See Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. artikkel selgitab, mida arvestada roostevaba terase keevitamiseks mõeldud lisandmetallide määramisel.
Roostevaba terase nii atraktiivseks muutvad omadused – võimalus kohandada selle mehaanilisi omadusi ning korrosiooni- ja oksüdatsioonikindlust – suurendavad ka sobiva keevituslisamaterjali valimise keerukust. Mis tahes alusmaterjali kombinatsiooni puhul võib sobida mitut tüüpi elektroodid, olenevalt kuluküsimustest, töötingimustest, soovitud mehaanilistest omadustest ja paljudest keevitusega seotud probleemidest.
See artikkel annab vajaliku tehnilise tausta, et anda lugejale arusaam teema keerukusest, ja vastab seejärel mõnele lisametalli tarnijatele esitatavale kõige sagedamini esitatavale küsimusele. See kehtestab üldised juhised sobivate roostevabast terasest lisametallide valimiseks – ja selgitab seejärel kõiki nende juhiste erandeid! Artikkel ei käsitle keevitusprotseduure, kuna see on teise artikli teema.
Neli klassi, arvukalt legeerelemente
Roostevabast terast on neli peamist kategooriat:
austeniitne
martensiitne
ferriitne
Dupleks
Nimed on tuletatud terase kristallstruktuurist, mida tavaliselt leidub toatemperatuuril. Kui madala süsinikusisaldusega terast kuumutatakse üle 912 °C, siis terase aatomid paigutuvad ümber struktuurilt, mida toatemperatuuril nimetatakse ferriidiks, kristallstruktuuriks, mida nimetatakse austeniidiks. Jahtudes taastavad aatomid oma algse struktuuri – ferriidi. Kõrgel temperatuuril struktuur, austeniit, on mittemagnetiline, plastiline ning sellel on madalam tugevus ja suurem venivus kui toatemperatuuril ferriidil.
Kui terasele lisatakse üle 16% kroomi, stabiliseerub toatemperatuuril kristalliline struktuur, ferriit, ja teras püsib ferriitses olekus kõigil temperatuuridel. Seetõttu nimetatakse seda sulamit ferriitseks roostevabaks teraseks. Kui terasele lisatakse üle 17% kroomi ja 7% niklit, stabiliseerub terase kõrgel temperatuuril kristalliline struktuur, austeniit, nii et see püsib kõigil temperatuuridel alates väga madalast temperatuurist kuni peaaegu sulamiseni.
Austeniitset roostevaba terast nimetatakse tavaliselt kroom-nikkel-tüüpi teraseks ning martensiitset ja feriitset terast nimetatakse tavaliselt sirge kroomiga teraseks. Teatud roostevabades terastes ja keevismetallides kasutatavad legeerelemendid käituvad austeniidi ja teised ferriidistabilisaatoritena. Kõige olulisemad austeniidi stabilisaatorid on nikkel, süsinik, mangaan ja lämmastik. Ferriidi stabilisaatorid on kroom, räni, molübdeen ja nioobium. Legeerelementide tasakaalustamine kontrollib ferriidi hulka keevismetallis.
Austeniitsed roostevabast terasest klassid keevitatakse kergemini ja rahuldavamalt kui need, mis sisaldavad alla 5% niklit. Austeniitsetest roostevabast terasest keevisliited on keevitatud olekus tugevad, plastsed ja sitked. Tavaliselt ei vaja need eelkuumutamist ega keevitusjärgset kuumtöötlust. Austeniitsed klassid moodustavad umbes 80% keevitatud roostevabast terasest ja see sissejuhatav artikkel keskendub neile suuresti.
Tabel 1: Roostevaba terase tüübid ning nende kroomi ja nikli sisaldus.
tstart{c,80%}
thead{Tüüp|% kroomi|% niklit|Tüübid}
tdata{Austeniitne|16–30%|8–40%|200, 300}
tdata{Martensiitne|11–18%|0–5%|403, 410, 416, 420}
tdata{ferriitne|11–30%|0–4%|405, 409, 430, 422, 446}
tandmed{Dupleks|18–28%|4–8%|2205}
kipuvad
Kuidas valida õiget roostevabast terasest lisametalli
Kui mõlema plaadi alusmaterjal on sama, oli algne juhtpõhimõte „Alusta alusmaterjali sobitamisest“. Mõnel juhul toimib see hästi; tüüpide 310 või 316 ühendamiseks valige vastav täiteaine tüüp.
Erinevate materjalide ühendamiseks järgige seda juhtpõhimõtet: „vali täiteaine, mis sobib tugevamini legeeritud materjaliga“. 304 ja 316 ühendamiseks vali 316 täiteaine.
Kahjuks on „sobivusreeglil“ nii palju erandeid, et parem põhimõte on tutvuda lisandmetalli valiku tabeliga. Näiteks tüüp 304 on kõige levinum roostevaba terase alusmaterjal, kuid keegi ei paku tüüpi 304 elektroodi.
Kuidas keevitada 304 tüüpi roostevaba terast ilma 304 tüüpi elektroodita?
304 tüüpi roostevaba terase keevitamiseks kasutage 308 tüüpi täiteainet, kuna 308 tüüpi täiendavad legeerelemendid stabiliseerivad keevisõmblust paremini.
Siiski on ka 308L vastuvõetav täiteaine. „L”-tähis mis tahes tüübi järel näitab madalat süsinikusisaldust. 3XXL-tüüpi roostevaba terase süsinikusisaldus on 0,03% või vähem, samas kui tavalise 3XX-tüüpi roostevaba terase maksimaalne süsinikusisaldus võib olla 0,08%.
Kuna L-tüüpi täiteaine kuulub samasse klassifikatsiooni kui mitte-L-tüüpi toode, saavad ja peaksid tootjad tungivalt kaaluma L-tüüpi täiteaine kasutamist, kuna madalam süsinikusisaldus vähendab teradevahelise korrosiooni probleemide ohtu. Tegelikult väidavad autorid, et L-tüüpi täiteainet kasutataks laialdasemalt, kui tootjad lihtsalt oma protseduure ajakohastaksid.
GMAW-protsessi kasutavad tootjad võivad kaaluda ka 3XXSi tüüpi täiteaine kasutamist, kuna räni lisamine parandab märgumist. Olukordades, kus keevisõmblusel on kõrge või kare kroon või kus keevisvann ei haardu hästi nurk- või ülekatteliite haardes, võib Si-tüüpi GMAW-elektroodi kasutamine keevisõmblust siluda ja soodustada paremat sulamist.
Kui karbiidi sadestumine on probleemiks, kaaluge tüüpi 347 täiteainet, mis sisaldab väikest kogust nioobiumi.
Kuidas keevitada roostevaba terast süsinikterasele
See olukord tekib rakendustes, kus konstruktsiooni üks osa vajab korrosioonikindlat välispinda, mis on kulude vähendamiseks ühendatud süsinikterasest konstruktsioonielemendiga. Legeerelementideta põhimaterjali ühendamisel legeerelementidega põhimaterjaliga tuleb kasutada ülelegeeritud täiteainet, et keevismetalli lahjendus tasakaalustuks või oleks roostevabast terasest legeeritum.
Süsinikterase ühendamiseks tüüpidega 304 või 316, samuti erinevate roostevabade teraste ühendamiseks kaaluge enamiku rakenduste jaoks tüüpi 309L elektroodi. Kui soovitakse suuremat kroomisisaldust, kaaluge tüüpi 312.
Hoiatuseks olgu öeldud, et austeniitsete roostevabade teraste paisumiskiirus on umbes 50 protsenti suurem kui süsinikterasel. Ühendamisel võivad erinevad paisumiskiirused põhjustada sisepingete tõttu pragunemist, kui ei kasutata õiget elektroodi ja keevitusprotseduuri.
Kasutage õigeid keevisõmbluse ettevalmistuspuhastusprotseduure
Nagu teiste metallide puhul, eemaldage esmalt õli, määre, märgistused ja mustus kloorimata lahustiga. Seejärel on roostevaba keevisõmbluse ettevalmistamise peamine reegel: „Korrosiooni vältimiseks vältige süsinikterasest tulenevat saastumist.“ Mõned ettevõtted kasutavad ristsaastumise vältimiseks oma „roostevaba terase töökoja“ ja „süsiniku töökoja“ jaoks eraldi hooneid.
Keevitamiseks servade ettevalmistamisel märkige lihvkettad ja roostevabad harjad "ainult roostevaba" alla. Mõned protseduurid nõuavad puhastamist liitekohast viie sentimeetri kauguselt. Liite ettevalmistamine on samuti olulisem, kuna elektroodide manipuleerimisega ebakõlade kompenseerimine on raskem kui süsinikterase puhul.
Rooste vältimiseks kasutage õiget keevitusjärgset puhastusprotseduuri
Alustuseks tuletage meelde, mis teeb roostevaba terase roostevabaks: kroomi reaktsioon hapnikuga, mille tulemusel moodustub materjali pinnale kaitsev kroomoksiidi kiht. Roostevaba teras roostetab karbiidi sadestumise (vt allpool) ja keevitusprotsessi käigus keevismetalli kuumutamise tõttu punktini, kus keevisõmbluse pinnale võib tekkida ferriitoksiid. Keevitatud olekus võib täiesti terve keevisõmblus vähem kui 24 tunni jooksul näidata kuummõjutsooni piiridel „vagunijälgi“.
Selleks, et uus puhta kroomoksiidi kiht saaks korralikult uuesti moodustuda, vajab roostevaba teras pärast keevitamist puhastamist poleerimise, peitsimise, lihvimise või harjamise teel. Jällegi tuleb kasutada selleks ülesandeks mõeldud lihvijaid ja harju.
Miks on roostevabast terasest keevitustraat magnetiline?
Täisausteniitne roostevaba teras ei ole magnetiline. Keevitustemperatuurid tekitavad aga mikrostruktuuris suhteliselt suure tera, mille tõttu on keevisõmblus pragude suhtes tundlik. Kuumpragunemise tundlikkuse vähendamiseks lisavad elektrooditootjad legeerelemente, sealhulgas ferriiti. Ferriidi faas muudab austeniitsed terad palju peenemaks, mistõttu muutub keevisõmblus pragude suhtes vastupidavamaks.
Magnet ei kleepu austeniitse roostevaba täitematerjali pooli külge, kuid magnetit hoidev inimene võib tunda kerget tõmbet ferriidi tõttu, mis on magneti küljes. Kahjuks paneb see mõned kasutajad arvama, et nende toode on valesti märgistatud või kasutatakse valet täitematerjali (eriti kui nad on sildi traatkorvilt maha rebinud).
Ferriidi õige kogus elektroodis sõltub rakenduse töötemperatuurist. Näiteks liiga palju ferriiti põhjustab keevisõmbluse tugevuse kaotamise madalatel temperatuuridel. Seega on veeldatud maagaasi torustiku rakenduse jaoks mõeldud 308 tüüpi täiteaine ferriidiarv vahemikus 3 kuni 6, võrreldes standardse 308 tüüpi täiteaine ferriidiarvuga 8. Lühidalt öeldes võivad täitemetallid esmapilgul tunduda sarnased, kuid väikesed erinevused koostises on olulised.
Kas on olemas lihtne viis dupleks-roostevabast terase keevitamiseks?
Tavaliselt koosneb dupleks-roostevaba teras mikrostruktuur umbes 50% ferriidist ja 50% austeniidist. Lihtsamalt öeldes annab ferriit suure tugevuse ja teatava vastupidavuse pingekorrosioonile, samas kui austeniit annab hea sitkuse. Need kaks faasi koos annavad dupleks-terastele nende atraktiivsed omadused. Saadaval on lai valik dupleks-roostevaba teraseid, millest kõige levinum on tüüp 2205; see sisaldab 22% kroomi, 5% niklit, 3% molübdeeni ja 0,15% lämmastikku.
Dupleks-roostevaba terase keevitamisel võib tekkida probleeme, kui keevismetallis on liiga palju ferriiti (keevituskaare kuumus põhjustab aatomite paigutumist ferriitmaatriksisse). Selle kompenseerimiseks peavad lisametallid soodustama austeniitse struktuuri teket suurema sulamisisaldusega, tavaliselt 2–4% rohkem niklit kui põhimetallis. Näiteks võib tüüpi 2205 keevitamiseks mõeldud räbustiga traadis olla 8,85% niklit.
Soovitud ferriidisisaldus pärast keevitamist võib olla vahemikus 25–55% (kuid võib olla ka suurem). Pange tähele, et jahutuskiirus peab olema piisavalt aeglane, et austeniit saaks uuesti moodustuda, kuid mitte nii aeglane, et tekiks metallidevahelisi faase, ega liiga kiire, et tekiks kuummõjutsoonis liigne ferriit. Järgige tootja soovitatud protseduure keevitusprotsessi ja valitud lisandmetalli jaoks.
Parameetrite reguleerimine roostevaba terase keevitamisel
Valmistajate jaoks, kes roostevaba terase keevitamisel pidevalt parameetreid (pinge, voolutugevus, kaare pikkus, induktiivsus, impulsi laius jne) kohandavad, on tüüpiline süüdlane lisandmetalli ebaühtlane koostis. Arvestades legeerelementide olulisust, võivad partiidevahelised keemilise koostise erinevused keevitustulemusi märkimisväärselt mõjutada, näiteks halva märgumise või raskendatud räbu eraldumise korral. Elektroodi läbimõõdu, pinna puhtuse, valu ja spiraali erinevused mõjutavad ka GMAW- ja FCAW-rakenduste tulemusi.
Karbiidi sadestumise kontrollimine austeniitses roostevabas terases
Temperatuurivahemikus 426–871 °C liigub üle 0,02% süsinikusisaldus austeniitse struktuuri terade piiridele, kus see reageerib kroomiga, moodustades kroomkarbiidi. Kui kroom on süsinikuga seotud, ei ole see korrosioonikindlaks. Korrosiivse keskkonnaga kokkupuutel tekib teradevaheline korrosioon, mis võimaldab terade piiridel hävida.
Karbiidi sadestumise kontrollimiseks tuleb süsinikusisaldust hoida võimalikult madalal (maksimaalselt 0,04%), keevitades madala süsinikusisaldusega elektroodidega. Süsinikku saab siduda ka nioobiumi (endine kolumbium) ja titaaniga, millel on süsiniku suhtes tugevam afiinsus kui kroomil. Selleks otstarbeks valmistatakse 347. tüüpi elektroode.
Kuidas valmistuda aruteluks lisametalli valiku üle
Vähemalt tuleks koguda teavet keevitatud detaili lõppkasutuse kohta, sealhulgas töökeskkonna (eriti töötemperatuuride, kokkupuute söövitavate elementidega ja eeldatava korrosioonikindluse astme) ja soovitud kasutusea kohta. Teave nõutavate mehaaniliste omaduste kohta töötingimustes on väga kasulik, sealhulgas tugevus, sitkus, venivus ja väsimus.
Enamik juhtivaid elektrooditootjaid pakuvad lisametalli valiku juhendeid ja autorid ei saa seda punkti üle rõhutada: tutvuge lisametalli rakenduste juhendiga või võtke ühendust tootja tehniliste ekspertidega. Nad on abiks õige roostevabast terasest elektroodi valimisel.
Lisateabe saamiseks TYUE roostevabast terasest lisametallide kohta ja ettevõtte ekspertidega nõu saamiseks külastage veebisaiti www.tyuelec.com.
Postituse aeg: 23. detsember 2022