Ciri-ciri Kimpalan Keluli Tahan Karat Austenitik Dan Pemilihan Rod Kimpalan

Keluli tahan karat Austenit mempunyai kebolehkimpalan yang baik dan pada masa ini paling banyak digunakan dalam industri. Secara amnya, langkah teknologi khas tidak diperlukan semasa mengimpal. Kertas kerja ini menganalisis secara terperinci kejadian rekahan panas, kakisan antara butiran, retakan kakisan tegasan, rekahan pada sambungan kimpalan (kecacatan suhu rendah, pencacahan fasa sigma, pencacahan garisan gabungan) punca dan langkah-langkah pencegahan,

Melalui analisis teori dan praktikal ciri-ciri kimpalan, prinsip pemilihan dan kaedah pemilihan elektrod untuk keluli tahan karat austenit dalam mengimpal bahan yang berbeza dan dalam keadaan persekitaran kerja yang berbeza diperkenalkan.

Keluli tahan karat semakin banyak digunakan dalam industri penerbangan, petroleum, kimia dan tenaga atom. Keluli tahan karat dibahagikan kepada keluli tahan karat kromium, keluli tahan karat kromium-nikel mengikut komposisi kimia, dan keluli tahan karat ferit, keluli tahan karat martensit, keluli tahan karat austenitik dan keluli tahan karat dupleks Austenitik-feritik.

Antara keluli tahan karat, keluli tahan karat austenit (18-8 jenis keluli tahan karat) mempunyai rintangan kakisan yang lebih baik daripada keluli tahan karat lain; kekuatannya lebih rendah, tetapi keplastikan dan keliatannya sangat baik; prestasi kimpalannya adalah baik, dan ia digunakan terutamanya untuk bekas kimia, peralatan dan Ia adalah keluli tahan karat yang paling banyak digunakan dalam industri pada masa ini.

Walaupun keluli tahan karat austenit mempunyai banyak kelebihan, jika proses kimpalan tidak betul atau bahan kimpalan dipilih secara tidak betul, banyak kecacatan akan berlaku, yang akhirnya akan menjejaskan prestasi.

Ciri-ciri kimpalan keluli tahan karat austenit

• Terdedah kepada keretakan haba

Keretakan panas keluli tahan karat austenit agak mudah untuk menghasilkan kecacatan semasa kimpalan, termasuk retakan membujur dan melintang pada kimpalan, retakan burr, retakan akar pada kimpalan sokongan dan retakan interlayer bagi kimpalan berbilang lapisan, dsb., terutamanya apabila kandungan nikel agak tinggi. tinggi. Keluli tahan karat austenit tinggi lebih mudah dihasilkan.

1. Sebab

(1) Garis fasa cecair dan pepejal keluli tahan karat austenit mempunyai selang yang besar, masa penghabluran yang panjang, dan orientasi kristalografi austenit fasa tunggal adalah kuat, jadi pengasingan kekotoran agak serius.

(2) Kekonduksian haba adalah kecil dan pekali pengembangan linear adalah besar, yang akan menghasilkan tegasan dalaman kimpalan yang besar (biasanya tegasan tegangan kimpalan dan zon terjejas haba) semasa kimpalan.

(3) Komponen dalam keluli tahan karat austenit, seperti C, S, P, Ni, dsb., akan membentuk eutektik takat lebur yang rendah dalam kolam lebur. Sebagai contoh, takat lebur Ni3S2 yang dibentuk oleh S dan Ni ialah 645 darjah, manakala takat lebur Ni-Ni3S2 eutektik hanya 625 darjah.

2. Langkah-langkah pencegahan

(1) Gunakan kimpalan struktur dwi fasa untuk menjadikan logam kimpalan sebagai struktur dwi fasa austenit dan ferit sebanyak mungkin, dan mengawal kandungan ferit di bawah 3 hingga 5%, yang boleh mengganggu arah hablur kolumnar austenit. penapisan bijirin. Dan ferit boleh melarutkan lebih banyak kekotoran daripada austenit, dengan itu mengurangkan pengasingan eutektik peleburan rendah dalam sempadan butiran austenit.

(2) Langkah-langkah proses kimpalan Dalam proses kimpalan, cuba gunakan elektrod berkualiti tinggi dengan salutan alkali, gunakan tenaga talian kecil, arus kecil, kimpalan tidak berayun cepat, cuba isi lubang arka di hujung dan gunakan kimpalan argon argon. untuk dasar, dsb. Kurangkan tegasan kimpalan dan retakan kawah.

(3) Kawal komposisi kimia Hadkan dengan ketat kandungan kekotoran seperti S dan P dalam kimpalan untuk mengurangkan eutektik takat lebur rendah.

• Kakisan antara butiran

Hakisan berlaku di antara butiran, yang mengakibatkan kehilangan ikatan antara butiran, kehilangan kekuatan yang hampir lengkap, dan patah di sepanjang sempadan butiran apabila ditekankan.

1. sebab

Menurut teori kekurangan kromium, apabila zon terjejas kimpalan dan haba dipanaskan pada suhu pemekaan 450 hingga 850 darjah (zon suhu berbahaya), disebabkan oleh jejari atom Cr yang besar, kadar resapan adalah kecil, dan karbon supertepu cenderung kepada bijirin austenit. Sempadan meresap dan membentuk Cr23C6 pada sempadan butiran dengan sebatian kromium di sempadan butiran, menghasilkan sempadan butiran dengan kromium yang lemah, yang tidak mencukupi untuk menahan kakisan.

2. Langkah-langkah pencegahan

(1) Mengawal kandungan karbon

Gunakan karbon rendah atau karbon ultra rendah (W(C) Kurang daripada atau sama dengan 0.03%) bahan habis pakai kimpalan keluli tahan karat. Seperti A002 dan sebagainya.

(2) Tambah penstabil

Menambah Ti, Nb dan unsur-unsur lain yang mempunyai pertalian yang lebih kuat dengan C daripada Cr dalam keluli dan bahan kimpalan boleh bergabung dengan C untuk membentuk karbida yang stabil, dengan itu mengelakkan pengurangan kromium pada sempadan butiran austenit. Keluli tahan karat dan bahan kimpalan yang biasa digunakan mengandungi Ti, Nb, seperti keluli 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni12MO2Ti, elektrod E347-15, wayar kimpalan H0Cr19Ni9Ti, dsb.

(3) Mengamalkan organisasi dua hala

Sejumlah unsur pembentuk ferit, seperti Cr, Si, AL, MO, dsb., dileburkan ke dalam kimpalan oleh wayar atau elektrod kimpalan, supaya kimpalan terbentuk menjadi struktur dwi-fasa austenit + ferit , kerana Cr berada dalam Kadar resapan dalam ferit adalah lebih cepat daripada dalam austenit, jadi Cr meresap ke sempadan butiran lebih cepat dalam ferit, yang mengurangkan fenomena penyusutan kromium dalam sempadan butiran austenit. Secara amnya, kandungan ferit dalam logam kimpalan dikawal sebanyak 5% hingga 10%. Sekiranya terdapat terlalu banyak ferit, kimpalan akan menjadi rapuh.

(4) Penyejukan pantas

Kerana keluli tahan karat austenit tidak menyebabkan pengerasan, semasa proses kimpalan, anda boleh cuba meningkatkan kadar penyejukan sambungan yang dikimpal, seperti penyejukan dengan plat sokongan tembaga atau penyiraman terus di bawah kimpalan.

Dalam proses kimpalan, langkah-langkah seperti arus rendah, kelajuan kimpalan tinggi, arka pendek, dan kimpalan berbilang pas boleh digunakan untuk memendekkan masa sambungan yang dikimpal kekal di kawasan suhu berbahaya, untuk mengelakkan pembentukan kromium. -kawasan susut.

(5) Menjalankan rawatan larutan atau rawatan haba homogenisasi. Selepas mengimpal, panaskan sambungan yang dikimpal kepada 1050-1100 darjah, supaya karbida dilarutkan semula menjadi austenit, dan kemudian disejukkan dengan cepat untuk membentuk struktur austenit fasa tunggal yang stabil.

Selain itu, rawatan haba penghomogenan pada 850-900 darjah selama 2 jam juga boleh dilakukan. Pada masa ini, Cr dalam butiran austenit meresap ke sempadan butiran, dan kandungan Cr pada sempadan butiran mencapai lebih daripada 12% semula, supaya tiada butiran akan terbentuk. berkarat.

• Keretakan kakisan tekanan

Kerosakan kakisan logam di bawah tindakan gabungan tegasan dan medium menghakis. Mengikut kes keretakan kakisan tegasan dan kajian eksperimen peralatan dan bahagian keluli tahan karat, boleh dianggap bahawa di bawah tindakan gabungan tegasan tegangan statik tertentu dan medium elektrokimia tertentu pada suhu tertentu, keluli tahan karat yang sedia ada mempunyai kemungkinan menghasilkan kakisan tegasan .

Salah satu ciri terbesar kakisan tegasan ialah selektiviti dalam gabungan media dan bahan menghakis. Ia mudah menyebabkan kakisan tegasan keluli tahan karat austenit, terutamanya asid hidroklorik dan klorida yang mengandungi ion klorida, serta asid sulfurik, asid nitrik, hidroksida (alkali), air laut, wap air, larutan akueus H2S, NaHCO pekat{{1} }NH3+Larutan akueus NaCl dan media lain Tunggu.

1. Sebab

Keretakan kakisan tegasan ialah fenomena retak tertunda yang berlaku apabila sambungan dikimpal tertakluk kepada tegasan tegangan dalam persekitaran menghakis tertentu. Keretakan kakisan tegasan sambungan dikimpal keluli tahan karat austenit adalah bentuk kegagalan serius sambungan dikimpal, yang nyata sebagai kegagalan rapuh tanpa ubah bentuk plastik.

2. Langkah-langkah pencegahan

(1) Merumuskan proses pembentukan dan proses pemasangan dengan munasabah untuk meminimumkan tahap ubah bentuk kerja sejuk, mengelakkan pemasangan paksa, dan mencegah semua jenis parut semasa proses pemasangan (semua jenis parut pemasangan dan lecuran arka akan menjadi punca retakan SCC , yang mudah menyebabkan kakisan.

(2) Pemilihan munasabah bahan habis pakai kimpalan Jahitan kimpalan dan logam asas harus mempunyai padanan yang baik, tanpa sebarang struktur yang buruk, seperti kekasaran butiran dan martensit yang keras dan rapuh.

(3) Mengamalkan proses kimpalan yang sesuai untuk memastikan jahitan kimpalan terbentuk dengan baik dan tidak menghasilkan sebarang kepekatan tegasan atau kecacatan pitting, seperti undercut, dsb., mengamalkan urutan kimpalan yang munasabah untuk mengurangkan tahap tegasan baki kimpalan. Contohnya, elakkan kimpalan silang silang, tukar alur berbentuk Y kepada alur berbentuk X, kurangkan sudut alur dengan sewajarnya, gunakan manik kimpalan pendek dan gunakan tenaga garisan kecil.

(4) Rawatan haba selepas kimpalan untuk rawatan pelepasan tekanan, seperti penyepuhlindapan lengkap atau penyepuhlindapan selepas kimpalan; tukul selepas kimpalan atau pukulan tembakan digunakan apabila rawatan haba sukar dilaksanakan.

(5) Langkah pengurusan pengeluaran untuk mengawal kekotoran dalam medium, seperti O2, N2, H2O, dsb. dalam medium ammonia cecair, H2S dalam gas petroleum cecair, O2, Fe3+, Cr6+, dan lain-lain dalam larutan klorida, rawatan anti-karat: seperti lapisan salutan, lapisan atau perlindungan katodik, dsb., tambah perencat kakisan.

• Kerosakan pada sambungan yang dikimpal

Selepas kimpalan keluli tahan karat austenit dipanaskan pada suhu tinggi untuk satu tempoh masa, fenomena keliatan hentaman akan berkurangan, yang dipanggil embrittlement.

1. Kerosakan suhu rendah pada logam kimpalan (kerosakan 475 darjah)

(1) Sebab

Struktur kimpalan dwi fasa yang mengandungi lebih banyak fasa ferit (lebih daripada 15% hingga 20%), selepas dipanaskan pada 350 hingga 500 darjah, keplastikan dan keliatan akan berkurangan dengan ketara. Oleh kerana kelajuan embrittlement adalah yang terpantas pada 475 darjah, ia dipanggil 475 degree embrittlement.

Untuk sambungan dikimpal keluli tahan karat austenit, rintangan kakisan atau rintangan pengoksidaan bukanlah sifat yang paling kritikal, tetapi apabila digunakan pada suhu rendah, keliatan plastik logam kimpalan menjadi sifat kritikal.

Untuk memenuhi keperluan keliatan suhu rendah, struktur kimpalan biasanya berharap untuk mendapatkan struktur austenit tunggal untuk mengelakkan kewujudan delta ferit. Kehadiran delta ferit sentiasa merosot keliatan suhu rendah, dan semakin banyak kandungannya, semakin serius kerosakan ini.

(2) Langkah-langkah pencegahan

①Pada premis memastikan rintangan retak dan rintangan kakisan logam kimpalan, fasa ferit harus dikawal pada tahap yang rendah, kira-kira 5%.

②Kimpalan yang telah lusuh pada 475 darjah boleh dihapuskan dengan pelindapkejutan pada 900 darjah .

2. Kerosakan fasa sigma bagi sambungan yang dikimpal

(1) Punca

The long-term use of austenitic stainless steel welded joints in the temperature range of 375 to 875 ° C will produce an inter-FeCr compound called σ phase. The σ phase is hard and brittle (HRC>68).

Hasil daripada kerpasan fasa σ, keliatan hentaman kimpalan menurun secara mendadak, yang dipanggil kemerosotan fasa σ. Fasa σ secara amnya hanya muncul dalam kimpalan struktur dwi fasa; apabila suhu perkhidmatan melebihi 800 ~ 850 darjah, fasa σ juga akan memendakan dalam kimpalan austenit fasa tunggal.

(2) Langkah-langkah pencegahan

①Hadkan kandungan ferit dalam logam kimpalan (kurang daripada 15%); gunakan bahan kimpalan super aloi, iaitu bahan kimpalan nikel tinggi, dan kawalan ketat kandungan Cr, Mo, Ti, Nb dan unsur-unsur lain.

② Spesifikasi kecil digunakan untuk mengurangkan masa tinggal logam kimpalan pada suhu tinggi

③ Fasa σ yang telah dimendakkan tertakluk kepada rawatan larutan pepejal apabila keadaan membenarkan, supaya fasa σ terlarut menjadi austenit.

④Panaskan sambungan yang dikimpal pada 1000-1050 darjah , kemudian sejukkannya dengan cepat. fasa σ secara amnya tidak dihasilkan dalam keluli 1Cr18Ni9Ti.

3. Garisan gabungan rapuh

(1) Punca

Apabila keluli tahan karat austenit digunakan untuk jangka masa yang lama pada suhu tinggi, keretakan rapuh akan berlaku di sepanjang beberapa butir di luar garis gabungan.

(2) Langkah-langkah pencegahan dan kawalan

Menambah Mo pada keluli boleh meningkatkan keupayaan keluli untuk menahan patah rapuh suhu tinggi.

Melalui analisis di atas, hanya pemilihan yang munasabah bagi langkah-langkah proses kimpalan atau bahan kimpalan di atas boleh mengelakkan kecacatan kimpalan di atas. Keluli tahan karat austenitik mempunyai kebolehkimpalan yang sangat baik, dan hampir semua kaedah kimpalan boleh digunakan untuk mengimpal keluli tahan karat austenit.

Di antara pelbagai kaedah kimpalan, kimpalan arka elektrod mempunyai kelebihan menyesuaikan diri dengan pelbagai kedudukan dan ketebalan plat yang berbeza, dan digunakan secara meluas. Berikut memberi tumpuan kepada menganalisis prinsip pemilihan dan kaedah elektrod keluli tahan karat austenit di bawah kegunaan yang berbeza.

Perkara utama untuk pemilihan elektrod untuk keluli tahan karat austenit

Keluli tahan karat digunakan terutamanya untuk rintangan kakisan, tetapi juga digunakan sebagai keluli tahan haba dan keluli suhu rendah. Oleh itu, apabila mengimpal keluli tahan karat, prestasi elektrod mesti sepadan dengan tujuan keluli tahan karat. Elektrod keluli tahan karat mesti dipilih mengikut logam asas dan keadaan kerja (termasuk suhu kerja dan medium sentuhan, dsb.).

(1) Perkara 1

Secara umumnya, pemilihan elektrod boleh merujuk kepada bahan logam asas, dan pilih elektrod dengan komposisi yang sama atau serupa dengan logam asas. Seperti: A102 sepadan dengan 0Cr18Ni9, A137 sepadan dengan 1Cr18Ni9Ti.

(2) Perkara 2

Oleh kerana kandungan karbon mempunyai pengaruh yang besar terhadap rintangan kakisan keluli tahan karat, elektrod keluli tahan karat yang kandungan karbon logam termendapnya tidak lebih tinggi daripada logam asas biasanya dipilih. Seperti 316L mesti menggunakan elektrod A022.

(3) Perkara 3

Logam kimpalan keluli tahan karat austenit hendaklah memastikan sifat mekanikal. Ini boleh disahkan dengan kelayakan prosedur kimpalan.

(4) Titik 4 (Keluli tahan haba Austenit)

Untuk keluli tahan karat tahan panas (keluli tahan haba austenitik) yang berfungsi pada suhu tinggi, elektrod yang dipilih terutamanya harus memenuhi rintangan retak panas logam kimpalan dan prestasi suhu tinggi sambungan dikimpal.

1. Untuk keluli tahan haba austenit dengan Cr/Ni Lebih besar daripada atau sama dengan 1, seperti 1Cr18Ni9Ti, dsb., elektrod keluli tahan karat austenit-feritik biasanya digunakan, dan adalah dinasihatkan bahawa logam kimpalan mengandungi 2-5 % ferit. Apabila kandungan ferit terlalu rendah, rintangan retak logam kimpalan adalah lemah; jika ia terlalu tinggi, ia adalah mudah untuk membentuk fasa embrittlement sigma semasa penggunaan jangka panjang pada suhu tinggi atau rawatan haba, mengakibatkan keretakan.

Seperti A002, A102, A137. Dalam beberapa aplikasi khas, apabila semua logam kimpalan austenit mungkin diperlukan, seperti elektrod A402, A407, dll. boleh digunakan.

2. Untuk keluli tahan haba austenit yang stabil dengan Cr/Ni<1, such as Cr16Ni25Mo6, etc., it is generally necessary to increase the Mo, W, Mn in the weld metal while ensuring that the chemical composition of the weld metal is approximately similar to that of the base metal. The content of such elements can improve the crack resistance of the weld while ensuring the thermal strength of the weld metal. Such as using A502, A507.

(5) Titik 5 (keluli tahan karat tahan karat)

Untuk keluli tahan karat tahan karat yang berfungsi dalam pelbagai media menghakis, elektrod hendaklah dipilih mengikut sederhana dan suhu kerja, dan rintangan kakisannya hendaklah dipastikan (lakukan ujian prestasi kakisan bagi sambungan yang dikimpal).

1. Bagi medium dengan suhu kerja melebihi 300 darjah dan kekakisan yang kuat, elektrod yang mengandungi unsur penstabilan Ti atau Nb atau keluli tahan karat karbon ultra rendah mesti digunakan. Seperti A137 atau A002 dan sebagainya.

2. Untuk medium yang mengandungi asid sulfurik cair atau asid hidroklorik, elektrod keluli tahan karat yang mengandungi Mo atau Mo dan Cu sering digunakan, seperti: A032, A052, dsb.

3. Untuk peralatan yang mempunyai kakisan yang lemah atau hanya untuk mengelakkan pencemaran karat, elektrod keluli tahan karat tanpa Ti atau Nb boleh digunakan. Untuk memastikan rintangan kakisan tegasan logam kimpalan, bahan habis pakai kimpalan superalloy digunakan, iaitu kandungan unsur pengaloian tahan kakisan (Cr, Ni, dll.) dalam logam kimpalan adalah lebih tinggi daripada logam asas. . Contohnya, gunakan 00bahan kimpalan jenis Cr18Ni12Mo2 (seperti A022) untuk mengimpal 00kimpalan Cr19Ni10.

(6) Perkara 6

Untuk keluli tahan karat austenit yang berfungsi di bawah keadaan suhu rendah, keliatan hentaman suhu rendah sambungan dikimpal pada suhu perkhidmatan hendaklah dijamin, jadi elektrod austenit tulen digunakan. Seperti A402, A407.

(7) Perkara 7

Elektrod aloi berasaskan nikel juga tersedia. Sebagai contoh, keluli tahan karat super austenit jenis Mo6 dikimpal dengan bahan guna kimpalan berasaskan nikel dengan Mo sehingga 9%.

(8) Perkara 8: Pemilihan jenis salutan elektrod

1. Memandangkan logam kimpalan keluli austenit dwi fasa itu sendiri mengandungi sejumlah ferit, ia mempunyai keplastikan dan keliatan yang baik. Dari perspektif rintangan retak logam kimpalan, salutan asas dan elektrod salutan jenis kalsium titanium dibandingkan. Perbezaannya tidak begitu ketara seperti elektrod keluli karbon. Oleh itu, dalam aplikasi praktikal, lebih banyak perhatian diberikan kepada prestasi proses kimpalan, dan kebanyakan elektrod dengan kod jenis salutan 17 atau 16 (seperti A102A, A102, A132, dll.) digunakan.

2. Hanya apabila ketegaran struktur sangat tinggi atau rintangan retak logam kimpalan adalah lemah (seperti beberapa keluli tahan karat kromium martensit, keluli tahan karat kromium-nikel austenit tulen, dll.), pilihan kod salutan 15 boleh dipertimbangkan . Elektrod keluli tahan karat bersalut asas (seperti A107, A407, dll.).

Kesimpulannya

Ringkasnya, kimpalan keluli tahan karat austenitik mempunyai ciri-ciri uniknya, dan pemilihan elektrod kimpalan untuk keluli tahan karat austenitik amat perlu diberi perhatian. Ia telah dibuktikan dengan amalan jangka panjang bahawa langkah-langkah di atas boleh digunakan untuk mencapai kimpalan yang berbeza untuk bahan yang berbeza. Kaedah dan elektrod bahan yang berbeza, elektrod keluli tahan karat mesti dipilih mengikut logam asas dan keadaan kerja (termasuk suhu kerja dan medium sentuhan, dsb.). Ia mempunyai kepentingan panduan yang baik untuk kami, supaya dapat mencapai kualiti kimpalan yang diharapkan.