ویژگی های جوشکاری فولاد زنگ نزن آستنیتی و انتخاب میله جوش

فولاد زنگ نزن آستنیتی جوش پذیری خوبی دارد و در حال حاضر بیشترین کاربرد را در صنعت دارد. عموماً در حین جوشکاری به اقدامات تکنولوژیکی خاصی نیاز نیست. این مقاله به تفصیل وقوع ترک‌های داغ، خوردگی بین دانه‌ای، ترک خوردگی تنشی، شکنندگی اتصالات جوشی (تردی دمای پایین، شکنندگی فاز سیگما، شکنندگی خط همجوشی) علل و اقدامات پیشگیرانه را تحلیل می‌کند.

از طریق تحلیل نظری و عملی ویژگی‌های جوشکاری، اصول و روش‌های انتخاب الکترود برای فولاد زنگ نزن آستنیتی در جوشکاری مواد مختلف و در شرایط مختلف محیط کار معرفی می‌شوند.

فولاد ضد زنگ به طور فزاینده ای در صنایع هوانوردی، نفت، شیمیایی و انرژی اتمی استفاده می شود. فولاد ضد زنگ با توجه به ترکیب شیمیایی به فولاد ضد زنگ کروم، فولاد ضد زنگ کروم نیکل و فولاد ضد زنگ فریتی، فولاد ضد زنگ مارتنزیتی، فولاد ضد زنگ آستنیتی و فولاد ضد زنگ دوبلکس آستنیتی-فریتی تقسیم می شود.

در میان فولادهای زنگ نزن، فولاد زنگ نزن آستنیتی ({0}} نوع فولاد ضد زنگ) نسبت به سایر فولادهای زنگ نزن مقاومت به خوردگی بهتری دارد. استحکام آن کمتر است، اما انعطاف پذیری و چقرمگی آن عالی است. عملکرد جوش آن خوب است و عمدتاً برای ظروف، تجهیزات شیمیایی استفاده می شود و در حال حاضر پرمصرف ترین فولاد ضد زنگ در صنعت است.

اگر چه فولاد زنگ نزن آستنیتی مزایای زیادی دارد، اما اگر فرآیند جوشکاری نادرست باشد یا مواد جوشکاری به درستی انتخاب نشود، عیوب زیادی رخ می دهد که در نهایت بر عملکرد تأثیر می گذارد.

ویژگی های جوشکاری فولاد زنگ نزن آستنیتی

• مستعد ترک های حرارتی

ترک های داغ فولاد زنگ نزن آستنیتی نسبتاً به راحتی در حین جوشکاری عیوب ایجاد می کنند، از جمله ترک های طولی و عرضی جوش، ترک های سوراخ دار، ترک های ریشه جوشکاری پشتی و ترک های بین لایه ای جوشکاری چند لایه و غیره، به ویژه زمانی که محتوای نیکل نسبتاً زیاد باشد. بالا تولید فولادهای زنگ نزن آستنیتی بالا آسان تر است.

1. علت

(1) خطوط فاز مایع و جامد فولاد ضد زنگ آستنیتی دارای فاصله زمانی زیاد، زمان تبلور طولانی است و جهت کریستالوگرافی آستنیت تک فاز قوی است، بنابراین تفکیک ناخالصی نسبتا جدی است.

(2) رسانایی حرارتی کوچک است و ضریب انبساط خطی بزرگ است، که باعث ایجاد تنش داخلی جوش بزرگ (معمولاً تنش کششی جوش و منطقه متاثر از حرارت) در طول جوش می‌شود.

(3) اجزای موجود در فولاد زنگ نزن آستنیتی، مانند C، S، P، Ni، و غیره، نقطه ذوب پایین یوتکتیک را در حوضچه مذاب تشکیل می دهند. به عنوان مثال، نقطه ذوب Ni3S2 توسط S و Ni 645 درجه است، در حالی که نقطه ذوب Ni-Ni3S2 یوتکتیک تنها 625 درجه است.

2. اقدامات پیشگیرانه

(1) از جوش ساختار دو فاز برای ساختن فلز جوش به عنوان ساختار دوفاز آستنیت و فریت تا حد امکان استفاده کنید و محتوای فریت را زیر 3 تا 5 درصد کنترل کنید که می تواند جهت بلورهای ستونی آستنیت را مختل کند. پالایش دانه و فریت می تواند ناخالصی های بیشتری را نسبت به آستنیت حل کند و در نتیجه جداسازی یوتکتیک کم ذوب در مرزهای دانه آستنیت را کاهش دهد.

(2) اقدامات فرآیند جوشکاری در فرآیند جوشکاری، سعی کنید از الکترودهای با کیفیت بالا با پوشش قلیایی استفاده کنید، از انرژی خط کوچک، جریان کم، جوش سریع بدون نوسان استفاده کنید، سعی کنید گودال قوس را در انتها پر کنید و از جوشکاری قوس آرگون استفاده کنید. برای کف کردن و غیره. تنش جوشکاری و ترک های دهانه را کاهش دهید.

(3) کنترل ترکیب شیمیایی برای کاهش یوتکتیک نقطه ذوب پایین، محتوای ناخالصی‌هایی مانند S و P در جوش را به شدت محدود کنید.

• خوردگی بین دانه ای

خوردگی بین دانه‌ها اتفاق می‌افتد که منجر به از بین رفتن پیوند بین دانه‌ها، از دست دادن تقریباً کامل استحکام و شکستگی در امتداد مرزهای دانه در هنگام تنش می‌شود.

1. علت

با توجه به تئوری تخلیه کروم، زمانی که ناحیه جوش و گرما تا دمای حساسیت 450 تا 850 درجه (منطقه دمای خطرناک) گرم می شود، به دلیل شعاع اتمی زیاد کروم، سرعت انتشار کم است و کربن فوق اشباع به دانه های آستنیت تمایل دارد. مرز منتشر می شود و Cr23C6 را در مرز دانه با ترکیب کروم در مرز دانه تشکیل می دهد و در نتیجه مرز دانه با کروم ضعیف ایجاد می شود که برای مقاومت در برابر خوردگی کافی نیست.

2. اقدامات پیشگیرانه

(1) کنترل محتوای کربن

از مواد مصرفی جوشکاری فولاد ضد زنگ با کربن کم یا کربن بسیار کم (W(C) کمتر یا برابر با 0.03%) استفاده کنید. مانند A002 و غیره.

(2) تثبیت کننده را اضافه کنید

افزودن Ti، Nb و سایر عناصری که میل ترکیبی قوی‌تری با C نسبت به کروم در فولاد و مواد جوشکاری دارند، می‌تواند با C ترکیب شود تا کاربیدهای پایداری تشکیل دهد، در نتیجه از کاهش کروم در مرزهای دانه آستنیت جلوگیری می‌کند. فولاد ضد زنگ و مواد جوشکاری رایج حاوی Ti، Nb، مانند فولاد 1Cr18Ni9Ti، 1Cr18Ni12MO2Ti، الکترود E{7}}، سیم جوش H0Cr19Ni9Ti و غیره است.

(3) سازمان دو طرفه را اتخاذ کنید

مقدار معینی از عناصر تشکیل دهنده فریت مانند کروم، سی، AL، MO و غیره توسط سیم یا الکترود جوشکاری در جوش ذوب می شوند، به طوری که جوش به یک ساختار دوفاز آستنیت + فریت تبدیل می شود. چون کروم در فریت است سرعت انتشار در فریت سریعتر از آستنیت است، بنابراین کروم در فریت سریعتر به مرزهای دانه منتشر می شود که پدیده کاهش کروم در مرزهای دانه آستنیت را کاهش می دهد. به طور کلی، محتوای فریت در فلز جوش بین 5 تا 10 درصد کنترل می شود. اگر فریت بیش از حد باشد، جوش شکننده می شود.

(4) خنک کننده سریع

از آنجایی که فولاد زنگ نزن آستنیتی باعث سخت شدن نمی شود، در طول فرآیند جوشکاری، می توانید سعی کنید سرعت خنک شدن اتصال جوش داده شده را افزایش دهید، مانند خنک شدن با صفحه پشتی مسی یا آبیاری مستقیم زیر جوش.

در فرآیند جوشکاری، می توان از اقداماتی مانند جریان کم، سرعت جوشکاری بالا، قوس کوتاه و جوش چند پاس برای کوتاه کردن زمان ماندن اتصال جوش داده شده در ناحیه دمای خطرناک استفاده کرد تا از تشکیل کروم جلوگیری شود. -منطقه تخلیه شده

(5) عملیات حرارتی محلول یا همگن سازی را انجام دهید. پس از جوشکاری، اتصال جوش داده شده را تا 1050-1100 درجه حرارت دهید تا کاربیدها مجدداً به آستنیت حل شوند و سپس به سرعت سرد شوند تا یک ساختار آستنیتی تک فاز پایدار ایجاد شود.

علاوه بر این، عملیات حرارتی همگن سازی در 850-900 درجه به مدت 2 ساعت نیز می تواند انجام شود. در این زمان، کروم در دانه های آستنیت به مرز دانه ها پخش می شود و محتوای کروم در مرز دانه ها دوباره به بیش از 12 درصد می رسد، به طوری که هیچ دانه ای تشکیل نمی شود. خورده شده

• ترک خوردگی تنشی

آسیب خوردگی فلز تحت اثر ترکیبی تنش و محیط خورنده. با توجه به موارد ترک خوردگی تنشی و مطالعات تجربی تجهیزات و قطعات فولاد زنگ نزن، می توان در نظر گرفت که تحت اثر ترکیبی یک تنش کششی استاتیکی خاص و یک محیط الکتروشیمیایی خاص در دمای معین، فولاد ضد زنگ موجود این امکان را دارد که ایجاد خوردگی تنشی

یکی از بزرگترین ویژگی های خوردگی تنشی، انتخاب پذیری در ترکیب مواد و محیط های خورنده است. ایجاد خوردگی تنشی فولاد زنگ نزن آستنیتی، عمدتاً اسید کلریدریک و یونهای کلرید حاوی کلرید، و همچنین اسید سولفوریک، اسید نیتریک، هیدروکسید (قلیایی)، آب دریا، بخار آب، محلول آبی H2S، NaHCO غلیظ، آسان است{1} }NH{2}}محلول آبی NaCl و سایر رسانه ها صبر کنید.

1. علت

ترک خوردگی تنشی یک پدیده ترک خوردگی تاخیری است که زمانی اتفاق می افتد که اتصالات جوشی در یک محیط خورنده خاص تحت تنش کششی قرار می گیرند. ترک خوردگی تنشی اتصالات جوشی فولاد زنگ نزن آستنیتی یک شکل شکست جدی اتصالات جوشی است که به صورت شکست شکننده بدون تغییر شکل پلاستیک ظاهر می شود.

2. اقدامات پیشگیرانه

(1) فرآیند شکل دهی و فرآیند مونتاژ را به طور منطقی فرموله کنید تا درجه تغییر شکل کار سرد را به حداقل برسانید، از مونتاژ اجباری جلوگیری کنید و از انواع اسکارها در طول فرآیند مونتاژ جلوگیری کنید (انواع اسکارهای مونتاژ و سوختگی قوس به منبع ترک SCC تبدیل می شوند. ، که به راحتی باعث خوردگی می شود.

(2) انتخاب معقول مواد مصرفی جوشکاری درز جوش و فلز پایه باید مطابقت خوبی داشته باشند، بدون هیچ گونه ساختار بدی، مانند درشت شدن دانه ها و مارتنزیت سخت و شکننده.

(3) فرآیند جوشکاری مناسب را اتخاذ کنید تا اطمینان حاصل شود که درز جوشکاری به خوبی شکل گرفته است و هیچ گونه تمرکز تنش یا نقص حفره ای مانند زیر بریدگی و غیره ایجاد نمی کند، یک ترتیب جوشکاری معقول را برای کاهش سطح تنش پسماند جوشکاری اتخاذ کنید. به عنوان مثال، از جوش های متقاطع اجتناب کنید، شیار Y شکل را به شیار X شکل تغییر دهید، زاویه شیار را به طور مناسب کاهش دهید، از یک مهره جوش کوتاه استفاده کنید و از انرژی خط کوچک استفاده کنید.

(4) عملیات حرارتی پس از جوش برای درمان تنش زدایی، مانند آنیل کامل یا آنیل پس از جوشکاری. چکش کاری پس از جوش یا شات زنی زمانی استفاده می شود که عملیات حرارتی به سختی انجام شود.

(5) اقدامات مدیریت تولید برای کنترل ناخالصی ها در محیط، مانند O2، N2، H2O، و غیره در محیط آمونیاک مایع، H2S در گاز مایع، O2، Fe3+، Cr6+، و غیره در محلول کلرید، درمان ضد خوردگی: مانند لایه پوشش، پوشش یا محافظت کاتدی و غیره، بازدارنده خوردگی را اضافه کنید.

• شکنندگی اتصالات جوش داده شده

پس از اینکه جوش فولاد زنگ نزن آستنیتی برای مدتی در دمای بالا گرم شد، پدیده چقرمگی ضربه کاهش می یابد که به آن شکنندگی می گویند.

1. شکنندگی فلز جوش در دمای پایین (تردی 475 درجه)

(1) علت

ساختار جوش دوفاز حاوی فازهای فریت بیشتری (بیش از 15% تا 20%)، پس از حرارت دادن در 350 تا 500 درجه، انعطاف پذیری و چقرمگی به طور قابل توجهی کاهش می یابد. از آنجایی که سرعت تردی در 475 درجه سریع ترین است، به آن تردی 475 درجه می گویند.

برای اتصالات جوش داده شده از فولاد ضد زنگ آستنیتی، مقاومت در برابر خوردگی یا مقاومت در برابر اکسیداسیون همیشه حیاتی ترین ویژگی نیست، اما هنگامی که در دماهای پایین استفاده می شود، چقرمگی پلاستیک فلز جوش به ویژگی حیاتی تبدیل می شود.

به منظور برآوردن الزامات چقرمگی در دمای پایین، سازه جوش معمولا امیدوار است که یک ساختار آستنیتی واحد را برای جلوگیری از وجود دلتا فریت به دست آورد. وجود دلتا فریت همیشه چقرمگی دمای پایین را بدتر می کند و هر چه محتوای آن بیشتر باشد، این شکنندگی جدی تر است.

(2) اقدامات پیشگیرانه

①با فرض اطمینان از مقاومت در برابر ترک و مقاومت در برابر خوردگی فلز جوش، فاز فریت باید در سطح پایین، حدود 5٪ کنترل شود.

②جوش هایی که در 475 درجه ترد شده اند را می توان با کوئنچ در 900 درجه از بین برد.

2. شکنندگی فاز سیگما اتصالات جوشی

(1) علل

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).

در نتیجه بارش فاز σ، چقرمگی ضربه جوش به شدت کاهش می یابد که به آن شکنندگی فاز σ می گویند. فاز σ به طور کلی فقط در جوش ساختار دو فازی ظاهر می شود. هنگامی که دمای سرویس از 800 تا 850 درجه تجاوز می کند، فاز σ نیز در جوش آستنیت تک فاز رسوب می کند.

(2) اقدامات پیشگیرانه

① محتوای فریت در فلز جوش را محدود کنید (کمتر از 15٪). از مواد جوشکاری سوپرآلیاژی، یعنی مواد جوشکاری با نیکل بالا استفاده کنید و محتوای کروم، مو، تیتانیم، Nb و سایر عناصر را به شدت کنترل کنید.

② مشخصات کوچک برای کاهش زمان ماندن فلز جوش در دمای بالا اتخاذ شده است

③ فاز σ که رسوب داده شده است تحت درمان با محلول جامد زمانی که شرایط اجازه می دهد، به طوری که فاز σ به آستنیت حل می شود.

④محل جوش داده شده را تا 1000-1050 درجه گرم کنید، سپس آن را به سرعت خنک کنید. فاز σ به طور کلی در فولاد 1Cr18Ni9Ti تولید نمی شود.

3. خط همجوشی شکننده است

(1) علل

هنگامی که فولاد زنگ نزن آستنیتی برای مدت طولانی در دمای بالا استفاده می شود، شکستگی شکننده در امتداد چند دانه خارج از خط همجوشی رخ می دهد.

(2) اقدامات پیشگیری و کنترل

افزودن مو به فولاد می تواند توانایی فولاد را برای مقاومت در برابر شکست شکننده در دمای بالا بهبود بخشد.

از طریق تجزیه و تحلیل فوق، تنها انتخاب معقول اقدامات جوشکاری فوق یا مواد جوشکاری می تواند از عیوب جوشکاری فوق جلوگیری کند. فولاد زنگ نزن آستنیتی جوش پذیری عالی دارد و تقریباً از تمام روش های جوشکاری می توان برای جوشکاری فولاد زنگ نزن آستنیتی استفاده کرد.

در میان روش‌های مختلف جوشکاری، جوش قوس الکتریکی دارای مزایای تطبیق با موقعیت‌های مختلف و ضخامت‌های مختلف صفحه است و به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. موارد زیر بر تجزیه و تحلیل اصول و روش های انتخاب الکترودهای فولاد زنگ نزن آستنیتی تحت کاربردهای مختلف تمرکز دارد.

نکات کلیدی برای انتخاب الکترود برای فولاد زنگ نزن آستنیتی

فولاد ضد زنگ عمدتا برای مقاومت در برابر خوردگی استفاده می شود، اما همچنین به عنوان فولاد مقاوم در برابر حرارت و فولاد با دمای پایین استفاده می شود. بنابراین، هنگام جوشکاری فولاد ضد زنگ، عملکرد الکترود باید با هدف فولاد ضد زنگ مطابقت داشته باشد. الکترودهای فولاد ضد زنگ باید با توجه به فلز پایه و شرایط کاری (از جمله دمای کار و محیط تماس و غیره) انتخاب شوند.

(1) نکته 1

به طور کلی، انتخاب الکترود می تواند به مواد فلز پایه اشاره داشته باشد و الکترود را با ترکیب مشابه یا مشابه فلز پایه انتخاب کند. مانند: A102 مربوط به 0Cr18Ni9، A137 مطابق با 1Cr18Ni9Ti است.

(2) نکته 2

از آنجایی که محتوای کربن تأثیر زیادی بر مقاومت به خوردگی فولاد ضد زنگ دارد، الکترود فولاد ضد زنگ که محتوای کربن آن در فلز رسوب‌شده بیشتر از فلز پایه نیست، معمولاً انتخاب می‌شود. مانند 316L باید از الکترود A022 استفاده کند.

(3) نکته 3

فلز جوش فولاد ضد زنگ آستنیتی باید خواص مکانیکی را تضمین کند. این را می توان با صلاحیت روش جوشکاری تأیید کرد.

(4) نقطه 4 (فولاد مقاوم در برابر حرارت آستنیتی)

برای فولاد ضد زنگ مقاوم در برابر حرارت (فولاد مقاوم در برابر حرارت آستنیتی) که در دمای بالا کار می کند، الکترود انتخاب شده باید عمدتاً مقاومت ترک داغ فلز جوش و عملکرد دمای بالا اتصال جوش داده شده را برآورده کند.

1. برای فولادهای آستنیتی مقاوم در برابر حرارت با کروم/نیکل بزرگتر یا مساوی 1 مانند 1Cr18Ni9Ti و غیره، عموماً از الکترودهای فولاد زنگ نزن آستنیتی-فریتی استفاده می شود و توصیه می شود که فلز جوش حاوی 2-5 % فریت هنگامی که محتوای فریت خیلی کم است، مقاومت در برابر ترک خوردگی فلز جوش ضعیف است. اگر خیلی زیاد باشد، به راحتی می توان فاز شکنندگی سیگما را در طول استفاده طولانی مدت در دمای بالا یا عملیات حرارتی تشکیل داد که منجر به ایجاد ترک می شود.

مانند A002، A102، A137. در برخی کاربردهای خاص، زمانی که ممکن است به تمام فلزات جوش آستنیتی نیاز باشد، مانند الکترودهای A402، A407 و غیره می توان استفاده کرد.

2. برای فولادهای مقاوم در برابر حرارت آستنیتی پایدار با کروم/نیکل<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) نقطه 5 (فولاد ضد زنگ مقاوم در برابر خوردگی)

برای فولاد ضد زنگ مقاوم در برابر خوردگی که در محیط های مختلف خورنده کار می کند، الکترود باید با توجه به محیط و دمای کار انتخاب شود و از مقاومت خوردگی آن اطمینان حاصل شود (آزمایش عملکرد خوردگی اتصالات جوش داده شده را انجام دهید).

1. برای محیطی با دمای کاری بالای 300 درجه و خورندگی قوی، باید از الکترود حاوی عنصر تثبیت کننده Ti یا Nb یا فولاد ضد زنگ با کربن فوق العاده کم استفاده شود. مانند A137 یا A002 و غیره.

2. برای محیط حاوی اسید سولفوریک رقیق یا اسید کلریدریک اغلب از الکترودهای فولادی ضد زنگ حاوی Mo یا Mo و Cu استفاده می شود مانند: A032، A052 و غیره.

3. برای تجهیزات با خوردگی ضعیف یا فقط برای جلوگیری از آلودگی زنگ، می توان از الکترودهای فولادی ضد زنگ بدون Ti یا Nb استفاده کرد. برای اطمینان از مقاومت به خوردگی تنشی فلز جوش، از مواد مصرفی جوشکاری سوپرآلیاژی استفاده می شود، یعنی محتوای عناصر آلیاژی مقاوم در برابر خوردگی (کروم، نیکل و غیره) در فلز جوش بیشتر از فلز پایه است. . برای مثال، از 00مواد جوشکاری نوع Cr18Ni12Mo2 (مانند A022) برای جوشکاری 00جوشکاری Cr19Ni10 استفاده کنید.

(6) نکته 6

برای فولاد ضد زنگ آستنیتی که در شرایط دمای پایین کار می کند، چقرمگی ضربه در دمای پایین اتصال جوش داده شده در دمای سرویس باید تضمین شود، بنابراین از الکترودهای آستنیتی خالص استفاده می شود. مانند A402، A407.

(7) نکته 7

الکترودهای آلیاژی مبتنی بر نیکل نیز در دسترس هستند. به عنوان مثال، فولاد ضد زنگ فوق آستنیتی نوع Mo6 با مواد مصرفی جوشکاری مبتنی بر نیکل با مو تا 9٪ جوش داده می شود.

(8) نکته 8: انتخاب نوع پوشش الکترود

1. از آنجایی که فلز جوش فولاد آستنیتی دوفاز خود حاوی مقدار مشخصی فریت است، انعطاف پذیری و چقرمگی خوبی دارد. از منظر مقاومت به ترک خوردگی فلز جوش، پوشش پایه و الکترود پوشش تیتانیوم کلسیمی با هم مقایسه می‌شوند. تفاوت به اندازه الکترودهای فولاد کربن قابل توجه نیست. بنابراین در کاربردهای عملی، توجه بیشتری به عملکرد فرآیند جوشکاری می شود و بیشتر الکترودهای با پوشش کد 17 یا 16 (مانند A102A، A102، A132 و ...) مورد استفاده قرار می گیرند.

2. تنها زمانی که سفتی سازه بسیار بالا باشد یا مقاومت فلز جوش در برابر ترک ضعیف باشد (مانند فولاد ضد زنگ کروم مارتنزیتی، فولاد ضد زنگ کروم نیکل آستنیتی خالص و غیره)، انتخاب پوشش کد 15 را می توان در نظر گرفت. . الکترودهای فولادی ضد زنگ با روکش پایه (مانند A107، A407 و غیره).

در نتیجه

به طور خلاصه، جوش فولاد زنگ نزن آستنیتی ویژگی های منحصر به فرد خود را دارد و انتخاب الکترودهای جوش برای فولاد زنگ نزن آستنیتی به ویژه قابل توجه است. با تمرین طولانی مدت ثابت شده است که اقدامات فوق را می توان برای دستیابی به جوش های مختلف برای مواد مختلف استفاده کرد. روش ها و الکترودهای مواد مختلف، الکترودهای فولاد ضد زنگ باید با توجه به فلز پایه و شرایط کاری (از جمله دمای کار و محیط تماس و غیره) انتخاب شوند. برای ما اهمیت راهنمای خوبی دارد، به طوری که می توان به کیفیت جوش مورد انتظار دست یافت.