Tämä Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd:n artikkeli selittää, mitä on otettava huomioon valittaessa lisäaineita ruostumattoman teräksen hitsaukseen.
Ruostumattoman teräksen houkuttelevuuden tekevät ominaisuudet – kyky räätälöidä sen mekaanisia ominaisuuksia ja korroosion- ja hapettumisenkestoa – lisäävät myös sopivan hitsauslisäaineen valinnan monimutkaisuutta. Mille tahansa perusmateriaaliyhdistelmälle voi sopia mikä tahansa useista erityyppisistä elektrodeista riippuen kustannustekijöistä, käyttöolosuhteista, halutuista mekaanisista ominaisuuksista ja monista hitsaukseen liittyvistä tekijöistä.
Tämä artikkeli tarjoaa tarvittavan teknisen taustan, jotta lukija voi ymmärtää aiheen monimutkaisuuden, ja vastaa sitten joihinkin yleisimpiin lisäainetoimittajille esitettyihin kysymyksiin. Se esittää yleiset ohjeet sopivien ruostumattomasta teräksestä valmistettujen lisäaineiden valintaan – ja selittää kaikki poikkeukset näihin ohjeisiin! Artikkeli ei käsittele hitsausmenetelmiä, koska se on toisen artikkelin aihe.
Neljä laatuluokkaa, lukuisia seosaineita
Ruostumattomia teräksiä on neljä pääluokkaa:
austeniittinen
martensiittinen
ferriittinen
Kaksipuolinen
Nimet ovat peräisin teräksen kiteisestä rakenteesta, joka normaalisti esiintyy huoneenlämmössä. Kun vähähiilinen teräs kuumennetaan yli 912 °C:n lämpötilaan, teräksen atomit järjestäytyvät uudelleen huoneenlämmössä ferriitiksi kutsutusta rakenteesta austeniitiksi kutsutuksi kiderakenteeksi. Jäähtyessään atomit palaavat alkuperäiseen rakenteeseensa, ferriittiin. Korkean lämpötilan rakenne, austeniitti, on ei-magneettinen, plastinen ja sillä on alhaisempi lujuus ja suurempi sitkeys kuin huoneenlämmössä olevalla ferriitillä.
Kun teräkseen lisätään yli 16 % kromia, huoneenlämmössä säilyvä kiteinen rakenne, ferriitti, vakiintuu ja teräs pysyy ferriittisessä tilassa kaikissa lämpötiloissa. Tästä syystä tätä seospohjaa kutsutaan ferriittiseksi ruostumattomaksi teräkseksi. Kun teräkseen lisätään yli 17 % kromia ja 7 % nikkeliä, teräksen korkean lämpötilan kiteinen rakenne, austeniitti, vakiintuu niin, että se säilyy kaikissa lämpötiloissa aivan alhaisimmasta lähes sulamispisteeseen.
Austeniittista ruostumatonta terästä kutsutaan yleisesti kromi-nikkeliteräkseksi, ja martensiittisia ja ferriittisiä teräksiä kutsutaan yleisesti suoriksi kromiteräksiksi. Tietyt ruostumattomissa teräksissä ja hitsausmetalleissa käytetyt seosaineet käyttäytyvät austeniittisina ja toiset ferriittisinä stabilointiaineina. Tärkeimmät austeniittiset stabilointiaineet ovat nikkeli, hiili, mangaani ja typpi. Ferriittiset stabilointiaineet ovat kromi, pii, molybdeeni ja niobium. Seosaineiden tasapainottaminen säätelee ferriitin määrää hitsausmetallissa.
Austeniittiset ruostumattomat teräkset hitsataan helpommin ja tyydyttävämmin kuin alle 5 % nikkeliä sisältävät teräkset. Austeniittisista ruostumattomista teräksistä tehdyt hitsausliitokset ovat vahvoja, sitkeitä ja sitkeitä hitsatussa tilassaan. Ne eivät yleensä vaadi esilämmitystä tai hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä. Austeniittiset teräkset muodostavat noin 80 % hitsatusta ruostumattomasta teräksestä, ja tämä johdantoartikkeli keskittyy vahvasti niihin.
Taulukko 1: Ruostumattoman teräksen tyypit ja niiden kromi- ja nikkelipitoisuudet.
tstart{c,80%}
thead{Tyyppi|% Kromia|% Nikkeliä|Tyypit}
tdata{Austeniittinen|16–30 %|8–40 %|200, 300}
tdata{Martensiittinen|11–18 %|0–5 %|403, 410, 416, 420}
tdata{Ferriittinen|11–30 %|0–4 %|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Duplex|18–28 %|4–8 %|2205}
taipumus
Kuinka valita oikea ruostumaton lisäainemetalli
Jos molempien levyjen perusmateriaali on sama, alkuperäinen ohjenuora oli: "Aloita sovittamalla perusmateriaali yhteen". Tämä toimii hyvin joissakin tapauksissa; tyypin 310 tai 316 liittämiseksi valitse vastaava täyteainetyyppi.
Erilaisten materiaalien liittämisessä noudata tätä ohjenuoraa: "valitse täyteaine, joka sopii voimakkaammin seostettuun materiaaliin." 304- ja 316-terästen liittämiseen valitse 316-täyteaine.
Valitettavasti "sopivuussäännöllä" on niin paljon poikkeuksia, että parempi periaate on tutustua lisäainemetallin valintataulukkoon. Esimerkiksi tyyppi 304 on yleisin ruostumattoman teräksen perusmateriaali, mutta kukaan ei tarjoa tyyppiä 304 olevaa elektrodia.
Kuinka hitsata tyypin 304 ruostumatonta terästä ilman tyypin 304 elektrodia
Tyypin 304 ruostumattoman teräksen hitsaukseen on käytettävä tyypin 308 lisäainetta, koska tyypin 308 lisäseosaineet vakauttavat hitsausalueen paremmin.
Myös 308L on hyväksyttävä täyteaine. Minkä tahansa tyypin perässä oleva L-merkintä osoittaa matalaa hiilipitoisuutta. Tyypin 3XXL ruostumattoman teräksen hiilipitoisuus on 0,03 % tai vähemmän, kun taas tavallisen tyypin 3XX ruostumattoman teräksen enimmäishiilipitoisuus voi olla 0,08 %.
Koska L-tyypin täyteaine kuuluu samaan luokkaan kuin ei-L-tuote, valmistajat voivat ja heidän tulisi vakavasti harkita L-tyypin täyteaineen käyttöä, koska alhaisempi hiilipitoisuus vähentää raerajakorroosio-ongelmien riskiä. Itse asiassa kirjoittajat väittävät, että L-tyypin täyteainetta käytettäisiin laajemmin, jos valmistajat yksinkertaisesti päivittäisivät menettelytapojaan.
GMAW-prosessia käyttävien valmistajien kannattaa harkita myös tyypin 3XXSi täyteaineen käyttöä, koska piin lisääminen parantaa kostuvuutta. Tilanteissa, joissa hitsissä on korkea tai karkea kruunu tai joissa hitsaussulka ei tartu hyvin piena- tai limiliitoksen kärkiin, Si-tyypin GMAW-elektrodin käyttö voi tasoittaa hitsauspalkoa ja edistää parempaa sulamista.
Jos karbidin saostuminen on huolenaihe, harkitse tyypin 347 täyteainetta, joka sisältää pienen määrän niobiumia.
Kuinka hitsata ruostumatonta terästä hiiliteräkseen
Tämä tilanne esiintyy sovelluksissa, joissa rakenteen osa vaatii korroosionkestävän ulkopinnan, joka on liitetty hiiliteräksestä valmistettuun rakenneosaan kustannusten alentamiseksi. Kun yhdistetään seosaineetonta perusmateriaalia seosaineita sisältävään perusmateriaaliin, on käytettävä yliseostettua täyteainetta, jotta hitsausmetallin laimennus tasapainottuu tai on seostuneempi kuin ruostumattomassa perusmetallissa.
Hiiliteräksen ja tyypin 304 tai 316 liittämiseen sekä erilaisten ruostumattomien terästen liittämiseen harkitse useimpiin sovelluksiin tyypin 309L hitsauspuikkoa. Jos halutaan suurempi kromipitoisuus, harkitse tyyppiä 312.
Varoituksena on, että austeniittisten ruostumattomien terästen laajenemisnopeus on noin 50 prosenttia suurempi kuin hiiliteräksen. Liitettäessä erilaiset laajenemisnopeudet voivat aiheuttaa halkeilua sisäisten jännitysten vuoksi, ellei käytetä oikeaa elektrodia ja hitsausmenetelmää.
Käytä oikeita hitsausvalmistelujen puhdistusmenetelmiä
Kuten muidenkin metallien kanssa, poista ensin öljy, rasva, merkinnät ja lika klooraamattomalla liuottimella. Sen jälkeen ruostumattoman teräksen hitsauksen ensisijainen sääntö on: "Vältä hiiliteräksen aiheuttamaa kontaminaatiota korroosion estämiseksi." Jotkut yritykset käyttävät erillisiä rakennuksia "ruostumattoman teräksen työpajalleen" ja "hiilityöpajalleen" ristikontaminaation estämiseksi.
Merkitse hiomalaikat ja ruostumattomasta teräksestä valmistetut harjat "vain ruostumattomasta teräksestä" -merkinnöiksi, kun valmistellaan reunoja hitsausta varten. Joissakin menetelmissä vaaditaan puhdistusta viiden senttimetrin päästä liitoksesta. Liitoksen valmistelu on myös tärkeämpää, koska epätasaisuuksien kompensointi elektrodin käsittelyllä on vaikeampaa kuin hiiliteräksellä.
Käytä oikeaa hitsauksen jälkeistä puhdistusmenetelmää ruosteen estämiseksi
Aloita muistamalla, mikä tekee ruostumattomasta teräksestä ruostumattoman: kromin reaktio hapen kanssa, jolloin materiaalin pinnalle muodostuu suojaava kromioksidikerros. Ruostumaton teräs ruostuu karbidin saostumisen (katso alla) ja hitsausprosessin kuumentaessa hitsausmetallia pisteeseen, jossa ferriittistä oksidia voi muodostua hitsin pinnalle. Hitsaustilassa olevaan täysin ehjään hitsiin voi ilmestyä "vaununmuotoisia ruosteenjälkiä" lämpövaikutusalueen reunoille alle 24 tunnissa.
Jotta uusi puhdas kromioksidikerros voi muodostua kunnolla, ruostumaton teräs vaatii hitsauksen jälkeen puhdistuksen kiillottamalla, peittaamalla, hiomalla tai harjaamalla. Käytä jälleen tähän tehtävään tarkoitettuja hiomakoneita ja harjoja.
Miksi ruostumattomasta teräksestä valmistettu hitsauslanka on magneettinen?
Täysin austeniittinen ruostumaton teräs ei ole magneettinen. Hitsauslämpötilat kuitenkin luovat mikrorakenteeseen suhteellisen suuren rakeisuuden, mikä tekee hitsistä halkeiluherkän. Kuumahalkeiluherkkyyden vähentämiseksi elektrodivalmistajat lisäävät seosaineita, kuten ferriittiä. Ferriittifaasi tekee austeniittisista rakeista paljon hienompia, joten hitsistä tulee halkeilunkestävämpi.
Magneetti ei tartu austeniittisen ruostumattoman täyteaineen kelaan, mutta magneettia pitelevä henkilö saattaa tuntea lievän vetovoiman jäljellä olevan ferriitin vuoksi. Valitettavasti tämä saa jotkut käyttäjät ajattelemaan, että heidän tuotteensa on merkitty väärin tai he käyttävät väärää täyteainetta (varsinkin jos he ovat repineet etiketin irti lankakorista).
Ferriitin oikea määrä elektrodissa riippuu sovelluksen käyttölämpötilasta. Esimerkiksi liian suuri ferriittimäärä aiheuttaa hitsauksen sitkeyden heikkenemisen matalissa lämpötiloissa. Niinpä LNG-putkistosovelluksessa käytettävän tyypin 308 täyteaineen ferriittiluku on 3–6, kun taas tavallisen tyypin 308 täyteaineen ferriittiluku on 8. Lyhyesti sanottuna lisäainemetallit saattavat aluksi vaikuttaa samankaltaisilta, mutta pienet koostumuksen erot ovat tärkeitä.
Onko olemassa helppoa tapaa hitsata duplex-teräksiä?
Duplex-ruostumattomien terästen mikrorakenne koostuu tyypillisesti noin 50 % ferriitistä ja 50 % austeniitista. Yksinkertaisesti sanottuna ferriitti tarjoaa suuren lujuuden ja jonkin verran vastustuskykyä jännityskorroosiohalkeilulle, kun taas austeniitti tarjoaa hyvän sitkeyden. Nämä kaksi faasia yhdessä antavat duplex-teräksille niiden houkuttelevat ominaisuudet. Saatavilla on laaja valikoima duplex-ruostumattomia teräksiä, joista yleisin on tyyppi 2205; se sisältää 22 % kromia, 5 % nikkeliä, 3 % molybdeeniä ja 0,15 % typpeä.
Duplex-ruostumatonta terästä hitsattaessa voi ilmetä ongelmia, jos hitsausaineessa on liikaa ferriittiä (valokaaren lämpö saa atomit järjestäytymään ferriittimatriisiin). Tämän kompensoimiseksi lisäaineiden on edistettävä austeniittista rakennetta suuremmalla seosainepitoisuudella, tyypillisesti 2–4 % enemmän nikkeliä kuin perusaineessa. Esimerkiksi tyypin 2205 hitsaukseen tarkoitetussa täytelangassa voi olla 8,85 % nikkeliä.
Haluttu ferriittipitoisuus voi vaihdella hitsauksen jälkeen 25–55 %:n välillä (mutta se voi olla korkeampikin). Huomaa, että jäähdytysnopeuden on oltava riittävän hidas, jotta austeniitti ehtii muodostua uudelleen, mutta ei niin hidas, että syntyy metallien välisiä faaseja, eikä liian nopea, jotta lämpövaikutusalueelle muodostuu liikaa ferriittiä. Noudata valmistajan suosittelemia menettelytapoja hitsausprosessille ja valitulle lisäaineelle.
Ruostumattoman teräksen hitsausparametrien säätö
Valmistajille, jotka jatkuvasti säätävät parametreja (jännite, virranvoimakkuus, valokaaren pituus, induktanssi, pulssinleveys jne.) hitsatessaan ruostumatonta terästä, tyypillinen syyllinen on lisäainemetallin epätasainen koostumus. Seosaineiden tärkeyden vuoksi eräkohtaisilla kemiallisen koostumuksen vaihteluilla voi olla huomattava vaikutus hitsausominaisuuksiin, kuten huonoon märkäykseen tai vaikeaan kuonan irtoamiseen. Elektrodin halkaisijan, pinnan puhtauden, valun ja kierteen vaihtelut vaikuttavat myös suorituskykyyn GMAW- ja FCAW-sovelluksissa.
Kovametallien saostumisen hallinta austeniittisessa ruostumattomassa teräksessä
426–871 celsiusasteen lämpötiloissa yli 0,02 %:n hiilipitoisuus siirtyy austeniittisen rakenteen raerajoille, missä se reagoi kromin kanssa muodostaen kromikarbidia. Jos kromi on sitoutunut hiileen, se ei ole korroosionkestävä. Korrosoivalle ympäristölle altistuessaan syntyy raerajakorroosiota, joka syövyttää raerajoja.
Karbidimassan muodostumisen hallitsemiseksi hiilipitoisuus pidetään mahdollisimman alhaisena (enintään 0,04 %) hitsaamalla vähähiilisiä elektrodeja. Hiiltä voivat sitoa myös niobium (entinen kolumbium) ja titaani, joilla on suurempi affiniteetti hiileen kuin kromilla. Tätä tarkoitusta varten valmistetaan tyypin 347 elektrodeja.
Kuinka valmistautua keskusteluun lisäainemetallin valinnasta
Kerää vähintään tietoa hitsatun osan loppukäytöstä, mukaan lukien käyttöympäristö (erityisesti käyttölämpötilat, altistuminen syövyttäville aineille ja odotettu korroosionkestävyys) ja haluttu käyttöikä. Tiedot vaadituista mekaanisista ominaisuuksista käyttöolosuhteissa auttavat suuresti, mukaan lukien lujuus, sitkeys, venyvyys ja väsymiskestävyys.
Useimmat johtavat elektrodivalmistajat tarjoavat oppaita lisäainemetallin valintaan, eivätkä kirjoittajat voi liikaa korostaa tätä asiaa: tutustu lisäainemetallin käyttöoppaisiin tai ota yhteyttä valmistajan teknisiin asiantuntijoihin. He auttavat oikean ruostumattomasta teräksestä valmistetun elektrodin valinnassa.
Lisätietoja TYUE:n ruostumattomasta teräksestä valmistetuista lisäaineista ja neuvoja varten ota yhteyttä yrityksen asiantuntijoihin osoitteessa www.tyuelec.com.
Julkaisun aika: 23.12.2022