Μυστικά συγκόλλησης ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα που πρέπει να γνωρίζετε

Ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβεςτυπικά διαθέτουν μια μικροδομή που αποτελείται από καθαρό ωστενίτη σε θερμοκρασία δωματίου. Ωστόσο, ορισμένες παραλλαγές περιέχουν μια μικρή ποσότητα φερρίτη, η οποία βοηθά στην αποφυγή θερμών ρωγμών. Λόγω της εξαιρετικής συγκολλητικότητας τους, οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιομηχανίες όπως η χημική επεξεργασία και η κατασκευή δοχείων πίεσης για τον τομέα του πετρελαίου. Ωστόσο, εάν οι εργασίες συγκόλλησης εκτελούνται λανθασμένα, οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες είναι ευαίσθητοι σε διάφορα ζητήματα, συμπεριλαμβανομένης της διακοκκώδους διάβρωσης, της θερμής ρωγμής, της διάβρωσης λόγω τάσης και του κακού σχηματισμού σφαιριδίων συγκόλλησης.

I. Διακοκκώδης διάβρωση

ένα. Αιτίες Διακοκκιδικής Διάβρωσης

Η διακοκκώδης διάβρωση εμφανίζεται στα όρια των κόκκων. Ως εκ τούτου, αναφέρεται ως διακοκκώδης διάβρωση. Αντιπροσωπεύει μια από τις πιο επικίνδυνες μορφές αποδόμησης για ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες. Χαρακτηρίζεται από διάβρωση που διεισδύει βαθιά στο μέταλλο κατά μήκος των ορίων των κόκκων, με αποτέλεσμα τη μείωση τόσο των μηχανικών ιδιοτήτων όσο και της αντοχής στη διάβρωση του μετάλλου.

Όταν ο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας διατηρείται εντός του εύρους θερμοκρασίας από 450 μοίρες έως 850 μοίρες για μια ορισμένη περίοδο, τα καρβίδια του χρωμίου (Cr23C6) καθιζάνουν στα όρια των κόκκων. Το χρώμιο που απαιτείται για αυτή την καθίζηση αντλείται κυρίως από τα επιφανειακά στρώματα των κόκκων. εάν το χρώμιο από το εσωτερικό των κόκκων δεν μπορεί να διαχυθεί προς τα έξω αρκετά γρήγορα για να αναπληρώσει αυτά τα επιφανειακά στρώματα, η περιεκτικότητα σε χρώμιο στα όρια των κόκκων-συγκεκριμένα στα επιφανειακά στρώματα των κόκκων-θα πέσει, δημιουργώντας μια "ζώνη εξαντλήσεως χρωμίου{{7}". Υπό την επίδραση επιθετικών διαβρωτικών μέσων, αυτές οι ζώνες με εξάντληση του χρωμίου- στα όρια των κόκκων γίνονται επιρρεπείς σε προσβολή, με αποτέλεσμα διακοκκώδη διάβρωση. Ο ανοξείδωτος χάλυβας που επηρεάζεται από διακοκκώδη διάβρωση μπορεί να μην παρουσιάζει ορατές αλλαγές στην επιφάνειά του. Ωστόσο, όταν υποβληθεί σε τάση, θα σπάσει κατά μήκος των ορίων των κόκκων, με αποτέλεσμα σχεδόν πλήρη απώλεια της δομικής αντοχής.

σι. Μέτρα για την πρόληψη της διακοκκιδικής διάβρωσης

Επιλέξτε ηλεκτρόδια συγκόλλησης από ανοξείδωτο χάλυβα με εξαιρετικά-χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα (C μικρότερη ή ίση με 0,03%) ή εκείνα που περιέχουν σταθεροποιητικά στοιχεία όπως τιτάνιο ή νιόβιο.

Χρησιμοποιήστε παραμέτρους συγκόλλησης "χαμηλή-θερμότητας-εισόδου". Ο στόχος είναι να ελαχιστοποιηθεί ο χρόνος παραμονής εντός του κρίσιμου εύρους θερμοκρασίας (450 βαθμοί – 850 μοίρες). Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας χαμηλά ρεύματα συγκόλλησης, υψηλές ταχύτητες διαδρομής, μικρά μήκη τόξου και αποφεύγοντας τις εγκάρσιες κινήσεις ύφανσης. Μπορούν να εφαρμοστούν μέθοδοι εξαναγκασμένης ψύξης (π.χ. χρησιμοποιώντας χάλκινες πλάκες στήριξης ή ψύξη με νερό) στη ραφή συγκόλλησης για να επιταχυνθεί ο ρυθμός ψύξης της συγκολλημένης άρθρωσης και να μειωθεί το μέγεθος της ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα-(HAZ).

Στη συγκόλληση πολλαπλών-περασμάτων, η θερμοκρασία μεταξύ των διελεύσεων πρέπει να ελέγχεται αυστηρά. το προηγούμενο σφαιρίδιο συγκόλλησης πρέπει να αφεθεί να κρυώσει κάτω από τους 60 βαθμούς πριν από την κατάθεση του επόμενου περάσματος. Η ραφή συγκόλλησης στην πλευρά του εξαρτήματος που θα έρθει σε επαφή με το διαβρωτικό μέσο θα πρέπει να συγκολληθεί τελευταία. Θα πρέπει να πραγματοποιηθεί μια επεξεργασία διαλύματος μετά{5}}συγκόλλησης: το τεμάχιο εργασίας θερμαίνεται σε θερμοκρασία μεταξύ 1050 μοιρών και 1150 μοιρών και ακολουθεί σβήσιμο. Αυτή η διαδικασία αναγκάζει τα ιζήματα Cr23C6 στα όρια των κόκκων να επαναδιαλυθούν στο εσωτερικό των κόκκων, αποκαθιστώντας έτσι μια ομοιόμορφη ωστενιτική μικροδομή.

II. Hot Cracking

Αιτίες Θερμού Ραγίσματος

 

Ένα μεγάλο διάστημα θερμοκρασίας μεταξύ των γραμμών liquidus και solidus-που σημαίνει ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών κατά τη διαδικασία στερεοποίησης-οδηγεί σε σοβαρό διαχωρισμό ακαθαρσιών χαμηλού-σημείου τήξης-, οι οποίες τείνουν να συγκεντρώνονται στα όρια των κόκκων. Επιπλέον, ένας υψηλός συντελεστής θερμικής διαστολής έχει ως αποτέλεσμα σημαντικές καταπονήσεις κατά την ψύξη και τη συρρίκνωση.

Μέτρα για τον έλεγχο της θερμής ρωγμής

Ελέγξτε τη μικροδομή του μετάλλου συγκόλλησης. Στην ιδανική περίπτωση, το μέταλλο συγκόλλησης θα πρέπει να παρουσιάζει διπλή δομή, με την περιεκτικότητα σε φερρίτη να διατηρείται στο ή κάτω από 3%-5%. Αυτό συμβαίνει επειδή ο φερρίτης έχει την ικανότητα να διαλύει σημαντικές ποσότητες επιβλαβών ακαθαρσιών όπως θείο (S) και φώσφορο (P). Έλεγχος της χημικής σύνθεσης. Η μείωση της περιεκτικότητας σε νικέλιο, άνθρακα, θείο και φώσφορο στο μέταλλο συγκόλλησης-αυξάνοντας ταυτόχρονα τα επίπεδα στοιχείων όπως το χρώμιο, το μολυβδαίνιο, το πυρίτιο και το μαγγάνιο-μπορεί να ελαχιστοποιήσει αποτελεσματικά την εμφάνιση θερμών ρωγμών.

Επιλέξτε τον κατάλληλο τύπο επικάλυψης ηλεκτροδίων. Η χρήση ηλεκτροδίων με επικάλυψη χαμηλού-υδρογόνου-τύπου προάγει τη βελτίωση των κόκκων στο μέταλλο συγκόλλησης, μειώνει τον διαχωρισμό των ακαθαρσιών και ενισχύει την αντίσταση στις ρωγμές. Αντίθετα, τα ηλεκτρόδια με επίστρωση όξινου-τύπου διαθέτουν ισχυρές οξειδωτικές ιδιότητες, που οδηγούν σε σημαντική καύση-των στοιχείων κράματος και επακόλουθη μείωση της αντίστασης στις ρωγμές. Επιπλέον, έχουν ως αποτέλεσμα χονδρόκοκκους-δομές, καθιστώντας τη συγκόλληση πολύ ευαίσθητη σε θερμό ράγισμα. Χρησιμοποιήστε κατάλληλες παραμέτρους συγκόλλησης και ρυθμούς ψύξης. Χρησιμοποιήστε παραμέτρους "κρύας" συγκόλλησης-συγκεκριμένα, χαμηλό ρεύμα και υψηλή ταχύτητα διαδρομής{10}}για να αποτρέψετε την υπερθέρμανση της δεξαμενής συγκόλλησης και να διευκολύνετε την ταχεία ψύξη. Αυτό ελαχιστοποιεί τον διαχωρισμό και βελτιώνει την αντίσταση στις ρωγμές. Στη συγκόλληση πολλαπλών{12}}διπερασμάτων, ελέγχετε αυστηρά τη θερμοκρασία ενδιάμεσης διέλευσης. βεβαιωθείτε ότι το προηγούμενο σφαιρίδιο συγκόλλησης έχει κρυώσει στους 60 βαθμούς πριν από την εναπόθεση του επόμενου σφαιριδίου.

III. Ράγισμα από διάβρωση λόγω καταπόνησης

Αιτίες Ρηγμάτωσης από διάβρωση λόγω καταπόνησης

 

Η διάβρωση λόγω καταπόνησης (SCC) είναι ένα φαινόμενο καθυστερημένης ρωγμής που εμφανίζεται σε συγκολλημένους αρμούς όταν υπόκεινται σε εφελκυστική τάση σε ένα συγκεκριμένο διαβρωτικό περιβάλλον. Σε συγκολλημένες ενώσεις από ωστενιτικό ανοξείδωτο χάλυβα, το SCC αντιπροσωπεύει έναν ιδιαίτερα σοβαρό τρόπο αστοχίας, που εκδηλώνεται ως εύθραυστο κάταγμα που δεν συνοδεύεται από οποιαδήποτε μακροσκοπική πλαστική παραμόρφωση.

 

Μέτρα κατά της διάβρωσης λόγω καταπόνησης

 

Καθιερώστε κατάλληλες διαδικασίες διαμόρφωσης, επεξεργασίας και συναρμολόγησης για να ελαχιστοποιήσετε όσο το δυνατόν περισσότερο την παραμόρφωση που προκαλείται από την ψύξη-. Αποφύγετε την αναγκαστική συναρμολόγηση. και να αποτρέψετε την εισαγωγή διαφόρων επιφανειακών ελαττωμάτων κατά τη διαδικασία συναρμολόγησης (καθώς διάφορες γρατσουνιές και χτυπήματα τόξου που σχετίζονται με τη συναρμολόγηση μπορούν να χρησιμεύσουν ως θέσεις έναρξης ρωγμών για SCC και είναι επιρρεπείς να εξελιχθούν σε λάκκους διάβρωσης). Επιλέξτε τα αναλώσιμα συγκόλλησης με σύνεση. Το μέταλλο συγκόλλησης και το βασικό μέταλλο θα πρέπει να ταιριάζουν καλά-για να αποφευχθεί ο σχηματισμός ανεπιθύμητων μικροδομών-όπως χονδρόκοκκοι κόκκων ή σκληρός, εύθραυστος μαρτενσίτης. Χρησιμοποιήστε κατάλληλες διαδικασίες συγκόλλησης. Βεβαιωθείτε ότι το σφαιρίδιο συγκόλλησης παρουσιάζει καλή μορφολογία, απαλλαγμένο από ελαττώματα που θα μπορούσαν να προκαλέσουν συγκεντρώσεις τάσης ή σκασίματα (π.χ. υποκοπή). Επιπλέον, υιοθετήστε μια λογική ακολουθία συγκόλλησης για να ελαχιστοποιήσετε τις υπολειπόμενες τάσεις συγκόλλησης. Εφαρμόστε{11}θεραπείες ανακούφισης από το στρες. Αυτό συνήθως περιλαμβάνει θερμικές επεξεργασίες μετά{13}}συγκόλλησης, όπως πλήρη ανόπτηση ή ανόπτηση. σε περιπτώσεις όπου η θερμική επεξεργασία είναι δύσκολο να εκτελεστεί, μπορεί να χρησιμοποιηθούν εναλλακτικές μέθοδοι-όπως η μετά{15}}διακοπή συγκόλλησης ή η αμμοβολή-.

 

IV. Κακός σχηματισμός σφαιριδίων συγκόλλησης

ένα. Αιτίες κακού σχηματισμού σφαιριδίων συγκόλλησης

Κατά τη συγκόλληση ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα, η υψηλή περιεκτικότητα σε στοιχεία κράματος εντός του μετάλλου συγκόλλησης έχει ως αποτέλεσμα κακή ρευστότητα της δεξαμενής συγκόλλησης, η οποία συχνά οδηγεί σε ανεπαρκή σχηματισμό της επιφάνειας των σφαιριδίων συγκόλλησης. Αυτό εκδηλώνεται κυρίως ως αλλοιωμένος σχηματισμός στην πίσω πλευρά του περάσματος της ρίζας και ένα τραχύ φινίρισμα επιφάνειας στο πέρασμα του καλύμματος. Αν και ο αντίκτυπος του κακού σχηματισμού επιφάνειας στην απόδοση της συγκόλλησης δεν είναι ιδιαίτερα εμφανής υπό συνθήκες λειτουργίας περιβάλλοντος ή υψηλών-θερμοκρασιών, υπό συνθήκες χαμηλής-θερμοκρασίας, οι συγκεντρώσεις τάσεων που προκαλούνται από τέτοια ελαττώματα μπορούν να επηρεάσουν την απόδοση της συγκόλλησης σε χαμηλή- θερμοκρασία εξίσου σημαντικά με τα εσωτερικά ελαττώματα συγκόλλησης.

σι. Μέτρα για τον κακό σχηματισμό σφαιριδίων συγκόλλησης

Ζητήματα σχετικά με τον ανεπαρκή σχηματισμό σφαιριδίων συγκόλλησης-καθώς και το πρόβλημα της διακοκκώδους διάβρωσης εντός της επηρεαζόμενης από τη θερμότητα ζώνης (HAZ)-μπορούν αποτελεσματικά να επιλυθούν μέσω της βελτιστοποίησης των διαδικασιών συγκόλλησης. Συγκεκριμένα, η χρήση συγκόλλησης τόξου αερίου βολφραμίου (GTAW) για το πέρασμα ρίζας, σε συνδυασμό με τη χρήση χαμηλής εισόδου θερμότητας συγκόλλησης, επιτρέπει τον αποτελεσματικό έλεγχο του βαθμού στον οποίο το HAZ εκτίθεται στο εύρος θερμοκρασίας ευαισθητοποίησης.

Ο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό στη χημική και πετροχημική βιομηχανία. Ωστόσο, η συγκόλλησή του είναι επιρρεπής σε τέσσερις κύριους τύπους ελαττωμάτων-όπως η διακοκκώδης διάβρωση και το θερμό ράγισμα-τα βασικά αίτια των οποίων συνδέονται σε μεγάλο βαθμό με τον έλεγχο της θερμοκρασίας, τον διαχωρισμό των στοιχείων και την υπολειπόμενη τάση. Στην καλύτερη περίπτωση, αυτά τα ζητήματα απλώς θέτουν σε κίνδυνο τη μορφολογία της συγκόλλησης. Στη χειρότερη περίπτωση, υποβαθμίζουν δραστικά την απόδοση του υλικού ή ακόμη και κατακρημνίζουν το εύθραυστο κάταγμα. Κατά συνέπεια, οι αποτελεσματικές στρατηγικές πρόληψης και ελέγχου απαιτούν ολοκληρωμένη διαχείριση σε πολλαπλά στάδια-συμπεριλαμβανομένης της επιλογής ηλεκτροδίων, της βελτιστοποίησης παραμέτρων συγκόλλησης και της επεξεργασίας μετά την{5}}συγκόλληση-με τον ακριβή έλεγχο της εισόδου θερμότητας να χρησιμεύει ως κρίσιμο σημείο εστίασης.