Zváranie nehrdzavejúcej ocele s uhlíkovou oceľou je bežná, ale technicky náročná úloha spájania. Spoľahlivá cesta je priama: vyberte si nadmerne legované austenitické plnivo, ako je ER309L, použite postup s nízkym tepelným príkonom a zabráňte kontaminácii železa zo strany uhlíkovej ocele. V praxi tieto tri rozhodnutia eliminujú väčšinu prasklín, nadmernú tvrdosť a predčasné korózne zlyhania.
Napriek vnímaným ťažkostiam sa v chemických závodoch, potravinárskych linkách, systémoch na úpravu vody a konštrukčných oceliach objavujú rozdielne kovové spoje medzi nehrdzavejúcou a uhlíkovou oceľou. Kľúčom je nemyslieť na to ako na zváranie dvoch podobných materiálov; je to riadený proces riadenia legovania a riedenia.
Prečo je zváranie nehrdzavejúcej ocele s uhlíkovou oceľou iné
Základným problémom je, že uhlíková oceľ a nehrdzavejúca oceľ sa líšia v chémii, tepelnej rozťažnosti a mechanickej odozve. Uhlík migruje z uhlíkovej ocele do zóny zvaru počas zahrievania, čo môže vytvoriť tvrdý, krehký martenzitický pás na tavnej línii a zmäkčenú oduhličenú vrstvu na strane uhlíkovej ocele. Austenitická nehrdzavejúca oceľ sa tiež rozťahuje asi o 50 percent viac ako uhlíková oceľ, takže spoj po ochladení vyvíja značné zvyškové napätie. Súčasne riedenie zo základného kovu uhlíkovej ocele znižuje obsah chrómu a niklu vo zvare. Ak prídavný kov nie je prelegovaný, hotový zvar môže mať slabú odolnosť proti korózii alebo nízku húževnatosť.
- Migrácia uhlíka spôsobuje lokalizovanú tvrdosť a krehnutie.
- Nesúlad tepelnej rozťažnosti zvyšuje zvyškové napätie a riziko deformácie.
- Riedenie zvaru mení chémiu naneseného kovu.
- Kontaminácia železom na nerezovej strane môže neskôr spustiť tvorbu hrdze.
Výber správneho prídavného kovu
Krátka odpoveď je použitie 309L alebo 309Mo pre väčšinu spojov z nehrdzavejúcej ocele s uhlíkovou oceľou. Táto zliatina poskytuje dostatočne vysoký obsah chrómu a niklu, aby tolerovala riedenie z uhlíkovej ocele a stále zanechávala austenitickú zvarovú štruktúru s dobrou odolnosťou proti korózii. 308 l, ktorý je určený na spájanie nehrdzavejúcej ocele 304 so sebou, nemá tieto extra zliatinové rezervy a neodporúča sa pre rozdielne spoje.
| Filler | Najlepšie na použitie | Kľúčové vlastnosti | Dôležitá úvaha |
|---|---|---|---|
| 308L | Spojenie 304 nerez k sebe | Vysoká korózia a estetický vzhľad | Nedostatok Cr/Ni pre vysoké riedenie; môže vytvárať martenzit |
| 309 l / 309 mes | Zváranie nehrdzavejúcej ocele s uhlíkovou oceľou | Dobrá tolerancia riedenia; odoláva vytvrditeľným štruktúram | Prvá voľba pre väčšinu servisných prostredí |
| 316L | Spájanie 316 nerezových aplikácií alebo aplikácií s vyššou jamkou | Molybdén dodáva odolnosť proti jamkovej korózii | Stále nie je vhodný na riedenie uhlíkovej ocele; namiesto toho použite 309Mo |
| 312 | Silné rozdielne a ťažko zvárateľné kombinácie | Vysoký obsah feritu, odolný voči prasknutiu | Vyššia pevnosť, ale nižšia ťažnosť; vyžaduje nízky tepelný príkon |
| ERNiCr-3 | Vysokoteplotný servis a tepelné cyklovanie | Na báze niklu, nesúlad s nízkou tepelnou rozťažnosťou | Vyššie náklady; vynikajúca odolnosť proti únavovému praskaniu |
Pre prevádzku pri zvýšených teplotách alebo pri silne cyklovaných prevádzkach sú lepšou voľbou ako 309L prídavné kovy na báze niklu, ako napríklad ERNiCr-3. Zvarový kov bohatý na nikel lepšie odoláva migrácii uhlíka a má koeficient rozťažnosti bližší koeficientu uhlíkovej ocele, čo znižuje tepelnú únavu. Pre všeobecné použitie je však 309L osvedčenou a cenovo výhodnou voľbou.
Najlepšie zváracie procesy pre rozdielne spoje
GTAW je najlepší proces pre kritické práce z nehrdzavejúcej ocele na uhlíkovú oceľ, ale GMAW, FCAW a SAW môžu vytvárať prijateľné zvary so správnymi parametrami. Riadiacimi faktormi sú príkon tepla, ochranný plyn a rýchlosť jazdy.
- GTAW (TIG): Najlepšie pre tenkostenné rúry a koreňové priechody, pretože poskytuje presnú reguláciu tepla a nízke usadzovanie. Použite výplňovú tyč ER309L a tienenie argón alebo argón-hélium.
- GMAW (MIG): Najlepšie pre produkciu strednej hrúbky. Na obmedzenie prívodu tepla použite pulzný sprej alebo prenos nakrátko. Bežný je ochranný plyn argón s 2–5 % CO2; vyhnúť sa 100% CO2.
- FCAW: Dobré pre hrubé plechy a opravy v teréne. Pre ploché a horizontálne zvary použite drôt E309LT1-1 a zmiešané tienenie argón/CO2. Medzi prechodmi sa musí odstrániť troska.
- SAW: Efektívne pre dlhé pozdĺžne švy na veľkých nádržiach alebo tlakových nádobách. Použite drôt 309L a neutrálny alebo chrómovo vyvážený tok. Dôležitá je starostlivá kontrola tepla.
Príprava a čistota kĺbov
Čistý, správne pripravený spoj je polovica úspechu. Nečistoty, mastnota, vodný kameň a brúsny prach z uhlíkovej ocele môžu spôsobiť pórovitosť a hrdzavé škvrny na nerezovej strane. Používajte špeciálne kefy a nástroje z nehrdzavejúcej ocele a nikdy nepoužívajte kefu, ktorá sa dotkla uhlíkovej ocele.
- Tesne pred zváraním obrúste alebo opracte spojovacie plochy na lesklý kov.
- Obe strany odmastite acetónom alebo rozpúšťadlom určeným na prípravu zvárania.
- Pre tupý spoj v doske použite drážku s jedným V s uhlom 60–70 stupňov a čelnou plochou 1–2 mm.
- Pri zváraní koreňového prechodu použite opornú tyč alebo prepláchnite zadnú stranu argónom, aby ste zabránili oxidácii.
- Počas montáže udržujte stranu z uhlíkovej ocele a stranu z nehrdzavejúcej ocele oddelené; ak je to možné, použite samostatné svorky.
Ovládanie predohrevu, interpass teploty a tepelného vstupu
Tepelné hospodárenie je najdôležitejšou premennou po výbere plniva. Predhrievanie nie je potrebné pre väčšinu spojov, ale ak je časť hrubá alebo je spoj silne obmedzený, je prijateľné maximálne predhriatie 100 °C. Vyššie predhriatie urýchľuje migráciu uhlíka a vytvára hrubší pás martenzitu. Teplota interpassu by mala zostať pod 150 °C a zvar by mal byť vytvorený pomocou strunových guľôčok a nie širokých väzieb.
| Proces | Aktuálne | Napätie | Cestovná rýchlosť | Tepelný vstup (približne) |
|---|---|---|---|---|
| GTAW | 100 – 150 A | 12-15 V | 100–150 mm/min | 0,6–1,5 kJ/mm |
| GMAW (pulz) | 180 – 220 A | 22-26 V | 300–400 mm/min | 1,0–1,8 kJ/mm |
| FCAW | 220 – 280 A | 26-30 V | 350–450 mm/min | 1,2–2,0 kJ/mm |
Užitočným pravidlom je udržiavať príkon tepla čo najnižší bez toho, aby došlo k nedostatku fúzie. Použite krátke prechody a medzi prechodmi nechajte spoj vychladnúť, keď sa teplota medzi prechodmi zvýši.
Polohovanie a automatizácia pre spoľahlivé zvary
Umiestnenie obrobku v najpriaznivejšej orientácii a použitie mechanického riadenia rýchlosti pojazdu dramaticky zníži chyby pri zváraní rôznych kovov. Jednoduché ručné zváranie môže fungovať, ale otočenie spoja do plochej polohy je oveľa spoľahlivejšie.
Pre zostavy a tvarovky s malým priemerom môže zvárací polohovadlo umiestniť spoj pod vhodný uhol a otáčať obrobok, zatiaľ čo zvárač drží horák stabilný.
1-tonový konvenčný zvárací polohovač pre malé zostavy Toto konvenčné zváracie polohovadlo má menovitú kapacitu 1 tonu a otáča zostavy s malým otvorom do vhodných uhlov, čo umožňuje zváračom udržať horák stabilný a dosiahnuť konzistentnú polohu spoja. Zobraziť produkt → V prípade plášťov nádrží, cievok rúr a valcových častí otáča zvárací rotátor zvar kontrolovanou rýchlosťou, takže zvarový kúpeľ zostáva v konzistentnej rovnej polohe. Tento prístup je obzvlášť užitočný, keď je kombinovaná práca z nehrdzavejúcej a uhlíkovej ocele príliš ťažká na ručnú manipuláciu. Môžete si prečítať viac o ako rotujúce zvarové spoje znižujú prepracovanie pri výrobe kovových nádrží a rúr .
10-tonový zvárací rotátor s elektrickým orbitálnym pohybom a zdvíhaním 10-tonový zvárací rotátor s elektrickým orbitálnym pohybom a elektrickým zdvíhaním, navrhnutý na otáčanie ťažkých valcových zvarov kontrolovanou rýchlosťou, čím udržuje zvarový kúpeľ plochý pre konzistentné výsledky. Zobraziť produkt → Pri dlhších zvaroch, ktoré vyžadujú GMAW alebo SAW, manipulátor so stĺpikom a výložníkom pohybuje zváracou hlavou pozdĺž spoja rovnomernou rýchlosťou a udržuje uhol horáka pevný. Tým sa odstráni ľudská variabilita, ktorá často spôsobuje riedenie a studené kolá.
Prispôsobený stĺp a výložník 4030 s elektrickým orbitálnym pohybom Prispôsobený manipulátor so stĺpikom a výložníkom s elektrickým orbitálnym pohybom, ktorý pohybuje zváracou hlavou pozdĺž dlhých zvarov stabilnou rýchlosťou a pevným uhlom, čím sa znižuje ľudská variabilita pri GMAW alebo SAW. Zobraziť produkt → Tieto nastavenia neeliminujú potrebu dobrého postupu, ale značne uľahčujú udržiavanie stratégie nízkej interpass teploty a nízkeho tepelného vstupu, na ktorú sa 309L spolieha.
Kontrola po zváraní a povrchová úprava
Po zváraní dôkladne skontrolujte spoj, najmä tavnú líniu na strane uhlíkovej ocele. Hodnota tvrdosti nad 350 HV v tejto zóne často naznačuje, že prívod tepla bol príliš vysoký alebo že plnivo bolo nesprávne. Kontrola povrchu pomocou penetračného testovania môže odhaliť praskliny a pórovitosť, zatiaľ čo ultrazvukové alebo rádiografické testovanie sa používa, keď je komponent kritický.
Ak bude nehrdzavejúca strana čeliť korozívnemu médiu, odstráňte zafarbenie zvaru a vrstvu oxidu morením alebo drôtenou kefou a potom povrch pasivujte. Nedovoľte, aby častice uhlíkovej ocele zostali na nerezovej strane, pretože zhrdzavejú a vytvoria koncentrovaný korózny článok. Keď aplikačný kód vyžaduje uvoľnenie napätia, udržiavajte nízku a krátku teplotu – ideálne okolo 350–400 °C – aby ste obmedzili difúziu uhlíka.
Bežné diskontinuity a ako sa im vyhnúť
Väčšine defektov v tejto kombinácii materiálov sa dá predísť, ak zostanete pri 309L alebo zliatine niklu, regulujete teplo a udržiavate spoj čistý. V tabuľke nižšie sú uvedené bežné problémy a opravy.
| Defekt | Pravdepodobná príčina | Nápravné opatrenie |
|---|---|---|
| Pórovitosť | Mokré tavidlo, mastné povrchy, chýbajúce tienenie | Odmastite, vysušte spotrebný materiál, skontrolujte prietok plynu a vzdialenosť trysky |
| Horúce praskanie | Vysoký obsah síry alebo fosforu v základnom kove; vysoký tepelný príkon | Vyčistite okraje spojov; použite plnivo 309L alebo 312; nižší tepelný príkon |
| Tvorba martenzitu | Vysoké riedenie, vysoká interpass teplota | Použite nadmerne legované plnivo; udržiavať interpass pod 150°C; znížiť tkanie |
| Podrezanie | Nadmerný prúd alebo rýchlosť jazdy | Znížte zvárací prúd; mierne spomaľte alebo upravte uhol pištole |
| Hrdza na nerezovej strane | Znečistenie železa z kefiek alebo brúsenia | Používajte špeciálne nástroje z nehrdzavejúcej ocele; po zváraní vyčistiť a pasivovať |
Často kladené otázky
Môžem zvárať nehrdzavejúcu oceľ s uhlíkovou oceľou s 308L?
Môžete, ale nie je to dobrý nápad. Uhlíková oceľ riedi zvarový kúpeľ 308L, čo znižuje obsah chrómu a niklu dostatočne na vytvorenie martenzitu a zníženie odolnosti proti korózii. 309L je minimálne odporúčané plnivo pre túto odlišnú kombináciu.
Potrebujem predhriatie pred zváraním nehrdzavejúcej ocele na uhlíkovú oceľ?
Zvyčajne nie. Pre hrubé časti alebo silne obmedzené spoje je prijateľné maximálne predhriatie 100 °C. Vyššie teploty urýchľujú migráciu uhlíka a vytvárajú krehkú vrstvu na fúznej línii.
Zhrdzavie zváraný spoj?
Ak strana z uhlíkovej ocele nebude chránená, hrdzavie. Nerezová strana by mala zostať odolná voči korózii, ak je povrch vyčistený a pasivovaný a zabráni sa kontaminácii železom. Natierajte alebo natierajte stranu z uhlíkovej ocele pre vonkajšie použitie.
Môžem použiť zváranie MIG s ochranným plynom 100% CO2?
Neodporúča sa. Čistý CO2 pridáva uhlík do zvaru a oxiduje chróm, čím znižuje odolnosť nehrdzavejúcej strany voči korózii. Použite argón zmiešaný s 2–5 % oxidu uhličitého alebo argón s 1–2 % kyslíka.
