Šajā Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. rakstā ir paskaidrots, kas jāņem vērā, nosakot pildmetālus nerūsējošā tērauda metināšanai.
Iespējas, kas padara nerūsējošo tēraudu tik pievilcīgu — spēja pielāgot tā mehāniskās īpašības un izturību pret koroziju un oksidēšanos —, arī palielina atbilstoša metināšanas pildmetāla izvēles sarežģītību. Jebkurai pamatmateriālu kombinācijai var būt piemērots jebkurš no vairākiem elektrodu veidiem atkarībā no izmaksu jautājumiem, ekspluatācijas apstākļiem, vēlamajām mehāniskajām īpašībām un virknes ar metināšanu saistītu jautājumu.
Šajā rakstā sniegta nepieciešamā tehniskā informācija, lai lasītājs varētu izprast tēmas sarežģītību, un pēc tam sniegtas atbildes uz dažiem no visbiežāk uzdotajiem jautājumiem, kas tiek uzdoti pildmetālu piegādātājiem. Tajā noteiktas vispārīgas vadlīnijas atbilstošu nerūsējošā tērauda pildmetālu izvēlei un pēc tam izskaidroti visi izņēmumi no šīm vadlīnijām! Rakstā nav aplūkotas metināšanas procedūras, jo tā ir cita raksta tēma.
Četras pakāpes, daudzi leģējošie elementi
Ir četras galvenās nerūsējošā tērauda kategorijas:
austenīta
martensītiska
ferīta
Divpusējs
Nosaukumi ir atvasināti no istabas temperatūrā parasti sastopamā tērauda kristāliskās struktūras. Kad zema oglekļa satura tērauds tiek uzkarsēts virs 912 °C, tērauda atomi pārkārtojas no struktūras, ko istabas temperatūrā sauc par ferītu, uz kristālisko struktūru, ko sauc par austenītu. Atdzesējot, atomi atgriežas sākotnējā struktūrā — ferītā. Augstas temperatūras struktūra, austenīts, nav magnētiska, plastiska, tai ir zemāka izturība un lielāka plastiskums nekā istabas temperatūras ferīta formai.
Kad tēraudam pievieno vairāk nekā 16% hroma, istabas temperatūras kristāliskā struktūra, ferīts, tiek stabilizēta, un tērauds saglabājas ferīta stāvoklī visās temperatūrās. Tāpēc šo sakausējuma bāzi sauc par ferīta nerūsējošo tēraudu. Kad tēraudam pievieno vairāk nekā 17% hroma un 7% niķeļa, tērauda augstas temperatūras kristāliskā struktūra, austenīts, tiek stabilizēta tā, ka tā saglabājas visās temperatūrās no ļoti zemākās līdz gandrīz kušanas temperatūrai.
Austenīta nerūsējošo tēraudu parasti sauc par "hroma-niķeļa" tipu, bet martensīta un ferīta tēraudus parasti sauc par "taisna hroma" tipiem. Daži leģējošie elementi, ko izmanto nerūsējošajos tēraudos un metināmos metālos, darbojas kā austenīta stabilizatori, bet citi - kā ferīta stabilizatori. Vissvarīgākie austenīta stabilizatori ir niķelis, ogleklis, mangāns un slāpeklis. Ferīta stabilizatori ir hroms, silīcijs, molibdēns un niobijs. Leģējošo elementu līdzsvarošana kontrolē ferīta daudzumu metināmā metālā.
Austenīta markas ir vieglāk un apmierinošāk metināmas nekā tās, kurās ir mazāk nekā 5% niķeļa. Austenīta nerūsējošā tērauda metinājuma savienojumi ir izturīgi, elastīgi un izturīgi metinātā stāvoklī. Parasti tiem nav nepieciešama iepriekšēja uzsildīšana vai termiskā apstrāde pēc metināšanas. Austenīta markas veido aptuveni 80% no sametinātā nerūsējošā tērauda, un šajā ievadrakstā galvenā uzmanība ir pievērsta tām.
1. tabula: Nerūsējošā tērauda veidi un to hroma un niķeļa saturs.
tstart{c,80%}
tērauds{Veids|% hroms|% niķelis|Veidi}
tdata{Austenīts|16–30 %|8–40 %|200, 300}
tdata{Martensītiskais|11–18 %|0–5 %|403, 410, 416, 420}
tdata{Ferītiskais|11–30 %|0–4 %|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Duplekss|18–28 %|4–8 %|2205}
mēdz {}
Kā izvēlēties pareizo nerūsējošā tērauda pildvielu
Ja abu plākšņu pamatmateriāls ir vienāds, sākotnējais vadlīnija bija: "Sāciet ar pamatmateriāla saskaņošanu". Dažos gadījumos tas labi darbojas; lai savienotu 310. vai 316. tipu, izvēlieties atbilstošo pildvielas tipu.
Lai savienotu atšķirīgus materiālus, ievērojiet šo vadlīniju: "izvēlieties pildvielu, kas atbilst spēcīgāk leģētajam materiālam". Lai savienotu 304 ar 316, izvēlieties 316 pildvielu.
Diemžēl "sakritības noteikumam" ir tik daudz izņēmumu, ka labāks princips ir konsultēties ar pildmetāla izvēles tabulu. Piemēram, 304. tips ir visizplatītākais nerūsējošā tērauda pamatmateriāls, taču neviens nepiedāvā 304. tipa elektrodu.
Kā metināt 304. tipa nerūsējošo tēraudu bez 304. tipa elektroda
Lai metinātu 304. tipa nerūsējošo tēraudu, izmantojiet 308. tipa pildvielu, jo 308. tipa papildu leģējošie elementi labāk stabilizēs metināšanas zonu.
Tomēr arī 308L ir pieņemama pildviela. Apzīmējums “L” aiz jebkura veida norāda zemu oglekļa saturu. 3XXL tipa nerūsējošā tērauda oglekļa saturs ir 0,03% vai mazāk, savukārt standarta 3XX tipa nerūsējošā tērauda maksimālais oglekļa saturs var būt 0,08%.
Tā kā L tipa pildviela ietilpst tajā pašā klasifikācijā kā produkts, kas nav L tipa, ražotāji var un viņiem vajadzētu nopietni apsvērt L tipa pildvielas izmantošanu, jo zemāks oglekļa saturs samazina starpkristālu korozijas problēmu risku. Faktiski autori apgalvo, ka L tipa pildviela tiktu plašāk izmantota, ja ražotāji vienkārši atjauninātu savas procedūras.
Ražotājiem, kas izmanto GMAW procesu, ieteicams apsvērt arī 3XXSi tipa pildvielas izmantošanu, jo silīcija pievienošana uzlabo metināšanas procesu. Situācijās, kad metinājumam ir augsts vai raupjš vainags vai kad metināšanas vanniņa labi nesavienojas ar filejas vai pārlaiduma savienojuma galiem, Si tipa GMAW elektroda izmantošana var izlīdzināt metināšanas šuvi un veicināt labāku kušanu.
Ja rodas bažas par karbīda nogulsnēšanos, apsveriet 347. tipa pildvielu, kas satur nelielu daudzumu niobija.
Kā metināt nerūsējošo tēraudu ar oglekļa tēraudu
Šāda situācija rodas gadījumos, kad vienai konstrukcijas daļai ir nepieciešama korozijizturīga ārējā virsma, kas savienota ar oglekļa tērauda konstrukcijas elementu, lai samazinātu izmaksas. Savienojot pamatmateriālu bez leģējošiem elementiem ar pamatmateriālu ar leģējošiem elementiem, jāizmanto pārāk leģēta pildviela, lai atšķaidījums metinājuma metālā būtu līdzsvarots vai spēcīgāk leģēts nekā nerūsējošais pamatmetāls.
Oglekļa tērauda savienošanai ar 304. vai 316. tipa tēraudu, kā arī dažādu nerūsējošo tēraudu savienošanai vairumā gadījumu apsveriet 309L tipa elektrodu. Ja nepieciešams lielāks Cr saturs, apsveriet 312. tipa elektrodu.
Kā brīdinājums jāatzīmē, ka austenīta nerūsējošajiem tēraudiem ir aptuveni par 50 procentiem lielāks izplešanās ātrums nekā oglekļa tēraudam. Savienojot, atšķirīgie izplešanās ātrumi var izraisīt plaisāšanu iekšējo spriegumu dēļ, ja vien netiek izmantots atbilstošs elektrods un metināšanas procedūra.
Izmantojiet pareizas metināšanas sagatavošanas tīrīšanas procedūras
Tāpat kā ar citiem metāliem, vispirms noņemiet eļļu, taukus, marķējumus un netīrumus ar nehlorētu šķīdinātāju. Pēc tam nerūsējošā tērauda metināšanas sagatavošanas galvenais noteikums ir "Lai novērstu koroziju, izvairieties no piesārņojuma no oglekļa tērauda". Daži uzņēmumi izmanto atsevišķas ēkas savām "nerūsējošā tērauda darbnīcām" un "ogles darbnīcām", lai novērstu savstarpēju piesārņojumu.
Sagatavojot malas metināšanai, slīpripas un nerūsējošā tērauda sukas apzīmējiet kā "tikai nerūsējošā tērauda". Dažās procedūrās ir nepieciešams tīrīt piecus centimetrus atpakaļ no savienojuma. Savienojuma sagatavošana ir arī svarīgāka, jo neatbilstību kompensēšana ar elektrodu manipulācijām ir grūtāka nekā ar oglekļa tēraudu.
Lai novērstu rūsēšanu, izmantojiet pareizu pēcmetināšanas tīrīšanas procedūru
Vispirms atcerieties, kas padara nerūsējošo tēraudu par nerūsējošu: hroma reakcija ar skābekli, veidojot aizsargslāni no hroma oksīda uz materiāla virsmas. Nerūsējošais tērauds rūsē karbīda nogulsnēšanās dēļ (skatīt zemāk) un tāpēc, ka metināšanas process uzkarsē metinājuma metālu līdz vietai, kur uz metinājuma virsmas var veidoties ferīta oksīds. Pilnīgi nevainojamā metinājuma šuvē, kas atstāta metinātā stāvoklī, mazāk nekā 24 stundu laikā karstuma ietekmētās zonas robežās var parādīties "vagonu rūsas pēdas".
Lai jauns tīra hroma oksīda slānis varētu pareizi atjaunoties, nerūsējošais tērauds pēc metināšanas ir jātīra, to pulējot, kodinot, slīpējot vai apstrādājot ar birsti. Arī šajā gadījumā izmantojiet šim uzdevumam paredzētas slīpmašīnas un birstes.
Kāpēc nerūsējošā tērauda metināšanas stieple ir magnētiska?
Pilnībā austenīta nerūsējošais tērauds nav magnētisks. Tomēr metināšanas temperatūras ietekmē mikrostruktūrā veidojas relatīvi lieli graudi, kā rezultātā metinājums ir jutīgs pret plaisām. Lai mazinātu jutību pret karstām plaisām, elektrodu ražotāji pievieno leģējošos elementus, tostarp ferītu. Ferīta fāze padara austenīta graudus daudz smalkākus, tāpēc metinājums kļūst izturīgāks pret plaisām.
Magnēts nepielips pie austenīta nerūsējošā tērauda pildvielas spoles, taču cilvēks, turot magnētu, var sajust nelielu vilkmi saglabātā ferīta dēļ. Diemžēl tas dažiem lietotājiem liek domāt, ka viņu produkts ir nepareizi marķēts vai viņi izmanto nepareizu pildvielu (īpaši, ja viņi ir noplēsuši etiķeti no stiepļu groza).
Pareizais ferīta daudzums elektrodā ir atkarīgs no pielietojuma darba temperatūras. Piemēram, pārāk daudz ferīta izraisa metinājuma izturības zudumu zemā temperatūrā. Tādējādi 308. tipa pildvielai, kas paredzēta sašķidrinātās dabasgāzes cauruļvadu pielietojumam, ferīta skaitlis ir no 3 līdz 6, salīdzinot ar standarta 308. tipa pildvielas ferīta skaitli 8. Īsāk sakot, pildmetāli sākumā var šķist līdzīgi, taču nelielas sastāva atšķirības ir svarīgas.
Vai ir vienkāršs veids, kā metināt dupleksa nerūsējošo tēraudu?
Parasti dupleksa nerūsējošā tērauda mikrostruktūra sastāv no aptuveni 50 % ferīta un 50 % austenīta. Vienkārši sakot, ferīts nodrošina augstu izturību un zināmu izturību pret sprieguma korozijas plaisāšanu, savukārt austenīts nodrošina labu sīkstumu. Abu fāžu kombinācija piešķir dupleksa tēraudiem to pievilcīgās īpašības. Ir pieejams plašs dupleksa nerūsējošā tērauda klāsts, visizplatītākais ir 2205. tips; tas satur 22 % hroma, 5 % niķeļa, 3 % molibdēna un 0,15 % slāpekļa.
Metinot dupleksa nerūsējošo tēraudu, var rasties problēmas, ja metināšanas metālam ir pārāk daudz ferīta (loka radītais siltums liek atomiem sakārtoties ferīta matricā). Lai to kompensētu, pildmetāliem ir jāveicina austenīta struktūra ar lielāku sakausējuma saturu, parasti par 2 līdz 4% vairāk niķeļa nekā pamatmetālā. Piemēram, metināšanai paredzētajai stieplei ar fluksu un serdi 2205. tipa metināšanai var būt 8,85% niķeļa.
Vēlamais ferīta saturs pēc metināšanas var svārstīties no 25 līdz 55% (bet var būt arī augstāks). Ņemiet vērā, ka dzesēšanas ātrumam jābūt pietiekami lēnam, lai austenīts varētu pārveidoties, bet ne tik lēnam, lai veidotos starpmetāliskas fāzes, un ne pārāk ātram, lai termiski ietekmētajā zonā neveidotos ferīta pārpalikums. Ievērojiet ražotāja ieteiktās procedūras attiecībā uz metināšanas procesu un izvēlēto pildmetālu.
Parametru regulēšana, metinot nerūsējošo tēraudu
Ražotājiem, kuri, metinot nerūsējošo tēraudu, pastāvīgi pielāgo parametrus (spriegumu, strāvas stiprumu, loka garumu, induktivitāti, impulsa platumu utt.), tipisks vaininieks ir nevienmērīgs pildvielas metāla sastāvs. Ņemot vērā leģējošo elementu nozīmi, ķīmiskā sastāva atšķirības starp partijām var ievērojami ietekmēt metināšanas veiktspēju, piemēram, sliktu mitrināšanas procesu vai sarežģītu izdedžu atdalīšanu. Elektroda diametra, virsmas tīrības, lējuma un spirāles atšķirības ietekmē arī veiktspēju GMAW un FCAW pielietojumos.
Karbīda nogulšņu kontrole austenīta nerūsējošajā tēraudā
Temperatūrā no 426 līdz 871 °C oglekļa saturs, kas pārsniedz 0,02 %, migrē uz austenīta struktūras graudu robežām, kur tas reaģē ar hromu, veidojot hroma karbīdu. Ja hroms ir saistīts ar oglekli, tas nav izturīgs pret koroziju. Saskaroties ar korozīvu vidi, rodas starpkristālu korozija, kas ļauj graudu robežām tikt noārdītām.
Lai kontrolētu karbīda nogulsnēšanos, jāuztur pēc iespējas zemāks oglekļa saturs (maksimāli 0,04%), metinot ar elektrodiem ar zemu oglekļa saturu. Oglekli var saistīt arī ar niobiju (agrāk kolumbiju) un titānu, kuriem ir spēcīgāka afinitāte pret oglekli nekā hromam. Šim nolūkam tiek izgatavoti 347. tipa elektrodi.
Kā sagatavoties diskusijai par pildmetāla izvēli
Vismaz apkopojiet informāciju par metinātās detaļas galīgo pielietojumu, tostarp par ekspluatācijas vidi (īpaši darba temperatūru, pakļaušanu korozīviem elementiem un paredzamo korozijas izturības pakāpi) un vēlamo kalpošanas laiku. Ļoti noderīga ir informācija par nepieciešamajām mehāniskajām īpašībām ekspluatācijas apstākļos, tostarp izturību, sīkstumu, elastību un noguruma izturību.
Lielākā daļa vadošo elektrodu ražotāju nodrošina pildvielas metāla izvēles rokasgrāmatas, un autori nevar pārāk uzsvērt šo punktu: konsultējieties ar pildvielas metāla lietošanas rokasgrāmatu vai sazinieties ar ražotāja tehniskajiem ekspertiem. Viņi ir šeit, lai palīdzētu izvēlēties pareizo nerūsējošā tērauda elektrodu.
Lai iegūtu plašāku informāciju par TYUE nerūsējošā tērauda pildmateriāliem un sazinātos ar uzņēmuma ekspertiem, lai saņemtu padomu, apmeklējiet vietni www.tyuelec.com.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 23. decembris