כיצד לבחור מתכות מילוי לריתוך פלדת אל-חלד

מאמר זה מאת Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. מסביר מה יש לקחת בחשבון בעת ​​הגדרת מתכות מילוי לריתוך פלדת אל-חלד.

היכולות שהופכות את פלדת האל-חלד לכל כך מושכת - היכולת להתאים אישית את תכונותיה המכניות ואת עמידותה בפני קורוזיה וחמצון - גם מגבירות את המורכבות של בחירת מתכת מילוי מתאימה לריתוך. עבור כל שילוב חומר בסיס נתון, כל אחד מכמה סוגי אלקטרודות עשוי להתאים, בהתאם לסוגיות עלות, תנאי שירות, תכונות מכניות רצויות ומגוון רחב של סוגיות הקשורות לריתוך.

מאמר זה מספק את הרקע הטכני הדרוש כדי להעניק לקורא הערכה למורכבות הנושא ולאחר מכן עונה על כמה מהשאלות הנפוצות ביותר הנשאלות מספקי מתכות מילוי. הוא קובע הנחיות כלליות לבחירת מתכות מילוי מתאימות מפלדת אל-חלד - ולאחר מכן מסביר את כל החריגים להנחיות אלו! המאמר אינו מכסה הליכי ריתוך, שכן זהו נושא למאמר אחר.

ארבע דרגות, אלמנטים סגסוגת רבים

ישנן ארבע קטגוריות עיקריות של פלדות אל חלד:

אוסטניטית
מרטנזיטי
פריטי
דופלקס

השמות נגזרים מהמבנה הגבישי של הפלדה הנמצאת בדרך כלל בטמפרטורת החדר. כאשר פלדה דלת פחמן מחוממת מעל 912 מעלות צלזיוס, אטומי הפלדה מסודרים מחדש מהמבנה הנקרא פריט בטמפרטורת החדר למבנה הגבישי הנקרא אוסטניט. עם קירור, האטומים חוזרים למבנה המקורי שלהם, פריט. המבנה בטמפרטורה גבוהה, אוסטניט, אינו מגנטי, פלסטי ובעל חוזק נמוך יותר וגמישות רבה יותר מצורת הפריט בטמפרטורת החדר.

כאשר מוסיפים לפלדה יותר מ-16% כרום, המבנה הגבישי בטמפרטורת החדר, פריט, מתייצב והפלדה נשארת במצב הפריטי בכל הטמפרטורות. מכאן ניתן השם פלדת אל-חלד פריטית לבסיס סגסוגת זה. כאשר מוסיפים לפלדה יותר מ-17% כרום ו-7% ניקל, המבנה הגבישי בטמפרטורה גבוהה של הפלדה, אוסטניט, מתייצב כך שהוא נשמר בכל הטמפרטורות, מהנמוכות ביותר ועד כמעט להמסה.

פלדת אל-חלד אוסטניטית מכונה בדרך כלל סוג 'כרום-ניקל', ופלדות מרטנזיטיות ופריטיות מכונות בדרך כלל סוג 'כרום ישר'. יסודות סגסוגת מסוימים המשמשים בפלדות אל-חלד ובמתכות ריתוך מתנהגים כמייצבים אוסטניט ואחרים כמייצבים פריט. מייצבים האוסטניטיים החשובים ביותר הם ניקל, פחמן, מנגן וחנקן. מייצבים פריט הם כרום, סיליקון, מוליבדן וניוביום. איזון יסודות הסגסוגת שולט בכמות הפריט במתכת הריתוך.

פלדות אל-חלד אוסטניטיות ניתנות לריתוך בקלות רבה יותר ובצורה משביעת רצון מאשר פלדות המכילות פחות מ-5% ניקל. חיבורי ריתוך המיוצרים מפלדות אל-חלד אוסטניטיות הם חזקים, גמישים וקשיחים במצבם המרותך. בדרך כלל הם אינם דורשים טיפול חימום מקדים או טיפול בחום לאחר הריתוך. פלדות אל-חלד אוסטניטיות מהוות כ-80% מפלדות האל-חלד המרותכות, ומאמר מבוא זה מתמקד בהן במידה רבה.

טבלה 1: סוגי פלדות אל-חלד ותכולת הכרום והניקל שלהן.

התחלה{c,80%}

סוג {סוג|% כרום|% ניקל|סוגים}

tdata{אוסטניטית|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}

tdata{מרטנסיטי|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}

tdata{פריטי|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}

tdata{דופלקס|18 - 28%|4 - 8%|2205}

נוטים

כיצד לבחור את מתכת המילוי הנכונה מנירוסטה

אם חומר הבסיס בשני הלוחות זהה, העיקרון המנחה המקורי היה "התחילו בהתאמת חומר הבסיס". זה עובד היטב במקרים מסוימים; כדי לחבר סוג 310 או 316, בחרו את סוג המילוי המתאים.

כדי לחבר חומרים שונים, יש לפעול לפי העיקרון המנחה הבא: 'בחרו חומר מילוי שיתאים לחומר בעל הסגסוגת הגבוהה יותר'. כדי לחבר 304 ל-316, בחרו חומר מילוי 316.

למרבה הצער, ל"כלל ההתאמה" יש כל כך הרבה יוצאים מן הכלל, שעיקרון טוב יותר הוא להתייעץ עם טבלת בחירת מתכות מילוי. לדוגמה, סוג 304 הוא חומר הבסיס הנפוץ ביותר מפלדת אל-חלד, אך אף אחד לא מציע אלקטרודה מסוג 304.

כיצד לרתך נירוסטה מסוג 304 ללא אלקטרודה מסוג 304

לריתוך נירוסטה מסוג 304, השתמשו בחומר מילוי מסוג 308, מכיוון שאלמנטים הסגסוגת הנוספים בסוג 308 ייצבו טוב יותר את אזור הריתוך.

עם זאת, 308L הוא גם חומר מילוי מקובל. הכינוי 'L' אחרי כל סוג מציין תכולת פחמן נמוכה. נירוסטה מסוג 3XXL מכילה תכולת פחמן של 0.03% או פחות, בעוד שפלדת אל-חלד סטנדרטית מסוג 3XX יכולה להכיל תכולת פחמן מקסימלית של 0.08%.

מכיוון שסיווג חומר מילוי מסוג L זהה למוצר שאינו מסוג L, יצרנים יכולים, וצריכים, לשקול בחום, שימוש בסיווג חומר מילוי מסוג L מכיוון שתכולת פחמן נמוכה יותר מפחיתה את הסיכון לבעיות קורוזיה בין-גרגירית. למעשה, המחברים טוענים שסיווג חומר מילוי מסוג L יהיה בשימוש נרחב יותר אם היצרנים פשוט ישדרגו את הנהלים שלהם.

יצרנים המשתמשים בתהליך GMAW עשויים לשקול גם שימוש בחומר מילוי מסוג 3XXSi, מכיוון שתוספת הסיליקון משפרת את הרטיבות. במצבים בהם לריתוך יש כתר גבוה או מחוספס, או כאשר שלולית הריתוך אינה מתחברת היטב בקצות החיבור של פילה או חיבור חפיפה, שימוש באלקטרודת Si מסוג GMAW יכול להחליק את חרוזי הריתוך ולקדם היתוך טוב יותר.

אם משקעי קרביד מהווים דאגה, שקלו חומר מילוי מסוג 347, המכיל כמות קטנה של ניוביום.

כיצד לרתך נירוסטה לפלדת פחמן

מצב זה מתרחש ביישומים בהם חלק אחד של מבנה דורש משטח חיצוני עמיד בפני קורוזיה המחובר לאלמנט מבני מפלדת פחמן כדי להוזיל את העלות. בעת חיבור חומר בסיס ללא יסודות סגסוגת לחומר בסיס עם יסודות סגסוגת, יש להשתמש בחומר מילוי בעל סגסוגת יתר כך שהדילול בתוך מתכת הריתוך יתאזן או יהיה בעל סגסוגת גבוהה יותר ממתכת הבסיס מנירוסטה.

לחיבור פלדת פחמן לסוג 304 או 316, כמו גם לחיבור פלדות אל חלד שונות, יש לשקול אלקטרודה מסוג 309L עבור רוב היישומים. אם רצויה תכולת Cr גבוהה יותר, יש לשקול אלקטרודה מסוג 312.

אזהרה: פלדות אל חלד אוסטניטיות מציגות קצב התפשטות הגבוה בכ-50 אחוז מזה של פלדת פחמן. כאשר הן מחוברות, קצבי ההתפשטות השונים עלולים לגרום לסדיקה עקב מאמצים פנימיים אלא אם כן נעשה שימוש באלקטרודה ובתהליך הריתוך המתאימים.

השתמשו בהליכי ניקוי נכונים להכנת ריתוך

כמו במתכות אחרות, יש להסיר תחילה שמן, גריז, סימנים ולכלוך בעזרת ממס שאינו כלורי. לאחר מכן, הכלל העיקרי בהכנת ריתוך מפלדת אל-חלד הוא 'הימנעו מזיהום מפלדת פחמן כדי למנוע קורוזיה'. חברות מסוימות משתמשות בבניינים נפרדים עבור 'סדנת האל-חלד' ו'סדנת הפחמן' שלהן כדי למנוע זיהום צולב.

יש לסמן גלגלי השחזה ומברשות מנירוסטה כ"נירוסטה בלבד" בעת הכנת הקצוות לריתוך. חלק מההליכים דורשים ניקוי במרחק של כ-5 ס"מ מהחיבור. הכנת החיבור היא גם קריטית יותר, שכן פיצוי על חוסר עקביות באמצעות מניפולציה של האלקטרודה קשה יותר מאשר עם פלדת פחמן.

השתמשו בהליך הניקוי הנכון לאחר הריתוך כדי למנוע חלודה

כדי להתחיל, זכרו מה הופך פלדת אל-חלד לפלדת אל-חלד: התגובה של כרום עם חמצן ליצירת שכבת מגן של תחמוצת כרום על פני החומר. נירוסטה מחלידה בגלל משקעי קרביד (ראה להלן) ומכיוון שתהליך הריתוך מחמם את מתכת הריתוך עד לנקודה שבה תחמוצת פריטית יכולה להיווצר על פני הריתוך. ריתוך במצב כמו מרותך, במצב ריתוך תקין לחלוטין עשוי להראות "עקבות חלודה" בגבולות האזור המושפע מחום תוך פחות מ-24 שעות.

כדי ששכבה חדשה של תחמוצת כרום טהורה תוכל להתחדש כראוי, פלדת אל-חלד דורשת ניקוי לאחר הריתוך באמצעות ליטוש, כבישה, השחזה או הברשה. שוב, השתמשו במכונות ליטוש ומברשות ייעודיות למשימה.

מדוע חוט ריתוך מפלדת אל-חלד מגנטי?

פלדת אל-חלד אוסטניטית מלאה אינה מגנטית. עם זאת, טמפרטורות הריתוך יוצרות גרגירים גדולים יחסית במיקרו-מבנה, מה שגורם לריתוך להיות רגיש לסדקים. כדי להפחית את הרגישות לסדיקה חמה, יצרני אלקטרודות מוסיפים יסודות סגסוגת, כולל פריט. שלב הפריט גורם לגרגירים האוסטניטיים להיות דקים בהרבה, כך שהריתוך הופך עמיד יותר בפני סדקים.

מגנט לא יידבק לסליל של חומר מילוי נירוסטה אוסטנית, אך אדם המחזיק מגנט עלול להרגיש משיכה קלה בגלל הפריט שנשאר. למרבה הצער, זה גורם לחלק מהמשתמשים לחשוב שהמוצר שלהם סומן באופן שגוי או שהם משתמשים במתכת מילוי שגויה (במיוחד אם קרעו את התווית מסלסלת התיל).

כמות הפריט הנכונה באלקטרודה תלויה בטמפרטורת השירות של היישום. לדוגמה, יותר מדי פריט גורם לריתוך לאבד את קשיחותו בטמפרטורות נמוכות. לכן, חומר מילוי מסוג 308 עבור יישום צנרת גז טבעי נוזלי (LNG) בעל מספר פריט בין 3 ל-6, בהשוואה למספר פריט של 8 עבור חומר מילוי סטנדרטי מסוג 308. בקיצור, מתכות מילוי עשויות להיראות דומות בהתחלה, אך הבדלים קטנים בהרכב הם חשובים.

האם יש דרך קלה לרתך פלדות אל חלד דופלקס?

בדרך כלל, לפלדות אל-חלד דופלקס יש מיקרו-מבנה המורכב מכ-50% פריט ו-50% אוסטניט. במילים פשוטות, הפריט מספק חוזק גבוה ועמידות מסוימת בפני סדקים כתוצאה מקורוזיית מאמץ, בעוד שהאוסטניט מספק קשיחות טובה. שני הפאזות בשילוב מעניקות לפלדות הדופלקס את תכונותיהן האטרקטיביות. קיים מגוון רחב של פלדות אל-חלד דופלקס, כאשר הנפוצה ביותר היא סוג 2205; זו מכילה 22% כרום, 5% ניקל, 3% מוליבדן ו-0.15% חנקן.

בעת ריתוך פלדת אל-חלד דופלקס, עלולות להיווצר בעיות אם מתכת הריתוך מכילה יותר מדי פריט (החום מהקשת גורם לאטומים להסתדר במטריצת פריט). כדי לפצות, מתכות מילוי צריכות לקדם את המבנה האוסטניטי עם תכולת סגסוגת גבוהה יותר, בדרך כלל 2 עד 4% יותר ניקל מאשר במתכת הבסיס. לדוגמה, חוט עם ליבת שטף לריתוך מסוג 2205 עשוי להכיל 8.85% ניקל.

תכולת הפריט הרצויה יכולה לנוע בין 25% ל-55% לאחר הריתוך (אך יכולה להיות גבוהה יותר). שימו לב שקצב הקירור חייב להיות איטי מספיק כדי לאפשר לאוסטניט להתגבש מחדש, אך לא איטי מדי כך שייווצרו פאזות בין-מתכתיות, וגם לא מהיר מדי כך שייווצרו עודפי פריט באזור המושפע מחום. יש לפעול לפי ההליכים המומלצים של היצרן עבור תהליך הריתוך ומתכת המילוי שנבחרה.

כוונון פרמטרים בעת ריתוך נירוסטה

עבור יצרנים אשר מתאימים ללא הרף פרמטרים (מתח, זרם, אורך קשת, השראות, רוחב פולס וכו') בעת ריתוך פלדת אל-חלד, הגורם האופייני הוא הרכב מתכת מילוי לא עקבי. בהתחשב בחשיבותם של יסודות הסגסוגת, שינויים בהרכב הכימי בין אצווה לאצווה יכולים להשפיע באופן ניכר על ביצועי הריתוך, כגון רטיבות גרועה או קושי בשחרור סיגים. שינויים בקוטר האלקטרודה, ניקיון פני השטח, יציקה וסליל משפיעים גם הם על הביצועים ביישומי GMAW ו-FCAW.

בקרת משקעי קרביד בפלדת אל-חלד אוסטניטית

בטמפרטורות בטווח של 426-871 מעלות צלזיוס, תכולת פחמן העולה על 0.02% נודדת לגבולות הגרעינים של המבנה האוסטניטי, שם היא מגיבה עם כרום ליצירת כרום קרביד. אם הכרום נקשר לפחמן, הוא אינו זמין לעמידות בפני קורוזיה. כאשר הוא נחשף לסביבה קורוזיבית, נוצרת קורוזיה בין-גרגירית, המאפשרת לגבולות הגרעינים להיכרך.

כדי לשלוט על משקעי קרביד, יש לשמור על תכולת פחמן נמוכה ככל האפשר (0.04% לכל היותר) על ידי ריתוך עם אלקטרודות דלות פחמן. פחמן יכול להיקשר גם על ידי ניוביום (לשעבר קולומביום) וטיטניום, שיש להם זיקה חזקה יותר לפחמן מאשר כרום. אלקטרודות מסוג 347 מיועדות למטרה זו.

כיצד להתכונן לדיון על בחירת מתכת מילוי

לכל הפחות, יש לאסוף מידע על השימוש הסופי של החלק המרותך, כולל סביבת השירות (במיוחד טמפרטורות הפעלה, חשיפה לאלמנטים קורוזיביים ומידת עמידות בפני קורוזיה צפויה) ואורך החיים הרצוי. מידע על תכונות מכניות נדרשות בתנאי הפעלה מסייע רבות, כולל חוזק, קשיחות, גמישות ועייפות.

רוב יצרני האלקטרודות המובילים מספקים מדריכים לבחירת מתכת מילוי, והמחברים אינם יכולים להפריז בחשיבותה של נקודה זו: עיינו במדריך יישומים של מתכות מילוי או צרו קשר עם המומחים הטכניים של היצרן. הם שם כדי לסייע בבחירת אלקטרודת הנירוסטה הנכונה.

למידע נוסף על מתכות המילוי מפלדת אל-חלד של TYUE וליצירת קשר עם מומחי החברה לקבלת ייעוץ, בקרו באתר www.tyuelec.com.