С нержавеющей сталью не обязательно трудно работать, но ее сварка требует особого внимания к деталям. Она не рассеивает тепло, как мягкая сталь или алюминий, и может потерять некоторую коррозионную стойкость, если на нее воздействовать слишком сильно. Передовые методы помогают поддерживать ее коррозионную стойкость. Изображение: Miller Electric
Коррозионная стойкость нержавеющей стали делает ее привлекательным выбором для многих критически важных применений труб, включая производство высокочистых пищевых продуктов и напитков, фармацевтику, сосуды под давлением и нефтехимическую промышленность. Однако этот материал не рассеивает тепло, как мягкая сталь или алюминий, а неправильная сварка может снизить его коррозионную стойкость. Двумя причинами являются слишком большое подводимое тепло и использование неправильного присадочного металла.
Соблюдение некоторых передовых методов сварки нержавеющей стали может помочь улучшить результаты и гарантировать сохранение коррозионной стойкости металла. Кроме того, модернизация процесса сварки может обеспечить повышение производительности 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 повышать производительность сварки и соответствовать требованиям области применения.
Выбирайте присадочные металлы с обозначением «L», например ER308L, поскольку они обеспечивают более низкое максимальное содержание углерода, что помогает поддерживать коррозионную стойкость низкоуглеродистых сплавов нержавеющей стали. Сварка низкоуглеродистого основного металла со стандартными присадочными металлами увеличивает содержание углерода в сварном соединении, что повышает риск коррозии. Избегайте присадочных металлов с маркировкой «H», поскольку они обеспечивают более высокое содержание углерода и предназначены для применений, требующих более высокой прочности при повышенных температурах.
При сварке нержавеющей стали также важно выбирать присадочный металл с низким содержанием следов (также известных как примеси) элементов. Это остаточные элементы в сырье, используемом для изготовления присадочных металлов, включая сурьму, мышьяк, фосфор и серу. Они могут существенно повлиять на коррозионную стойкость материала.
Поскольку нержавеющая сталь очень чувствительна к подводимому теплу, подготовка стыка и правильная сборка играют ключевую роль в контроле нагрева для сохранения свойств материала. Из-за зазоров между деталями или неровной посадки горелка должна оставаться в одном месте дольше, и для заполнения этих зазоров требуется больше присадочного металла. Это может привести к накоплению тепла в затронутой области, что может перегреть деталь. Плохая посадка также может затруднить перекрытие зазора и получение необходимого провара сварного шва. Следите за тем, чтобы детали подходили к нержавеющей стали как можно ближе к идеальному.
Чистота этого материала также очень важна. Даже небольшое количество загрязнений или грязи в сварных соединениях может привести к дефектам, снижающим прочность и коррозионную стойкость конечного продукта. Для очистки основания перед сваркой используйте специальную щетку из нержавеющей стали, которая не использовалась для углеродистой стали или алюминия.
В нержавеющей стали сенсибилизация является основной причиной потери коррозионной стойкости. Это может произойти, когда температура сварки и скорость охлаждения слишком сильно колеблются, изменяя микроструктуру материала.
Этот сварной шов наружного диаметра на трубе из нержавеющей стали, сваренный с использованием GMAW и регулируемого наплавления металла (RMD) без обратной продувки корневого прохода, по внешнему виду и качеству аналогичен сварным швам, выполненным с использованием GTAW с обратной продувкой.
Ключевую роль в коррозионной стойкости нержавеющей стали играет оксид хрома. Но если содержание углерода в сварном шве слишком велико, образуется карбид хрома. Он связывает хром и препятствует образованию желаемого оксида хрома, который придает нержавеющей стали коррозионную стойкость. Если оксида хрома недостаточно, материал не будет обладать желаемыми свойствами, и возникнет коррозия.
Предотвращение сенсибилизации сводится к выбору присадочного металла и контролю подводимого тепла. Как упоминалось ранее, для сварки нержавеющей стали важно выбирать присадочный металл с низким содержанием углерода. Однако иногда углерод требуется для обеспечения прочности в определенных областях применения. Контроль нагрева особенно важен, когда невозможно использовать присадочные металлы с низким содержанием углерода.
Минимизируйте время, в течение которого сварной шов и зона термического влияния 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 соблюдайте температуру между проходами в процессе пайки.
Другим вариантом является использование присадочных металлов, разработанных с использованием легирующих компонентов, таких как титан и ниобий, для предотвращения образования карбида хрома. Поскольку эти компоненты также влияют на прочность и ударную вязкость, эти присадочные металлы не могут использоваться во всех областях применения.
Газовая дуговая сварка вольфрамовым электродом (GTAW) для корневого прохода является традиционным методом сварки труб из нержавеющей стали. Обычно для этого требуется обратная продувка аргоном, чтобы предотвратить окисление на обратной стороне сварного шва. Однако использование процессов сварки проволокой в ​​трубах из нержавеющей стали становится все более распространенным. В этих случаях важно понимать, как различные защитные газы влияют на коррозионную стойкость материала.
При сварке нержавеющей стали методом дуговой сварки металлическим электродом в среде защитного газа (GMAW) традиционно используются аргон и углекислый газ, смесь аргона и кислорода или трехгазовая смесь (гелий, аргон и углекислый газ). Обычно эти смеси содержат в основном аргон или гелий и менее 5% углекислого газа, поскольку углекислый газ поставляет углерод в сварочную ванну и увеличивает риск сенсибилизации. Чистый аргон не рекомендуется для GMAW нержавеющей стали.
Порошковая проволока для сварки нержавеющей стали предназначена для работы с традиционной смесью 75% аргона и 25% углекислого газа. Флюс содержит ингредиенты, предназначенные для предотвращения загрязнения сварного шва углеродом из защитного газа.
По мере развития процессов GMAW сварка труб из нержавеющей стали упростилась. Хотя для некоторых применений по-прежнему могут потребоваться процессы GTAW, усовершенствованные процессы сварки проволокой могут обеспечить аналогичное качество и более высокую производительность во многих применениях нержавеющей стали.
Сварные швы из нержавеющей стали, выполненные методом GMAW RMD, по качеству и внешнему виду аналогичны соответствующим сварным швам наружного диаметра.
Корневой проход с использованием модифицированного процесса сварки GMAW с коротким замыканием, такого как регулируемое наплавление металла (RMD) компании Miller, устраняет обратную продувку в некоторых применениях с аустенитной нержавеющей сталью. За корневым проходом RMD могут следовать заполняющие и покрывающие проходы импульсной сварки GMAW или дуговой сварки порошковой проволокой — изменение, которое экономит время и деньги по сравнению с использованием GTAW с обратной продувкой, особенно на больших трубах.
RMD использует точно контролируемый перенос металла короткими замыканиями для создания спокойной, стабильной дуги и сварочной ванны. Это обеспечивает меньшую вероятность образования холодных наплывов или непровара, меньшее разбрызгивание и более высокое качество корневого прохода трубы. Точно контролируемый перенос металла также обеспечивает равномерное осаждение капель и более легкий контроль сварочной ванны и, следовательно, подвода тепла и скорости сварки.
Нетрадиционные процессы могут повысить производительность сварки. При использовании RMD скорость сварки может составлять от 6 до 12 дюймов/мин. Поскольку процесс повышает производительность без дополнительного нагрева деталей, он помогает сохранить свойства и коррозионную стойкость нержавеющей стали. Сниженное тепловложение процесса также помогает контролировать деформацию подложки.
Этот импульсный процесс GMAW обеспечивает меньшую длину дуги, более узкие конусы дуги и меньший подвод тепла, чем обычный перенос импульсов со струйным переносом. Поскольку процесс является замкнутым, дрейф дуги и изменения расстояния от наконечника до заготовки практически исключаются. Это обеспечивает более легкое управление ванной при сварке на месте и вне его. Наконец, сочетание импульсного GMAW для заполняющего и покрывающего валика с RMD для корневого валика позволяет выполнять процедуру сварки с использованием одной проволоки и одного газа, что исключает время на переналадку процесса.
Tube & Pipe Journal стал первым журналом, посвященным отрасли металлических труб, в 1990 году. Сегодня он остается единственным изданием в Северной Америке, посвященным этой отрасли, и стал самым надежным источником информации для профессионалов в области труб.
Теперь с полным доступом к цифровой версии The FABRICATOR вы можете легко получить доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Электронная версия журнала The Tube & Pipe Journal теперь полностью доступна, обеспечивая легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Воспользуйтесь полным доступом к цифровому изданию журнала STAMPING, в котором представлены новейшие технологические достижения, передовой опыт и отраслевые новости для рынка штамповки металлов.
Теперь с полным доступом к цифровой версии The Fabricator на испанском языке вы получите легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.