Artikel daripada Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. ini menerangkan perkara yang perlu dipertimbangkan semasa 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 pemilihan logam pengisi yang sesuai untuk kimpalan. Bagi sebarang kombinasi bahan asas yang diberikan, mana-mana satu daripada beberapa jenis elektrod mungkin sesuai, bergantung pada isu kos, keadaan perkhidmatan, sifat mekanikal yang diingini dan pelbagai isu berkaitan kimpalan.
Artikel ini menyediakan latar belakang teknikal yang diperlukan untuk memberi pembaca penghargaan terhadap kerumitan topik dan kemudian menjawab beberapa soalan paling lazim yang ditanya kepada pembekal logam pengisi. Ia menetapkan garis panduan umum untuk memilih logam pengisi keluli tahan karat yang sesuai - dan kemudian menjelaskan semua pengecualian kepada garis panduan tersebut! Artikel ini tidak merangkumi prosedur kimpalan, kerana itu adalah topik untuk artikel lain.
Empat gred, pelbagai unsur pengaloi
Terdapat empat kategori utama keluli tahan karat:
austenit
martensitik
ferit
Dupleks
Nama-nama tersebut berasal daripada struktur kristal keluli yang biasanya terdapat pada suhu bilik. Apabila keluli rendah karbon dipanaskan melebihi 912 darjah C, atom keluli disusun semula daripada struktur yang dipanggil ferit pada suhu bilik kepada struktur kristal yang dipanggil austenit. Apabila disejukkan, atom kembali kepada struktur asalnya, ferit. Struktur suhu tinggi, austenit, adalah bukan magnet, plastik dan mempunyai kekuatan yang lebih rendah dan kemuluran yang lebih besar daripada bentuk ferit pada suhu bilik.
Apabila lebih daripada 16% kromium ditambah kepada keluli, struktur kristal suhu bilik, ferit, akan 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, akan stabil supaya ia kekal pada semua suhu dari suhu paling rendah hingga hampir lebur.
Keluli tahan karat austenit biasanya dirujuk sebagai jenis 'krom-nikel', dan keluli martensit dan ferit biasanya dipanggil jenis 'krom lurus'. Unsur pengaloi tertentu yang digunakan dalam keluli tahan karat dan logam kimpal bertindak sebagai penstabil austenit dan yang lain sebagai penstabil ferit. Penstabil austenit yang paling penting ialah nikel, karbon, mangan dan nitrogen. Penstabil ferit ialah kromium, silikon, molibdenum dan niobium. Pengimbangan unsur pengaloi mengawal kuantiti ferit dalam logam kimpal.
Gred austenit lebih mudah dan memuaskan dikimpal berbanding yang mengandungi kurang daripada 5% nikel. Sambungan kimpal yang dihasilkan dalam keluli tahan karat austenit adalah kuat, mulur dan tahan lasak dalam keadaan sebaik sahaja dikimpal. Ia biasanya tidak memerlukan rawatan haba prapemanasan atau pascakimpal. Gred austenit menyumbang kira-kira 80% daripada keluli tahan karat yang dikimpal, dan artikel pengenalan ini banyak memberi tumpuan kepada sambungan tersebut.
Jadual 1: Jenis keluli tahan karat dan kandungan kromium dan nikelnya.
permulaan{c,80%}
thead{Jenis|% Kromium|% Nikel|Jenis}
tdata{Austenitik|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Martensitik|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tdata{Feritik|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Dupleks|18 - 28%|4 - 8%|2205}
cenderung{}
Cara memilih logam pengisi keluli tahan karat yang betul
Jika bahan asas dalam kedua-dua plat adalah sama, prinsip panduan asalnya ialah, 'Mulakan dengan memadankan bahan asas.' Itu berfungsi dengan baik dalam beberapa kes; untuk menyambung Jenis 310 atau 316, pilih Jenis pengisi yang sepadan.
Untuk menyambungkan bahan yang berbeza, ikuti prinsip panduan ini: 'pilih pengisi yang sepadan dengan bahan yang lebih tinggi aloinya.' Untuk menyambungkan 304 kepada 316, pilih pengisi 316.
Malangnya, 'peraturan padanan' mempunyai begitu banyak pengecualian sehingga prinsip yang lebih baik adalah, Rujuk jadual pemilihan logam pengisi. Contohnya, Jenis 304 ialah bahan asas keluli tahan karat yang paling biasa, tetapi tiada siapa yang menawarkan elektrod Jenis 304.
Bagaimana mengimpal keluli tahan karat Jenis 304 tanpa elektrod Jenis 304
Untuk mengimpal keluli tahan karat Jenis 304, gunakan pengisi Jenis 308, kerana elemen pengaloi tambahan dalam Jenis 308 akan menstabilkan kawasan kimpalan dengan lebih baik.
Walau bagaimanapun, 308L juga merupakan pengisi yang boleh diterima. Penandaan 'L' selepas mana-mana Jenis menunjukkan kandungan karbon yang rendah. Keluli tahan karat Jenis 3XXL mempunyai kandungan karbon sebanyak 0.03% atau kurang, manakala keluli tahan karat Jenis 3XX standard boleh mempunyai kandungan karbon maksimum sebanyak 0.08%.
Oleh kerana pengisi Jenis L berada dalam klasifikasi yang sama dengan produk bukan L, pembuat fabrikasi boleh, dan harus mempertimbangkan dengan tegas, untuk 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 pembuat fabrikasi hanya mengemas kini prosedur mereka.
Pembuat yang menggunakan proses GMAW juga mungkin ingin mempertimbangkan untuk menggunakan pengisi Jenis 3XXSi, kerana penambahan silikon meningkatkan hasil basah. Dalam situasi di mana kimpalan mempunyai mahkota yang tinggi atau kasar, atau di mana lopak kimpalan tidak terikat dengan baik pada hujung fillet atau sambungan riba, penggunaan elektrod GMAW Jenis Si boleh melicinkan manik kimpalan dan menggalakkan gabungan yang lebih baik.
Jika pemendakan karbida menjadi kebimbangan, pertimbangkan pengisi Jenis 347, yang mengandungi sedikit niobium.
Cara mengimpal keluli tahan karat kepada keluli karbon
Situasi ini berlaku dalam aplikasi di mana satu bahagian struktur memerlukan permukaan luar tahan kakisan yang disambungkan kepada elemen struktur keluli karbon untuk mengurangkan kos. Apabila menyambungkan bahan asas tanpa elemen pengaloi kepada bahan asas dengan elemen pengaloi, gunakan pengisi yang terlebih aloi supaya pencairan dalam logam kimpal seimbang atau lebih tinggi aloinya daripada logam asas keluli tahan karat.
Untuk menyambungkan keluli karbon kepada Jenis 304 atau 316, serta untuk menyambungkan 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 kira-kira 50 peratus lebih tinggi daripada keluli karbon. Apabila disambungkan, kadar pengembangan yang berbeza boleh menyebabkan keretakan akibat tekanan dalaman melainkan elektrod dan prosedur kimpalan yang betul digunakan.
Gunakan prosedur pembersihan penyediaan kimpalan yang betul
Seperti logam lain, buang minyak, gris, tanda dan kotoran terlebih dahulu dengan pelarut bukan berklorin. Selepas itu, peraturan utama penyediaan kimpalan keluli tahan karat ialah 'Elakkan pencemaran daripada keluli karbon untuk mengelakkan kakisan.' Sesetengah syarikat menggunakan bangunan berasingan untuk 'bengkel keluli tahan karat' dan 'bengkel karbon' mereka bagi mengelakkan pencemaran silang.
Tetapkan roda pengisar dan berus keluli tahan karat sebagai 'keluli tahan karat sahaja' semasa menyediakan tepi untuk kimpalan. Sesetengah prosedur memerlukan pembersihan dua inci ke belakang dari sambungan. Penyediaan sambungan juga lebih kritikal, kerana mengimbangi ketidakkonsistenan dengan manipulasi elektrod adalah lebih sukar berbanding dengan keluli karbon.
Gunakan prosedur pembersihan selepas kimpalan yang betul untuk mencegah karat
Untuk bermula, ingat apa yang menjadikan keluli tahan karat tahan karat: tindak balas kromium dengan oksigen untuk membentuk lapisan pelindung kromium oksida pada permukaan bahan. Keluli tahan karat berkarat kerana pemendakan karbida (lihat di bawah) dan kerana proses kimpalan memanaskan logam kimpalan sehingga ferit oksida boleh terbentuk pada permukaan kimpalan. Jika dibiarkan dalam keadaan seperti dikimpal, kimpalan yang sempurna mungkin menunjukkan 'jejak karat gerabak' di sempadan zon yang terjejas haba dalam masa kurang daripada 24 jam.
Supaya lapisan kromium oksida tulen yang baharu dapat dibentuk semula dengan betul, keluli tahan karat memerlukan pembersihan pasca kimpalan dengan menggilap, menjeruk, mengisar atau memberus. Sekali lagi, gunakan pengisar dan berus yang dikhaskan untuk tugas tersebut.
Mengapakah dawai kimpalan keluli tahan karat bersifat magnet?
Keluli tahan karat austenit sepenuhnya adalah bukan magnet. Walau bagaimanapun, suhu kimpalan menghasilkan butiran yang agak besar dalam mikrostruktur, yang mengakibatkan kimpalan menjadi sensitif terhadap retakan. Untuk mengurangkan kepekaan terhadap retakan panas, pengeluar elektrod menambah elemen pengaloi, termasuk ferit. Fasa ferit menyebabkan butiran austenit menjadi lebih halus, jadi kimpalan menjadi lebih tahan retak.
Magnet tidak akan melekat pada gelendong pengisi keluli 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 dilabelkan secara salah atau mereka menggunakan logam pengisi yang salah (terutamanya jika mereka mengoyakkan label dari bakul dawai).
Jumlah ferit yang betul dalam elektrod bergantung pada suhu perkhidmatan aplikasi. Contohnya, terlalu banyak ferit menyebabkan kimpalan kehilangan kekuatannya pada suhu rendah. Oleh itu, pengisi Jenis 308 untuk aplikasi perpaipan LNG mempunyai nombor ferit antara 3 dan 6, berbanding nombor ferit 8 untuk pengisi Jenis 308 standard. Pendek kata, logam pengisi mungkin kelihatan serupa pada mulanya, tetapi perbezaan kecil dalam komposisi adalah penting.
Adakah cara mudah untuk mengimpal keluli tahan karat dupleks?
Kebiasaannya, keluli tahan karat dupleks mempunyai mikrostruktur yang terdiri daripada kira-kira 50% ferit dan 50% austenit. Secara ringkasnya, ferit memberikan kekuatan yang tinggi dan sedikit rintangan terhadap keretakan kakisan tegasan manakala austenit memberikan ketahanan yang baik. Dua fasa yang digabungkan memberikan keluli dupleks sifat-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 kimpal mempunyai terlalu banyak ferit (haba daripada arka menyebabkan atom-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 banyak nikel berbanding logam asas. Contohnya, dawai teras fluks untuk kimpalan Jenis 2205 mungkin mempunyai 8.85% nikel.
Kandungan ferit yang diingini boleh berkisar antara 25 hingga 55% selepas kimpalan (tetapi boleh lebih tinggi). Ambil perhatian bahawa kadar penyejukan mestilah cukup perlahan untuk membolehkan austenit membentuk semula, tetapi tidak terlalu perlahan sehingga menghasilkan fasa antara logam, dan juga tidak terlalu cepat sehingga menghasilkan ferit berlebihan di zon yang terjejas haba. Ikuti prosedur yang disyorkan oleh pengilang untuk proses kimpalan dan logam pengisi yang dipilih.
Pelarasan parameter semasa mengimpal keluli tahan karat
Bagi pembuat fabrikasi yang sentiasa melaraskan parameter (voltan, amperaj, panjang arka, induktans, lebar denyut, dll) semasa mengimpal keluli tahan karat, punca biasa ialah komposisi logam pengisi yang tidak konsisten. Memandangkan kepentingan elemen pengaloi, variasi lot-ke-lot dalam komposisi kimia boleh memberi kesan ketara terhadap prestasi kimpalan, seperti kelembapan 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 426-871 darjahC, kandungan karbon melebihi 0.02% akan berpindah ke sempadan butiran struktur austenit, di mana ia bertindak balas dengan kromium untuk membentuk kromium karbida. Jika kromium terikat dengan karbon, ia tidak tersedia untuk rintangan kakisan. Apabila terdedah kepada persekitaran menghakis, kakisan antara butiran akan terhasil, yang membolehkan sempadan butiran dihakis.
Untuk mengawal pemendakan karbida, pastikan kandungan karbon serendah mungkin (maksimum 0.04%) dengan mengimpal dengan elektrod rendah karbon. Karbon juga boleh diikat oleh niobium (dahulunya columbium) dan titanium, yang mempunyai afiniti yang lebih kuat terhadap karbon berbanding kromium. Elektrod jenis 347 dibuat untuk tujuan ini.
Cara membuat persediaan untuk perbincangan tentang pemilihan logam pengisi
Sekurang-kurangnya, kumpulkan maklumat tentang penggunaan akhir bahagian yang dikimpal, termasuk persekitaran servis (terutamanya suhu operasi, pendedahan kepada unsur menghakis dan tahap rintangan kakisan yang dijangkakan) dan jangka hayat servis yang diingini. Maklumat tentang sifat mekanikal yang diperlukan pada keadaan operasi sangat membantu, termasuk kekuatan, ketahanan, 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 sedia membantu dalam memilih elektrod keluli tahan karat yang betul.
Untuk maklumat lanjut tentang logam pengisi keluli tahan karat TYUE dan untuk menghubungi pakar syarikat bagi mendapatkan nasihat, layari www.tyuelec.com.
Masa siaran: 23 Dis-2022