Характеристики зварювання аустенітної нержавіючої сталі: кількість пружних і пластичних напруг і деформацій під час зварювання велика, але холодні тріщини виникають рідко. У зварному з'єднанні немає зони гартування і укрупнення зерна, тому міцність зварного з'єднання на розрив висока.
Основні проблеми зварювання аустенітної нержавіючої сталі: велика зварювальна деформація; через граничні характеристики зерен і чутливість до певних слідів домішок (S, P) легко утворювати гарячі тріщини.
П'ять основних проблем зварювання аустенітної нержавіючої сталі та їх вирішення
01 Утворення карбіду хрому знижує стійкість зварних з'єднань до міжкристалічної корозії.
Міжкристалічна корозія: відповідно до теорії бідного вмісту хрому, коли зварний шов і зона термічного впливу нагріваються до 450-850 градусної температурної зони сенсибілізації, карбід хрому осідає на межі зерен, що призводить до поганої межі зерен. хрому, якого недостатньо, щоб протистояти корозії.
(1) Для міжкристалітної корозії зварного шва та корозії чутливої температурної зони на цільовому матеріалі можна використовувати наступні заходи для обмеження:
a. Зменшіть вміст вуглецю в основному металі та зварному шві та додайте до основного металу стабілізуючі елементи Ti, Nb та інші елементи, щоб переважно утворити MC, щоб уникнути утворення Cr23C6.
b. Утворіть зварний шов двофазної структури з аустеніту та невеликої кількості фериту. Коли в зварному шві є певна кількість фериту, зерна можуть бути подрібнені, площа зерен може бути збільшена, а кількість опадів карбіду хрому на одиницю площі межі зерен може бути зменшена. Хром має високу розчинність у фериті, а Cr23C6 переважно утворюється у фериті, не спричиняючи збіднення межі зерен аустеніту хромом; ферит, розсіяний між аустенітом, може запобігти корозії вздовж межі зерна до внутрішньої дифузії.
в. Контролюйте час перебування в діапазоні температур сенсибілізації. Відрегулюйте термічний цикл зварювання, щоб максимально скоротити час перебування при 600-1000 градусах, виберіть метод зварювання з високою щільністю енергії (наприклад, плазмове аргонодугове зварювання), виберіть меншу енергію лінії зварювання та пропускайте газ аргон на тильній стороні зварного шва або використовуйте мідну прокладку. Збільште швидкість охолодження зварного з’єднання, зменшіть кількість дуг і дуг, щоб уникнути повторного нагрівання, і нанесіть останню зварку на поверхню контакту з корозійним середовищем під час багатошарового зварювання .
d. Після зварювання виконайте обробку розчином або стабілізаційний відпал (850-900 ступінь ) і охолодження повітрям після збереження тепла, щоб карбіди могли повністю осадитися та прискорити дифузію хрому).
(2) Ножева корозія зварних з'єднань, з цієї причини можна вжити таких профілактичних заходів:
Через високу дифузію вуглецю він відділятиметься на межі зерен, утворюючи перенасичений стан під час процесу охолодження, тоді як Ti та Nb залишатимуться в кристалі через їх низьку дифузію. Коли зварне з'єднання знову нагрівається в діапазоні температур сенсибілізації, перенасичений вуглець буде випадати в осад у формі Cr23C6 у міжзеренному шарі.
a. Зменшити вміст вуглецю. Для нержавіючої сталі, що містить стабілізуючі елементи, вміст вуглецю не повинен перевищувати 0,06%.
b. Використовуйте розумний процес зварювання. Виберіть меншу енергію зварювальної лінії, щоб зменшити час перебування перегрітої зони при високій температурі, і зверніть увагу, щоб уникнути ефекту «сенсибілізації середньої температури» під час процесу зварювання. При двосторонньому зварюванні зварювальний шов, який контактує з корозійним середовищем, слід зварювати в останню чергу (з цієї причини внутрішнє зварювання товстостінної зварної труби великого діаметра проводять після зовнішнього зварювання). Перегріта ділянка контакту з корозійним середовищем знову нагрівається шляхом сенсибілізації.
в. Термообробка після зварювання. Після зварювання проводиться розчин або стабілізаційна обробка.
02. Корозійне розтріскування під напругою
Щоб запобігти виникненню корозійного розтріскування під напругою, можна вжити таких заходів:
a. Правильний вибір матеріалів і розумне коригування складу швів. Високочиста хромонікелева аустенітна нержавіюча сталь, хромонікелева аустенітна нержавіюча сталь з високим вмістом кремнію, феритно-аустенітна нержавіюча сталь, феритна нержавіюча сталь з високим вмістом хрому тощо мають хорошу корозійну стійкість під напругою, а метал шва є аустенітною нержавіючої сталі. Стійкість до корозії під напругою хороша, коли структура двофазної сталі є феритною та феритною.
b. Усуньте або зменшіть залишкову напругу. Після зварювання проводиться термічна обробка для зняття напруги, а механічні методи, такі як полірування, дробеструйна обробка та кукування, використовуються для зменшення поверхневої залишкової напруги.
в. Розумний структурний дизайн. щоб уникнути великих концентрацій напруги.
03Зварювання гарячих тріщин (тріщин кристалізації швів, тріщин розрідження зони термічного впливу)
Схильність до термічних тріщин в основному залежить від хімічного складу, структури та властивостей матеріалу. Ni легко утворює сполуки з низькою температурою плавлення або евтектику з домішками, такими як S і P, а сегрегація бору та кремнію спричинить термічний розтріскування. Зварний шов легко утворює грубу стовпчасту зернисту структуру з сильною спрямованістю, що сприяє виділенню шкідливих домішок і елементів. Тим самим сприяючи утворенню суцільної міжкристалічної рідкої плівки та покращуючи чутливість термічного крекінгу. Якщо зварювання нагрівається нерівномірно, легко сформувати велике напруження розтягування та сприяти утворенню зварювальних гарячих тріщин.
Профілактичні заходи:
a. Суворо контролювати вміст шкідливих домішок S і P.
b. Відрегулюйте текстуру металу шва. Зварний шов двофазної конструкції має гарну стійкість до розтріскування. Дельта-фаза в зварному шві може подрібнити зерна, усунути спрямованість однофазного аустеніту, зменшити сегрегацію шкідливих домішок на межі зерен, а дельта-фаза може розчинити більше S, P, і може зменшити міжфазну енергію та організувати утворення плівки міжкристалічної рідини.
в. Відрегулюйте склад сплаву металу шва. Належним чином збільште вміст Mn, C і N в однофазній аустенітній сталі та додайте невелику кількість мікроелементів, таких як церій, кирка та тантал (які можуть покращити структуру зварного шва та очистити межі зерен), щоб зменшити гарячі тріщини чутливість.
d. заходи процесу. Зведіть до мінімуму перегрів ванни розплаву, щоб запобігти утворенню грубих стовпчастих кристалів, і використовуйте невелику лінійну енергію та малий поперечний переріз зварювальних валиків.
Наприклад, аустенітні сталі типу 25-20 схильні до тріщин розрідження. Шляхом суворого обмеження вмісту домішок і розміру зерна основного металу, застосування методів зварювання з високою щільністю енергії, малої лінійної енергії та збільшення швидкості охолодження з’єднань та інших заходів.
04Крихкість зварних з'єднань
Жаропрочна сталь повинна забезпечувати пластичність зварного з'єднання і запобігати високотемпературному окрихченню; Низькотемпературна сталь повинна мати хорошу низькотемпературну в'язкість, щоб запобігти низькотемпературній крихкості зварного з'єднання.
05Зварювальна деформація велика
Завдяки низькій теплопровідності та великому коефіцієнту розширення зварювальна деформація велика, і для запобігання деформації можна використовувати пристосування. Методи зварювання та вибір зварювальних матеріалів аустенітних нержавіючих сталей:
Аустенітну нержавіючу сталь можна зварювати за допомогою аргонодугового зварювання (TIG), аргонодугового зварювання плавленням (MIG), плазмового аргонодугового зварювання (PAW) і зварювання під флюсом (SAW). Аустенітна нержавіюча сталь має низький зварювальний струм завдяки низькій температурі плавлення, низькій теплопровідності та високому питомому опору. Слід використовувати вузькі зварні шви та валики, щоб скоротити час перебування при високій температурі, запобігти випаданню карбіду, зменшити напругу усадки зварного шва та зменшити чутливість до термічних тріщин.
Склад зварювальних матеріалів, особливо легуючих елементів Cr і Ni, вище, ніж у основного металу. Витратні матеріали для зварювання, що містять невелику кількість (4-12%) фериту, використовуються для забезпечення високої стійкості до розтріскування (холодне розтріскування, гаряче розтріскування, корозійне розтріскування під напругою) зварного шва. Якщо феритна фаза не допускається або неможлива у зварному шві, слід вибирати зварювальні матеріали, що містять Mo, Mn та інші легуючі елементи.
Вміст C, S, P, Si та Nb у витратних матеріалах для зварювання має бути якомога нижчим. Ніобій спричинить тріщини затвердіння у зварних швах із чистого аустеніту, але невеликої кількості фериту у зварних швах можна ефективно уникнути. Для зварних конструкцій, які потребують стабілізації або зняття напруги після зварювання, зазвичай вибирають зварювальні матеріали, що містять Nb. Зварювання під флюсом використовується для зварювання середніх пластин, причому втрати Cr і Ni при горінні можуть бути доповнені переходом легуючих елементів у флюс і зварювальний дріт; через велику глибину проплавлення слід подбати про запобігання утворенню гарячих тріщин у центрі зварного шва та корозійну стійкість зони термічного впливу. Статеве зниження. Необхідно звернути увагу на вибір тоншого зварювального дроту та меншої енергії зварювальної лінії, а зварювальний дріт має бути з низьким вмістом Si, S та P. Вміст фериту в зварному шві з жаростійкої нержавіючої сталі не повинен перевищувати 5%. Для аустенітної нержавіючої сталі з вмістом Cr і Ni понад 20% слід використовувати зварювальний дріт з високим вмістом Mn (6-8%), а в якості флюсу слід використовувати лужний або нейтральний флюс, щоб запобігти додаванню кремнію до зварного шва. і підвищити його стійкість до розтріскування. Спеціальний флюс для аустенітної нержавіючої сталі містить дуже мало додавання кремнію, який може перенести сплав у зварний шов, щоб компенсувати втрати елементів сплаву при випалюванні, щоб відповідати вимогам щодо продуктивності зварювання та хімічного складу.
