Процес зварювання дуплексної нержавіючої сталі 2205 і запобіжні заходи
Структурні характеристики: Аустеніт і ферит у твердому розчині в теплиці становлять приблизно половину кожного з них і мають двофазні структурні характеристики. Він зберігає низьку кількість провідників, стійкість до точкової коррозії, розтріскування та хлоридної корозії, характерні для феритної нержавіючої сталі. Він має такі переваги, як хороша в'язкість, низька температура крихкості, стійкість до міжкристалітної корозії, хороші механічні властивості та зварюваність.
Межа текучості та стійкість до корозії під напругою дуплексної нержавіючої сталі майже вдвічі більші, ніж у аустенітної нержавіючої сталі, що може економити матеріали під тим самим рівнем тиску. Коефіцієнт лінійного розширення аустенітної нержавіючої сталі нижчий, ніж у аустенітної нержавіючої сталі, і близький до низьковуглецевої сталі. Зроблення з’єднання дуплексної нержавіючої сталі та вуглецевої сталі більш відповідним має важливе інженерне значення. І кування, і холодне штампування поступаються аустенітній нержавійці.
Зварюваність: дуплексна нержавіюча сталь 2205 має хорошу зварюваність і низьку чутливість до холодних і гарячих тріщин під час зварювання. Зазвичай немає попереднього нагріву перед зварюванням і термічної обробки після зварювання. Завдяки високому вмісту азоту тенденція однофазного фериту в зоні термічного впливу невелика. Коли зварювальні матеріали вибрано належним чином і енергія зварювальної лінії контролюється в цей час, вона має хороші загальні характеристики.
Гаряче розтріскування: чутливість до гарячого розтріскування набагато нижча, ніж у аустенітної нержавіючої сталі. Це пояснюється тим, що вміст нікелю невисокий, домішки, які легко утворюють евтектику з низькою температурою плавлення, дуже низькі, а плівку рідини з низькою температурою плавлення утворити нелегко. Крім того, немає небезпеки швидкого росту зерен при високих температурах.
Крихкість зони термічного впливу: Основною проблемою дуплексного зварювання нержавіючої сталі є не зварний шов, а зона термічного впливу. Оскільки зона термічного впливу знаходиться в нерівноважному стані швидкого охолодження під дією зварювальних теплових циклів, після охолодження завжди залишається більше фериту, що підвищує схильність до корозії та сприйнятливість до розтріскування (крихкості), викликаного воднем.
Металургія зварювання: під час процесу зварювання дуплексної нержавіючої сталі під дією термічних циклів відбувається ряд змін у мікроструктурі металу шва та зоні термічного впливу. При високих температурах металографічна структура дуплексної нержавіючої сталі є феритною, а аустеніт виділяється під час охолодження. На кількість опадів аустеніту впливає багато факторів.
Механічні властивості та корозійна стійкість дуплексних зварних з’єднань з нержавіючої сталі залежать від того, чи можна підтримувати відповідне співвідношення зварних з’єднань. Тому зварювання обертається навколо того, як забезпечити двосторонню конструкцію. Коли кількість фериту та аустеніту наближається до 50%, продуктивність хороша, а властивості основних матеріалів близькі один до одного. Зміна цього співвідношення призведе до зниження корозійної стійкості та механічних властивостей дуплексних зварних з’єднань з нержавіючої сталі. Оптимальний вміст фериту в дуплексній нержавіючій сталі 2205 становить 45%. Коли вміст фериту менше 25%, міцність і здатність до корозійного розтріскування під напругою зменшуються. Надмірний вміст фериту понад 75% також вплине на стійкість до корозії та зменшить ударну в’язкість. .
Фактори порівняння: На баланс фериту й аустеніту в зварних з’єднаннях впливає не лише вміст легуючих елементів у сталі, але й наповнювач, термічний цикл зварювання та захисний газ.
Вплив легуючих елементів: Згідно з дослідженнями та великою кількістю експериментів, встановлено, що азот, основний матеріал, є дуже важливим. Азот відіграє важливу роль у забезпеченні достатнього утворення аустеніту в металі шва та зоні термічного впливу після зварювання. Азот (наприклад, нікель) утворює аустенітні значення та розширює аустенітні елементи, але здатність азоту також більша, ніж здатність нікелю, що може запобігти появі окремих фаз після зварювання та запобігти випаданню шкідливих металевих фаз. Внаслідок впливу термічного циклу зварювання, коли склад автогенного зварювання або присадного металу такий же, як і основного металу, вміст фериту в наплавленому металі різко зростає і навіть з’являється структура чистого фериту. Щоб придушити надмірне збільшення фериту в зварному шві, зварювальний метал з основним аустенітом є тенденцією до зварювання дуплексної нержавіючої сталі. Зазвичай два способи полягають у додаванні нікелю або азоту до зварювального матеріалу. Як правило, вміст нікелю на 2-4% вище, ніж в основному металі, наприклад, присадковий метал 2205 має вміст нікелю до 8-10%. Співвідношення азотовмісного припою може лише покращити ефект нікелевого припою, але додавання азоту може не тільки затримати осадження між металами, але й покращити міцність і корозійну стійкість металу шва. В даний час наповнювальні матеріали зазвичай засновані на додаванні нікелю, а потім додаванні азоту з тим самим вмістом основного металу.
Для дуплексної нержавіючої сталі 2205 зварювальний дріт Sandvik 22.8.3L (ER2209) використовується для зварювання TIG, а зварювальний пруток Avesta 2205AC/DC використовується для зварювання TIG відповідно до вимог зварювальних матеріалів. Ці характеристики дуплексної нержавіючої сталі 2205 і зварювальних матеріалів на легованих елементах забезпечують певний діапазон для вибору параметрів зварювального процесу, тобто енергії зварювальної лінії, що дуже вигідно для зварювання.
Термічний цикл: найбільшою особливістю дуплексного зварювання нержавіючої сталі є те, що зварювальний тепловий цикл впливає на структуру зварного з’єднання. Незалежно від того, чи це зварний шов, чи гаряча плівкова зірчаста зона, відбудеться зміна фази, що має великий вплив на характеристики зварного з’єднання. Тому багатошарове і багатопрохідне зварювання є вигідним. Наступні зварні шви мають ефект термічної обробки на попередній зварний шов. Ферит у металі зварного шва далі перетворюється на аустеніт, а аустеніт у зоні термічного впливу, що примикає до зварного шва, також збільшує об’ємну фазу, що може подрібнити зерна фериту та зменшити виділення карбідів і нітридів із кристалів і зерен. кордонів, тим самим значно покращуючи структуру та характеристики всього зварного з’єднання. Через вплив термічного циклу зварювання зварювальні шви, що контактують із середовищем, слід зварювати з дуплексної нержавіючої сталі, що протилежно вимогам до послідовності зварювання аустенітної нержавіючої сталі.
Вплив параметрів процесу: кількість процесів зварювання, тобто енергія лінії зварювання, також відіграє ключову роль у балансі двофазної мікроструктури. Оскільки дуплексна нержавіюча сталь містить 100% фериту за високих температур, якщо енергія лінії надто мала. Якщо швидкість охолодження зони теплового впливу надто висока, надмірна кількість фериту, що виділяється з аустеніту, продовжуватиме існувати під умови переохолодження теплиці. Якщо енергія лінії занадто велика, а швидкість охолодження занадто низька, хоча можна отримати достатню кількість аустеніту, це також призведе до зростання зерна фериту в зоні термічного впливу та випадання шкідливих металевих фаз, рівних 0, що призводить до крихкості з’єднання. . Щоб уникнути вищевказаної ситуації, найкращими заходами є контроль енергії зварювання та міжпрохідної температури та використання присадного металу.
Вплив захисного газу: під час дугового зварювання вольфрамом до газу аргону можна додати 2% азоту, щоб запобігти втраті азоту на поверхні зварного шва через дифузію, що сприяє балансу між феритом і аустенітом.
