Bài viết này của Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. giải thích những điều cần cân nhắc khi chỉ định kim loại phụ để hàn thép không gỉ.
Các khả năng làm cho thép không gỉ trở nên hấp dẫn - khả năng điều chỉnh các tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn và oxy hóa - cũng làm tăng độ phức tạp của việc lựa chọn kim loại phụ thích hợp để hàn.Đối với bất kỳ sự kết hợp vật liệu cơ bản nhất định nào, bất kỳ một trong số các loại điện cực có thể phù hợp, tùy thuộc vào vấn đề chi phí, điều kiện dịch vụ, tính chất cơ học mong muốn và một loạt các vấn đề liên quan đến hàn.
Bài viết này cung cấp nền tảng kỹ thuật cần thiết để người đọc đánh giá được mức độ phức tạp của chủ đề và sau đó trả lời một số câu hỏi phổ biến nhất đối với các nhà cung cấp kim loại phụ.Nó thiết lập các hướng dẫn chung để lựa chọn các kim loại phụ phù hợp cho thép không gỉ - và sau đó giải thích tất cả các trường hợp ngoại lệ đối với các hướng dẫn đó!Bài viết không đề cập đến các quy trình hàn, vì đó là chủ đề của một bài viết khác.
Bốn lớp, nhiều nguyên tố hợp kim
Có bốn loại thép không gỉ chính:
austenit
mactenxit
sắt từ
song công
Tên được bắt nguồn từ cấu trúc tinh thể của thép thường được tìm thấy ở nhiệt độ phòng.Khi thép carbon thấp được nung nóng trên 912 độ C, các nguyên tử của thép được sắp xếp lại từ cấu trúc gọi là ferit ở nhiệt độ phòng thành cấu trúc tinh thể gọi là austenite.Khi làm mát, các nguyên tử trở lại cấu trúc ban đầu của chúng, ferit.Cấu trúc nhiệt độ cao, austenit, không có từ tính, dẻo và có độ bền thấp hơn và độ dẻo lớn hơn dạng ferit ở nhiệt độ phòng.
Khi hơn 16% crom được thêm vào thép, cấu trúc tinh thể ở nhiệt độ phòng, ferit, được ổn định và thép vẫn ở trạng thái ferit ở mọi nhiệt độ.Do đó, tên thép không gỉ ferritic được áp dụng cho cơ sở hợp kim này.Khi hơn 17% crôm và 7% niken được thêm vào thép, cấu trúc tinh thể ở nhiệt độ cao của thép, austenit, được ổn định để nó tồn tại ở mọi nhiệt độ từ nhiệt độ thấp nhất đến gần như nóng chảy.
Thép không gỉ Austenitic thường được gọi là loại 'crôm-niken', còn thép mactenxit và thép ferritic thường được gọi là loại 'crom thẳng'.Một số nguyên tố hợp kim được sử dụng trong thép không gỉ và kim loại hàn hoạt động như chất ổn định austenit và những nguyên tố khác như chất ổn định ferit.Các chất ổn định austenit quan trọng nhất là niken, cacbon, mangan và nitơ.Các chất ổn định ferrite là crom, silicon, molypden và niobi.Việc cân bằng các nguyên tố hợp kim sẽ kiểm soát lượng ferit trong kim loại mối hàn.
Các lớp Austenitic được hàn dễ dàng và thỏa đáng hơn so với các lớp chứa ít hơn 5% niken.Các mối hàn được sản xuất bằng thép không gỉ austenit rất chắc chắn, dễ uốn và dẻo dai trong điều kiện hàn của chúng.Chúng thường không yêu cầu xử lý nhiệt trước hoặc sau khi hàn.Các lớp Austenitic chiếm khoảng 80% thép không gỉ được hàn và bài viết giới thiệu này tập trung chủ yếu vào chúng.
Bảng 1: Các loại thép không gỉ và hàm lượng crôm và niken của chúng.
bắt đầu{c,80%}
thead{Type|% Chromium|% Nickel|Types}
tdata{Austenitic|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Martensitic|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tdata{Ferritic|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Song công|18 - 28%|4 - 8%|2205}
có khuynh hướng{}
Làm thế nào để chọn đúng kim loại phụ không gỉ
Nếu vật liệu cơ bản trong cả hai tấm giống nhau, nguyên tắc hướng dẫn ban đầu được sử dụng là 'Bắt đầu bằng cách kết hợp vật liệu cơ bản.'Điều đó hoạt động tốt trong một số trường hợp;để nhập Loại 310 hoặc 316, chọn Loại phụ tương ứng.
Để nối các vật liệu khác nhau, hãy làm theo nguyên tắc hướng dẫn sau: 'chọn chất độn phù hợp với vật liệu có độ hợp kim cao hơn.'Để nối 304 thành 316, hãy chọn bộ đệm 316.
Thật không may, 'quy tắc phù hợp' có quá nhiều ngoại lệ nên một nguyên tắc tốt hơn là Tham khảo bảng lựa chọn kim loại phụ.Ví dụ, Loại 304 là vật liệu cơ bản bằng thép không gỉ phổ biến nhất, nhưng không ai cung cấp điện cực Loại 304.
Cách hàn Inox 304 không dùng điện cực Type 304
Để hàn Inox 304, hãy sử dụng chất độn Type 308, vì các nguyên tố hợp kim bổ sung trong Inox 308 sẽ ổn định vùng hàn tốt hơn.
Tuy nhiên, 308L cũng là một chất độn có thể chấp nhận được.Ký hiệu 'L' sau bất kỳ Loại nào cho biết hàm lượng carbon thấp.Loại không gỉ Loại 3XXL có hàm lượng carbon từ 0,03% trở xuống, trong khi loại không gỉ Loại 3XX tiêu chuẩn có thể có hàm lượng carbon tối đa là 0,08%.
Do chất độn Loại L nằm trong cùng phân loại với sản phẩm không phải L, nên các nhà chế tạo có thể và nên cân nhắc kỹ lưỡng việc sử dụng chất độn Loại L vì hàm lượng carbon thấp hơn làm giảm nguy cơ xảy ra các vấn đề ăn mòn giữa các hạt.Trên thực tế, các tác giả cho rằng chất độn Loại L sẽ được sử dụng rộng rãi hơn nếu các nhà chế tạo chỉ cần cập nhật quy trình của họ.
Các nhà chế tạo sử dụng quy trình GMAW cũng có thể cân nhắc sử dụng chất độn Loại 3XXSi, vì việc bổ sung silicon giúp cải thiện tình trạng ẩm ướt.Trong các tình huống khi mối hàn có đỉnh cao hoặc gồ ghề, hoặc khi vũng hàn không ăn khớp tốt ở các chân của mối hàn góc hoặc mối nối chồng, sử dụng điện cực GMAW loại Si có thể làm phẳng mép hàn và thúc đẩy sự hợp nhất tốt hơn.
Nếu đáng lo ngại về kết tủa cacbua, hãy xem xét chất độn Loại 347 , có chứa một lượng nhỏ niobi.
Làm thế nào để hàn thép không gỉ với thép carbon
Tình trạng này xảy ra trong các ứng dụng mà một phần của cấu trúc yêu cầu mặt ngoài chống ăn mòn được nối với một bộ phận kết cấu thép carbon để giảm chi phí.Khi nối vật liệu cơ bản không có nguyên tố hợp kim với vật liệu cơ bản có nguyên tố hợp kim, hãy sử dụng chất độn quá hợp kim để độ pha loãng trong kim loại mối hàn cân bằng hoặc có tính hợp kim cao hơn kim loại cơ bản không gỉ.
Để nối thép cacbon với Loại 304 hoặc 316, cũng như để nối các loại thép không gỉ khác nhau, hãy cân nhắc sử dụng điện cực Loại 309L cho hầu hết các ứng dụng.Nếu muốn có hàm lượng Cr cao hơn, hãy xem xét Loại 312.
Như một lưu ý cảnh báo, thép không gỉ austenit thể hiện tốc độ giãn nở lớn hơn khoảng 50% so với thép cacbon.Khi được nối với nhau, các tốc độ giãn nở khác nhau có thể gây nứt do ứng suất bên trong trừ khi sử dụng điện cực và quy trình hàn thích hợp.
Sử dụng các quy trình làm sạch chuẩn bị mối hàn chính xác
Cũng như các kim loại khác, trước tiên hãy loại bỏ dầu, mỡ, vết đánh dấu và bụi bẩn bằng dung môi không chứa clo.Sau đó, quy tắc chính của việc chuẩn bị mối hàn không gỉ là 'Tránh nhiễm bẩn từ thép cacbon để tránh ăn mòn.'Một số công ty sử dụng các tòa nhà riêng biệt cho 'cửa hàng không gỉ' và 'cửa hàng carbon' của họ để ngăn ngừa ô nhiễm chéo.
Chỉ định bánh mài và bàn chải không gỉ là 'chỉ thép không gỉ' khi chuẩn bị các cạnh để hàn.Một số thủ tục yêu cầu làm sạch hai inch trở lại từ khớp.Chuẩn bị chung cũng quan trọng hơn, vì việc bù đắp cho sự không nhất quán với thao tác điện cực khó hơn so với thép cacbon.
Sử dụng đúng quy trình làm sạch sau hàn để tránh rỉ sét
Để bắt đầu, hãy nhớ điều gì làm cho thép không gỉ không gỉ: phản ứng của crom với oxy để tạo thành một lớp oxit crom bảo vệ trên bề mặt vật liệu.Gỉ không gỉ do kết tủa cacbua (xem bên dưới) và do quá trình hàn làm nóng kim loại mối hàn đến mức có thể hình thành oxit ferit trên bề mặt mối hàn.Để nguyên trong điều kiện hàn như nguyên bản, một mối hàn hoàn hảo có thể xuất hiện 'dấu vết rỉ sét trên toa xe' ở ranh giới của vùng bị ảnh hưởng nhiệt trong vòng chưa đầy 24 giờ.
Để một lớp crom oxit tinh khiết mới có thể tái tạo đúng cách, thép không gỉ cần được làm sạch sau khi hàn bằng cách đánh bóng, tẩy, mài hoặc chải.Một lần nữa, sử dụng máy mài và bàn chải dành riêng cho công việc.
Tại sao dây hàn inox có từ tính?
Thép không gỉ austenit hoàn toàn không có từ tính.Tuy nhiên, nhiệt độ hàn tạo ra một hạt tương đối lớn trong cấu trúc vi mô, dẫn đến mối hàn nhạy cảm với vết nứt.Để giảm thiểu độ nhạy cảm với nứt nóng, các nhà sản xuất điện cực thêm các nguyên tố hợp kim, bao gồm cả ferit.Pha ferrite làm cho các hạt austenit mịn hơn nhiều, do đó mối hàn trở nên chống nứt tốt hơn.
Một nam châm sẽ không dính vào một cuộn chất độn không gỉ austenit, nhưng một người cầm nam châm có thể cảm thấy lực kéo nhẹ do ferit được giữ lại.Thật không may, điều này khiến một số người dùng nghĩ rằng sản phẩm của họ đã bị dán nhãn sai hoặc họ đang sử dụng sai kim loại phụ (đặc biệt nếu họ xé nhãn ra khỏi giỏ dây).
Lượng ferit chính xác trong một điện cực phụ thuộc vào nhiệt độ sử dụng của ứng dụng.Ví dụ, quá nhiều ferit làm cho mối hàn mất đi độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp.Do đó, chất độn Loại 308 cho ứng dụng đường ống LNG có số ferit từ 3 đến 6, so với số ferit là 8 đối với chất độn Loại 308 tiêu chuẩn.Nói tóm lại, các kim loại phụ ban đầu có vẻ giống nhau, nhưng những khác biệt nhỏ trong thành phần là rất quan trọng.
Có một cách dễ dàng để hàn thép không gỉ duplex?
Thông thường, thép không gỉ song công có cấu trúc vi mô bao gồm khoảng 50% ferit và 50% austenit.Nói một cách đơn giản, ferrite cung cấp độ bền cao và một số khả năng chống nứt do ăn mòn do ứng suất trong khi austenite cung cấp độ dẻo dai tốt.Hai giai đoạn kết hợp mang lại cho thép song công những đặc tính hấp dẫn của chúng.Có sẵn nhiều loại thép không gỉ song công, phổ biến nhất là Loại 2205;cái này chứa 22% crom, 5% niken, 3% molypden và 0,15% nitơ.
Khi hàn thép không gỉ song công, các vấn đề có thể phát sinh nếu kim loại mối hàn có quá nhiều ferit (nhiệt từ hồ quang làm cho các nguyên tử tự sắp xếp trong một ma trận ferit).Để bù lại, các kim loại phụ cần thúc đẩy cấu trúc austenit với hàm lượng hợp kim cao hơn, thường là niken nhiều hơn từ 2 đến 4% so với kim loại cơ bản.Ví dụ, dây lõi thuốc dùng để hàn Loại 2205 có thể có 8,85% niken.
Hàm lượng ferit mong muốn có thể nằm trong khoảng từ 25 đến 55% sau khi hàn (nhưng có thể cao hơn).Lưu ý rằng tốc độ nguội phải đủ chậm để cho phép austenit tái tạo, nhưng không quá chậm để tạo ra các pha liên kim loại, cũng không quá nhanh để tạo ra ferit thừa trong vùng ảnh hưởng nhiệt.Thực hiện theo các quy trình khuyến nghị của nhà sản xuất đối với quy trình hàn và kim loại phụ đã chọn.
Điều chỉnh các thông số khi hàn inox
Đối với các nhà chế tạo thường xuyên điều chỉnh các thông số (điện áp, cường độ dòng điện, độ dài hồ quang, độ tự cảm, độ rộng xung, v.v.) khi hàn thép không gỉ, thủ phạm điển hình là thành phần kim loại phụ không nhất quán.Do tầm quan trọng của các nguyên tố hợp kim, sự thay đổi giữa các lô trong thành phần hóa học có thể có ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu suất của mối hàn, chẳng hạn như khả năng thấm ướt kém hoặc khó giải phóng xỉ.Các biến thể về đường kính điện cực, độ sạch bề mặt, đúc và xoắn cũng ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng GMAW và FCAW.
Kiểm soát kết tủa cacbua kiểm soát trong thép không gỉ austenit
Ở nhiệt độ trong khoảng 426-871degC, hàm lượng carbon vượt quá 0,02% di chuyển đến ranh giới hạt của cấu trúc austenit, nơi nó phản ứng với crom để tạo thành cacbua crom.Nếu crom được liên kết với carbon, nó không có khả năng chống ăn mòn.Khi tiếp xúc với môi trường ăn mòn, kết quả ăn mòn giữa các hạt, cho phép ranh giới hạt bị ăn mòn.
Để kiểm soát kết tủa cacbua, hãy giữ hàm lượng cacbon càng thấp càng tốt (tối đa 0,04%) bằng cách hàn bằng điện cực cacbon thấp.Carbon cũng có thể được liên kết bởi niobi (trước đây là columbium) và titan, những chất có ái lực với carbon mạnh hơn crom.Các điện cực loại 347 được chế tạo cho mục đích này.
Làm thế nào để chuẩn bị cho một cuộc thảo luận về lựa chọn kim loại phụ
Ở mức tối thiểu, hãy thu thập thông tin về mục đích sử dụng cuối cùng của bộ phận hàn, bao gồm môi trường sử dụng (đặc biệt là nhiệt độ vận hành, tiếp xúc với các yếu tố ăn mòn và mức độ chống ăn mòn dự kiến) và tuổi thọ sử dụng mong muốn.Thông tin về các đặc tính cơ học cần thiết ở các điều kiện vận hành giúp ích rất nhiều, bao gồm độ bền, độ dai, độ dẻo và độ mỏi.
Hầu hết các nhà sản xuất điện cực hàng đầu đều cung cấp sách hướng dẫn lựa chọn kim loại phụ và các tác giả không thể quá nhấn mạnh điểm này: hãy tham khảo hướng dẫn ứng dụng kim loại phụ hoặc liên hệ với các chuyên gia kỹ thuật của nhà sản xuất.Họ ở đó để giúp chọn đúng điện cực thép không gỉ.
Để biết thêm thông tin về kim loại phụ thép không gỉ của TYUE và để liên hệ với các chuyên gia của công ty để được tư vấn, hãy truy cập www.tyuelec.com.
Thời gian đăng bài: 23-Dec-2022