Artikel daripada Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. ini menerangkan perkara yang perlu dipertimbangkan apabila menentukan logam pengisi untuk mengimpal keluli tahan karat.
Keupayaan yang menjadikan keluli tahan karat begitu menarik - keupayaan untuk menyesuaikan sifat mekanikalnya dan ketahanan terhadap kakisan dan pengoksidaan - juga meningkatkan kerumitan memilih logam pengisi yang sesuai untuk kimpalan.Untuk sebarang kombinasi bahan asas tertentu, mana-mana satu daripada beberapa jenis elektrod mungkin sesuai, bergantung pada isu kos, keadaan perkhidmatan, sifat mekanikal yang dikehendaki dan pelbagai isu berkaitan kimpalan.
Artikel ini menyediakan latar belakang teknikal yang diperlukan untuk memberi pembaca penghargaan untuk kerumitan topik dan kemudian menjawab beberapa soalan yang paling biasa ditanya kepada pembekal logam pengisi.Ia menetapkan garis panduan am untuk memilih logam pengisi keluli tahan karat yang sesuai - dan kemudian menerangkan semua pengecualian kepada garis panduan tersebut!Artikel itu tidak merangkumi prosedur kimpalan, kerana itu adalah topik untuk artikel lain.
Empat gred, banyak unsur pengaloian
Terdapat empat kategori utama keluli tahan karat:
austenit
martensitik
ferit
Dupleks
Nama-nama itu diperoleh daripada struktur kristal keluli yang biasanya ditemui pada suhu bilik.Apabila keluli karbon rendah dipanaskan melebihi 912degC, atom keluli disusun semula daripada struktur yang dipanggil ferit pada suhu bilik kepada struktur kristal yang dipanggil austenit.Apabila disejukkan, atom kembali ke struktur asalnya, ferit.Struktur suhu tinggi, austenit, adalah bukan magnetik, plastik dan mempunyai kekuatan yang lebih rendah dan kemuluran yang lebih besar daripada bentuk suhu bilik ferit.
Apabila lebih daripada 16% kromium ditambah kepada keluli, struktur kristal suhu bilik, ferit, menjadi stabil dan keluli kekal dalam keadaan ferit pada semua suhu.Oleh itu, nama keluli tahan karat ferit digunakan pada asas aloi ini.Apabila lebih daripada 17% kromium dan 7% nikel ditambah kepada keluli, struktur kristal suhu tinggi keluli, austenit, distabilkan supaya ia berterusan pada semua suhu dari yang paling rendah hingga hampir cair.
Keluli tahan karat austenit biasanya dirujuk sebagai jenis 'krom-nikel', dan keluli martensit dan ferit biasanya dipanggil jenis 'krom lurus'.Unsur pengaloian tertentu yang digunakan dalam keluli tahan karat dan logam kimpalan berkelakuan sebagai penstabil austenit dan lain-lain sebagai penstabil ferit.Penstabil austenit yang paling penting ialah nikel, karbon, mangan dan nitrogen.Penstabil ferit ialah kromium, silikon, molibdenum dan niobium.Mengimbangi unsur mengaloi mengawal kuantiti ferit dalam logam kimpalan.
Gred Austenit lebih mudah dan memuaskan dikimpal daripada gred yang mengandungi kurang daripada 5% nikel.Sambungan kimpalan yang dihasilkan dalam keluli tahan karat austenit adalah kuat, mulur dan lasak dalam keadaan dikimpal.Mereka biasanya tidak memerlukan rawatan haba prapanas atau selepas kimpalan.Gred Austenit menyumbang kira-kira 80% daripada keluli tahan karat yang dikimpal, dan artikel pengenalan ini banyak menumpukan padanya.
Jadual 1: Jenis keluli tahan karat dan kandungan kromium dan nikelnya.
tstart{c,80%}
thead{Jenis|% Chromium|% Nikel|Jenis}
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{Dupleks|18 - 28%|4 - 8%|2205}
cenderung{}
Bagaimana untuk memilih logam pengisi tahan karat yang betul
Jika bahan asas dalam kedua-dua plat adalah sama, prinsip panduan asal dahulu ialah, 'Mulakan dengan memadankan bahan asas.'Itu berfungsi dengan baik dalam beberapa kes;untuk menyertai Jenis 310 atau 316, pilih Jenis pengisi yang sepadan.
Untuk menggabungkan bahan yang berbeza, ikut prinsip panduan ini: 'pilih pengisi untuk dipadankan dengan bahan yang lebih beraloi tinggi.'Untuk menyertai 304 hingga 316, pilih pengisi 316.
Malangnya, 'peraturan perlawanan' mempunyai banyak pengecualian sehingga prinsip yang lebih baik ialah, Rujuk jadual pemilihan logam pengisi.Sebagai contoh, Jenis 304 ialah bahan asas keluli tahan karat yang paling biasa, tetapi tiada siapa yang menawarkan elektrod Jenis 304.
Cara kimpalan tahan karat Jenis 304 tanpa elektrod Jenis 304
Untuk mengimpal tahan karat Jenis 304, gunakan pengisi Jenis 308, kerana unsur pengaloian tambahan dalam Jenis 308 akan menstabilkan kawasan kimpalan dengan lebih baik.
Walau bagaimanapun, 308L juga merupakan pengisi yang boleh diterima.Penamaan 'L' selepas mana-mana Jenis menunjukkan kandungan karbon rendah.Tahan karat Jenis 3XXL mempunyai kandungan karbon 0.03% atau kurang, manakala tahan karat Jenis 3XX standard boleh mempunyai kandungan karbon maksimum 0.08%.
Oleh kerana pengisi Jenis L termasuk dalam klasifikasi yang sama seperti produk bukan L, fabrikasi boleh, dan harus mempertimbangkan dengan teliti, menggunakan pengisi Jenis L kerana kandungan karbon yang lebih rendah mengurangkan risiko masalah kakisan antara butiran.Malah, penulis berpendapat pengisi Jenis L akan digunakan secara lebih meluas jika fabrikasi hanya mengemas kini prosedur mereka.
Fabrikasi yang menggunakan proses GMAW juga mungkin ingin mempertimbangkan untuk menggunakan pengisi Jenis 3XXSi, kerana penambahan silikon menambah baik kelembapan keluar.Dalam situasi di mana kimpalan mempunyai mahkota yang tinggi atau kasar, atau di mana lopak kimpalan tidak diikat dengan baik pada jari kaki fillet atau sambungan pusingan, menggunakan elektrod Si Type GMAW boleh melicinkan manik kimpalan dan menggalakkan gabungan yang lebih baik.
Jika pemendakan karbida menjadi kebimbangan, pertimbangkan pengisi Jenis 347 , yang mengandungi sejumlah kecil niobium.
Cara mengimpal keluli tahan karat kepada keluli karbon
Keadaan ini berlaku dalam aplikasi di mana satu bahagian struktur memerlukan muka luar tahan kakisan yang disambungkan kepada elemen struktur keluli karbon untuk mengurangkan kos.Apabila mencantumkan bahan asas tanpa unsur pengaloian kepada bahan asas dengan unsur pengaloian, gunakan pengisi aloi lebih supaya pencairan dalam baki logam kimpalan atau lebih beraloi tinggi daripada logam asas tahan karat.
Untuk menyambung keluli karbon ke Jenis 304 atau 316, serta untuk menyambung keluli tahan karat yang berbeza, pertimbangkan elektrod Jenis 309L untuk kebanyakan aplikasi.Jika kandungan Cr yang lebih tinggi dikehendaki, pertimbangkan Jenis 312.
Sebagai nota amaran, keluli tahan karat austenit mempamerkan kadar pengembangan yang kira-kira 50 peratus lebih besar daripada keluli karbon.Apabila dicantumkan, kadar pengembangan yang berbeza boleh menyebabkan keretakan disebabkan oleh tegasan dalaman melainkan elektrod dan prosedur kimpalan yang betul digunakan.
Gunakan prosedur pembersihan penyediaan kimpalan yang betul
Seperti logam lain, mula-mula keluarkan minyak, gris, tanda dan kotoran dengan pelarut tidak berklorin.Selepas itu, peraturan utama penyediaan kimpalan tahan karat ialah 'Elakkan pencemaran daripada keluli karbon untuk mengelakkan kakisan.'Sesetengah syarikat menggunakan bangunan berasingan untuk 'kedai tahan karat' dan 'kedai karbon' mereka untuk mengelakkan pencemaran silang.
Tentukan roda pengisar dan berus tahan karat sebagai 'tahan karat sahaja' apabila menyediakan tepi untuk kimpalan.Sesetengah prosedur memerlukan pembersihan dua inci ke belakang dari sendi.Penyediaan bersama juga lebih kritikal, kerana mengimbangi ketidakkonsistenan dengan manipulasi elektrod adalah lebih sukar daripada keluli karbon.
Gunakan prosedur pembersihan selepas kimpalan yang betul untuk mengelakkan karat
Untuk memulakan, ingat apa yang menjadikan keluli tahan karat: tindak balas kromium dengan oksigen untuk membentuk lapisan pelindung kromium oksida pada permukaan bahan.Berkarat tahan karat kerana pemendakan karbida (lihat di bawah) dan kerana proses kimpalan memanaskan logam kimpalan ke titik di mana oksida ferit boleh terbentuk pada permukaan kimpalan.Dibiarkan dalam keadaan seperti dikimpal, kimpalan bunyi yang sempurna mungkin menunjukkan 'jejak gerabak berkarat' di sempadan zon terjejas haba dalam masa kurang daripada 24 jam.
Supaya lapisan baharu kromium oksida tulen boleh diubahsuai dengan betul, keluli tahan karat memerlukan pembersihan selepas kimpalan dengan menggilap, memenjeru, mengisar atau memberus.Sekali lagi, gunakan pengisar dan berus khusus untuk tugas itu.
Mengapa wayar kimpalan keluli tahan karat magnet?
Keluli tahan karat austenitik sepenuhnya bukan magnet.Walau bagaimanapun, suhu kimpalan menghasilkan butiran yang agak besar dalam struktur mikro, yang mengakibatkan kimpalan menjadi sensitif retak.Untuk mengurangkan kepekaan kepada keretakan panas, pengeluar elektrod menambah unsur pengaloian, termasuk ferit.Fasa ferit menyebabkan butiran austenit menjadi lebih halus, jadi kimpalan menjadi lebih tahan retak.
Magnet tidak akan melekat pada gelendong pengisi tahan karat austenit, tetapi seseorang yang memegang magnet mungkin merasakan sedikit tarikan kerana ferit yang tertahan.Malangnya, ini menyebabkan sesetengah pengguna berfikir bahawa produk mereka telah disalah label atau mereka menggunakan logam pengisi yang salah (terutamanya jika mereka mengoyakkan label dari bakul wayar).
Jumlah ferit yang betul dalam elektrod bergantung pada suhu perkhidmatan aplikasi.Sebagai contoh, terlalu banyak ferit menyebabkan kimpalan kehilangan keliatannya pada suhu rendah.Oleh itu, pengisi Jenis 308 untuk aplikasi paip LNG mempunyai nombor ferit antara 3 dan 6, berbanding dengan nombor ferit 8 untuk pengisi Jenis 308 standard.Ringkasnya, logam pengisi mungkin kelihatan serupa pada mulanya, tetapi perbezaan kecil dalam komposisi adalah penting.
Adakah terdapat cara mudah untuk mengimpal keluli tahan karat dupleks?
Biasanya, keluli tahan karat dupleks mempunyai struktur mikro yang terdiri daripada kira-kira 50% ferit dan 50% austenit.Secara ringkas, ferit memberikan kekuatan tinggi dan beberapa rintangan kepada retak kakisan tegasan manakala austenit memberikan keliatan yang baik.Kedua-dua fasa dalam kombinasi memberikan keluli dupleks sifat menarik mereka.Pelbagai jenis keluli tahan karat dupleks boleh didapati, dengan yang paling biasa ialah Jenis 2205;ini mengandungi 22% kromium, 5% nikel, 3% molibdenum dan 0.15% nitrogen.
Apabila mengimpal keluli tahan karat dupleks, masalah boleh timbul jika logam kimpalan mempunyai terlalu banyak ferit (haba daripada arka menyebabkan atom menyusun diri mereka dalam matriks ferit).Untuk mengimbangi, logam pengisi perlu menggalakkan struktur austenit dengan kandungan aloi yang lebih tinggi, biasanya 2 hingga 4% lebih nikel daripada logam asas.Contohnya, wayar berteras fluks untuk kimpalan Jenis 2205 mungkin mempunyai 8.85% nikel.
Kandungan ferit yang dikehendaki boleh berkisar antara 25 hingga 55% selepas kimpalan (tetapi boleh lebih tinggi).Ambil perhatian bahawa kadar penyejukan mestilah cukup perlahan untuk membolehkan austenit berubah, tetapi tidak begitu perlahan untuk mencipta fasa antara logam, atau terlalu cepat untuk mencipta lebihan ferit dalam zon terjejas haba.Ikuti prosedur yang disyorkan pengilang untuk proses kimpalan dan logam pengisi yang dipilih.
Pelarasan parameter apabila mengimpal keluli tahan karat
Bagi fabrikasi yang sentiasa melaraskan parameter (voltan, amperage, panjang arka, kearuhan, lebar nadi, dll) apabila mengimpal keluli tahan karat, penyebab biasa ialah komposisi logam pengisi yang tidak konsisten.Memandangkan kepentingan unsur mengaloi, variasi lot-ke-lot dalam komposisi kimia boleh memberi kesan ketara pada prestasi kimpalan, seperti kebasahan keluar yang lemah atau pelepasan sanga yang sukar.Variasi dalam diameter elektrod, kebersihan permukaan, tuangan dan heliks juga mempengaruhi prestasi dalam aplikasi GMAW dan FCAW.
Mengawal pemendakan karbida kawalan dalam keluli tahan karat austenit
Pada suhu dalam julat 426-871degC, kandungan karbon melebihi 0.02% berhijrah ke sempadan butiran struktur austenit, di mana ia bertindak balas dengan kromium untuk membentuk kromium karbida.Jika kromium diikat dengan karbon, ia tidak tersedia untuk rintangan kakisan.Apabila terdedah kepada persekitaran yang menghakis, kakisan antara butiran terhasil, membolehkan sempadan bijian dimakan.
Untuk mengawal pemendakan karbida, pastikan kandungan karbon serendah mungkin (0.04% maksimum) dengan mengimpal dengan elektrod karbon rendah.Karbon juga boleh diikat oleh niobium (dahulu columbium) dan titanium, yang mempunyai pertalian yang lebih kuat untuk karbon daripada kromium.Elektrod jenis 347 dibuat untuk tujuan ini.
Bagaimana untuk menyediakan perbincangan mengenai pemilihan logam pengisi
Sekurang-kurangnya, kumpulkan maklumat tentang penggunaan akhir bahagian yang dikimpal, termasuk persekitaran perkhidmatan (terutamanya suhu operasi, pendedahan kepada unsur menghakis dan tahap ketahanan kakisan yang dijangkakan) dan hayat perkhidmatan yang diingini.Maklumat tentang sifat mekanikal yang diperlukan pada keadaan operasi sangat membantu, termasuk kekuatan, keliatan, kemuluran dan keletihan.
Kebanyakan pengeluar elektrod terkemuka menyediakan buku panduan untuk pemilihan logam pengisi, dan penulis tidak boleh terlalu menekankan perkara ini: rujuk panduan aplikasi logam pengisi atau hubungi pakar teknikal pengeluar.Mereka ada untuk membantu memilih elektrod keluli tahan karat yang betul.
Untuk mendapatkan maklumat lanjut tentang logam pengisi keluli tahan karat TYUE dan untuk menghubungi pakar syarikat untuk mendapatkan nasihat, pergi ke www.tyuelec.com.
Masa siaran: Dis-23-2022