Austenitik paslanmaz çeliğin kaynak özellikleri: kaynak sırasında elastik ve plastik gerilim ve gerilme miktarı büyüktür, ancak soğuk çatlaklar nadiren oluşur. Kaynaklı bağlantıda söndürme sertleştirme bölgesi ve tane irileşmesi yoktur, bu nedenle kaynaklı bağlantının çekme dayanımı yüksektir.
Austenitik paslanmaz çelik kaynağının başlıca sorunları: kaynak deformasyonunun büyük olması; tane sınırı özellikleri ve bazı eser kirliliklere (S, P) duyarlılığı nedeniyle sıcak çatlakların oluşmasının kolay olmasıdır.
Austenitik paslanmaz çeliklerin beş büyük kaynak problemi ve çözümleri
No1. Krom karbür oluşumu kaynaklı birleştirmelerin taneler arası korozyona karşı direncini azaltır.
Taneler arası korozyon: Zayıf krom teorisine göre, kaynak ve ısıdan etkilenen bölge 450-850 derece hassasiyet sıcaklığı bölgesine kadar ısıtıldığında, krom karbürü tane sınırında çökelecek ve korozyona karşı yeterli direnç göstermeyen zayıf krom tane sınırı oluşacaktır.
(1) Kaynaktaki taneler arası korozyon ve hedef malzeme üzerindeki hassas sıcaklık bölgesinin korozyonu için, sınırlama amacıyla aşağıdaki önlemler kullanılabilir:
a. Temel metalin ve kaynağın karbon içeriğini azaltın ve temel metale tercihen MC oluşturmak için dengeleyici elementler Ti, Nb ve diğer elementleri ekleyerek Cr23C6 oluşumunu önleyin.
b. Kaynak formunu ostenit ve az miktarda ferritten oluşan çift fazlı bir yapı haline getirin. Kaynakta belirli miktarda ferrit olduğunda taneler rafine edilebilir, tanelerin alanı artırılabilir ve tane sınırının birim alanı başına krom karbür çökelme miktarı azaltılabilir.
Krom, ferrit içerisinde büyük bir çözünürlüğe sahiptir ve Cr23C6, kromun austenit tane sınırında tükenmesine neden olmadan, ferrit içerisinde tercihen oluşur; austenit arasına dağılan ferrit, tane sınırı boyunca iç difüzyona doğru korozyonu önleyebilir.
c. Hassaslaştırma sıcaklık aralığında kalma süresini kontrol edin. Kaynak termal döngüsünü, kalma süresini 600-1000 derecede mümkün olduğunca kısaltacak şekilde ayarlayın ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip bir kaynak yöntemi seçin (plazma argon ark kaynağı gibi),
Daha küçük bir kaynak hattı enerjisi seçin, kaynak yerinin arkasına argon gazı geçirin veya kaynaklı eklemin soğuma hızını artırmak için bakır bir ped kullanın, tekrarlanan ısıtmayı önlemek için ark başlatma ve ark sonlandırma sayısını azaltın ve çok katmanlı kaynak sırasında korozif ortamla temas yüzeyini mümkün olduğunca uzak tutun. Kaynak vb.
d. Kaynaktan sonra, çözelti işlemi veya stabilizasyon tavlaması (850-900 derece) ve ısıl korumadan sonra hava soğutması yapın, böylece karbürler tam olarak çökeltilebilir ve krom difüzyonu hızlandırılabilir).
(2) Kaynaklı birleştirme yerlerinde bıçak benzeri korozyon oluşması nedeniyle aşağıdaki önleyici tedbirler alınabilir:
Karbonun güçlü difüzivitesi nedeniyle, soğutma işlemi sırasında aşırı doymuş bir durum oluşturmak için tane sınırında ayrışacaktır, Ti ve Nb ise düşük difüziviteleri nedeniyle kristalde kalacaktır. Kaynaklı bağlantı hassaslaştırma sıcaklığı aralığında tekrar ısıtıldığında, aşırı doymuş karbon, taneler arası Cr23C6 formunda çökecektir.
a. Karbon içeriğini azaltın. Stabilize edici elementler içeren paslanmaz çelik için karbon içeriği 0.06%'yı geçmemelidir.
b. Makul bir kaynak işlemi kullanın. Yüksek sıcaklıkta aşırı ısınan alanın kalma süresini azaltmak için daha küçük bir kaynak hattı enerjisi seçin ve kaynak işlemi sırasında "orta sıcaklık hassasiyeti" etkisinden kaçınmaya dikkat edin.
Çift taraflı kaynak yapılırken korozif ortamla temas eden kaynak dikişi en son kaynaklanmalıdır (bu nedenle büyük çaplı kalın cidarlı kaynaklı borunun iç kaynağı dış kaynaktan sonra yapılır). Korozif ortamla temas eden aşırı ısınmış bölge tekrar hassaslaştırma ile ısıtılır.
c. Kaynak sonrası ısıl işlem. Kaynaktan sonra çözelti veya stabilizasyon işlemi yapılır.
No 2,Gerilim korozyon çatlaması
Gerilim korozyon çatlağının oluşmasını önlemek için aşağıdaki önlemler alınabilir:
a. Malzemelerin doğru seçimi ve kaynak bileşiminin makul şekilde ayarlanması. Yüksek saflıkta krom-nikel ostenitik paslanmaz çelik, yüksek silikonlu krom-nikel ostenitik paslanmaz çelik, ferritik-ostenitik paslanmaz çelik, yüksek kromlu ferritik paslanmaz çelik vb. iyi gerilim korozyon direncine sahiptir ve kaynak metali ostenitik paslanmaz çeliktir. Çift fazlı çeliğin yapısı ferritik ve ferritik olduğunda gerilim korozyon direnci iyidir.
b. Kalıntı gerilimi ortadan kaldırın veya azaltın. Kaynak sonrası gerilim giderme ısıl işlemi gerçekleştirilir ve yüzey kalıntı gerilimini azaltmak için parlatma, bilyalı püskürtme ve çekiçleme gibi mekanik yöntemler kullanılır.
c. Büyük gerilim yoğunlaşmalarını önlemek için makul yapısal tasarım.
No3. Kaynak sıcak çatlakları (kaynak kristalleşme çatlakları, ısıdan etkilenen bölge sıvılaşma çatlakları)
Termal çatlak duyarlılığı esas olarak malzemenin kimyasal bileşimine, yapısına ve özelliklerine bağlıdır. Ni, S ve P gibi safsızlıklarla düşük erime noktalı bileşikler veya ötektik oluşturmak için kolaydır ve bor ve silikonun ayrılması termal çatlamaya neden olur.
Kaynak, zararlı safsızlıkların ve elementlerin ayrılmasına elverişli olan güçlü yönlülüğe sahip kaba sütunlu bir tane yapısı oluşturmak için kolaydır. Bu sayede sürekli bir kristaller arası sıvı filminin oluşumu desteklenir ve termal çatlamanın hassasiyeti iyileştirilir. Kaynak eşit olmayan bir şekilde ısıtılırsa, büyük bir çekme gerilimi oluşturmak ve kaynak sıcak çatlaklarının oluşumunu desteklemek kolaydır.
Önleyici tedbirler:
a. Zararlı kirlilikler olan S ve P'nin içeriğini sıkı bir şekilde kontrol edin.
b. Kaynak metalinin dokusunu ayarlayın. Çift fazlı yapı kaynağı iyi çatlak direncine sahiptir. Kaynaktaki delta fazı taneleri inceltir, tek fazlı ostenitin yönlülüğünü ortadan kaldırır, tane sınırındaki zararlı safsızlıkların ayrışmasını azaltır ve delta fazı S'yi daha fazla çözebilir,
P, arayüz enerjisini azaltabilir ve kristaller arası sıvı filminin oluşumunu düzenleyebilir.
c. Kaynak metali alaşım bileşimini ayarlayın. Tek fazlı ostenitik çelikteki Mn, C ve N içeriğini uygun şekilde artırın ve sıcak çatlak hassasiyetini azaltmak için seryum, kazma ve tantal gibi az miktarda eser element ekleyin (kaynak yapısını iyileştirebilir ve tane sınırlarını arındırabilir).
d. İşlem önlemleri. Erimiş havuzun aşırı ısınmasını en aza indirerek iri sütunlu kristallerin oluşumunu önleyin ve küçük hat enerjisi ve küçük kesitli kaynak boncukları kullanın.
Örneğin, 25-20 tipi ostenitik çelikler sıvılaşma çatlaklarına eğilimlidir. Temel metalin safsızlık içeriğini ve tane boyutunu sıkı bir şekilde sınırlandırarak, yüksek enerji yoğunluklu kaynak yöntemlerini, küçük hat enerjisini benimseyerek ve eklemlerin soğuma hızını artırarak ve diğer önlemleri alarak.
No4.Kaynaklı bağlantıların kırılganlığı
Sıcak mukavemetli çelik, kaynaklı birleştirmenin esnekliğini sağlamalı ve yüksek sıcaklık kırılganlığını önlemelidir; düşük sıcaklık çeliğinin, kaynaklı birleştirmenin düşük sıcaklık kırılganlığını önlemek için iyi düşük sıcaklık tokluğuna sahip olması gerekir.
No5.Kaynak deformasyonu büyük
Düşük ısı iletkenliği ve büyük genleşme katsayısı nedeniyle kaynak deformasyonu büyüktür ve deformasyonu önlemek için bir fikstür kullanılabilir. Austenitik paslanmaz çelikler için kaynak yöntemleri ve kaynak malzemelerinin seçimi:
Austenitik paslanmaz çelik, argon tungsten ark kaynağı (TIG), ergime elektrotlu argon ark kaynağı (MIG), plazma argon ark kaynağı (PAW) ve tozaltı ark kaynağı (SAW) ile kaynaklanabilir.
Austenitik paslanmaz çelik, düşük erime noktası, düşük ısı iletkenliği ve yüksek özdirenci nedeniyle düşük kaynak akımına sahiptir. Yüksek sıcaklık kalma süresini azaltmak, karbür çökelmesini önlemek, kaynak büzülme stresini azaltmak ve termal çatlak hassasiyetini azaltmak için dar kaynaklar ve boncuklar kullanılmalıdır.
Kaynak sarf malzemelerinin bileşimi, özellikle Cr ve Ni alaşım elementleri, temel metalin bileşiminden daha yüksektir. Kaynakta iyi çatlak direnci (soğuk çatlama, sıcak çatlama, gerilim korozyon çatlaması) sağlamak için az miktarda (%4-12) ferrit içeren kaynak sarf malzemeleri kullanılır.
Kaynakta ferrit fazına izin verilmediği veya mümkün olmadığı durumlarda Mo, Mn ve diğer alaşım elementlerini içeren kaynak sarf malzemeleri seçilmelidir.
Kaynak sarf malzemelerindeki C, S, P, Si ve Nb mümkün olduğunca düşük olmalıdır. Nb saf ostenit kaynaklarında katılaşma çatlaklarına neden olur, ancak kaynaklardaki az miktarda ferrit etkili bir şekilde önlenebilir.
Kaynak sonrası stabilize edilmesi veya gerilim gidermesi gereken kaynaklı yapılar için genellikle Nb içeren kaynak malzemeleri seçilir. Ortam plakalarının kaynaklanmasında tozaltı ark kaynağı kullanılır ve Cr ve Ni'nin yanma kaybı, akı ve kaynak telindeki alaşım elementlerinin geçişiyle tamamlanabilir;
Büyük penetrasyon derinliği nedeniyle, kaynağın merkezi bölgesinde sıcak çatlakların oluşmasını ve ısıdan etkilenen bölgede korozyon direncinin azalmasını önlemek için dikkatli olunmalıdır. Daha ince kaynak teli ve daha küçük kaynak hattı enerjisi seçimine dikkat edilmeli ve kaynak teli Si, S ve P açısından düşük olmalıdır.
Isıya dayanıklı paslanmaz çelik kaynaktaki ferrit içeriği %5'i geçmemelidir. Cr ve Ni içeriği %20'den fazla olan ostenitik paslanmaz çelik için yüksek Mn (%6-8) kaynak teli kullanılmalı ve kaynakta Si eklenmesini önlemek ve çatlak direncini artırmak için akı olarak alkali veya nötr akı kullanılmalıdır.
Ostenitik paslanmaz çelikler için özel akı, alaşımı kaynağa aktarabilen ve alaşım elemanlarının yanma kaybını telafi ederek kaynak performansı ve kimyasal bileşim gereksinimlerini karşılayan çok az Si ilavesine sahiptir.
