Característiques de soldadura de l'acer inoxidable austenític i selecció de la barra de soldadura

L'acer inoxidable austenític té una bona soldabilitat i actualment és el més utilitzat a la indústria. En general, no es requereixen mesures tecnològiques especials durant la soldadura. En aquest treball s'analitza en detall l'aparició de fissures calentes, corrosió intergranular, fissuració per corrosió per tensió, fragilitat de les juntes soldades (fragilització a baixa temperatura, fragilitat en fase sigma, fragilitat de la línia de fusió) causes i mesures preventives,

Mitjançant l'anàlisi teòrica i pràctica de les característiques de la soldadura, s'introdueixen els principis de selecció i mètodes de selecció d'elèctrodes per a acer inoxidable austenític en la soldadura de diferents materials i en diferents condicions d'entorn de treball.

L'acer inoxidable s'utilitza cada cop més a les indústries de l'aviació, el petroli, la química i l'energia atòmica. L'acer inoxidable es divideix en acer inoxidable crom, acer inoxidable crom-níquel segons la composició química i acer inoxidable ferrític, acer inoxidable martensític, acer inoxidable austenític i acer inoxidable dúplex austenític-ferrític.

Entre els acers inoxidables, l'acer inoxidable austenític (acer inoxidable tipus 18-8) té una millor resistència a la corrosió que altres acers inoxidables; la seva força és menor, però la seva plasticitat i duresa són excel·lents; el seu rendiment de soldadura és bo, i s'utilitza principalment per a contenidors químics, equips i actualment és l'acer inoxidable més utilitzat a la indústria.

Tot i que l'acer inoxidable austenític té molts avantatges, si el procés de soldadura és incorrecte o el material de soldadura no es selecciona correctament, es produiran molts defectes, que finalment afectaran el rendiment.

Característiques de soldadura de l'acer inoxidable austenític

• Propens a esquerdes tèrmiques

Les esquerdes calentes d'acer inoxidable austenític són relativament fàcils de produir defectes durant la soldadura, incloses les esquerdes longitudinals i transversals de les soldadures, les esquerdes de les rebaves, les esquerdes de l'arrel de la soldadura de suport i les esquerdes entre les capes de la soldadura multicapa, etc., especialment quan el contingut de níquel és relativament alt. Els acers inoxidables d'alt nivell austenític són més fàcils de produir.

1. Causa

(1) Les línies de fase líquida i sòlida d'acer inoxidable austenític tenen un gran interval, un llarg temps de cristal·lització i una orientació cristal·logràfica d'austenita monofàsica és forta, de manera que la segregació d'impureses és relativament greu.

(2) La conductivitat tèrmica és petita i el coeficient d'expansió lineal és gran, la qual cosa generarà una gran tensió interna de soldadura (normalment la tensió de tracció de la soldadura i la zona afectada per la calor) durant la soldadura.

(3) Els components d'acer inoxidable austenític, com ara C, S, P, Ni, etc., formaran un eutèctic de baix punt de fusió a la piscina fosa. Per exemple, el punt de fusió de Ni3S2 format per S i Ni és de 645 graus, mentre que el punt de fusió de l'eutèctic Ni-Ni3S2 és només de 625 graus.

2. Mesures preventives

(1) Utilitzeu la soldadura d'estructura de doble fase per fer que el metall de soldadura sigui com a estructura de fase dual d'austenita i ferrita tant com sigui possible i controleu el contingut de ferrita per sota del 3 al 5%, que pot alterar la direcció dels cristalls columnars d'austenita. refinament del gra. I la ferrita pot dissoldre més impureses que l'austenita, reduint així la segregació d'eutèctics de baixa fusió en els límits de gra d'austenita.

(2) Mesures del procés de soldadura En el procés de soldadura, intenteu utilitzar elèctrodes d'alta qualitat amb recobriment alcalí, utilitzeu energia de línia petita, corrent petit, soldadura ràpida sense oscil·lació, intenteu omplir la fossa d'arc al final i utilitzeu soldadura per arc d'argó. per a fons, etc. Redueix l'esforç de soldadura i les esquerdes del cràter.

(3) Controleu la composició química Limiteu estrictament el contingut d'impureses com S i P a la soldadura per reduir el baix punt de fusió eutèctic.

• Corrosió intergranular

La corrosió es produeix entre els grans, la qual cosa provoca una pèrdua d'unió entre els grans, una pèrdua gairebé completa de resistència i una fractura al llarg dels límits dels grans quan s'estrès.

1. causa

Segons la teoria de l'esgotament del crom, quan la soldadura i la zona afectada per la calor s'escalfen a una temperatura de sensibilització de 450 a 850 graus (zona de temperatura perillosa), a causa del gran radi atòmic de Cr, la velocitat de difusió és petita i la el carboni sobresaturat tendeix a grans d'austenita. El límit es difon i forma Cr23C6 al límit del gra amb el compost de crom al límit del gra, donant lloc a un límit de gra amb un crom pobre, que no és suficient per resistir la corrosió.

2. Mesures preventives

(1) Controlar el contingut de carboni

Utilitzeu consumibles de soldadura d'acer inoxidable amb baix contingut en carboni o ultra baix en carboni (W(C) inferior o igual a 0,03%). Com ara A002 i així successivament.

(2) Afegiu estabilitzador

L'addició de Ti, Nb i altres elements que tenen una afinitat més forta amb C que Cr a l'acer i els materials de soldadura es poden combinar amb C per formar carburs estables, evitant així l'esgotament de crom als límits de gra d'austenita. L'acer inoxidable i els materials de soldadura d'ús habitual contenen Ti, Nb, com ara 1Cr18Ni9Ti, acer 1Cr18Ni12MO2Ti, elèctrode E347-15, filferro de soldadura H{0Cr19Ni9Ti, etc.

(3) Adoptar una organització bidireccional

Una certa quantitat d'elements que formen ferrita, com ara Cr, Si, AL, MO, etc., es fonen a la soldadura pel filferro o elèctrode de soldadura, de manera que la soldadura es forma en una estructura bifàsica d'austenita + ferrita. La velocitat de difusió en ferrita és més ràpida que la de l'austenita, de manera que el Cr es difon als límits de gra més ràpidament en ferrita, la qual cosa alleuja el fenomen d'esgotament de crom en els límits de gra de l'austenita. En general, el contingut de ferrita en el metall de soldadura es controla entre el 5% i el 10%. Si hi ha massa ferrita, la soldadura es tornarà trencadissa.

(4) Refredament ràpid

Com que l'acer inoxidable austenític no provoca enduriment, durant el procés de soldadura, podeu intentar augmentar la velocitat de refredament de la junta soldada, com ara el refredament amb una placa de suport de coure o el reg directe sota la soldadura.

En el procés de soldadura, es poden utilitzar mesures com ara baix corrent, alta velocitat de soldadura, arc curt i soldadura de múltiples passades per escurçar el temps que la junta soldada roman a la zona de temperatura perillosa, per evitar la formació d'un crom. -àrea esgotada.

(5) Realitzar tractament amb solució o tractament tèrmic d'homogeneïtzació. Després de soldar, escalfeu la junta soldada a 1050-1100 grau, de manera que els carburs es tornin a dissoldre en austenita i, a continuació, es refredin ràpidament per formar una estructura d'austenita monofàsica estable.

A més, també es pot realitzar un tractament tèrmic d'homogeneïtzació a 850-900 grau durant 2 hores. En aquest moment, el Cr dels grans d'austenita es difon als límits del gra, i el contingut de Cr als límits del gra torna a arribar a més del 12%, de manera que no es formaran grans. corroït.

• Fissures per corrosió per estrès

Danys per corrosió del metall sota l'acció combinada de l'estrès i el medi corrosiu. Segons els casos d'esquerdes per corrosió per tensió i els estudis experimentals d'equips i peces d'acer inoxidable, es pot considerar que sota l'acció combinada d'un cert esforç de tracció estàtica i un medi electroquímic específic a una temperatura determinada, l'acer inoxidable existent té la possibilitat de produint corrosió per estrès.

Una de les característiques més importants de la corrosió per estrès és la selectivitat en la combinació de mitjans corrosius i materials. És fàcil provocar corrosió per estrès de l'acer inoxidable austenític, principalment àcid clorhídric i ions clorur que contenen clorur, així com àcid sulfúric, àcid nítric, hidròxid (àlcali), aigua de mar, vapor d'aigua, solució aquosa H2S, NaHCO concentrat{{1} Solució aquosa de }NH3+NaCl i altres medis Espereu.

1. Causa

El cracking per corrosió per tensió és un fenomen de fissuració retardada que es produeix quan les juntes soldades estan sotmeses a esforços de tracció en un entorn corrosiu específic. El trencament per corrosió per tensió de les juntes soldades d'acer inoxidable austenític és una forma de fallada greu de les juntes soldades, que es manifesta com a fallada fràgil sense deformació plàstica.

2. Mesures preventives

(1) Formular raonablement el procés de conformació i el procés de muntatge per minimitzar el grau de deformació del treball en fred, evitar el muntatge forçat i evitar tot tipus de cicatrius durant el procés de muntatge (tot tipus de cicatrius de muntatge i cremades d'arc es convertiran en la font d'esquerdes de SCC). , que és fàcil de causar corrosió.

(2) Selecció raonable de consumibles de soldadura La costura de soldadura i el metall base haurien de tenir una bona combinació, sense cap estructura dolenta, com ara l'engrossiment del gra i la martensita dura i trencadissa.

(3) Adopteu un procés de soldadura adequat per assegurar-vos que la costura de soldadura estigui ben formada i no produeixi cap concentració de tensió o defectes de picadura, com ara socavacions, etc., adopteu una seqüència de soldadura raonable per reduir el nivell de tensió residual de soldadura. Per exemple, eviteu les soldadures entrecreuades, canvieu la ranura en forma d'Y a una ranura en forma de X, reduïu adequadament l'angle de la ranura, utilitzeu un cordó de soldadura curt i utilitzeu una petita energia de línia.

(4) Tractament tèrmic posterior a la soldadura per al tractament d'alleujament de l'estrès, com ara el recuit complet o el recuit després de la soldadura; El martell posterior a la soldadura o el granallat s'utilitza quan el tractament tèrmic és difícil d'implementar.

(5) Mesures de gestió de la producció per controlar les impureses del medi, com ara O2, N2, H2O, etc. en medi líquid amoníac, H2S en gas liquat de petroli, O2, Fe3+, Cr6+, etc. en solució de clorur, tractament anticorrosió: com ara la capa de recobriment, el revestiment o la protecció catòdica, etc., afegiu un inhibidor de corrosió.

• Fragilització de les juntes soldades

Després que la soldadura d'acer inoxidable austenític s'escalfi a alta temperatura durant un període de temps, el fenomen de la resistència a l'impacte disminuirà, que s'anomena fragilitat.

1. Fragilització a baixa temperatura del metall de soldadura (fragilització de 475 graus)

(1) Causa

L'estructura de soldadura de doble fase que conté més fases de ferrita (més del 15% al ​​20%), després d'escalfar a 350 a 500 graus, la plasticitat i la duresa disminuiran significativament. Com que la velocitat de fragilització és la més ràpida a 475 graus, s'anomena fragilitat de 475 graus.

Per a les juntes soldades d'acer inoxidable austenític, la resistència a la corrosió o la resistència a l'oxidació no sempre és la propietat més crítica, però quan s'utilitza a baixes temperatures, la duresa plàstica del metall de soldadura es converteix en la propietat crítica.

Per tal de complir els requisits de duresa a baixa temperatura, l'estructura de soldadura sol esperar obtenir una única estructura d'austenita per evitar l'existència de ferrita delta. La presència de ferrita delta sempre deteriora la tenacitat a baixa temperatura, i com més contingut, més greu és aquesta fragilitat.

(2) Mesures preventives

①A partir de la premissa de garantir la resistència a les esquerdes i la resistència a la corrosió del metall de soldadura, la fase de ferrita s'ha de controlar a un nivell baix, al voltant del 5%.

②Les soldadures que s'han fragilitzat a 475 graus es poden eliminar mitjançant l'extinció a 900 graus.

2. Fragilització en fase sigma de juntes soldades

(1) Causes

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).

Com a resultat de la precipitació de la fase σ, la resistència a l'impacte de la soldadura cau bruscament, cosa que s'anomena fragilitat de la fase σ. La fase σ generalment només apareix a la soldadura d'estructura bifàsica; quan la temperatura de servei supera els 800 ~ 850 graus, la fase σ també precipitarà a la soldadura d'austenita monofàsica.

(2) Mesures preventives

① Limiteu el contingut de ferrita al metall de soldadura (menys del 15%); Utilitzeu materials de soldadura superaliatges, és a dir, materials de soldadura d'alt níquel, i controleu estrictament el contingut de Cr, Mo, Ti, Nb i altres elements.

② S'adopta una petita especificació per reduir el temps de residència del metall de soldadura a alta temperatura

③ La fase σ que s'ha precipitat es sotmet a un tractament de solució sòlida quan les condicions ho permeten, de manera que la fase σ es dissol en austenita.

④Escalfeu la junta soldada a 1000-1050 graus i, a continuació, refredeu-la ràpidament. La fase σ generalment no es produeix en acer 1Cr18Ni9Ti.

3. La línia de fusió és trencadissa

(1) Causes

Quan s'utilitza acer inoxidable austenític durant molt de temps a alta temperatura, es produirà una fractura fràgil al llarg d'uns quants grans fora de la línia de fusió.

(2) Mesures de prevenció i control

L'addició de Mo a l'acer pot millorar la capacitat de l'acer de resistir la fractura fràgil a alta temperatura.

Mitjançant l'anàlisi anterior, només una selecció raonable de les mesures del procés de soldadura o dels materials de soldadura anteriors pot evitar els defectes de soldadura anteriors. L'acer inoxidable austenític té una excel·lent soldabilitat, i gairebé tots els mètodes de soldadura es poden utilitzar per a la soldadura d'acer inoxidable austenític.

Entre els diferents mètodes de soldadura, la soldadura per arc d'elèctrodes té els avantatges d'adaptar-se a diverses posicions i diferents gruixos de plaques, i s'utilitza àmpliament. El següent se centra a analitzar els principis i mètodes de selecció d'elèctrodes d'acer inoxidable austenític sota diferents usos.

Punts clau per a la selecció d'elèctrodes per a acer inoxidable austenític

L'acer inoxidable s'utilitza principalment per a la resistència a la corrosió, però també s'utilitza com a acer resistent a la calor i acer a baixa temperatura. Per tant, quan es solda acer inoxidable, el rendiment de l'elèctrode ha de coincidir amb el propòsit de l'acer inoxidable. Els elèctrodes d'acer inoxidable s'han de seleccionar segons el metall base i les condicions de treball (inclosa la temperatura de treball i el medi de contacte, etc.).

(1) Punt 1

En termes generals, la selecció de l'elèctrode pot fer referència al material del metall base i seleccionar l'elèctrode amb la mateixa composició o similar que el metall base. Com ara: A102 correspon a 0Cr18Ni9, A137 correspon a 1Cr18Ni9Ti.

(2) Punt 2

Com que el contingut de carboni té una gran influència en la resistència a la corrosió de l'acer inoxidable, generalment es selecciona l'elèctrode d'acer inoxidable el contingut de carboni del metall dipositat no és superior al del metall base. Com ara 316L, ha d'utilitzar l'elèctrode A022.

(3) Punt 3

El metall de soldadura d'acer inoxidable austenític ha de garantir les propietats mecàniques. Això es pot verificar mitjançant la qualificació del procediment de soldadura.

(4) Punt 4 (acer austenític resistent a la calor)

Per a l'acer inoxidable resistent a la calor (acer resistent a la calor austenític) que treballi a alta temperatura, l'elèctrode seleccionat hauria de complir principalment la resistència a l'esquerda en calent del metall de soldadura i el rendiment a alta temperatura de la junta soldada.

1. Per als acers austenítics resistents a la calor amb Cr/Ni superior o igual a 1, com ara 1Cr18Ni9Ti, etc., generalment s'utilitzen elèctrodes d'acer inoxidable austenític-ferrític, i és recomanable que el metall de soldadura contingui 2-5 % ferrita. Quan el contingut de ferrita és massa baix, la resistència a les esquerdes del metall de soldadura és baixa; si és massa alt, és fàcil formar una fase de fragilitat sigma durant un ús a llarg termini a alta temperatura o tractament tèrmic, donant lloc a esquerdes.

Com ara A002, A102, A137. En algunes aplicacions especials, quan es pot requerir tot el metall de soldadura austenítica, com ara elèctrodes A402, A407, etc.

2. Per a acers austenítics estables resistents a la calor amb 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) Punt 5 (acer inoxidable resistent a la corrosió)

Per a l'acer inoxidable resistent a la corrosió que treballa en diversos medis corrosius, l'elèctrode s'ha de seleccionar segons el medi i la temperatura de treball, i s'ha de garantir la seva resistència a la corrosió (feu la prova de rendiment de corrosió de les juntes soldades).

1. Per al medi amb una temperatura de treball superior a 300 graus i una forta corrosivitat, s'ha d'utilitzar l'elèctrode que conté l'element d'estabilització de Ti o Nb o acer inoxidable de carboni ultra baix. Com ara A137 o A002 i així successivament.

2. Per al medi que conté àcid sulfúric diluït o àcid clorhídric, s'utilitzen sovint elèctrodes d'acer inoxidable que contenen Mo o Mo i Cu, com ara: A032, A052, etc.

3. Per a equips amb corrosió feble o només per evitar la contaminació per rovell, es poden utilitzar elèctrodes d'acer inoxidable sense Ti ni Nb. Per garantir la resistència a la corrosió per estrès del metall de soldadura, s'utilitzen consumibles de soldadura superaliatges, és a dir, el contingut d'elements d'aliatge resistents a la corrosió (Cr, Ni, etc.) al metall de soldadura és superior al del metall base. . Per exemple, utilitzeu materials de soldadura del tipus 00Cr18Ni12Mo2 (com ara A022) per soldar 00les soldadures Cr19Ni10.

(6) Punt 6

Per treballar l'acer inoxidable austenític en condicions de baixa temperatura, s'ha de garantir la resistència a l'impacte a baixa temperatura de la junta soldada a la temperatura de servei, de manera que s'utilitzen elèctrodes austenètics purs. Com ara A402, A407.

(7) Punt 7

També hi ha elèctrodes d'aliatge a base de níquel. Per exemple, l'acer inoxidable súper austenític tipus Mo6 està soldat amb consumibles de soldadura a base de níquel amb Mo fins a un 9%.

(8) Punt 8: Selecció del tipus de recobriment de l'elèctrode

1. Com que el metall de soldadura d'acer austenític de doble fase conté una certa quantitat de ferrita, té una bona plasticitat i duresa. Des de la perspectiva de la resistència a les esquerdes del metall de soldadura, es comparen el recobriment bàsic i l'elèctrode de recobriment de titani calci. La diferència no és tan significativa com per als elèctrodes d'acer al carboni. Per tant, en aplicacions pràctiques, es presta més atenció al rendiment del procés de soldadura i s'utilitzen la majoria dels elèctrodes amb codi de tipus de recobriment 17 o 16 (com A102A, A102, A132, etc.).

2. Només quan la rigidesa estructural és molt alta o la resistència a l'esquerda del metall de soldadura és baixa (com ara alguns acer inoxidable de crom martensític, acer inoxidable de crom-níquel austenític pur, etc.), es pot considerar l'elecció del codi de recobriment 15. . Elèctrodes bàsics d'acer inoxidable recoberts (com A107, A407, etc.).

En conclusió

En resum, la soldadura d'acer inoxidable austenític té les seves característiques úniques, i destaca especialment la selecció d'elèctrodes de soldadura per a acer inoxidable austenític. La pràctica a llarg termini ha demostrat que les mesures anteriors es poden utilitzar per aconseguir diferents soldadures per a diferents materials. Els mètodes i elèctrodes de diferents materials, els elèctrodes d'acer inoxidable s'han de seleccionar segons el metall base i les condicions de treball (inclosa la temperatura de treball i el medi de contacte, etc.). Té un bon significat rector per a nosaltres, de manera que és possible aconseguir la qualitat de soldadura esperada.