Нержавеющая сталь не обязательно сложна в обработке, но сварка требует тщательного внимания к деталям. Она не рассеивает тепло так, как низкоуглеродистая сталь или алюминий, и может потерять часть коррозионной стойкости, если подвергнуть её слишком сильному нагреву. Соблюдение передовых методов помогает сохранить её коррозионную стойкость. Изображение: Miller Electric
Коррозионная стойкость нержавеющей стали делает ее привлекательным выбором для многих ответственных применений труб, включая высокочистые пищевые продукты и напитки, фармацевтическую промышленность, сосуды под давлением и нефтехимию. Однако этот материал не рассеивает тепло так, как низкоуглеродистая сталь или алюминий, и неправильная сварка может снизить его коррозионную стойкость. Две основные причины — чрезмерный нагрев и использование неподходящего присадочного металла.
Соблюдение ряда передовых методов сварки нержавеющей стали может помочь улучшить результаты и обеспечить сохранение коррозионной стойкости металла. Кроме того, модернизация процесса сварки может повысить производительность без ущерба для качества.
При сварке нержавеющей стали выбор присадочного металла имеет решающее значение для контроля содержания углерода. Присадочные металлы, используемые для сварки труб из нержавеющей стали, должны улучшать качество сварного шва и соответствовать требованиям применения.
Ищите присадочные материалы с обозначением «L», например, ER308L, поскольку они обеспечивают более низкое максимальное содержание углерода, что помогает поддерживать коррозионную стойкость низкоуглеродистых нержавеющих сплавов. Сварка низкоуглеродистого основного металла стандартными присадочными материалами увеличивает содержание углерода в сварном шве, повышая риск коррозии. Избегайте присадочных материалов с маркировкой «H», поскольку они обеспечивают более высокое содержание углерода и предназначены для применений, требующих большей прочности при повышенных температурах.
При сварке нержавеющей стали также важно выбирать присадочный металл с низким содержанием примесей (также известных как следовые количества) элементов. Это остаточные элементы в сырье, используемом для производства присадочных металлов, включая сурьму, мышьяк, фосфор и серу. Они могут значительно повлиять на коррозионную стойкость материала.
Поскольку нержавеющая сталь очень чувствительна к тепловому воздействию, подготовка шва и правильная сборка играют ключевую роль в контроле температуры для сохранения свойств материала. Из-за зазоров между деталями или неравномерной подгонки горелка должна дольше оставаться на одном месте, и для заполнения этих зазоров требуется больше присадочного металла. Это может привести к накоплению тепла в затронутой области, что может перегреть деталь. Некачественная подгонка также может затруднить перекрытие зазора и получение необходимого проплавления сварного шва. Необходимо убедиться, что детали максимально точно подходят к нержавеющей стали.
Чистота этого материала также очень важна. Даже небольшое количество загрязнений или грязи в сварных швах может вызвать дефекты, снижающие прочность и коррозионную стойкость конечного изделия. Для очистки подложки перед сваркой используйте специальную щетку из нержавеющей стали, которая не использовалась для углеродистой стали или алюминия.
В случае нержавеющей стали основной причиной потери коррозионной стойкости является сенсибилизация. Это может произойти, когда температура сварки и скорость охлаждения слишком сильно колеблются, изменяя микроструктуру материала.
Этот наружный сварной шов на трубе из нержавеющей стали, выполненный методом GMAW с регулируемым наплавлением металла (RMD) без обратной промывки корневого шва, по внешнему виду и качеству аналогичен сварным швам, выполненным методом GTAW с обратной промывкой.
Ключевым элементом коррозионной стойкости нержавеющей стали является оксид хрома. Но если содержание углерода в сварном шве слишком высокое, образуется карбид хрома. Он связывает хром и предотвращает образование необходимого оксида хрома, который обеспечивает коррозионную стойкость нержавеющей стали. Если оксида хрома недостаточно, материал не будет обладать желаемыми свойствами, и начнётся коррозия.
Предотвращение сенсибилизации сводится к выбору присадочного металла и контролю подводимой температуры. Как уже упоминалось, для сварки нержавеющей стали важно выбирать низкоуглеродистый присадочный металл. Однако углерод иногда необходим для обеспечения прочности в определенных областях применения. Контроль температуры особенно важен, когда использование низкоуглеродистых присадочных металлов невозможно.
Сведите к минимуму время, в течение которого сварной шов и зона термического воздействия остаются при повышенных температурах — обычно это от 950 до 1500 градусов по Фаренгейту (от 500 до 800 градусов по Цельсию). Чем меньше времени пайка находится в этом диапазоне, тем меньше тепла она выделяет. Всегда проверяйте и наблюдайте температуру между проходами в процессе пайки.
Другой вариант — использование присадочных металлов, содержащих легирующие компоненты, такие как титан и ниобий, для предотвращения образования карбида хрома. Однако, поскольку эти компоненты также влияют на прочность и ударную вязкость, такие присадочные металлы не могут использоваться во всех областях применения.
Традиционным методом сварки труб из нержавеющей стали является дуговая сварка вольфрамовым электродом в защитной газовой среде (GTAW) для корневого шва. Обычно это требует обратной продувки аргоном для предотвращения окисления на обратной стороне сварного шва. Однако использование сварки проволокой в ​​сварке труб из нержавеющей стали становится все более распространенным. В таких случаях важно понимать, как различные защитные газы влияют на коррозионную стойкость материала.
При сварке нержавеющей стали методом газодуговой сварки (GMAW) традиционно используются аргон и диоксид углерода, смесь аргона и кислорода или трехкомпонентная газовая смесь (гелий, аргон и диоксид углерода). Как правило, эти смеси содержат в основном аргон или гелий и менее 5% диоксида углерода, поскольку диоксид углерода вносит углерод в сварочную ванну и увеличивает риск сенсибилизации. Использование чистого аргона для сварки нержавеющей стали методом GMAW не рекомендуется.
Порошковая проволока для сварки нержавеющей стали предназначена для работы с традиционной смесью 75% аргона и 25% диоксида углерода. Флюс содержит компоненты, предназначенные для предотвращения загрязнения сварного шва углеродом из защитного газа.
По мере развития технологий сварки GMAW, они упростили сварку труб и труб из нержавеющей стали. Хотя для некоторых применений по-прежнему могут потребоваться технологии GTAW, передовые технологии сварки проволокой могут обеспечить аналогичное качество и более высокую производительность во многих областях применения нержавеющей стали.
Внутренние сварные швы из нержавеющей стали, выполненные методом GMAW RMD, по качеству и внешнему виду аналогичны соответствующим наружным сварным швам.
Корневой шов, выполненный с использованием модифицированного процесса сварки GMAW с коротким замыканием, такого как регулируемое осаждение металла (RMD) по Миллеру, исключает обратную продувку в некоторых случаях сварки аустенитной нержавеющей стали. После корневого шва RMD можно выполнить заполняющие и заглушающие швы импульсной сваркой GMAW или дуговой сваркой порошковой проволокой — это позволяет сэкономить время и деньги по сравнению с использованием сварки GTAW с обратной продувкой, особенно на трубах большего диаметра.
В технологии RMD используется точно контролируемый перенос металла по короткому замыканию для получения спокойной, стабильной дуги и сварочной ванны. Это снижает вероятность образования холодных нахлестов или неполного проплавления, уменьшает разбрызгивание и обеспечивает более высокое качество корневого шва трубы. Точно контролируемый перенос металла также обеспечивает равномерное осаждение капель, что облегчает контроль сварочной ванны и, следовательно, подвод тепла и скорость сварки.
Нестандартные процессы могут повысить производительность сварки. При использовании RMD скорость сварки может составлять от 6 до 12 дюймов/мин. Поскольку этот процесс повышает производительность без дополнительного нагрева деталей, он помогает сохранить свойства и коррозионную стойкость нержавеющей стали. Сниженное тепловое воздействие процесса также помогает контролировать деформацию подложки.
Этот импульсный процесс сварки GMAW обеспечивает меньшую длину дуги, более узкий конус дуги и меньший подвод тепла, чем традиционная импульсная сварка распылением. Поскольку процесс является замкнутым контуром, дрейф дуги и колебания расстояния от наконечника до заготовки практически исключены. Это обеспечивает более простой контроль сварочной ванны как при сварке на месте, так и вне его. Наконец, сочетание импульсной сварки GMAW для заполняющего и покрывающего валика с RMD для корневого валика позволяет выполнять сварочную процедуру с использованием одной проволоки и одного газа, исключая время переналадки процесса.
Журнал Tube & Pipe Journal стал первым изданием, посвященным индустрии металлических труб, в 1990 году. Сегодня он остается единственным изданием в Северной Америке, посвященным этой отрасли, и стал самым надежным источником информации для специалистов в области трубопроводов.
Теперь, благодаря полному доступу к цифровой версии журнала The FABRICATOR, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Цифровая версия журнала The Tube & Pipe Journal теперь полностью доступна, обеспечивая легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Получите полный доступ к цифровой версии журнала STAMPING Journal, в котором представлены последние технологические достижения, лучшие практики и новости отрасли для рынка штамповки металла.
Теперь, благодаря полному доступу к цифровой версии журнала The Fabricator en Español, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.