Características de soldagem de aço inoxidável austenítico e seleção de haste de soldagem

O aço inoxidável austenítico tem boa soldabilidade e é atualmente o mais amplamente utilizado na indústria. Geralmente, medidas tecnológicas especiais não são necessárias durante a soldagem. Este artigo analisa em detalhes a ocorrência de trincas a quente, corrosão intergranular, trincas por corrosão sob tensão, fragilização de juntas soldadas (fragilização por baixa temperatura, fragilização por fase sigma, fragilização por linha de fusão), causas e medidas preventivas,

Por meio da análise teórica e prática das características de soldagem, são introduzidos os princípios de seleção e métodos de seleção de eletrodos para aço inoxidável austenítico na soldagem de diferentes materiais e em diferentes condições de ambiente de trabalho.

O aço inoxidável é cada vez mais amplamente usado nas indústrias de aviação, petróleo, química e energia atômica. O aço inoxidável é dividido em aço inoxidável cromo, aço inoxidável cromo-níquel de acordo com a composição química, e aço inoxidável ferrítico, aço inoxidável martensítico, aço inoxidável austenítico e aço inoxidável duplex austenítico-ferrítico.

Entre os aços inoxidáveis, o aço inoxidável austenítico (aço inoxidável tipo 18-8) tem melhor resistência à corrosão do que outros aços inoxidáveis; sua resistência é menor, mas sua plasticidade e tenacidade são excelentes; seu desempenho de soldagem é bom e é usado principalmente para recipientes químicos, equipamentos e é o aço inoxidável mais amplamente utilizado na indústria atualmente.

Embora o aço inoxidável austenítico tenha muitas vantagens, se o processo de soldagem for incorreto ou o material de soldagem for selecionado incorretamente, muitos defeitos ocorrerão, o que afetará o desempenho.

Características de soldagem do aço inoxidável austenítico

• Propenso a fissuras térmicas

Trincas a quente de aço inoxidável austenítico são relativamente fáceis de produzir defeitos durante a soldagem, incluindo trincas longitudinais e transversais de soldas, trincas de rebarbas, trincas de raiz de soldagem de suporte e trincas intercamadas de soldagem multicamadas, etc., especialmente quando o teor de níquel é relativamente alto. Aços inoxidáveis ​​altamente austeníticos são mais fáceis de produzir.

1. Causa

(1) As linhas de fase líquida e sólida do aço inoxidável austenítico têm um grande intervalo, um longo tempo de cristalização e uma orientação cristalográfica de austenita monofásica é forte, portanto a segregação de impurezas é relativamente séria.

(2) A condutividade térmica é pequena e o coeficiente de expansão linear é grande, o que gerará grande tensão interna de soldagem (geralmente a tensão de tração da solda e da zona afetada pelo calor) durante a soldagem.

(3) Os componentes em aço inoxidável austenítico, como C, S, P, Ni, etc., formarão um eutético de baixo ponto de fusão na poça de fusão. Por exemplo, o ponto de fusão do Ni3S2 formado por S e Ni é de 645 graus, enquanto o ponto de fusão do eutético Ni-Ni3S2 é de apenas 625 graus.

2. Medidas preventivas

(1) Use a solda de estrutura de fase dupla para fazer o metal de solda como estrutura de fase dupla de austenita e ferrita tanto quanto possível, e controle o teor de ferrita abaixo de 3 a 5%, o que pode perturbar a direção dos cristais colunares de austenita. refinamento de grãos. E a ferrita pode dissolver mais impurezas do que a austenita, reduzindo assim a segregação de eutética de baixo ponto de fusão em limites de grãos de austenita.

(2) Medidas do processo de soldagem No processo de soldagem, tente usar eletrodos de alta qualidade com revestimento alcalino, use energia de linha pequena, corrente pequena, soldagem rápida sem oscilação, tente preencher o poço do arco na extremidade e use soldagem a arco de argônio para fundo, etc. Reduza o estresse de soldagem e as rachaduras de cratera.

(3) Controle a composição química Limite rigorosamente o conteúdo de impurezas como S e P na solda para reduzir o eutético de baixo ponto de fusão.

• Corrosão intergranular

A corrosão ocorre entre os grãos, o que resulta na perda de ligação entre eles, perda quase completa de resistência e fratura ao longo dos limites dos grãos quando estressados.

1. causa

De acordo com a teoria de depleção de cromo, quando a solda e a zona afetada pelo calor são aquecidas à temperatura de sensibilização de 450 a 850 graus (zona de temperatura perigosa), devido ao grande raio atômico do Cr, a taxa de difusão é pequena, e o carbono supersaturado tende a austenitar grãos. O limite se difunde e forma Cr23C6 no limite de grão com o composto de cromo no limite de grão, resultando em um limite de grão com cromo pobre, o que não é suficiente para resistir à corrosão.

2. Medidas preventivas

(1) Controlo do teor de carbono

Use consumíveis de soldagem de aço inoxidável de baixo carbono ou ultrabaixo carbono (W(C) menor ou igual a 0.03%). Como A002 e assim por diante.

(2) Adicionar estabilizador

Adicionar Ti, Nb e outros elementos que têm uma afinidade mais forte com C do que Cr em aço e materiais de soldagem pode combinar com C para formar carbonetos estáveis, evitando assim a depleção de cromo em contornos de grãos de austenita. Aço inoxidável e materiais de soldagem comumente usados ​​contêm Ti, Nb, como 1Cr18Ni9Ti, aço 1Cr18Ni12MO2Ti, eletrodo E347-15, fio de soldagem H0Cr19Ni9Ti, etc.

(3) Adotar uma organização bidirecional

Uma certa quantidade de elementos formadores de ferrite, como Cr, Si, AL, MO, etc., são derretidos na solda pelo fio de solda ou eletrodo, de modo que a solda é formada em uma estrutura bifásica de austenita + ferrite, porque o Cr está na A taxa de difusão na ferrite é mais rápida do que na austenite, então o Cr difunde-se para os contornos de grãos mais rápido na ferrite, o que alivia o fenômeno de depleção de cromo nos contornos de grãos da austenite. Geralmente, o conteúdo de ferrite no metal de solda é controlado para ser de 5% a 10%. Se houver muita ferrite, a solda ficará quebradiça.

(4) Resfriamento rápido

Como o aço inoxidável austenítico não causa endurecimento, durante o processo de soldagem, você pode tentar aumentar a taxa de resfriamento da junta soldada, como resfriando com uma placa de suporte de cobre ou regando diretamente sob a soldagem.

No processo de soldagem, medidas como baixa corrente, alta velocidade de soldagem, arco curto e soldagem multipasse podem ser usadas para encurtar o tempo que a junta soldada permanece na área de temperatura perigosa, de modo a evitar a formação de uma área com depleção de cromo.

(5) Realize o tratamento de solução ou tratamento térmico de homogeneização. Após a soldagem, aqueça a junta soldada a 1050-1100 graus, de modo que os carbonetos sejam redissolvidos em austenita e, em seguida, resfriados rapidamente para formar uma estrutura de austenita monofásica estável.

Além disso, um tratamento térmico de homogeneização a 850-900 graus por 2 horas também pode ser realizado. Neste momento, o Cr nos grãos de austenita difunde-se para os contornos dos grãos, e o teor de Cr nos contornos dos grãos atinge mais de 12% novamente, de modo que nenhum grão será formado. corroído.

• Corrosão sob tensão

Danos por corrosão de metal sob a ação combinada de estresse e meio corrosivo. De acordo com os casos de corrosão sob tensão e estudos experimentais de equipamentos e peças de aço inoxidável, pode-se considerar que sob a ação combinada de um certo estresse de tração estático e um meio eletroquímico específico a uma certa temperatura, o aço inoxidável existente tem a possibilidade de produzir corrosão sob tensão.

Uma das maiores características da corrosão sob tensão é a seletividade na combinação de meios e materiais corrosivos. É fácil causar corrosão sob tensão do aço inoxidável austenítico, principalmente ácido clorídrico e cloreto contendo íons cloreto, bem como ácido sulfúrico, ácido nítrico, hidróxido (álcali), água do mar, vapor de água, solução aquosa de H2S, solução aquosa concentrada de NaHCO3+NH3+NaCl e outros meios. Espere.

1. Causa

A corrosão sob tensão é um fenômeno de corrosão retardada que ocorre quando juntas soldadas são submetidas a tensão de tração em um ambiente corrosivo específico. A corrosão sob tensão de juntas soldadas de aço inoxidável austenítico é uma forma séria de falha de juntas soldadas, que se manifesta como falha frágil sem deformação plástica.

2. Medidas preventivas

(1) Formular razoavelmente o processo de conformação e o processo de montagem para minimizar o grau de deformação do trabalho a frio, evitar a montagem forçada e prevenir todos os tipos de cicatrizes durante o processo de montagem (todos os tipos de cicatrizes de montagem e queimaduras de arco se tornarão a fonte de rachaduras do SCC, o que é fácil de causar corrosão. poço.

(2) Seleção razoável de consumíveis de soldagem A costura de soldagem e o metal base devem ter uma boa combinação, sem nenhuma estrutura ruim, como engrossamento de grãos e martensita dura e quebradiça.

(3) Adote o processo de soldagem apropriado para garantir que a costura de soldagem seja bem formada e não produza nenhuma concentração de tensão ou defeitos de pitting, como rebaixo, etc., adote uma sequência de soldagem razoável para reduzir o nível de tensão residual de soldagem. Por exemplo, evite soldas cruzadas, altere a ranhura em forma de Y para uma ranhura em forma de X, reduza apropriadamente o ângulo da ranhura, use um cordão de solda curto e use uma pequena energia de linha.

(4) Tratamento térmico pós-soldagem para tratamento de alívio de tensões, como recozimento completo ou recozimento após soldagem; martelamento pós-soldagem ou granalhamento é usado quando o tratamento térmico é difícil de implementar.

(5) Medidas de gerenciamento de produção para controlar impurezas no meio, como O2, N2, H2O, etc. em meio de amônia líquida, H2S em gás de petróleo liquefeito, O2, Fe3+, Cr6+, etc. em solução de cloreto, tratamento anticorrosivo: como camada de revestimento, forro ou proteção catódica, etc., adicionar inibidor de corrosão.

• Fragilização de juntas soldadas

Após a solda do aço inoxidável austenítico ser aquecida em alta temperatura por um período de tempo, o fenômeno de tenacidade ao impacto diminuirá, o que é chamado de fragilização.

1. Fragilização do metal de solda em baixa temperatura (fragilização de 475 graus)

(1) Causa

A estrutura de solda de fase dupla contendo mais fases de ferrite (mais de 15% a 20%), após aquecimento a 350 a 500 graus, a plasticidade e a tenacidade diminuirão significativamente. Como a velocidade de fragilização é mais rápida a 475 graus, ela é chamada de fragilização de 475 graus.

Para juntas soldadas de aço inoxidável austenítico, a resistência à corrosão ou à oxidação nem sempre é a propriedade mais crítica, mas quando usada em baixas temperaturas, a tenacidade plástica do metal de solda se torna a propriedade crítica.

Para atender aos requisitos de tenacidade em baixa temperatura, a estrutura de solda geralmente espera obter uma única estrutura de austenita para evitar a existência de ferrita delta. A presença de ferrita delta sempre deteriora a tenacidade em baixa temperatura, e quanto maior o conteúdo, mais séria é essa fragilização.

(2) Medidas preventivas

①Com a premissa de garantir a resistência a rachaduras e a resistência à corrosão do metal de solda, a fase de ferrita deve ser controlada em um nível baixo, cerca de 5%.

②Soldas que ficaram quebradiças a 475 graus podem ser eliminadas por têmpera a 900 graus.

2. Fragilização em fase sigma de juntas soldadas

(1) Causas

The long-term use of austenitic stainless steel welded joints in the temperature range of 375 to 875 ° C will produce an inter-FeCr compound called σ phase. The σ phase is hard and brittle (HRC>68).

Como resultado da precipitação da fase σ, a tenacidade ao impacto da solda cai drasticamente, o que é chamado de fragilização da fase σ. A fase σ geralmente só aparece na solda de estrutura bifásica; quando a temperatura de serviço excede 800 ~ 850 graus, a fase σ também precipitará na solda de austenita monofásica.

(2) Medidas preventivas

①Limite o teor de ferrite no metal de solda (menos de 15%); use materiais de soldagem superligados, ou seja, materiais de soldagem com alto teor de níquel, e controle rigorosamente o teor de Cr, Mo, Ti, Nb e outros elementos.

② Pequena especificação é adotada para reduzir o tempo de residência do metal de solda em alta temperatura

③ A fase σ que foi precipitada é submetida a tratamento de solução sólida quando as condições permitem, de modo que a fase σ seja dissolvida em austenita.

④Aqueça a junta soldada a 1000-1050 graus e depois resfrie-a rapidamente. A fase σ geralmente não é produzida no aço 1Cr18Ni9Ti.

3. A linha de fusão é frágil

(1) Causas

Quando o aço inoxidável austenítico é usado por um longo período em alta temperatura, ocorrerá fratura frágil ao longo de alguns grãos fora da linha de fusão.

(2) Medidas de prevenção e controlo

Adicionar Mo ao aço pode melhorar a capacidade do aço de resistir à fratura frágil em altas temperaturas.

Por meio da análise acima, somente a seleção razoável das medidas de processo de soldagem acima ou materiais de soldagem pode evitar os defeitos de soldagem acima. O aço inoxidável austenítico tem excelente soldabilidade, e quase todos os métodos de soldagem podem ser usados ​​para a soldagem de aço inoxidável austenítico.

Entre vários métodos de soldagem, a soldagem a arco de eletrodo tem as vantagens de se adaptar a várias posições e diferentes espessuras de chapa, e é amplamente usada. O seguinte se concentra na análise dos princípios e métodos de seleção de eletrodos de aço inoxidável austenítico sob diferentes usos.

Pontos-chave para seleção de eletrodos para aço inoxidável austenítico

O aço inoxidável é usado principalmente para resistência à corrosão, mas também é usado como aço resistente ao calor e aço de baixa temperatura. Portanto, ao soldar aço inoxidável, o desempenho do eletrodo deve corresponder à finalidade do aço inoxidável. Os eletrodos de aço inoxidável devem ser selecionados de acordo com o metal base e as condições de trabalho (incluindo temperatura de trabalho e meio de contato, etc.).

(1) Ponto 1

Em termos gerais, a seleção do eletrodo pode se referir ao material do metal base, e selecionar o eletrodo com a mesma composição ou similar ao metal base. Como: A102 corresponde a 0Cr18Ni9, A137 corresponde a 1Cr18Ni9Ti.

(2) Ponto 2

Como o teor de carbono tem grande influência na resistência à corrosão do aço inoxidável, o eletrodo de aço inoxidável cujo teor de carbono do metal depositado não é maior do que o do metal base é geralmente selecionado. Como 316L deve usar eletrodo A022.

(3) Ponto 3

O metal de solda do aço inoxidável austenítico deve garantir propriedades mecânicas. Isso pode ser verificado pela qualificação do procedimento de soldagem.

(4) Ponto 4 (Aço austenítico resistente ao calor)

Para aço inoxidável resistente ao calor (aço austenítico resistente ao calor) trabalhando em alta temperatura, o eletrodo selecionado deve atender principalmente à resistência à trinca a quente do metal de solda e ao desempenho em alta temperatura da junta soldada.

1. Para aços austeníticos resistentes ao calor com Cr/Ni maior ou igual a 1, como 1Cr18Ni9Ti, etc., eletrodos de aço inoxidável austenítico-ferrítico são geralmente usados, e é aconselhável que o metal de solda contenha 2-5% de ferrita. Quando o teor de ferrita é muito baixo, a resistência à trinca do metal de solda é baixa; se for muito alto, é fácil formar uma fase de fragilização sigma durante o uso a longo prazo em alta temperatura ou tratamento térmico, resultando em trincas.

Como A002, A102, A137. Em algumas aplicações especiais, quando todo metal de solda austenítico pode ser necessário, como eletrodos A402, A407, etc. podem ser usados.

2. Para aços austeníticos estáveis ​​e resistentes ao calor com Cr/Ni<1, such as Cr16Ni25Mo6, etc., it is generally necessary to increase the Mo, W, Mn in the weld metal while ensuring that the chemical composition of the weld metal is approximately similar to that of the base metal. The content of such elements can improve the crack resistance of the weld while ensuring the thermal strength of the weld metal. Such as using A502, A507.

(5) Ponto 5 (aço inoxidável resistente à corrosão)

Para aço inoxidável resistente à corrosão trabalhando em vários meios corrosivos, o eletrodo deve ser selecionado de acordo com o meio e a temperatura de trabalho, e sua resistência à corrosão deve ser garantida (faça o teste de desempenho de corrosão de juntas soldadas).

1. Para o meio com temperatura de trabalho acima de 300 graus e forte corrosividade, o eletrodo contendo elemento de estabilização de Ti ou Nb ou aço inoxidável de carbono ultrabaixo deve ser usado. Como A137 ou A002 e assim por diante.

2. Para o meio contendo ácido sulfúrico diluído ou ácido clorídrico, eletrodos de aço inoxidável contendo Mo ou Mo e Cu são frequentemente usados, tais como: A032, A052, etc.

3. Para equipamentos com corrosão fraca ou apenas para evitar poluição por ferrugem, eletrodos de aço inoxidável sem Ti ou Nb podem ser usados. Para garantir a resistência à corrosão sob tensão do metal de solda, são usados ​​consumíveis de soldagem superligados, ou seja, o conteúdo de elementos de liga resistentes à corrosão (Cr, Ni, etc.) no metal de solda é maior do que o do metal base. Por exemplo, use materiais de soldagem do tipo 00Cr18Ni12Mo2 (como A022) para soldar soldagens 00Cr19Ni10.

(6) Ponto 6

Para aço inoxidável austenítico trabalhando sob condições de baixa temperatura, a tenacidade ao impacto em baixa temperatura da junta soldada na temperatura de serviço deve ser garantida, então eletrodos austeníticos puros são usados. Como A402, A407.

(7) Ponto 7

Eletrodos de liga à base de níquel também estão disponíveis. Por exemplo, o aço inoxidável super austenítico tipo Mo6 é soldado com consumíveis de soldagem à base de níquel com Mo de até 9%.

(8) Ponto 8: Seleção do tipo de revestimento do eletrodo

1. Como o próprio metal de solda de aço austenítico bifásico contém uma certa quantidade de ferrita, ele tem boa plasticidade e tenacidade. Da perspectiva da resistência à trinca do metal de solda, o revestimento básico e o eletrodo de revestimento do tipo titânio-cálcio são comparados. A diferença não é tão significativa quanto para eletrodos de aço carbono. Portanto, em aplicações práticas, mais atenção é dada ao desempenho do processo de soldagem, e a maioria dos eletrodos com código de tipo de revestimento 17 ou 16 (como A102A, A102, A132, etc.) são usados.

2. Somente quando a rigidez estrutural for muito alta ou a resistência à trinca do metal de solda for baixa (como alguns aços inoxidáveis ​​de cromo martensítico, aços inoxidáveis ​​de cromo-níquel austeníticos puros, etc.), a escolha do código de revestimento 15 pode ser considerada. Eletrodos básicos de aço inoxidável revestidos (como A107, A407, etc.).

Para concluir

Para resumir, a soldagem de aço inoxidável austenítico tem suas características únicas, e a seleção de eletrodos de soldagem para aço inoxidável austenítico é particularmente notável. Foi provado pela prática de longo prazo que as medidas acima podem ser usadas para obter diferentes soldagens para diferentes materiais. Métodos e eletrodos de diferentes materiais, eletrodos de aço inoxidável devem ser selecionados de acordo com o metal base e as condições de trabalho (incluindo temperatura de trabalho e meio de contato, etc.). Tem um bom significado de orientação para nós, para que seja possível obter a qualidade de soldagem esperada.