V: Pred kratkim smo začeli z delom, ki zahteva, da so nekatere komponente izdelane predvsem iz nerjavečega jekla razreda 304, ki je varjeno samo s seboj in z mehkim jeklom. Pri zvarih med nerjavnim jeklom in nerjavnim jeklom debeline do 3,8 cm smo imeli nekaj težav z razpokami. Omenjeno je bilo, da imamo nizko vsebnost feritov. Ali lahko pojasnite, kaj je to in kako to odpraviti?
A: To je dobro vprašanje. Da, lahko vam pomagamo razumeti, kaj pomeni nizko število feritov in kako to preprečiti.
Najprej si poglejmo definicijo nerjavečega jekla (SS) in kako se ferit nanaša na varjene spoje. Črno jeklo in zlitine vsebujejo več kot 50 % železa. To vključuje vsa ogljikova in nerjavna jekla ter druge opredeljene skupine. Aluminij, baker in titan ne vsebujejo železa, zato so odlični primeri neželeznih zlitin.
Glavni sestavini te zlitine sta ogljikovo jeklo z vsaj 90 % železa in nerjaveče jeklo z 70 do 80 % železa. Da bi se uvrstila med nerjaveče jeklo, mora imeti dodanih vsaj 11,5 % kroma. Ravni kroma nad tem minimalnim pragom spodbujajo nastanek filmov kromovega oksida na jeklenih površinah in preprečujejo nastanek oksidacije, kot sta rja (železov oksid) ali korozija, ki jo povzroča kemični napad.
Nerjaveče jeklo (SS) se v glavnem deli v tri skupine: avstenit, ferit in martenzit. Ime izvira iz kristalne strukture, ki jih sestavlja pri sobni temperaturi. Druga pogosta skupina so dupleksne nerjaveče jeklo, ki so v kristalni strukturi ravnovesje med feritom in avstenitom.
Avstenitne vrste, serija 300, vsebujejo od 16 % do 30 % kroma in od 8 % do 40 % niklja, kar tvori pretežno avstenitno kristalno strukturo. Za spodbujanje nastajanja razmerja med avstenitom in feritom se med postopkom izdelave jekla dodajajo stabilizatorji, kot so nikelj, ogljik, mangan in dušik. Nekatere pogoste vrste so 304, 316 in 347. Ponujajo dobro odpornost proti koroziji; uporabljajo se predvsem v živilski, kemični, farmacevtski in kriogeni industriji. Nadzor nastajanja ferita zagotavlja odlično žilavost pri nizkih temperaturah.
Feritna nerjaveča jekla je razreda serije 400, ki je popolnoma magnetna, vsebuje od 11,5 % do 30 % kroma in ima pretežno feritno kristalno strukturo. Za spodbujanje nastajanja ferita se med proizvodnjo jekla uporabljajo stabilizatorji, kot so krom, silicij, molibden in niobij. Te vrste nerjavečega jekla se pogosto uporabljajo v avtomobilskih izpušnih sistemih in elektrarnah ter imajo omejeno uporabo pri visokih temperaturah. Več pogosto uporabljenih vrst je 405, 409, 430 in 446.
Martenzitne jeklene vrste, ki jih označujemo tudi s serijo 400, kot so 403, 410 in 440, so magnetne, vsebujejo od 11,5 % do 18 % kroma in imajo martenzitno kristalno strukturo. Ta kombinacija ima najnižjo vsebnost zlata, zaradi česar so najcenejše za proizvodnjo. Zagotavljajo določeno odpornost proti koroziji, odlično trdnost in se pogosto uporabljajo v namizni posodi, zobozdravstveni in kirurški opremi, kuhinjski posodi in nekaterih vrstah orodja.
Pri varjenju nerjaveče jeklene pločevine (SS) bosta vrsta substrata in njegova uporaba določila ustrezno dodajno kovino. Če uporabljate postopek zaščite s plinom, boste morda morali biti posebno pozorni na mešanice zaščitnih plinov, da preprečite določene težave, povezane z varjenjem.
Za spajkanje jekla 304 na samo jeklo boste potrebovali elektrodo E308/308L. »L« pomeni nizko vsebnost ogljika, kar pomaga preprečevati medkristalno korozijo. Te elektrode imajo vsebnost ogljika pod 0,03 %; vse, kar je nad to vrednostjo, poveča tveganje, da se ogljik izloči na meje zrn in se združi s kromom, da tvori kromove karbide, kar učinkovito zmanjša korozijsko odpornost jekla. To postane očitno, če pride do korozije v območju toplotnega vpliva (HAZ) varjenih spojev iz nerjavečega jekla. Drug dejavnik pri nerjavnem jeklu razreda L je, da imajo nižjo natezno trdnost pri povišanih obratovalnih temperaturah kot nerjavno jeklo neposredne stopnje.
Ker je 304 avstenitna vrsta nerjaveče jeklene pločevine, bo ustrezna varilna kovina vsebovala večino avstenita. Vendar pa bo elektroda sama vsebovala feritni stabilizator, kot je molibden, ki spodbuja nastanek ferita v varilni kovini. Proizvajalci običajno navedejo tipičen razpon količin ferita za varilno kovino. Kot smo že omenili, je ogljik močan avstenitni stabilizator in zaradi teh razlogov je ključnega pomena preprečiti njegovo dodajanje varilni kovini.
Feritna števila so izpeljana iz Schaefflerjevega diagrama in diagrama WRC-1992, ki za izračun vrednosti uporabljata ekvivalentne formule niklja in kroma, ki pri prikazu na diagramu ustvarijo normalizirano število. Feritno število med 0 in 7 ustreza volumskemu odstotku feritne kristalne strukture, prisotne v varjeni kovini; vendar se pri višjih odstotkih feritno število povečuje hitreje. Ne pozabite, da ferit v nerjavnem jeklu ni enak feritu ogljikovega jekla, temveč faza, imenovana delta ferit. Avstenitno nerjavno jeklo nima faznih transformacij, povezanih s procesi pri visokih temperaturah, kot je toplotna obdelava.
Nastanek ferita je zaželen, ker je bolj duktilen kot avstenit, vendar ga je treba nadzorovati. Nizko število ferita lahko v nekaterih primerih ustvari zvare z odlično korozijsko odpornostjo, vendar je med varjenjem izjemno nagnjeno k vročim razpokam. Za splošne pogoje uporabe mora biti število ferita med 5 in 10, za nekatere primere pa so lahko potrebne nižje ali višje vrednosti. Ferite je mogoče enostavno preveriti na delovnem mestu z uporabo feritnega indikatorja.
Ker ste omenili, da imate težave z razpokami in nizko vsebnostjo ferita, morate natančno pregledati svoj dodajni material in se prepričati, da ima dovolj ferita – približno 8 bi moralo pomagati. Če uporabljate varjenje z obločno polnitvijo s fluksom (FCAW), ti dodajni materiali običajno uporabljajo zaščitni plin s 100 % ogljikovim dioksidom ali mešanico 75 % argona in 25 % CO2, kar lahko povzroči absorpcijo ogljika v zvarni kovini. Morda boste želeli preklopiti na postopek varjenja z obločno polnitvijo s plinom (GMAW) in uporabiti mešanico 98 % argona in 2 % kisika, da zmanjšate možnost absorpcije ogljika.
Za varjenje nerjavečega jekla na ogljikovo jeklo morate uporabiti polnilni material E309L. Ta polnilni material se uporablja posebej za varjenje različnih kovin in po razredčenju ogljikovega jekla v zvaru tvori določeno količino ferita. Ker se nekaj ogljika absorbira v ogljikovo jeklo, se polnilnemu materialu dodajo feritni stabilizatorji, ki preprečujejo nagnjenost ogljika k tvorbi avstenita. To pomaga preprečiti termično razpokanje pri varjenju.
Skratka, če želite odpraviti vroče razpoke na avstenitnih varjenih spojih iz nerjavečega jekla, preverite ustrezno količino feritnega polnila in upoštevajte dobro varilno prakso. Vnos toplote naj bo pod 50 kJ/inch, vzdržujte zmerne do nizke medpasovne temperature in pred spajkanjem zagotovite, da so spajkani spoji brez kakršne koli kontaminacije. Z ustreznim merilnikom preverite količino ferita na varjenem spoju, pri čemer si prizadevajte za 5 do 10.
WELDER, prej Practical Welding Today, predstavlja resnične ljudi, ki izdelujejo izdelke, ki jih uporabljamo in z njimi delamo vsak dan. Ta revija služi varilski skupnosti v Severni Ameriki že več kot 20 let.
Zdaj s polnim dostopom do digitalne izdaje revije The FABRICATOR, enostaven dostop do dragocenih industrijskih virov.
Digitalna izdaja revije The Tube & Pipe Journal je zdaj v celoti dostopna in omogoča enostaven dostop do dragocenih industrijskih virov.
Uživajte v polnem dostopu do digitalne izdaje revije STAMPING Journal, ki ponuja najnovejše tehnološke dosežke, najboljše prakse in novice iz industrije za trg žigosanja kovin.
Zdaj s polnim dostopom do digitalne izdaje revije The Fabricator en Español, enostaven dostop do dragocenih industrijskih virov.