Зварювання нержавіючої сталі

Зварювання нержавіючої сталі вимагає особливої ​​уваги до властивостей матеріалу, контролю тепла та чистоти, щоб уникнути таких дефектів, як викривлення, розтріскування та чутливість. Під час зварювання температури нержавіючої сталі, що прилягає до зварювального шва, досягають рівня, при якому відбуваються мікроструктурні перетворення, тому зварювання TIG є найпоширенішим методом завдяки його точності та відповідності характеристикам нержавіючої сталі.

 

опис

 

Нержавіючу сталь поділяють на різні типи на основі її мікроструктури та складу, які впливають на її механічні властивості, стійкість до корозії та зварюваність. Основними типами є аустенітні, феритні, мартенситні, дуплексні та дисперсійно{1}}твердіючі нержавіючі сталі, і кожен тип має особливі аспекти зварювання та відповідні методи зварювання через відмінності в теплопровідності, тепловому розширенні та сприйнятливості до дефектів, як-от розтріскування чи чутливість.

 

 

Типи нержавіючої сталі та методи зварювання

 

Нержавіючі сталі – це сплави на основі-заліза, які містять 15% або більше хрому разом із певним відсотком нікелю, що може забезпечити надзвичайну корозійну-стійкість. Вміст хрому можна регулювати разом з іншими легуючими елементами для задоволення конкретних вимог кінцевого використання або виробництва, і нижче наведено огляд найпоширеніших типів нержавіючої сталі.

 

• √Аустенітна нержавіюча сталь

Високий вміст хрому (16-26%) і нікелю (6-22%), часто з молібденом (наприклад, 304, 316). Він немагнітний, має відмінну корозійну стійкість і хорошу здатність до формування, а також схильний до сенсибілізації (випадання карбіду) при тривалому впливі 450-850 градусів, що призводить до міжкристалічної корозії. Крім того, він має високе теплове розширення і низьку теплопровідність, що підвищує ризик деформації. Популярними сортами є 304, 304L (з низьким вмістом вуглецю), 316, 316L (з низьким вмістом вуглецю), 321 (стабілізований титаном). Завдяки високій стійкості до корозії вони широко використовуються в харчовому обладнанні, хімічних резервуарах, трубопроводах, будівництві, інфраструктурі, телекомунікаційній та медичній промисловості.

Відповідні методи зварювання

1. 1. Зварювання TIG (GTAW) настійно рекомендується для тонких секцій і критичних застосувань завдяки точному контролю тепла, мінімізуючи чутливість і спотворення. Використовуйте захисний газ аргон або аргон-гелій.
2. 2. Зварювання MIG/MAG (GMAW) більше підходить для більш товстих секцій і швидшого виробництва з використанням три-газової суміші (аргон, гелій, CO2) для стабілізації дуги та зменшення розбризкування.
3. 3. Паличне зварювання (SMAW) зазвичай використовується для польових ремонтів або не-критичних застосувань з низько-вуглецевими електродами (наприклад, E308L для 304L).

•  
• √Феритна нержавіюча сталь

Високий вміст хрому (10,5-30%), низький вміст нікелю та низький вміст вуглецю (наприклад, 430), він магнітний, має помірну стійкість до корозії та нижчу вартість, ніж аустенітні сорти. Водночас він менш схильний до сенсибілізації, але сприйнятливий до зростання зерен і крихкості при високих температурах, і має нижче теплове розширення, ніж аустенітні класи, що зменшує ризик викривлення. Загальні марки 409, 430, 439, і цей тип феритного металу широко використовується для автомобільних вихлопних систем, кухонних приладів і промислового обладнання.

Відповідні технології зварювання:

1. 1. Зварювання TIG (GTAW) підходить для тонких секцій і високо{1}}якісних зварних швів, що може забезпечити хороший контроль над надходженням тепла для запобігання росту зерен.
2. 2. Зварювання MIG/MAG (GMAW) ефективне для більш товстих матеріалів і швидшого зварювання. Використовуйте захисний газ на основі -аргону з низьким вмістом CO2, щоб уникнути надмірного окислення.
3. 3. Паличне зварювання (SMAW), прийнятне для не-критичних застосувань з відповідними електродами (наприклад, E430).

 

• √Мартенситна нержавіюча сталь

З високим вмістом хрому (11,5-18%), помірним вмістом вуглецю та низьким вмістом нікелю (наприклад, 410), він має високу магнітність, міцність і твердість, але нижчу стійкість до корозії порівняно з іншими типами. Тому він чутливий до розтріскування,-спричиненого воднем, і потребує попереднього нагріву та термічної обробки після зварювання, щоб уникнути крихкості. Має високу теплопровідність і менший коефіцієнт теплового розширення. Загальні марки 410, 420, 440, і вони широко використовуються для хірургічних інструментів і турбінних лопаток.

Відповідні методи зварювання:

1. 1. Зварювання TIG (GTAW), підходить для точності та контролю над надходженням тепла за допомогою захисного газу аргону.
2. 2. Паличне зварювання (SMAW), широко використовується для ремонту або більш товстих секцій з відповідними електродами (наприклад, E410).
3. 3. Зварювання MIG/MAG (GMAW), менш поширене, але може використовуватися для більш товстих матеріалів із контрольованими параметрами.

 

• √Дуплекс з нержавіючої сталі

Збалансована суміш аустеніту та фериту з високим вмістом хрому (20-30%), молібдену та азоту (наприклад, 2205), яка поєднує в собі високу міцність і відмінну стійкість до корозії, особливо в хлоридних середовищах. У той час як він сприйнятливий до утворення сигма-фази (крихкого інтерметаліду) у разі неправильного зварювання при високих температурах. Має помірне теплопровідність і теплопровідність. Загальні марки 2205, 2507 тощо, і вони широко використовуються в нафто- та газопроводах, хімічній обробці, морському середовищі.

Відповідні методи зварювання:

1. 1. Зварювання TIG (GTAW), ідеальне для високо-якісних зварювальних швів із контрольованим підведенням тепла, щоб уникнути утворення сигма-фази за допомогою аргону або захисного газу аргон-азот.
2. 2. Зварювання MIG/MAG (GMAW), підходить для більш товстих секцій із відповідним захисним газом (суміш аргону-гелію з низьким вмістом CO2).
3. 3. Паличне зварювання (SMAW) для польового зварювання дуплексними-спеціальними електродами (наприклад, E2209).

 

• √Опади-нержавіюча сталь, що зміцнюється

Містить легуючі елементи, такі як алюміній, мідь або ніобій, для зміцнення за допомогою термічної обробки (наприклад, 17-4 PH), має високу міцність і помірну стійкість до корозії, що вимагає контрольованого зварювання, щоб уникнути надмірного-старіння або втрати механічних властивостей. Популярні марки 17-4 PH, 15-5 PH, і вони широко використовуються для аерокосмічних компонентів, ядерних реакторів, високоміцного кріплення.

Відповідні методи зварювання:

1. 1. Зварювання TIG (GTAW) для точності та мінімального підведення тепла для збереження механічних властивостей.
2. 2. Зварювання MIG/MAG (GMAW), підходить для більш товстих секцій з контрольованими параметрами.

 

 

Міркування щодо зварювання нержавіючої сталі

 

Нержавіюча сталь має високу теплопровідність і низьке теплове розширення, що призводить до більшого ризику деформації та викривлення під час зварювання. Крім того, він схильний до сенсибілізації (втрати корозійної стійкості) у разі тривалого впливу високих температур, особливо в аустенітних класах, таких як 304 і 316. Щоб уникнути цих дефектів зварювання, зварнику не слід враховувати такі аспекти:

 

• √Попереднє-очищення

Очистіть зварювальний шов від таких забруднень, як фарби, масло, мастило, ґрунтовки, ріжучі склади та інші вуглеводні. Такі забруднення можуть вводити вуглець у зварний шов, погіршувати стійкість до корозії та послаблювати з’єднання. Дуже важливим є те, що зварювальнику потрібно використовувати спеціальну щітку з нержавіючої сталі для очищення з’єднання, і переконайтеся, що не використовуйте щітку, яка раніше використовувалася для вуглецевої сталі, оскільки це може забруднити заготовку з нержавіючої сталі.

• √Вибір наповнювача

Вибір відповідного наповнювача в залежності від обсягу робіт, він повинен відповідати марці нержавіючої сталі, досягаючи майже однакових властивостей.

• √Проектування зварного з'єднання

Конструкція зварного з’єднання доповнює структуру зварного шва, техніку зварювання та матеріал, і це один із головних факторів, який визначатиме міцність і якість зварних виробів. Тому дуже важливо розуміти сили, що прикладаються до зварних швів, і інтеграція цього в конструкцію з’єднання запобіжить руйнуванню конструкції.

• √Вибір сорту

Вибір марки, різні марки (наприклад, аустенітні, феритні, мартенситні, дуплексні) поводяться по-різному, низько{2}}вуглецеві марки (наприклад, 304L, 316L) можуть мінімізувати ризик випадання карбіду та міжкристалічної корозії.

• √Контроль надходження тепла

Контроль надходження тепла, надмірне нагрівання може спричинити ріст зерна, викривлення та втрату стійкості до корозії, тому доцільно використовувати низьке надходження тепла та уникати тривалого впливу високих температур. Загалом зварювальний струм має бути приблизно на 20% меншим, ніж для вуглецевої сталі, щоб запобігти корозії.

• √Захисний газ

Захисний газ, вибір захисного газу в таких процесах, як зварювання MIG і TIG, має вирішальне значення для захисту зварювальної ванни від забруднення. Правильний склад захисного газу зменшить ризик дефектів зварювання та покращить загальний результат зварювання.

 

Тому, щоб зробити якісне зварювання, досвідчений зварювальник повинен взяти до уваги комплексний параметр, включаючи марку нержавіючої сталі, техніку зварювання, підведення тепла, захисний газ, джерело живлення, кут пальника, швидкість руху та швидкість наплавлення. Тільки ефективно використовуючи ці параметри зварювання, зварювальник може досягти високої та стабільної якості зварних швів.

 

Дефекти та запобігання

 

Найпоширеніші дефекти зварювання нержавіючої сталі включають тріщини, пористість, шлакові включення, відсутність плавлення, неповне проварювання, підрізи, бризки та деформації, а також забруднення частинками заліза, теплі відтінки та розпад зварного шва. Ці дефекти знижують механічні властивості зварного шва та корозійну стійкість і можуть виникати внаслідок неправильного очищення, неправильних налаштувань електрода/газу, надмірного підведення тепла або низької теплопровідності.

 

• √Викривлення

Нержавіюча сталь має низьку теплопровідність і високий коефіцієнт теплового розширення, що робить її чутливою до деформації. Надмірне надходження тепла під час зварювання або швидка зміна температури створює навантаження на метал, що призводить до деформації під час охолодження. Найпоширенішим рішенням є зменшення підведення тепла, уникаючи при цьому низької якості зварювання через неповне зварювання між заготовками, а іншим рішенням є створення радіатора шляхом затискання міді або латуні позаду або поруч із зварювальним швом, поглинаючи непотрібне тепло.

 

• √розтріскування

Розтріскування може виникнути під час або після зварювання, і на це може вплинути висока термічна напруга або неправильна швидкість охолодження.

Існує два основних види крекінгу: гарячий крекінг і холодний крекінг. Гарячі тріщини виникають під час затвердіння в процесі зварювання через надмірну кількість домішок, таких як сірка або фосфор, у зварному шві, що може знизити температуру плавлення певних ділянок, викликаючи утворення тріщин під час затвердіння металу. Це часто трапляється в зонах з-високої температури зварного шва. Холодне розтріскування виникає після того, як зварний шов охолоне протягом деякого часу від кількох годин до кількох днів, і це часто спричинено залишковою напругою, що залишилася в металі після зварювання, або воднем, який поглинається зварним швом. Щоб запобігти утворенню тріщин, доцільно використовувати правильні наповнювачі та дуже ретельно контролювати швидкість охолодження, тим часом як попередній нагрів основного матеріалу може бути гарним способом зменшити термічне навантаження перед зварюванням.

 

• √пористість

Це дефект, коли газові кишені затримуються у зварювальних швах, що призводить до невеликих порожнеч або порожнин, і це часто спричинено забрудненнями, такими як бруд, масло, іржа, які можуть ввести гази у зварювальний процес. Потім ці гази затримуються в розплавленій зварювальній ванні, утворюючи пустоти під час охолодження металу. Використання невідповідного захисного газу також може спричинити пористість. Вологість і волога на основному матеріалі або наповнювачах можуть випаровуватися під час зварювання, створюючи бульбашки газу в зварному шві. Тому важливо підтримувати основний матеріал і присадочні стрижні чистими та сухими, а також використовувати відповідний захисний газ, щоб підтримувати постійний потік протягом усього процесу зварювання.

 

• √Поганий Fusion

Погане плавлення трапляється, коли метал шва не сплавляється належним чином з основним матеріалом, і це створює слабкі місця в з’єднанні, де два матеріали не з’єднані повністю. Це може серйозно знизити загальну міцність зварного шва та збільшити ризик поломки. Цей дефект часто викликаний недостатнім нагріванням, неправильним кутом зварювання, великою швидкістю руху.

 

• √Зварні бризки

Це маленькі краплі розплавленого металу, які виштовхуються зі зварювальної ванни під час зварювання, і вони насправді не послаблюють зварний шов. Однак вони впливають на зовнішній вигляд, що може призвести до непотрібної роботи після обробки. Бризки часто викликані налаштуваннями високого струму, які можуть призвести до надмірного розбризкування, оскільки розплавлений метал різко викидається зі зварювальної ванни. Неправильна довжина дуги та невідповідний захисний газ також можуть спричинити бризки під час зварювання нержавіючої сталі. Тому важливо зменшити розбризкування, налаштувати поточні параметри та підтримувати стабільну дугу, одночасно використовуючи правильний захисний газ із постійним потоком по всьому зварному шву.

 

 

Зварювання нержавіючої сталі вимагає уваги до багатьох параметрів, таких як властивості матеріалу, захисний газ, наповнювачі, підведення тепла та чистота, щоб уникнути таких дефектів, як викривлення, розтріскування та чутливість. Досвідчені зварювальники Fabmann дотримуються найкращих практик, щоб налаштувати апарат на правильну напругу, силу струму, і вони знають, як зварювати з правильною швидкістю ходу залежно від товщини матеріалу з нержавіючої сталі та типу нержавіючої сталі для досягнення високоякісних корозійно-{1}}стійких зварних швів. Fabmann постачає високоякісні кронштейни з нержавіючої сталі на замовлення для сонячної енергетики, деталей машин та інвентиляційні кришкидля домобудівної сфери.