Avstenitna nerjavna jeklaobičajno imajo mikrostrukturo, ki jo sestoji iz čistega avstenita pri sobni temperaturi; vendar nekatere različice vsebujejo majhno količino ferita, ki pomaga preprečiti vroče razpoke. Avstenitna nerjavna jekla se zaradi odlične varljivosti pogosto uporabljajo v panogah, kot sta kemična predelava in proizvodnja tlačnih posod za naftni sektor. Kljub temu so avstenitna nerjavna jekla, če se varilni postopki izvajajo nepravilno, dovzetna za različne težave, vključno z interkristalno korozijo, vročimi razpokami, razpokami zaradi napetostne korozije in slabo tvorbo zvara.
Kakšne so težave pri varjenju, povezane z avstenitnim nerjavnim jeklom?
I. Interkristalna korozija
a. Vzroki interkristalne korozije
Interkristalna korozija se pojavi na mejah zrn; zato se imenuje interkristalna korozija. Predstavlja eno najnevarnejših oblik razgradnje avstenitnih nerjavnih jekel. Zanj je značilna korozija, ki prodre globoko v kovino vzdolž meja zrn, kar povzroči zmanjšanje mehanskih lastnosti in odpornosti kovine proti koroziji.
Ko je avstenitno nerjavno jeklo določeno obdobje v temperaturnem območju od 450 stopinj do 850 stopinj, se na mejah zrn oborijo kromovi karbidi (Cr23C6). Krom, potreben za to obarjanje, se črpa predvsem iz površinskih plasti zrn; če krom iz notranjosti zrn ne more dovolj hitro difundirati navzven, da bi obnovil te površinske plasti, bo vsebnost kroma na mejah zrn-natančneje v površinskih plasteh zrn-padla, kar bo ustvarilo "kromo-osiromašeno območje." Pod vplivom agresivnih korozivnih medijev postanejo te-območja, osiromašena s kromom, na mejah zrn dovzetna za napade, kar povzroči intergranularno korozijo. Nerjavno jeklo, ki ga je prizadela interkristalna korozija, morda ne kaže vidnih sprememb na površini; ko pa je izpostavljen obremenitvi, se bo zlomil vzdolž meja zrn, kar bo povzročilo skoraj popolno izgubo strukturne trdnosti.
b. Ukrepi za preprečevanje interkristalne korozije
Izberite varilne elektrode iz nerjavečega jekla z ultra-nizko vsebnostjo ogljika (C manj kot ali enako 0,03 %) ali tiste, ki vsebujejo stabilizacijske elemente, kot sta titan ali niobij.
Uporabite varilne parametre z "nizko-vneseno-toploto". Cilj je zmanjšati čas zadrževanja znotraj kritičnega temperaturnega območja (450 stopinj –850 stopinj). To dosežemo z uporabo nizkih varilnih tokov, visokih hitrosti vožnje, kratkih dolžin oblokov in izogibanjem prečnim tkalnim gibom. Metode prisilnega hlajenja (npr. z uporabo bakrenih podložnih plošč ali vodnega hlajenja) se lahko uporabijo za zvarni šiv, da se pospeši hitrost ohlajanja zvarjenega spoja in zmanjša velikost toplotno-prizadete cone (HAZ).
Pri-večprehodnem varjenju mora biti med-temperatura strogo nadzorovana; pred nanosom naslednjega zvara je treba pustiti, da se ohladi pod 60 stopinj. Zvar na strani komponente, ki bo v stiku z jedkim medijem, je treba zvariti nazadnje. Izvesti je treba -obdelavo z raztopino za varjenje: obdelovanec se segreje na temperaturo med 1050 in 1150 stopinjami, čemur sledi kaljenje. Ta proces povzroči, da se oborine Cr23C6 na mejah zrn ponovno raztopijo v notranjosti zrn, s čimer se obnovi enotna avstenitna mikrostruktura.
II. Vroče pokanje
Vzroki vročih razpok
Velik temperaturni interval med linijama likvidusa in solidusa-kar pomeni širok temperaturni razpon med postopkom strjevanja-privede do močne segregacije nečistoč z nizkim{2}}tališčem-točke, ki se nagibajo k koncentraciji na mejah zrn. Poleg tega visok koeficient toplotnega raztezanja povzroča znatne napetosti med ohlajanjem in krčenjem.
Ukrepi za nadzor vročih razpok
Nadzor mikrostrukture zvara; v idealnem primeru bi morala zvarna kovina imeti dvojno strukturo z vsebnostjo ferita pri 3%–5% ali pod njo. To je zato, ker ima ferit sposobnost raztapljanja znatnih količin škodljivih nečistoč, kot sta žveplo (S) in fosfor (P). Nadzor kemične sestave; zmanjšanje vsebnosti niklja, ogljika, žvepla in fosforja v zvaru-medtem ko se povečajo vsebnosti elementov, kot so krom, molibden, silicij in mangan-lahko učinkovito zmanjšajo pojav vročih razpok.
Izberite ustrezno vrsto prevleke elektrode. Uporaba prevlečenih elektrod z nizko vsebnostjo -vodika- spodbuja rafiniranje zrn v zvaru, zmanjšuje ločevanje nečistoč in povečuje odpornost proti razpokam. Nasprotno pa imajo kislinsko{4}}prevlečene elektrode močne oksidacijske lastnosti, kar vodi do znatnega izgorevanja legirnih elementov in posledičnega zmanjšanja odpornosti proti razpokam; poleg tega povzročijo grobo{6}}zrnate strukture, zaradi česar je zvar zelo dovzeten za vroče razpoke. Uporabite ustrezne varilne parametre in stopnje hlajenja. Uporabite parametre "hladnega" varjenja-zlasti nizek tok in visoko hitrost vožnje-da preprečite pregrevanje zvarnega bazena in omogočite hitro ohlajanje; to zmanjša segregacijo in izboljša odpornost proti razpokam. Pri več{12}}varjenju strogo nadzorujte temperaturo med prehodi; zagotovite, da se je prejšnji zvar ohladil na 60 stopinj, preden položite naslednji zvar.
III. Razpoke zaradi napetostne korozije
Vzroki za napetostno korozijsko razpokanje
Napetostno korozijsko razpokanje (SCC) je pojav zapoznelega razpokanja, ki se pojavi v zvarnih spojih, ko so izpostavljeni natezni obremenitvi v določenem jedkem okolju. Pri varjenih spojih iz avstenitnega nerjavečega jekla SCC predstavlja posebno resen način okvare, ki se kaže kot krhki lom, ki ga ne spremlja nobena makroskopska plastična deformacija.
Ukrepi proti napetostno korozijskemu pokanju
Vzpostavite ustrezne postopke oblikovanja, obdelave in sestavljanja, da čim bolj zmanjšate deformacije,-ki jih povzroči ohlajanje; izogibajte se prisilni montaži; in preprečite vnos različnih površinskih napak med postopkom sestavljanja (ker lahko različne praske-povezane s sestavljanjem in obloki služijo kot mesta začetka razpok za SCC in so nagnjeni k razvoju v korozijske jame). Premišljeno izberite varilni material. Zvar in osnovna kovina morata biti dobro-ujemani, da preprečite nastanek nezaželenih mikrostruktur-, kot je grobljenje zrn ali trd, krhek martenzit. Uporabite ustrezne postopke varjenja. Prepričajte se, da ima zvar dobro morfologijo, brez napak, ki bi lahko povzročile koncentracijo napetosti ali luknjičaste luknje (npr. spodrez); poleg tega uporabite racionalno zaporedje varjenja, da zmanjšate preostale varilne napetosti. Izvajajte{11}}tretmaje za lajšanje stresa. To običajno vključuje -toplotno obdelavo po varjenju, kot je popolno žarjenje ali žarjenje; v primerih, ko je težko izvesti toplotno obdelavo, se lahko uporabijo alternativne metode,-kot je na-po{15}}zvarjeno strjevanje ali peskanje-.
IV. Slaba tvorba zvara
a. Vzroki za slabo tvorbo zvara
Pri varjenju avstenitnega nerjavečega jekla visoka vsebnost legirnih elementov v zvaru povzroči slabo fluidnost zvarnega bazena, kar pogosto povzroči slabo oblikovanje površine zvara. To se kaže predvsem kot poškodovana tvorba na hrbtni strani koreninskega prehoda in hrapava površina na kapici. Medtem ko vpliv slabe površinske tvorbe na delovanje zvara ni posebej očiten pri okoljskih ali visoko{2}}temperaturnih delovnih pogojih, lahko pri nizkih-temperaturnih pogojih koncentracije napetosti, ki jih povzročijo takšne napake, vplivajo na nizko-temperaturno delovanje zvara enako pomembno kot notranje napake zvara.
b. Ukrepi za slabo tvorbo zvara
Težave v zvezi s slabim tvorjenjem zvara-kot tudi problem interkristalne korozije znotraj toplotno{1}}območja (HAZ)-je mogoče učinkovito rešiti z optimizacijo varilnih postopkov. Natančneje, uporaba obločnega varjenja s plinskim volframom (GTAW) za korenski prehod v kombinaciji z uporabo nizkega vnosa toplote pri varjenju omogoča učinkovit nadzor nad obsegom, do katerega je HAZ izpostavljen temperaturnemu območju občutljivosti.
sklep
Avstenitno nerjavno jeklo je široko uporabljen material v kemični in petrokemični industriji; vendar je njegovo varjenje nagnjeno k štirim primarnim vrstam napak-, kot sta medkristalna korozija in vroče razpoke-, katerih temeljni vzroki so v veliki meri povezani z nadzorom temperature, segregacijo elementov in preostalo napetostjo. V najboljšem primeru te težave zgolj ogrožajo morfologijo zvara; v najslabšem primeru drastično poslabšajo zmogljivost materiala ali celo povzročijo krhek zlom. Posledično učinkovite strategije preprečevanja in nadzora zahtevajo celovito upravljanje v več fazah-vključno z izbiro elektrod, optimizacijo varilnih parametrov in-obdelavo po varjenju-z natančnim nadzorom dovoda toplote, ki služi kot kritična osrednja točka.