argono lankinį suvirinimą. dugnui ir pan. Sumažinkite suvirinimo įtampą ir kraterio įtrūkimus.

(3) Kontroliuokite cheminę sudėtį Griežtai apribokite priemaišų, tokių kaip S ir P, kiekį suvirinimo siūlėje, kad sumažintumėte žemos lydymosi temperatūros eutektiką.

• Tarpkristalinė korozija

Tarp grūdelių atsiranda korozija, dėl kurios prarandamas tarpgrūdinis ryšys, beveik visiškai prarandama stiprumas ir lūžta išilgai grūdelių ribų, kai veikia įtempiai.

1. priežastis

Remiantis chromo išeikvojimo teorija, kai suvirinimo ir karščio veikiama zona įkaitinama iki 450–850 laipsnių jautrinimo temperatūros (pavojingos temperatūros zona), dėl didelio Cr atominio spindulio difuzijos greitis yra mažas ir persotinta anglis linkusi į austenito grūdelius. Riba išsisklaido ir sudaro Cr23C6 prie grūdelių ribos su chromo junginiu prie grūdelių ribos, todėl grūdelių riba yra menka chromo, kurio nepakanka atsparumui korozijai.

2. Prevencinės priemonės

(1) Anglies kiekio kontrolė

Naudokite mažai anglies arba ypač mažai anglies išskiriančias (W(C) Mažiau nei 0,03 %) arba lygias nerūdijančiojo plieno suvirinimo medžiagas. Tokie kaip A002 ir pan.

(2) Įdėkite stabilizatoriaus

Pridėjus Ti, Nb ir kitų elementų, kurie turi stipresnį giminingumą su C nei Cr pliene ir suvirinimo medžiagose, galima susijungti su C, kad susidarytų stabilūs karbidai, taip išvengiama chromo išeikvojimo ties austenito grūdelių ribomis. Dažniausiai naudojamas nerūdijantis plienas ir suvirinimo medžiagos turi Ti, Nb, pvz., 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni12MO2Ti plieno, E347-15 elektrodo, H0Cr19Ni9Ti suvirinimo vielos ir kt.

(3) Priimti dvipusę organizaciją

Tam tikras kiekis feritą formuojančių elementų, tokių kaip Cr, Si, AL, MO ir kt., suvirinimo viela arba elektrodu įlydoma į suvirinimo siūlę, kad suvirinimo siūlė būtų suformuota į dvifazę austenito + ferito struktūrą. , nes Cr yra ferite difuzijos greitis yra greitesnis nei austenito, todėl Cr greičiau difunduoja iki grūdelių ribų ferite, o tai palengvina chromo išeikvojimą austenito grūdelių ribose. Paprastai ferito kiekis suvirinimo metale reguliuojamas nuo 5% iki 10%. Jei ferito yra per daug, suvirinimo siūlė taps trapi.

(4) Greitas aušinimas

Kadangi austenitinis nerūdijantis plienas nesukelia sukietėjimo, suvirinimo proceso metu galite pabandyti padidinti suvirintos jungties aušinimo greitį, pvz., aušinti varine atramine plokšte arba tiesiogiai laistyti po suvirintu siūlu.

Suvirinimo procese gali būti naudojamos tokios priemonės kaip maža srovė, didelis suvirinimo greitis, trumpas lankas ir kelių eigų suvirinimas, siekiant sutrumpinti laiką, per kurį suvirintoji jungtis išlieka pavojingos temperatūros zonoje, kad nesusidarytų chromas. - išeikvotas plotas.

(5) Atlikite apdorojimą tirpalu arba homogenizavimo terminį apdorojimą. Po suvirinimo pašildykite suvirintą jungtį iki 1050-1100 laipsnio, kad karbidai vėl ištirptų į austenitą, o po to greitai atvėstų, kad susidarytų stabili vienfazė austenito struktūra.

Be to, galima atlikti homogenizacinį terminį apdorojimą 850-900 laipsniu 2 valandas. Šiuo metu austenito grūduose esantis Cr difunduoja iki grūdelių ribų, o Cr kiekis grūdų ribose vėl pasiekia daugiau nei 12%, todėl grūdeliai nesusidarys. korozijos.

• Įtempių korozijos įtrūkimai

Metalo korozijos pažeidimas veikiant įtempiams ir korozinei terpei. Remiantis įtempių korozijos įtrūkimų atvejais ir nerūdijančio plieno įrangos bei dalių eksperimentiniais tyrimais, galima manyti, kad esant tam tikram statiniam tempimo įtempiui ir tam tikrai elektrocheminei terpei tam tikroje temperatūroje, esamas nerūdijantis plienas turi galimybę sukelia įtempių koroziją.

Viena didžiausių įtempių korozijos savybių yra korozinių terpių ir medžiagų derinio selektyvumas. Austenitinio nerūdijančio plieno, daugiausia druskos rūgšties ir chlorido, turinčio chlorido jonų, taip pat sieros rūgšties, azoto rūgšties, hidroksido (šarmo), jūros vandens, vandens garų, H2S vandeninio tirpalo, koncentruoto NaHCO{{1}, įtempių koroziją lengva sukelti. }NH3+NaCl vandeninis tirpalas ir kitos terpės Palaukite.

1. Priežastis

Įtempių korozijos įtrūkimai yra uždelsto įtrūkimo reiškinys, atsirandantis, kai suvirintos jungtys yra veikiamos tempimo įtempių tam tikroje korozinėje aplinkoje. Austenitinio nerūdijančio plieno suvirintų jungčių įtempių korozijos įtrūkimai yra rimta suvirintų jungčių gedimo forma, kuri pasireiškia trapiu gedimu be plastinės deformacijos.

2. Prevencinės priemonės

(1) Pagrįstai suformuluokite formavimo ir surinkimo procesą, kad sumažintumėte šalto darbo deformacijos laipsnį, išvengtumėte priverstinio surinkimo ir išvengtumėte visų rūšių randų surinkimo proceso metu (visų rūšių surinkimo randai ir lanko nudegimai taps SCC įtrūkimų šaltiniu , kuri lengvai sukelia koroziją.

(2) Protingas suvirinimo medžiagų pasirinkimas Suvirinimo siūlė ir netaurieji metalai turi gerai derėti, be jokios blogos struktūros, pvz., grūdėtumo ir kieto bei trapio martensito.

(3) Atlikite tinkamą suvirinimo procesą, kad užtikrintumėte, jog suvirinimo siūlė būtų gerai suformuota ir nesukeltų jokių įtempių koncentracijos ar duobių defektų, tokių kaip įpjovimas ir pan., suvirinimo tvarka pagrįstą, kad sumažintumėte suvirinimo liekamojo įtempio lygį. Pavyzdžiui, venkite kryžminių suvirinimo siūlių, pakeiskite Y formos griovelį į X formos griovelį, atitinkamai sumažinkite griovelio kampą, naudokite trumpą suvirinimo rutuliuką ir naudokite mažą linijos energiją.

(4) terminis apdorojimas po suvirinimo, siekiant sumažinti stresą, pvz., visiškas atkaitinimas arba atkaitinimas po suvirinimo; Kai sunku atlikti terminį apdorojimą, naudojamas kalimas po suvirinimo arba šratavimas.

(5) Gamybos valdymo priemonės, skirtos kontroliuoti priemaišas terpėje, pvz., O2, N2, H2O ir kt. skystoje amoniako terpėje, H2S suskystintose naftos dujose, O2, Fe3+, Cr6+, tt chlorido tirpale, antikorozinis apdorojimas: pvz., dangos sluoksnis, pamušalas ar katodinė apsauga ir tt, pridėkite korozijos inhibitorių.

• Suvirintų jungčių trapumas

Kai austenitinio nerūdijančio plieno siūlė tam tikrą laiką kaitinama aukštoje temperatūroje, sumažės smūginio atsparumo reiškinys, vadinamas trapumu.

1. Suvirinto metalo trapumas žemoje temperatūroje (475 laipsnių trapumas)

(1) Priežastis

Dviejų fazių suvirinimo struktūra, kurioje yra daugiau ferito fazių (daugiau nei 15–20 %), po kaitinimo 350–500 laipsnių temperatūroje žymiai sumažės plastiškumas ir kietumas. Kadangi trapumas yra didžiausias 475 laipsnių kampu, jis vadinamas 475 laipsnių trapumu.

Austenitinio nerūdijančio plieno suvirintų jungčių atsparumas korozijai arba atsparumas oksidacijai ne visada yra svarbiausia savybė, tačiau naudojant žemoje temperatūroje, suvirinto metalo plastiškumas tampa kritine savybe.

Kad atitiktų žemos temperatūros atsparumo reikalavimus, suvirinimo konstrukcija paprastai tikisi gauti vieną austenito struktūrą, kad būtų išvengta delta ferito. Delta ferito buvimas visada pablogina atsparumą žemai temperatūrai, o kuo didesnis jo kiekis, tuo sunkesnis šis trapumas.

(2) Prevencinės priemonės

①Siekiant užtikrinti suvirinimo metalo atsparumą įtrūkimams ir korozijai, ferito fazė turėtų būti kontroliuojama žemu lygiu, apie 5%.

②Suvirinimo siūles, kurios buvo trapios 475 laipsnių kampu, galima pašalinti grūdinant 900 laipsnių kampu.

2. Suvirintų jungčių sigmafazinis trapumas

(1) Priežastys

The long-term use of austenitic stainless steel welded joints in the temperature range of 375 to 875 ° C will produce an inter-FeCr compound called σ phase. The σ phase is hard and brittle (HRC>68).

Dėl σ fazės nusodinimo suvirinimo siūlės atsparumas smūgiams smarkiai sumažėja, o tai vadinama σ fazės trapumu. σ fazė paprastai atsiranda tik dvifazės struktūros suvirinimo siūlėje; kai eksploatavimo temperatūra viršija 800–850 laipsnių, σ fazė taip pat nusodins vienfazėje austenito siūlėje.

(2) Prevencinės priemonės

①Apriboti ferito kiekį suvirinimo metale (mažiau nei 15%); naudoti superlegiruotas suvirinimo medžiagas, ty daug nikelio turinčias suvirinimo medžiagas, ir griežtai kontroliuoti Cr, Mo, Ti, Nb ir kitų elementų kiekį.

② Priimama maža specifikacija, siekiant sumažinti suvirinimo metalo buvimo laiką aukštoje temperatūroje

③ Nusodinta σ fazė apdorojama kietu tirpalu, kai tai leidžia sąlygos, kad σ fazė ištirptų į austenitą.

④Įkaitinkite suvirintą jungtį iki 1000-1050 laipsnio, tada greitai atvėsinkite. σ fazė paprastai nėra gaminama iš 1Cr18Ni9Ti plieno.

3. Lydymosi linija yra trapi

(1) Priežastys

Kai austenitinis nerūdijantis plienas naudojamas ilgą laiką aukštoje temperatūroje, trapūs lūžiai įvyks išilgai kelių grūdelių už lydymosi linijos.

(2) Prevencijos ir kontrolės priemonės

Pridėjus Mo į plieną, padidės plieno gebėjimas atsispirti trapiems lūžiams aukštoje temperatūroje.

Atlikus pirmiau pateiktą analizę, tik pagrįstai parinkus aukščiau nurodytas suvirinimo proceso priemones arba suvirinimo medžiagas galima išvengti minėtų suvirinimo defektų. Austenitinis nerūdijantis plienas pasižymi puikiu suvirinamumu, o austenitiniam nerūdijančiam plienui suvirinti galima naudoti beveik visus suvirinimo būdus.

Tarp įvairių suvirinimo būdų lankinis elektrodinis suvirinimas turi privalumų, nes jis prisitaiko prie įvairių padėčių ir skirtingų plokščių storių, ir yra plačiai naudojamas. Toliau daugiausia dėmesio skiriama austenitinių nerūdijančio plieno elektrodų pasirinkimo principų ir metodų analizei įvairiais tikslais.

Pagrindiniai austenitinio nerūdijančio plieno elektrodų pasirinkimo punktai

Nerūdijantis plienas daugiausia naudojamas atsparumui korozijai, bet taip pat naudojamas kaip karščiui atsparus plienas ir žemos temperatūros plienas. Todėl suvirinant nerūdijantį plieną, elektrodo veikimas turi atitikti nerūdijančio plieno paskirtį. Nerūdijančio plieno elektrodai turi būti parinkti pagal netauriųjų metalų ir darbo sąlygas (įskaitant darbo temperatūrą ir kontaktinę terpę ir kt.).

(1) 1 punktas

Paprastai tariant, elektrodo pasirinkimas gali būti susijęs su netauriojo metalo medžiaga ir pasirinkti elektrodą, kurio sudėtis tokia pati arba panaši kaip ir netauriojo metalo. Pavyzdžiui: A102 atitinka 0Cr18Ni9, A137 atitinka 1Cr18Ni9Ti.

(2) 2 punktas

Kadangi anglies kiekis turi didelę įtaką nerūdijančio plieno atsparumui korozijai, dažniausiai pasirenkamas toks nerūdijančio plieno elektrodas, kurio anglies kiekis nusodintame metale yra ne didesnis nei netauriojo metalo. Tokie kaip 316L turi naudoti A022 elektrodą.

(3) 3 punktas

Austenitinio nerūdijančio plieno suvirinimo metalas turi užtikrinti mechanines savybes. Tai galima patikrinti suvirinimo procedūros kvalifikacija.

(4) 4 punktas (austenitinis karščiui atsparus plienas)

Karščiui atspariam nerūdijančiam plienui (austenitiniam karščiui atspariam plienui), dirbančiam aukštoje temperatūroje, pasirinktas elektrodas iš esmės turi atitikti suvirinto metalo atsparumą karštam įtrūkimui ir suvirintos jungties aukštą temperatūrą.

1. Austenitiniam karščiui atspariam plienui, kurio Cr/Ni yra didesnis arba lygus 1, pvz., 1Cr18Ni9Ti ir kt., paprastai naudojami austenitinio-feritinės nerūdijančio plieno elektrodai, todėl patartina, kad suvirinimo metale būtų 2-5 % ferito. Kai ferito kiekis yra per mažas, suvirinimo metalo atsparumas įtrūkimams yra prastas; jei jis yra per didelis, ilgai naudojant aukštoje temperatūroje arba termiškai apdorojant, lengvai susidaro sigma trapumo fazė, todėl susidaro įtrūkimai.

Tokie kaip A002, A102, A137. Kai kuriose specialiose srityse, kai gali prireikti visų austenitinių suvirinimo metalų, gali būti naudojami A402, A407 elektrodai ir kt.

2. Stabiliems austenitiniams karščiui atspariems plienams su Cr/Ni<1, such as Cr16Ni25Mo6, etc., it is generally necessary to increase the Mo, W, Mn in the weld metal while ensuring that the chemical composition of the weld metal is approximately similar to that of the base metal. The content of such elements can improve the crack resistance of the weld while ensuring the thermal strength of the weld metal. Such as using A502, A507.

(5) 5 punktas (korozijai atsparus nerūdijantis plienas)

Korozijai atspariam nerūdijančiam plienui, dirbančiam įvairiose korozinėse terpėse, elektrodą reikia parinkti pagal terpę ir darbinę temperatūrą bei užtikrinti jo atsparumą korozijai (atlikti suvirintų jungčių atsparumo korozijai testą).

1. Terpės, kurios darbinė temperatūra viršija 300 laipsnių ir stipriai koroziją, turi būti naudojamas elektrodas, kuriame yra Ti arba Nb stabilizavimo elementų arba itin mažai anglies turinčio nerūdijančio plieno. Tokie kaip A137 ar A002 ir pan.

2. Terpei, kurioje yra praskiestos sieros rūgšties arba druskos rūgšties, dažnai naudojami nerūdijančio plieno elektrodai, kuriuose yra Mo arba Mo ir Cu, pvz.: A032, A052 ir kt.

3. Įrangai su silpna korozija arba tik siekiant išvengti rūdžių taršos, galima naudoti nerūdijančio plieno elektrodus be Ti arba Nb. Siekiant užtikrinti suvirinimo metalo atsparumą korozijai, naudojamos superlegiruotos suvirinimo medžiagos, tai yra, korozijai atsparių legiruojamųjų elementų (Cr, Ni ir kt.) kiekis suvirinimo metale yra didesnis nei netauriojo metalo. . Pavyzdžiui, naudokite 00Cr18Ni12Mo2 tipo suvirinimo medžiagas (pvz., A022), kad suvirintumėte 00Cr19Ni10 siūles.

(6) 6 punktas

Austenitiniam nerūdijančiam plienui, dirbančiam žemos temperatūros sąlygomis, turi būti garantuotas suvirintos jungties atsparumas smūgiams žemoje temperatūroje esant darbo temperatūrai, todėl naudojami gryni austenitiniai elektrodai. Tokie kaip A402, A407.

(7) 7 punktas

Taip pat yra nikelio lydinio elektrodų. Pavyzdžiui, Mo6 tipo superaustenitinis nerūdijantis plienas suvirinamas nikelio pagrindu pagamintomis suvirinimo medžiagomis, kurių Mo iki 9 proc.

(8) 8 punktas: elektrodo dangos tipo pasirinkimas

1. Kadangi pačiame dviejų fazių austenitinio plieno suvirinimo metale yra tam tikras kiekis ferito, jis turi gerą plastiškumą ir tvirtumą. Suvirinimo metalo atsparumo įtrūkimams požiūriu palyginama pagrindinė danga ir titano kalcio tipo dangos elektrodas. Skirtumas nėra toks reikšmingas kaip anglinio plieno elektrodams. Todėl praktikoje daugiau dėmesio skiriama suvirinimo proceso našumui ir naudojama dauguma elektrodų su dangos tipo kodu 17 arba 16 (pvz., A102A, A102, A132 ir kt.).

2. Tik tada, kai konstrukcijos tvirtumas yra labai didelis arba suvirinimo metalo atsparumas įtrūkimams yra menkas (pvz., kai kurių martensitinio chromo nerūdijančio plieno, gryno austenitinio chromo-nikelio nerūdijančio plieno ir kt.), galima apsvarstyti 15 kodo dangos pasirinkimą. . Pagrindiniai padengti nerūdijančio plieno elektrodai (pvz., A107, A407 ir kt.).

Apibendrinant

Apibendrinant galima teigti, kad austenitinio nerūdijančio plieno suvirinimas turi savo unikalias charakteristikas, o ypač vertas dėmesio austenitinio nerūdijančio plieno suvirinimo elektrodų pasirinkimas. Ilgamete praktika įrodyta, kad minėtomis priemonėmis galima pasiekti skirtingą suvirinimą skirtingoms medžiagoms. Metodai ir elektrodai iš skirtingų medžiagų, nerūdijančio plieno elektrodai turi būti parinkti pagal netauriųjų metalų ir darbo sąlygas (įskaitant darbo temperatūrą ir kontaktinę terpę ir kt.). Tai mums turi gerą orientacinę reikšmę, kad būtų galima pasiekti laukiamą suvirinimo kokybę.