Svejsning i rustfrit stål

Svejsning af rustfrit stål kræver ekstra opmærksomhed på materialeegenskaber, varmekontrol og renlighed for at undgå defekter som forvrængning, revner og sensibilisering. Under svejsningen når temperaturerne på det rustfrie stål, der støder op til svejsningen, op på niveauer, hvor mikrostrukturelle transformationer sker, og derfor er TIG-svejsning den mest almindelige teknik på grund af dets præcision og egnethed til rustfrit ståls egenskaber.

 

Beskrivelse

 

Rustfrit stål er kategoriseret i forskellige typer baseret på dets mikrostruktur og sammensætning, som påvirker dets mekaniske egenskaber, korrosionsbestandighed og svejsbarhed. Hovedtyperne er austenitiske, ferritiske, martensitiske, dupleks- og udfældnings-hærdede rustfrie stål, og hver type har specifikke svejseovervejelser og egnede svejseteknikker på grund af forskelle i termisk ledningsevne, termisk udvidelse og modtagelighed for defekter som revner eller sensibilisering.

 

 

Rustfri ståltyper og svejseteknikker

 

Rustfrit stål er jern-baserede legeringer, der indeholder 15 % eller mere krom sammen med en vis procentdel nikkel, som kan give ekstraordinære korrosionsbestandige-egenskaber. Chromindholdet kan justeres sammen med andre legeringselementer for at opfylde specifikke slutbrugs- eller fremstillingskrav, og nedenfor er en oversigt over de mest almindelige rustfri ståltyper.

 

• √Austenitisk rustfrit stål

Højt krom (16-26%) og nikkel (6-22%), ofte med molybdæn (f.eks. 304, 316). Det er ikke-magnetisk, fremragende korrosionsbestandighed og god formbarhed, og det er tilbøjeligt til sensibilisering (karbidudfældning), hvis det udsættes for 450-850 grader i længere perioder, hvilket fører til intergranulær korrosion. Derudover har den høj termisk udvidelse og lav varmeledningsevne, hvilket øger risikoen for forvrængning. Populære kvaliteter er 304, 304L (lavt kulstof), 316, 316L (lavt kulstof), 321 (stabiliseret med titanium). På grund af deres gode korrosionsbestandige egenskaber er de meget udbredt i fødevareforarbejdningsudstyr, kemikalietanke, rør, byggeri, infrastruktur, telekommunikation og medicinsk industri.

Egnede svejseteknikker

1. 1. TIG-svejsning (GTAW) anbefales stærkt til tynde sektioner og kritiske applikationer på grund af præcis varmestyring, der minimerer sensibilisering og forvrængning. Brug argon eller argon-helium beskyttelsesgas.
2. 2. MIG/MAG-svejsning (GMAW) er mere velegnet til tykkere sektioner og hurtigere produktion, ved at bruge en tri-blandingsgas (argon, helium, CO2) til at stabilisere lysbuen, og det kan reducere sprøjt.
3. 3. Sticksvejsning (SMAW) bruges normalt til reparationer i marken eller ikke-kritiske applikationer med lav-kulstofelektroder (f.eks. E308L for 304L).

•  
• √Ferritisk rustfrit stål

Højt krom (10,5-30%), lavt nikkelindhold og lavt kulstofindhold (f.eks. 430), det er magnetisk, moderat korrosionsbestandighed og lavere omkostninger end austenitiske kvaliteter. I mellemtiden er den mindre tilbøjelig til sensibilisering, men modtagelig for kornvækst og skørhed ved høje temperaturer, og den har lavere termisk udvidelse end austenitiske kvaliteter, hvilket reducerer risikoen for forvrængning. De almindelige kvaliteter er 409, 430, 439, og denne type ferritisk metal har været meget brugt til biludstødningssystemer, køkkenmaskiner og industrielt udstyr.

Egnede svejseteknikker:

1. 1. TIG Welding (GTAW) er velegnet til tynde sektioner og svejsninger af høj-kvalitet, som kan give god kontrol over varmetilførslen for at forhindre kornvækst.
2. 2. MIG/MAG-svejsning (GMAW) effektiv til tykkere materialer og hurtigere svejsning. Brug argon-baseret beskyttelsesgas med lavt CO2 for at undgå overdreven oxidation.
3. 3. Stick Welding (SMAW) acceptabel til ikke-kritiske applikationer med passende elektroder (f.eks. E430).

 

• √Martensitisk rustfrit stål

Højt krom (11,5-18%), moderat kulstof og lavt nikkelindhold (f.eks. 410), og det er magnetisk, høj styrke og hårdhed, men lavere korrosionsbestandighed sammenlignet med andre typer. Derfor er det modtageligt for brint-induceret revnedannelse og kræver forvarmning og varmebehandling efter svejsning for at undgå skørhed. Det har høj varmeledningsevne og lavere termisk udvidelse. De almindelige kvaliteter er 410, 420, 440, og de bruges i vid udstrækning til kirurgiske instrumenter og turbinevinger.

Egnede svejseteknikker:

1. 1. TIG-svejsning (GTAW), velegnet til præcision og kontrol over varmetilførsel ved brug af argon-beskyttelsesgas.
2. 2. Stick Welding (SMAW), almindeligt anvendt til reparationer eller tykkere sektioner med matchende elektroder (f.eks. E410).
3. 3. MIG/MAG-svejsning (GMAW), mindre almindelig men kan bruges til tykkere materialer med kontrollerede parametre.

 

• √Duplex rustfrit stål

Afbalanceret blanding af austenit og ferrit med høj chrom (20-30%), molybdæn og nitrogen (f.eks. 2205), og den kombinerer høj styrke og fremragende korrosionsbestandighed, især i kloridmiljøer. Selvom det er modtageligt for sigma-fasedannelse (skørt intermetallisk), hvis det svejses forkert ved høje temperaturer. Det har moderat termisk udvidelse og ledningsevne. De almindelige kvaliteter er 2205, 2507 osv., og de er meget udbredt i olie- og gasrørledninger, kemisk behandling, havmiljøer.

Egnede svejseteknikker:

1. 1. TIG-svejsning (GTAW), ideel til svejsninger af høj-kvalitet med kontrolleret varmetilførsel for at undgå sigma-fasedannelse ved at bruge argon eller argon-nitrogenbeskyttelsesgas.
2. 2. MIG/MAG-svejsning (GMAW), velegnet til tykkere sektioner med passende beskyttelsesgas (argon-heliumblanding med lavt CO2).
3. 3. Stick Welding (SMAW) til feltsvejsning med duplex-specifikke elektroder (f.eks. E2209).

 

• √Nedbør-Hærdning af rustfrit stål

Indeholder legeringselementer som aluminium, kobber eller niobium til forstærkning gennem varmebehandling (f.eks. 17-4 PH), og det har høj styrke og moderat korrosionsbestandighed, hvilket kræver kontrolleret svejsning for at undgå over-ældning eller tab af mekaniske egenskaber. De populære kvaliteter er 17-4 PH, 15-5 PH, og de bruges i vid udstrækning til rumfartskomponenter, atomreaktorer, højstyrkebefæstelser.

Egnede svejseteknikker:

1. 1. TIG-svejsning (GTAW) for præcision og minimal varmetilførsel for at bevare mekaniske egenskaber.
2. 2. MIG/MAG-svejsning (GMAW), velegnet til tykkere sektioner med kontrollerede parametre.

 

 

Overvejelser ved svejsning af rustfrit stål

 

Rustfrit stål har høj varmeledningsevne og lav termisk udvidelse, hvilket fører til en højere risiko for forvrængning og vridning under svejsning. Derudover er den tilbøjelig til at blive sensibiliseret (tab af korrosionsbestandighed), hvis den udsættes for høje temperaturer for længe, ​​især i austenitiske kvaliteter som 304 og 316. For at undgå disse svejsefejl skal svejseren ikke overveje følgende aspekter:

 

• √For-rengøring

Rengør svejsesamlingen for forurenende stoffer som maling, olie, fedt, primere, skæremasser og andre kulbrinter. Sådanne forurenende stoffer kan indføre kulstof i svejsningen, forringe korrosionsbestandigheden og svække samlingen. Meget vigtig note er, at svejseren skal bruge en dedikeret rustfri stålbørste til at rense samlingen, og sørg for, at du ikke bruger børste, som tidligere blev brugt på kulstofstål, fordi dette kunne forurene det rustfri stålemne.

• √Fyldstofvalg

Valg af passende fyldmateriale afhængigt af arbejdets omfang, og det skal matche kvaliteten af ​​det rustfri stål, der opnår næsten de samme egenskaber.

• √Design af svejsefuger

Svejsefugedesignet komplementerer svejsestrukturen, svejseteknikken og materialet, og det er en af ​​hovedfaktorerne, der vil bestemme styrken og kvaliteten af ​​svejsningerne. Derfor er det afgørende at forstå de kræfter, der påføres svejsningerne, og at integrere dette i samlingsdesignet vil forhindre strukturelt svigt.

• √Karaktervalg

Grade Selection, forskellige kvaliteter (f.eks. austenitisk, ferritisk, martensitisk, duplex) opfører sig forskelligt, lave-kulstofkvaliteter (f.eks. 304L, 316L) kan minimere risikoen for karbidudfældning og intergranulær korrosion.

• √Styring af varmetilførsel

Heat Input Control, overdreven varme kan forårsage kornvækst, forvrængning og tab af korrosionsbestandighed, og det er klogt at bruge lav varmetilførsel og undgå langvarig udsættelse for høje temperaturer. Generelt bør svejsestrømmen være omkring 20 % mindre end for kulstofstål for at forhindre korrosion.

• √Beskyttelsesgas

Beskyttelsesgas, valget af beskyttelsesgas i processer som MIG- og TIG-svejsning er afgørende for at beskytte svejsebassinet mod forurening. Den korrekte beskyttelsesgassammensætning vil reducere risikoen for svejsedefekter og forbedre svejsningens samlede resultat.

 

Derfor skal en erfaren svejser tage en omfattende parameter i betragtning, herunder rustfri stålkvalitet, svejseteknik, varmetilførsel, beskyttelsesgas, strømforsyning, brændervinkel, bevægelseshastighed og afsætningshastighed for at lave forsvarlig svejsning. Kun ved at bruge disse svejseparametre effektivt, kan svejseren opnå svejsninger af høj og ensartet kvalitet.

 

Fejl og forebyggelse

 

De mest almindelige svejsedefekter i rustfrit stål omfatter revner, porøsitet, slaggeindeslutninger, manglende sammensmeltning, ufuldstændig gennemtrængning, underskæringer, sprøjt og forvrængning, sammen med forurening fra jernpartikler, varmetoner og svejsehenfald. Disse defekter reducerer svejsningens mekaniske egenskaber og korrosionsbestandighed og kan stamme fra forkert rengøring, forkerte elektrode-/gasindstillinger, overdreven varmetilførsel eller lav varmeledningsevne.

 

• √Vridning

Rustfrit stål har lav varmeledningsevne og høj termisk udvidelse, hvilket gør det modtageligt for vridning. Overdreven varmetilførsel under svejsning eller en hurtig ændring i temperaturen sætter metallet under stress, hvilket resulterer i forvrængning, når det afkøles. Den mest almindelige løsning er at reducere varmetilførslen og samtidig undgå dårlig svejsekvalitet på grund af ufuldstændig sammensmeltning mellem emnerne, og en anden løsning er at skabe en køleplade ved at fastspænde kobber eller messing bag eller ved siden af ​​svejsesømmen og absorbere unødvendig varme.

 

• √Revner

Revner kan forekomme under eller efter svejsning og kan være påvirket af høj termisk belastning eller ukorrekte afkølingshastigheder.

Der er to hovedtyper af krakning: varm krakning og kold krakning. Varmrevnedannelse sker under størkning af svejseprocessen på grund af for store mængder af urenheder som svovl eller fosfor i svejsningen, hvilket kan sænke smeltepunktet for visse områder, hvilket forårsager revner, når metallet størkner. Det forekommer ofte i høje-temperaturzoner af svejsningen. Kolde revner opstår, efter at svejsningen er kølet ned i et stykke tid, der spænder fra få timer til få dage, og det er ofte forårsaget af restspænding efterladt i metallet efter svejsning eller af brint, der bliver absorberet i svejsningen. For at forhindre revner er det klogt at bruge de rigtige fyldmaterialer og kontrollere afkølingshastigheden meget omhyggeligt, mens forvarmning af basismaterialet kan være en god måde at reducere termisk stress før svejsning.

 

• √Porøsitet

Det er en defekt, hvor gaslommer er fanget i svejsningerne, hvilket fører til små hulrum eller hulrum, og det er ofte forårsaget af forurenende stoffer som snavs, olie, rust, som kan indføre gasser i svejsning. Disse gasser fanges derefter i det smeltede svejsebad og danner hulrum, når metallet afkøles. Brug af forkert beskyttelsesgas kan også forårsage porøsitet. Fugtighed og fugt på grundmateriale eller fyldstoffer kan fordampe under svejsning og skabe gasbobler i svejsningen. Derfor er det vigtigt at holde basismaterialet og fyldstængerne rene og tørre og bruge den korrekte beskyttelsesgas for at opretholde et ensartet flow gennem hele svejseprocessen.

 

• √Dårlig fusion

Dårlig sammensmeltning opstår, når svejsemetallet ikke smelter ordentligt sammen med grundmaterialet, og det skaber svage steder i samlingen, hvor de to materialer ikke er fuldstændigt forbundet. Dette kan alvorligt reducere den samlede styrke af svejsningen og øger risikoen for fejl. Denne defekt er ofte forårsaget af utilstrækkelig varme, forkert svejsevinkel, høj kørehastighed.

 

• √Svejsesprøjt

Det er små dråber af smeltet metal, der skubbes ud af svejsebassinet under svejsningen, og de svækker ikke rigtig svejsningen. Men de påvirker udseendet, hvilket kan føre til unødvendigt efterbehandlingsarbejde. Sprøjtene er ofte forårsaget af høje strømindstillinger, som kan producere for store sprøjt, da det smeltede metal skubbes voldsomt ud af svejsebadet. Forkert lysbuelængde og forkert beskyttelsesgas kan også forårsage sprøjt under svejsning af rustfrit stål. Derfor er det vigtigt at reducere sprøjt, justere de aktuelle indstillinger og opretholde en stabil lysbue imens du bruger den korrekte beskyttelsesgas med konstant flow gennem hele svejsningen.

 

 

Svejsning af rustfrit stål kræver opmærksomhed på mange parametre såsom materialeegenskaber, beskyttelsesgas, fyldstoffer, varmetilførsel og renlighed for at undgå defekter som forvrængning, revner og sensibilisering. Fabmanns erfarne svejsere følger den bedste praksis for at indstille maskinen med korrekt spænding, strømstyrke, og de ved, hvordan de svejser med korrekt kørehastighed baseret på tykkelsen af ​​det rustfri stålmateriale og typen af ​​rustfrit stål for at opnå korrosionsbestandige-svejsninger af høj kvalitet. Fabmann leverer specialbeslag i rustfrit stål af høj kvalitet til solenergiindustrien, maskindele mvventilationsdækslertil boligbyggeri.