Карактеристике заваривања аустенитног нерђајућег челика: Током заваривања јављају се значајна еластична и пластична напрезања и напрезања, али ретко долази до хладног пуцања. Заварени спојеви не показују зоне очвршћавања-или значајног зрнастог зрна, што резултира високом затезном чврстоћом завареног шава.
Кључна питања у заваривању аустенитног нерђајућег челика: значајна деформација заваривања; подложност пуцању због врућине због карактеристика граница зрна и осетљивост на одређене нечистоће у траговима (као што су С и П).
Слика
Слика
Пет главних проблема са заваривањем и мера за ублажавање аустенитног нерђајућег челика
01
Формирање хром карбида смањује отпорност завареног споја на интергрануларну корозију.
Интергрануларна корозија: Према теорији исцрпљивања хрома{0}}, када се заварени шав и зона{1}}захваћена топлотом (ХАЗ) загреју у опсегу температуре сензибилизације од 450 до 850 степени, карбиди хрома се таложе на границама зрна. Ово ствара зоне са-осиромашеним хромом на границама, чинећи их неспособним да се ефикасно одупру корозији.
(1) За ублажавање интергрануларне корозије у завареном шаву и корозије у зони осетљивости основног метала могу се предузети следеће мере:
а. Смањите садржај угљеника у основном металу и металу шава. Додајте стабилизационе елементе (као што су Ти или Нб) основном металу да бисте првенствено формирали карбиде типа МЦ-, чиме се спречава стварање Цр₂₃Ц₆.
б. Направите двофазну-микроструктуру у завареном шаву која се састоји од аустенита и мале количине ферита. Присуство ферита оплемењује структуру зрна и повећава укупну површину границе зрна, чиме се смањује количина таложења хром карбида по јединици површине границе зрна.
Хром има већу растворљивост у фериту, тако да се Цр₂₃Ц₆ формира првенствено унутар феритне фазе, а не да исцрпљује хром на границама зрна аустенита. Поред тога, ферит распршен унутар аустенитне матрице делује као баријера, спречавајући ширење корозије у материјал дуж граница зрна.
ц. Контролишите време задржавања унутар температурног опсега сензибилизације. Подесите термички циклус заваривања како бисте минимизирали време проведено између 600 степени и 1000 степени; За ову сврху се могу изабрати методе заваривања високе{4}}енергетске-густине (као што је заваривање плазма луком). Користите мањи унос топлоте заваривања; очистите задњи део завара аргоном или користите бакарну подлогу да бисте повећали брзину хлађења завареног споја; минимизирајте број покретања и заустављања лука да бисте избегли поновно загревање; и, за заварене-варове са више пролаза, заварите површину која ће бити у контакту са корозивним медијумом када год је то могуће.
д. Извршите третман раствором после{1}}заваривања или стабилизацијско жарење (850 степени –900 степени ) праћено ваздушним хлађењем да бисте обезбедили потпуно таложење карбида и убрзали дифузију хрома.
Слика
(2) напад ножем{1}} (облик локализоване корозије) у завареним спојевима; могу се предузети следеће превентивне мере:
Због високе дифузивности угљеника, он се сегрегира на границама зрна током хлађења, стварајући презасићено стање, док Ти и Нб остају унутар зрна због своје ниске дифузије. Када се заварени спој поново загреје у опсегу температуре сензибилизације, презасићени угљеник се таложи на границама зрна у облику Цр₂₃Ц₆.
а. Смањите садржај угљеника. За нерђајуће челике који садрже стабилизационе елементе, садржај угљеника не би требало да прелази 0,06%.
б. Примените одговарајуће поступке заваривања. Изаберите нижи унос топлоте заваривања да бисте смањили време задржавања прегрејане зоне на високим температурама и водите рачуна да избегнете „средњу-осетљивост на температуру“ током заваривања.
За двострано{0}}острано заваривање, зрно шава у контакту са корозивним медијумом треба да се депонује последње (то је разлог зашто се унутрашње заваривање изводи после спољашњег заваривања за заварене цеви великог-пречника, дебелих-зидова{2}}). Ако то није изводљиво, параметри заваривања и геометрија завара треба да се подесе како би се минимизирало загревање прегрејане зоне која ће доћи у контакт са корозивним медијумом.
ц. Термичка обрада након{1}заваривања. Извршите третман раствором или стабилизацију након заваривања.
Слика
02
Стрес корозија пуцања
Следеће мере могу се предузети да би се спречило пуцање од корозије под напоном:
а. Правилан избор материјала и одговарајуће подешавање састава завара. Високо{2}}Цр-Ни аустенитни нерђајући челици, високо-силицијум Цр-Ни аустенитни нерђајући челици, феритни-аустенитни нерђајући челици и високо-хром феритни нерђајући челици показују добру отпорност на корозију; метал шава са аустенит-ферит дуплекс структуром такође нуди добру отпорност.
б. Елиминишите или смањите резидуални стрес. Извршите термичку обраду након -заваривања-ублажавања напрезања и користите механичке методе као што су полирање, глачање и глачање (убијање) да бисте смањили заостало напрезање површине.
ц. Рационално пројектовање конструкције како би се избегле значајне концентрације напона.
Слика
03
Заваривање врућих пукотина (пукотине због очвршћавања завара, напрслине у зони утечњавања -захваћене топлотом)
Подложност пуцању на вруће зависи првенствено од хемијског састава, микроструктуре и својстава материјала. Никл (Ни) лако формира једињења ниске{1}}тачке{2}}тачке или еутектике са нечистоћама као што су сумпор (С) и фосфор (П); сегрегација елемената као што су бор (Б) и силицијум (Си) такође промовише вруће пуцање.
Заварени шавови имају тенденцију да формирају грубе стубасте зрнасте структуре са јаком усмереношћу, што олакшава сегрегацију штетних нечистоћа и елемената. Ово промовише формирање непрекидних интергрануларних течних филмова, чиме се повећава подложност врућем пуцању. Не-неједнако загревање током заваривања може да створи значајна затезна напрезања, што додатно подстиче стварање врућих пукотина.
Превентивне мере:
а. Строго контролишите садржај штетних нечистоћа као што су С и П.
б. Подесите микроструктуру метала шава. Заварени спојеви са дуплекс (двофазном) микроструктуром показују добру отпорност на пуцање; делта (δ) фаза у завару рафинише зрна, елиминише усмереност једнофазног аустенита - и смањује сегрегацију штетних нечистоћа на границама зрна. Поред тога, δ фаза може да раствори веће количине С и П и нижу међуфазну енергију, чиме инхибира формирање међугрануларних течних филмова.
ц. Подесите састав легуре метала шава. Одговарајуће повећање садржаја Мн, Ц и Н у једнофазном аустенитном челику-и додавање елемената у траговима као што су церијум (Це), цирконијум (Зр) или тантал (Та)-који побољшавају микроструктуру шава и пречишћавају границе зрна{4}}може смањити врело пуцање.
д. Мере процеса. Минимизирајте прегревање завареног базена како бисте спречили стварање крупних стубастих зрна; користе мали унос топлоте (ниска линеарна енергија) и заварене перле малог -попречног- пресека.
На пример, аустенитни челици типа 25-20 су склони пуцању у течном стању. Мере за ублажавање овога укључују стриктно ограничавање садржаја нечистоћа и величине зрна у основном металу, коришћењем метода заваривања високе{3}}енергетске густине, коришћењем малог уноса топлоте и повећањем брзине хлађења споја. Слика
04
Крхкост заварених спојева
За челике отпорне на топлоту{0}}мора се обезбедити дуктилност заварених спојева да би се спречило кртљење при високим{1}}има; за ниско{2}}челике на ниским температурама, потребна је добра жилавост при ниским температурама да би се спречило крто ломљење заварених спојева на ниским температурама.
Слика
05
Значајна деформација заваривања
Због ниске топлотне проводљивости и високог коефицијента топлотног ширења, деформација заваривања има тенденцију да буде значајна; да се ово спречи. Избор метода и материјала за заваривање аустенитног нерђајућег челика:
Аустенитни нерђајући челик се може заварити коришћењем метода као што су заваривање инертним волфрамом (ТИГ), заваривање металним инертним гасом (МИГ), заваривање плазма луком (ПАВ) и заваривање под водом (САВ).
Аустенитни нерђајући челик има ниску тачку топљења, ниску топлотну проводљивост и високу електричну отпорност; стога се користе ниже струје заваривања. Треба користити уске заварене шавове и уске заварене перле да би се минимизирало време задржавања при високим-температурама, спречило таложење карбида, смањио напон скупљања завара и мања подложност пуцању од врућег заваривања.
Састав потрошног материјала за заваривање-посебно легирајућих елемената као што су Цр и Ни-треба да буде већи од састава основног метала. Потрошни материјали за заваривање који садрже малу количину (4%–12%) ферита користе се да би се обезбедила добра отпорност на пуцање (против хладног пуцања, топлог пуцања и пуцања од корозије под напоном) у завареном шаву.
Када је присуство феритне фазе у завареном шаву забрањено или немогуће, треба изабрати потрошни материјал за заваривање који садржи легирајуће елементе као што су Мо и Мн.
Нивои Ц, С, П, Си и Нб у потрошном материјалу за заваривање треба да буду што је могуће нижи; док Нб може изазвати пукотине при очвршћавању у потпуно аустенитним завареним шавовима, присуство мале количине ферита у завареном шаву може то ефикасно спречити.
Потрошни материјали за заваривање који садрже Нб се обично бирају за заварене структуре које захтевају пост{0}}стабилизацију заваривања или третман{1}}за ублажавање напона. Заваривање под водом се користи за плоче средње дебљине-; губитак-изгоревања Цр и Ни може се надокнадити преносом легирајућих елемената из флукса и жице за заваривање.
Због дубоког продирања, мора се водити рачуна да се спречи стварање врућих пукотина у центру завареног шава и да се избегне смањење отпорности на корозију у зони{0}}захваћеној топлотом (ХАЗ). Треба обратити пажњу на одабир тањих жица за заваривање и нижег уноса топлоте; жица за заваривање треба да има низак садржај Си, С и П.
Садржај ферита у завареним шавовима од нерђајућег челика-отпорног на топлоту не би требало да прелази 5%. За аустенитне нерђајуће челике са садржајем Цр и Ни већим од 20%, треба користити жицу за заваривање са високим-манганом (6%–8%) и основни или неутрални флукс; ово спречава накупљање силицијума у завару и повећава отпорност на пуцање.
Токови посебно дизајнирани за аустенитни нерђајући челик доводе до минималног сакупљања силицијума и могу да пренесу легирајуће елементе у завар како би компензовали губитке{0}}пригоревања, чиме испуњавају захтеве за својства шава и хемијски састав.
