As características de soldagem do aço inoxidável austenítico: a quantidade de tensão elástica e plástica e deformação durante a soldagem é grande, mas raramente ocorrem trincas a frio. Não há zona de endurecimento por têmpera e engrossamento de grãos na junta soldada, então a resistência à tração da junta soldada é alta.
Os principais problemas da soldagem de aço inoxidável austenítico: a deformação da soldagem é grande; devido às suas características de contorno de grão e sensibilidade a certas impurezas residuais (S, P), é fácil produzir trincas a quente.
Cinco grandes problemas de soldagem de aço inoxidável austenítico e suas soluções
Nº 1. A formação de carboneto de cromo reduz a resistência das juntas soldadas à corrosão intergranular.
Corrosão intergranular: De acordo com a teoria do cromo pobre, quando a solda e a zona afetada pelo calor são aquecidas até a zona de temperatura de sensibilização de 450-850 graus, o carboneto de cromo precipitará no contorno de grão, resultando no contorno de grão de cromo pobre, que não é suficiente para resistir à corrosão.
(1) Para a corrosão intergranular da solda e a corrosão da zona de temperatura sensibilizada no material alvo, as seguintes medidas podem ser usadas para limitar:
a. Reduza o teor de carbono do metal base e da solda e adicione elementos estabilizadores Ti, Nb e outros elementos ao metal base para formar preferencialmente MC para evitar a formação de Cr23C6.
b. Faça a solda formar uma estrutura de fase dupla de austenita e uma pequena quantidade de ferrita. Quando há uma certa quantidade de ferrita na solda, os grãos podem ser refinados, a área dos grãos pode ser aumentada e a quantidade de precipitação de carboneto de cromo por unidade de área do limite do grão pode ser reduzida.
O cromo tem grande solubilidade em ferrita, e o Cr23C6 é formado preferencialmente em ferrita, sem causar o esgotamento do contorno de grão da austenita no cromo; a ferrita espalhada entre a austenita pode evitar a corrosão ao longo do contorno de grão para a difusão interna.
c. Controle o tempo de residência na faixa de temperatura de sensibilização. Ajuste o ciclo térmico de soldagem para encurtar o tempo de residência em 600-1000 graus o máximo possível e escolha um método de soldagem com alta densidade de energia (como soldagem a arco de argônio de plasma),
Selecione uma energia de linha de soldagem menor, passe gás argônio na parte de trás da solda ou use uma almofada de cobre para aumentar a taxa de resfriamento da junta soldada, reduza o número de início e término do arco para evitar aquecimento repetido, e a superfície de contato com o meio corrosivo durante a soldagem multicamadas é o mais longe possível. Soldagem etc.
d. Após a soldagem, realize o tratamento de solução ou recozimento de estabilização (850-900 grau) e resfriamento ao ar após a preservação do calor, para que os carbonetos possam ser totalmente precipitados e a difusão do cromo possa ser acelerada).
(2) Corrosão tipo faca nas juntas soldadas, por este motivo, as seguintes medidas preventivas podem ser tomadas:
Devido à forte difusividade do carbono, ele se segregará no contorno do grão para formar um estado supersaturado durante o processo de resfriamento, enquanto Ti e Nb permanecerão no cristal devido à sua baixa difusividade. Quando a junta soldada for aquecida novamente na faixa de temperatura de sensibilização, o carbono supersaturado precipitará na forma de Cr23C6 no intergranular.
a. Reduzir o teor de carbono. Para aço inoxidável contendo elementos estabilizadores, o teor de carbono não deve exceder 0.06%.
b. Use um processo de soldagem razoável. Selecione uma energia de linha de soldagem menor para reduzir o tempo de residência da área superaquecida em alta temperatura e preste atenção para evitar o efeito de "sensibilização de temperatura média" durante o processo de soldagem.
Na soldagem dupla face, a costura de soldagem em contato com o meio corrosivo deve ser soldada por último (essa é a razão pela qual a soldagem interna do tubo soldado de parede espessa de grande diâmetro é realizada após a soldagem externa). A área superaquecida em contato com o meio corrosivo é novamente aquecida por sensibilização.
c. Tratamento térmico pós-soldagem. O tratamento de solução ou estabilização é realizado após a soldagem.
No 2, corrosão sob tensão
As seguintes medidas podem ser tomadas para evitar a ocorrência de fissuras por corrosão sob tensão:
a. Seleção correta de materiais e ajuste razoável da composição da solda. Aço inoxidável austenítico de cromo-níquel de alta pureza, aço inoxidável austenítico de cromo-níquel de alto silício, aço inoxidável ferrítico-austenítico, aço inoxidável ferrítico de alto cromo, etc. têm boa resistência à corrosão sob tensão, e o metal de solda é aço inoxidável austenítico. A resistência à corrosão sob tensão é boa quando a estrutura do aço bifásico é ferrítica e ferrítica.
b. Elimine ou reduza o estresse residual. O tratamento térmico de alívio de estresse pós-soldagem é realizado, e métodos mecânicos como polimento, shot peening e martelamento são usados para reduzir o estresse residual da superfície.
c. Projeto estrutural razoável para evitar grandes concentrações de tensões.
No3. Trincas a quente na soldagem (trincas de cristalização da solda, trincas de liquefação na zona afetada pelo calor)
A suscetibilidade à trinca térmica depende principalmente da composição química, estrutura e propriedades do material. Ni é fácil de formar compostos de baixo ponto de fusão ou eutéticos com impurezas como S e P, e a segregação de boro e silício causará trinca térmica.
A solda é fácil de formar uma estrutura de grãos colunares grosseiros com forte direcionalidade, o que é propício à segregação de impurezas e elementos nocivos. Promovendo assim a formação de uma película líquida intercristalina contínua e melhorando a sensibilidade de rachaduras térmicas. Se a soldagem for aquecida de forma desigual, é fácil formar uma grande tensão de tração e promover a geração de rachaduras quentes de soldagem.
Medidas preventivas:
a. Controle rigorosamente o conteúdo de impurezas nocivas S e P.
b. Ajuste a textura do metal de solda. A solda de estrutura bifásica tem boa resistência a trincas. A fase delta na solda pode refinar os grãos, eliminar a direcionalidade da austenita monofásica, reduzir a segregação de impurezas prejudiciais no contorno do grão e a fase delta pode dissolver mais o S,
P, e pode reduzir a energia da interface e organizar a formação de filme líquido intercristalino.
c. Ajuste a composição da liga do metal de solda. Aumente apropriadamente o conteúdo de Mn, C e N no aço austenítico monofásico e adicione uma pequena quantidade de oligoelementos como cério, picareta e tântalo (que podem refinar a estrutura da solda e purificar os limites dos grãos) para reduzir a sensibilidade à trinca a quente.
d. medidas de processo. Minimize o superaquecimento da poça de fusão para evitar a formação de cristais colunares grosseiros e use pequena energia de linha e pequenos cordões de solda de seção transversal.
Por exemplo, aços austeníticos do tipo 25-20 são propensos a trincas de liquefação. Ao limitar estritamente o conteúdo de impurezas e o tamanho do grão do metal base, adotando métodos de soldagem de alta densidade de energia, pequena energia de linha e aumentando a taxa de resfriamento das juntas e outras medidas.
No4.Fragilização de juntas soldadas
O aço de alta resistência deve garantir a plasticidade da junta soldada e evitar a fragilização em altas temperaturas; o aço de baixa temperatura deve ter boa tenacidade em baixas temperaturas para evitar a fragilização em baixas temperaturas da junta soldada.
No5. A deformação da soldagem é grande
Devido à baixa condutividade térmica e ao grande coeficiente de expansão, a deformação da soldagem é grande, e um acessório pode ser usado para evitar a deformação. Métodos de soldagem e seleção de materiais de soldagem para aços inoxidáveis austeníticos:
O aço inoxidável austenítico pode ser soldado por soldagem a arco de argônio-tungstênio (TIG), soldagem a arco de argônio com eletrodo de fusão (MIG), soldagem a arco de plasma-argônio (PAW) e soldagem a arco submerso (SAW).
Aço inoxidável austenítico tem baixa corrente de soldagem devido ao seu baixo ponto de fusão, baixa condutividade térmica e alta resistividade. Soldas e cordões estreitos devem ser usados para reduzir o tempo de residência em alta temperatura, evitar precipitação de carboneto, reduzir o estresse de contração da solda e reduzir a sensibilidade à trinca térmica.
A composição dos consumíveis de soldagem, especialmente os elementos de liga de Cr e Ni, é maior do que a do metal base. Os consumíveis de soldagem que contêm uma pequena quantidade (4-12%) de ferrite são usados para garantir boa resistência a trincas (trinca a frio, trinca a quente, trinca por corrosão sob tensão) da solda.
Quando a fase ferrita não for permitida ou impossível na solda, devem ser selecionados consumíveis de soldagem contendo Mo, Mn e outros elementos de liga.
O C, S, P, Si e Nb nos consumíveis de soldagem devem ser os mais baixos possíveis. O Nb causará trincas de solidificação em soldas de austenita pura, mas uma pequena quantidade de ferrita nas soldas pode ser efetivamente evitada.
Para estruturas soldadas que precisam ser estabilizadas ou ter o estresse aliviado após a soldagem, materiais de soldagem contendo Nb são geralmente selecionados. A soldagem por arco submerso é usada para soldar placas médias, e a perda de queima de Cr e Ni pode ser suplementada pela transição de elementos de liga em fluxo e arame de soldagem;
Devido à grande profundidade de penetração, deve-se tomar cuidado para evitar a geração de trincas quentes na área central da solda e a redução da resistência à corrosão na zona afetada pelo calor. Deve-se prestar atenção à seleção de arame de solda mais fino e menor energia da linha de solda, e o arame de solda deve ser baixo em Si, S e P.
O teor de ferrite na solda de aço inoxidável resistente ao calor não deve exceder 5%. Para aço inoxidável austenítico com teor de Cr e Ni maior que 20%, deve-se usar arame de solda com alto teor de Mn (6-8%), e deve-se usar fluxo alcalino ou neutro como fluxo para evitar a adição de Si à solda e melhorar sua resistência a trincas.
O fluxo especial para aço inoxidável austenítico tem muito pouca adição de Si, o que pode transferir liga para a solda para compensar a perda de queima dos elementos da liga para atender aos requisitos de desempenho da solda e composição química.
