Svejseegenskaber for austenitisk rustfrit stål: Betydelige elastiske og plastiske spændinger og belastninger forekommer under svejsning, men koldrevnedannelse sker sjældent. Svejste samlinger udviser ikke hærdnings--hærdningszoner eller væsentlig kornforstørrelse, hvilket resulterer i høj trækstyrke for svejsesømmen.
Nøglespørgsmål ved svejsning af austenitisk rustfrit stål: Betydelig svejsedeformation; modtagelighed for varme revner på grund af korngrænseegenskaber og følsomhed over for visse sporurenheder (såsom S og P).
Billede
Billede
Fem store svejseproblemer og afhjælpende foranstaltninger for austenitisk rustfrit stål
01
Dannelse af chromcarbider reducerer svejsningens modstandsdygtighed over for intergranulær korrosion.
Intergranulær korrosion: Ifølge chrom-udtømningsteorien, når svejsesømmen og den varme-påvirkede zone (HAZ) opvarmes inden for sensibiliseringstemperaturområdet på 450 grader –850 grader, udfældes chromcarbider ved korngrænserne. Dette skaber chrom-udtømte zoner ved grænserne, hvilket gør dem ude af stand til at modstå korrosion effektivt.
(1) Følgende foranstaltninger kan træffes for at afbøde intergranulær korrosion i svejsesømmen og korrosion i basismetallets sensibiliseringszone:
en. Reducer kulstofindholdet i både basismetallet og svejsemetallet. Tilføj stabiliserende elementer (såsom Ti eller Nb) til basismetallet for fortrinsvis at danne karbider af MC---typen og derved forhindre dannelsen af Cr23C6.
b. Skab en dobbeltfaset-mikrostruktur i svejsesømmen bestående af austenit og en lille mængde ferrit. Tilstedeværelsen af ferrit forfiner kornstrukturen og øger det samlede korngrænseareal og reducerer derved mængden af chromcarbidudfældning pr. arealenhed af korngrænsen.
Chrom har højere opløselighed i ferrit, så Cr23C6 dannes fortrinsvis i ferritfasen i stedet for at udtømme krom ved austenitkorngrænserne. Derudover fungerer ferrit spredt i austenitmatrixen som en barriere, der forhindrer korrosion i at forplante sig ind i materialet langs korngrænserne.
c. Kontroller opholdstiden inden for sensibiliseringstemperaturområdet. Juster den termiske svejsecyklus for at minimere tidsforbruget mellem 600 grader og 1000 grader; svejsemetoder med høj-energi-densitet (såsom plasmabuesvejsning) kan vælges til dette formål. Brug lavere svejsevarmetilførsel; rens bagsiden af svejsningen med argon eller brug kobberbagside for at øge afkølingshastigheden af den svejste samling; minimer antallet af lysbuestarter og -stop for at undgå gentagen opvarmning; og, for multi-svejsninger, svejs den overflade, der vil være i kontakt med det korrosive medium, sidst, når det er muligt.
d. Udfør efter-svejseopløsningsbehandling eller stabiliserende udglødning (850 grader –900 grader) efterfulgt af luftkøling for at sikre fuld karbidudfældning og accelerere kromdiffusion.
Billede
(2) Kniv-linjeangreb (en form for lokal korrosion) i svejsede samlinger; følgende forebyggende foranstaltninger kan træffes:
På grund af kulstofs høje diffusivitet adskiller det sig ved korngrænser under afkøling, hvilket skaber en overmættet tilstand, hvorimod Ti og Nb forbliver i kornene på grund af deres lave diffusivitet. Når den svejste samling genopvarmes inden for sensibiliseringstemperaturområdet, udfældes det overmættede kulstof ved korngrænserne i form af Cr23C6.
en. Reducer kulstofindholdet. For rustfrit stål, der indeholder stabiliserende elementer, bør kulstofindholdet ikke overstige 0,06 %.
b. Anvend passende svejseprocedurer. Vælg lavere svejsevarmetilførsel for at reducere opholdstiden for den overophedede zone ved høje temperaturer, og sørg for at undgå "mellemliggende-temperatursensibilisering" under svejsning.
Ved dobbelt-svejsning skal svejsestrengen i kontakt med det korrosive medium aflejres sidst (dette er grunden til, at indvendig svejsning udføres efter ekstern svejsning for tykke-svejsede rør med stor-diameter diameter). Hvis dette ikke er muligt, bør svejseparametre og svejsegeometri justeres for at minimere sensibiliseringsopvarmning af den overophedede zone, der vil komme i kontakt med det korrosive medium.
c. Varmebehandling efter-svejsning. Udfør opløsningsbehandling eller stabiliseringsbehandling efter svejsning.
Billede
02
Spændingskorrosionsrevner
Følgende foranstaltninger kan vedtages for at forhindre spændingskorrosion:
en. Korrekt materialevalg og passende justering af svejsesammensætning. Høj-renhed Cr-Ni austenitisk rustfrit stål, høj-silicium Cr-Ni austenitisk rustfrit stål, ferritisk-austenitisk rustfrit stål og ferritisk rustfrit stål med højt-chromindhold udviser god modstand mod spændingskorrosion; svejsemetal med en austenit-ferrit dupleksstruktur giver også god modstand.
b. Eliminer eller reducer resterende stress. Udfør efter-svejsespændingsaflastning-varmebehandling, og brug mekaniske metoder såsom polering, slibning og gnidning (hamring) for at reducere resterende belastning af overfladen.
c. Rationelt strukturelt design for at undgå betydelige spændingskoncentrationer.
Billede
03
Varme svejsningsrevner (revner i svejsestørkningen, varme-påvirkede væskerevner i zone)
Modtagelighed for varmerevner afhænger primært af materialets kemiske sammensætning, mikrostruktur og egenskaber. Nikkel (Ni) danner let lav-smeltepunkt-forbindelser eller eutektika med urenheder såsom svovl (S) og phosphor (P); adskillelse af elementer som bor (B) og silicium (Si) fremmer også varm revnedannelse.
Svejsesømme har tendens til at danne grove søjleformede kornstrukturer med stærk retningsbestemthed, hvilket letter adskillelsen af skadelige urenheder og elementer. Dette fremmer dannelsen af kontinuerte intergranulære flydende film og øger derved modtageligheden for varm revnedannelse. Ikke-ensartet opvarmning under svejsning kan generere betydelige trækspændinger, hvilket yderligere fremmer dannelsen af varme revner.
Forebyggende foranstaltninger:
en. Kontroller strengt indholdet af skadelige urenheder som S og P.
b. Juster svejsemetalmikrostrukturen. Svejsninger med en dupleks (to-}-fase) mikrostruktur udviser god revnemodstand; deltafasen (δ) i svejsningen forfiner korn, eliminerer retningsbestemmelsen af enkeltfaset austenit og reducerer adskillelsen af skadelige urenheder ved korngrænserne. Derudover kan δ-fasen opløse større mængder af S og P og lavere grænsefladeenergi og derved hæmme dannelsen af intergranulære væskefilm.
c. Juster legeringssammensætningen af svejsemetallet. En passende forøgelse af indholdet af Mn, C og N i enfaset austenitisk stål og tilføjelse af sporelementer såsom cerium (Ce), zirconium (Zr) eller tantal (Ta)-som forfiner svejsningens mikrostruktur og renser korngrænser-kan reducere varmerevner.
d. Procestiltag. Minimer overophedning af svejsebassinet for at forhindre dannelsen af grove søjleformede korn; anvende lav varmetilførsel (lav lineær energi) og små-tværsnitssvejsevulster.
For eksempel er 25-20 type austenitiske stål tilbøjelige til at revne ved væskedannelse. Foranstaltninger til at afbøde dette omfatter streng begrænsning af urenhedsindhold og kornstørrelse i basismetallet, brug af svejsemetoder med høj-energidensitet, lav varmetilførsel og forøgelse af samlingens afkølingshastighed. Billede
04
Skørhed af svejsede samlinger
For varme-bestandigt stål skal duktiliteten af svejsede samlinger sikres for at forhindre høj-temperaturskørhed; for lav-temperaturstål kræves god lav-temperatursejhed for at forhindre sprøde brud på de svejsede samlinger ved lave temperaturer.
Billede
05
Betydelig svejsedeformation
På grund af lav varmeledningsevne og en høj varmeudvidelseskoefficient har svejsedeformationen tendens til at være betydelig; inventar kan bruges til at forhindre dette. Udvalg af svejsemetoder og materialer til austenitisk rustfrit stål:
Austenitisk rustfrit stål kan svejses ved hjælp af metoder som Tungsten Inert Gas (TIG) svejsning, Metal Inert Gas (MIG) svejsning, Plasma Arc Welding (PAW) og Submerged Arc Welding (SAW).
Austenitisk rustfrit stål har et lavt smeltepunkt, lav termisk ledningsevne og høj elektrisk resistivitet; derfor anvendes lavere svejsestrømme. Smalle svejsesømme og smalle svejsevulster bør anvendes for at minimere høj-temperaturopholdstid, forhindre udfældning af hårdmetal, reducere svejsesvindspænding og mindske modtageligheden for varme revner.
Sammensætningen af svejsematerialer,-især legeringselementer som Cr og Ni-bør være højere end basismetallets. Svejsetilbehør indeholdende en lille mængde (4%-12%) ferrit bruges til at sikre god revnemodstand (mod koldrevner, varmerevner og spændingskorrosionsrevner) i svejsesømmen.
Når tilstedeværelsen af en ferritfase i svejsesømmen er forbudt eller umulig, bør svejsetilbehør, der indeholder legeringselementer som Mo og Mn, vælges.
Niveauer af C, S, P, Si og Nb i svejsematerialer bør holdes så lave som muligt; mens Nb kan forårsage størkningsrevner i fuldt austenitiske svejsesømme, kan tilstedeværelsen af en lille mængde ferrit i svejsesømmen effektivt forhindre dette.
Svejsematerialer, der indeholder Nb, vælges typisk til svejsede strukturer, der kræver efter-svejsestabilisering eller spændings-behandling. Nedsænket buesvejsning bruges til plader af mellem- tykkelse; afbrændingstabet af Cr og Ni kan kompenseres for ved overførsel af legeringselementer fra fluxen og svejsetråden.
På grund af dyb indtrængning skal der udvises forsigtighed for at forhindre varme revner i midten af svejsesømmen og for at undgå at reducere korrosionsbestandigheden i den varme-påvirkede zone (HAZ). Vær opmærksom på at vælge tyndere svejsetråde og lavere varmetilførsel; svejsetråden skal have lavt Si-, S- og P-indhold.
Ferritindholdet i varme-svejsesømme i rustfrit stål bør ikke overstige 5 %. Til austenitisk rustfrit stål med Cr- og Ni-indhold på over 20 %, bør der anvendes høj-mangan (6 %–8 %) svejsetråd og basis- eller neutral flux; dette forhindrer siliciumoptagelse i svejsningen og forbedrer modstanden mod revner.
Flussmidler, der er specielt designet til austenitisk rustfrit stål, resulterer i minimal siliciumoptagelse og kan overføre legeringselementer til svejsningen for at kompensere for-afbrændingstab og derved opfylde kravene til svejseegenskaber og kemisk sammensætning.
