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
1. A formação de carboneto de cromo reduz a resistência à corrosão intergranular das juntas soldadas.
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 na 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 contorno do grão pode ser reduzida. O cromo tem uma grande solubilidade em ferrita, e o Cr23C6 é formado preferencialmente em ferrita, sem causar o esgotamento do contorno do grão de austenita em cromo; a ferrita espalhada entre a austenita pode evitar a corrosão ao longo do contorno do 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, escolha um método de soldagem com alta densidade de energia (como soldagem a arco de argônio de plasma), escolha uma energia de linha de soldagem menor e passe gás argônio na parte de trás da solda ou use uma almofada de cobre Aumente a taxa de resfriamento da junta soldada, reduza o número de arcos e arcos para evitar aquecimento repetido e aplique a última soldagem na superfície de contato com o meio corrosivo durante a soldagem multicamadas.
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. Ao soldar em dupla face, a costura de soldagem em contato com o meio corrosivo deve ser soldada por último (esta 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.
2 Corrosão sob tensão
As seguintes medidas podem ser tomadas para prevenir 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.
3. 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. O 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 trincas térmicas. 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 prejudiciais. Promovendo assim a formação de uma película líquida intercristalina contínua e melhorando a sensibilidade à trinca térmica. Se a soldagem for aquecida de forma desigual, é fácil formar uma grande tensão de tração e promover a geração de trincas 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 S, P, e pode reduzir a energia interfacial 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.
4. 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.
5. Grande deformação de soldagem
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 tungstênio e argônio (TIG), soldagem a arco de eletrodo de fusão e argônio (MIG), soldagem a arco de plasma e argônio (PAW) e soldagem a arco submerso (SAW). O 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 ferrita são usados para garantir boa resistência à trinca (trinca a frio, trinca a quente, trinca por corrosão sob tensão) da solda. Quando a fase de ferrita não é permitida ou impossível na solda, os consumíveis de soldagem que contêm Mo, Mn e outros elementos de liga devem ser selecionados.
O C, S, P, Si e Nb nos consumíveis de soldagem devem ser os mais baixos possíveis. O Nb causará rachaduras 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 aliviadas de tensão após a soldagem, materiais de soldagem contendo Nb são geralmente selecionados. A soldagem a 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 no fluxo e no fio de soldagem; devido à grande profundidade de penetração, deve-se prestar atenção à prevenção da geração de rachaduras quentes no centro da solda e à resistência à corrosão da zona afetada pelo calor. Redução sexual. Deve-se prestar atenção à seleção de fio de soldagem mais fino e menor energia da linha de soldagem, e o fio de soldagem deve ser baixo em Si, S e P. O teor de ferrita 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 de elementos de liga para atender aos requisitos de desempenho da solda e composição química.
