Edelstahl für Druckbehälter und seine Schweißeigenschaften
Der sogenannte Edelstahl bezieht sich auf die Zugabe einer bestimmten Menge Chrom zum Stahl, so dass der Stahl in einem passivierten Zustand ist und die Eigenschaften aufweist, nicht zu rosten. Um diesen Zweck zu erreichen, muss sein Chromgehalt über 12 Prozent liegen. Um die Passivierung von Stahl zu verbessern, werden Edelstahl häufig Elemente wie Nickel und Molybdän zugesetzt, die den Stahl passivieren können. Im Allgemeinen wird Edelstahl als Oberbegriff für Edelstahl und säurebeständigen Stahl bezeichnet. Edelstahl ist nicht unbedingt säurebeständig und säurebeständiger Stahl weist im Allgemeinen gute rostfreie Eigenschaften auf. Edelstahl kann je nach Stahlstruktur in vier Kategorien eingeteilt werden, nämlich austenitischer Edelstahl, ferritischer Edelstahl, martensitischer Edelstahl und austenitisch-ferritischer Duplex-Edelstahl.
1. Austenitischer Edelstahl und seine Schweißeigenschaften
Austenitischer Edelstahl ist der am häufigsten verwendete Edelstahl, und der Typ mit hohem Cr-Ni-Gehalt ist am häufigsten. Derzeit kann austenitischer rostfreier Stahl grob in den Typ Cr18-Ni8, den Typ Cr25-Ni20 und den Typ Cr25-Ni35 unterteilt werden. Austenitischer Edelstahl weist die folgenden Schweißeigenschaften auf:
① Das Schweißen von heißgerissenem austenitischem Edelstahl hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit und einen großen linearen Ausdehnungskoeffizienten, sodass während des Schweißvorgangs die Hochtemperaturverweilzeit der Schweißverbindung länger ist und die Schweißnaht leicht ein grobes Säulenkorn bildet Struktur. Wenn der Gehalt an Verunreinigungselementen wie Schwefel, Phosphor, Zinn, Antimon und Niob hoch ist, bildet sich zwischen den Körnern ein Eutektikum mit niedrigem Schmelzpunkt, und es bilden sich leicht Erstarrungsrisse in der Schweißnaht, wenn die Schweißverbindung hohen Belastungen ausgesetzt wird Zugspannung. In der Wärmeeinflusszone bilden sich Verflüssigungsrisse, die alle zu Schweißhitzerissen gehören. Der wirksamste Weg, Heißrisse zu verhindern, besteht darin, die Verunreinigungselemente zu reduzieren, die dazu neigen, Eutektika mit niedrigem Schmelzpunkt in Stahl und Schweißzusätzen zu erzeugen, und dafür zu sorgen, dass der austenitische Chrom-Nickel-Edelstahl 4 bis 12 Prozent Ferritstruktur enthält.
② Interkristalline Korrosion Nach der Theorie der Chromverarmung ist die Ausfällung von Chromkarbid auf der interkristallinen Oberfläche, die zu einer Verarmung von Chrom an der Korngrenze führt, die Hauptursache für interkristalline Korrosion. Daher ist die Wahl von Schweißzusätzen mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt oder Schweißzusätzen, die stabilisierende Elemente wie Niob und Titan enthalten, die wichtigste Maßnahme zur Verhinderung interkristalliner Korrosion.
③ Spannungsrisskorrosion Spannungsrisskorrosion manifestiert sich normalerweise als sprödes Versagen und der Schadensprozess dauert nur kurze Zeit, sodass der Schaden schwerwiegend ist. Die Hauptursache für Spannungsrisskorrosion bei austenitischem Edelstahl ist die Schweißeigenspannung. Die Strukturveränderung von Schweißverbindungen oder das Vorhandensein einer Spannungskonzentration sowie die Konzentration des lokalen Korrosionsmediums sind ebenfalls die Gründe, die die Spannungsrisskorrosion beeinflussen.
④ σ-Phasenversprödung von Schweißverbindungen Die σ-Phase ist eine Art spröde und harte intermetallische Verbindung, die sich hauptsächlich an den Korngrenzen säulenförmiger Körner ansammelt. Sowohl die Phase als auch die δ-Phase können einen σ-Phasenübergang durchlaufen. Wenn beispielsweise die Schweißnaht vom Typ Cr25Ni20 auf 800 bis 900 Grad erhitzt wird, kommt es zu einer starken →δ-Umwandlung. Bei austenitischem Chrom-Nickel-Edelstahl, insbesondere Chrom-Nickel-Molybdän-Edelstahl, tritt häufig eine δ→σ-Phasenumwandlung auf, hauptsächlich weil Chrom- und Molybdänelemente eine offensichtliche Sigma-Umwandlung aufweisen, wenn der δ-Ferritgehalt in der Schweißnaht 12 Prozent überschreitet , ist die Umwandlung von δ→σ sehr offensichtlich, was zu einer offensichtlichen Versprödung des Schweißmetalls führt, weshalb die Oberflächenschicht an der Innenwand des Heißwand-Hydrierreaktors den δ-Ferritgehalt auf 3 bis 10 Prozent steuert. Grund.
2. Ferritischer Edelstahl und seine Schweißeigenschaften
Ferritischer Edelstahl wird in zwei Kategorien unterteilt: gewöhnlicher ferritischer Edelstahl und hochreiner ferritischer Edelstahl. Unter diesen hat gewöhnlicher ferritischer Edelstahl den Typ Cr12 ~ Cr14, wie etwa 00Cr12, 0Cr13Al; Cr16 ~ Cr18-Typ, wie 1Cr17Mo; Typ Cr25 ~ 30.
Aufgrund des hohen Kohlenstoff- und Stickstoffgehalts in gewöhnlichem ferritischem Edelstahl ist die Verarbeitung und das Schweißen schwierig und die Korrosionsbeständigkeit lässt sich nur schwer garantieren, sodass die Verwendung begrenzt ist. Bei hochreinem ferritischen Edelstahl werden Kohlenstoff und Stickstoff im Stahl streng kontrolliert. Die Gesamtmenge an Stickstoff wird im Allgemeinen auf drei Niveaus von 0.035 Prozent bis 0.045 Prozent, 0.030 Prozent und gesteuert 0,010 Prozent bis 0,015 Prozent. Gleichzeitig werden notwendige Legierungselemente hinzugefügt, um die Korrosionsbeständigkeit und Gesamtleistung des Stahls weiter zu verbessern. Im Vergleich zu gewöhnlichem ferritischem Edelstahl weist ultrareiner ferritischer Edelstahl mit hohem Chromgehalt eine gute Beständigkeit gegen gleichmäßige Korrosion, Lochfraß und Spannungskorrosion auf und wird häufig in petrochemischen Geräten verwendet. Ferritischer Edelstahl weist die folgenden Schweißeigenschaften auf:
① Unter der Einwirkung einer hohen Schweißtemperatur wachsen die Körner in der Wärmeeinflusszone, in der die Erwärmungstemperatur über 1000 Grad erreicht, insbesondere im nahtnahen Bereich, schnell. Selbst wenn es nach dem Schweißen schnell abgekühlt wird, nimmt die Zähigkeit stark ab und die Neigung zur interkristallinen Korrosion ist hoch.
② Ferritischer Stahl selbst hat einen höheren Chromgehalt, mehr schädliche Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff usw., eine höhere Sprödigkeitsübergangstemperatur und eine stärkere Kerbempfindlichkeit. Daher ist die Versprödung nach dem Schweißen schwerwiegender.
③ Wenn es über einen längeren Zeitraum langsam auf 400 bis 600 Grad erhitzt und abgekühlt wird, kommt es bei 475 Grad zu einer Versprödung, die die Zähigkeit bei Raumtemperatur erheblich verringert. Nach längerem Erhitzen auf 550 °C bis 820 °C fällt die σ-Phase leicht aus dem Ferrit aus und auch seine Plastizität und Zähigkeit nehmen deutlich ab.
3. Martensitischer Edelstahl und seine Schweißeigenschaften
Martensitischer Edelstahl kann in martensitischen Edelstahl vom Typ Cr13, martensitischen Edelstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und supermartensitischen Edelstahl unterteilt werden. Der Typ Cr13 verfügt über allgemeine Korrosionsschutzeigenschaften. Der martensitische Edelstahl auf Cr12--Basis weist aufgrund der Zugabe von Nickel, Molybdän, Wolfram, Vanadium und anderen Legierungselementen nicht nur eine gewisse Korrosionsbeständigkeit, sondern auch eine hohe Hochtemperaturfestigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit auf . Oxidationseigenschaften.
Schweißeigenschaften von martensitischem Edelstahl: Die Schweißnaht und die Wärmeeinflusszone aus martensitischem Edelstahl vom Typ Cr13 weisen eine besonders große Verhärtungsneigung auf, und die Schweißverbindung kann unter Luftkühlungsbedingungen harten und spröden Martensit erhalten. Unter der Einwirkung des Schweißens können beim Schweißen leicht Kaltrisse entstehen. Bei geringer Abkühlgeschwindigkeit bilden sich grobes Ferrit und intergranulare Karbide im nahen Nahtbereich und im Schweißgut, was die Plastizität und Zähigkeit der Verbindung erheblich verringert.
Nachdem die Schweißnaht und die Wärmeeinflusszone von kohlenstoffarmem und supermartensitischem Edelstahl abgekühlt sind, werden sie alle in kohlenstoffarmen Martensit umgewandelt, es gibt jedoch kein offensichtliches Härtungsphänomen und sie weisen eine gute Schweißleistung auf.
Auswahl an Edelstahl-Schweißzusätzen für Druckbehälter
1. Auswahl von Schweißzusätzen aus austenitischem Edelstahl
Das Auswahlprinzip für Schweißzusätze aus austenitischem Edelstahl besteht darin, sicherzustellen, dass die Korrosionsbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften des Schweißguts im Wesentlichen denen des Grundmetalls entsprechen oder diese übertreffen, sofern keine Risse auftreten. passen. Für korrosionsbeständigen austenitischen Edelstahl ist es im Allgemeinen wünschenswert, eine bestimmte Menge Ferrit zu enthalten, was nicht nur eine gute Rissbeständigkeit gewährleisten kann, sondern auch eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist. In einigen speziellen Medien, wie dem Schweißgut von Harnstoffgeräten, darf Ferrit jedoch nicht vorhanden sein, da sonst die Korrosionsbeständigkeit verringert wird. Bei hitzebeständigen austenitischen Stählen sollte die Kontrolle des Ferritgehalts im Schweißgut in Betracht gezogen werden. Bei Schweißkonstruktionen aus austenitischem Stahl, die längere Zeit bei hohen Temperaturen betrieben werden, sollte der Ferritgehalt im Schweißgut 5 Prozent nicht überschreiten. Den entsprechenden Ferritgehalt kann der Leser anhand des Chromäquivalents und Nickeläquivalents im Schweißgut anhand des Schaeffler-Diagramms abschätzen.
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2. Auswahl von Schweißzusätzen aus ferritischem Edelstahl
Grundsätzlich gibt es drei Arten von Schweißzusätzen aus ferritischem Edelstahl: 1) Schweißzusätze, deren Zusammensetzung im Wesentlichen dem Grundmetall entspricht; 2) austenitische Schweißzusätze; 3) Schweißzusätze aus Nickelbasislegierungen, die aufgrund ihrer hohen Preise selten verwendet werden.
Schweißzusätze aus ferritischem Edelstahl können aus Materialien hergestellt werden, die dem Grundmetall entsprechen, aber wenn der Grad der Einspannung groß ist, können leicht Risse auftreten. Nach dem Schweißen kann eine Wärmebehandlung eingesetzt werden, um die Korrosionsbeständigkeit wiederherzustellen und die Gelenkplastizität zu verbessern. Durch die Verwendung von austenitischen Schweißzusätzen kann das Vorwärmen und die Wärmebehandlung nach dem Schweißen vermieden werden. Bei verschiedenen Stählen, die keine stabilen Elemente enthalten, besteht jedoch weiterhin eine Sensibilisierung der Wärmeeinflusszone, und austenitische Schweißzusätze aus Chrom-Nickel 309 und 310 sind üblich gebraucht. Für Cr17-Stahl können auch 308-Schweißzusätze verwendet werden. Schweißzusätze mit hohem Legierungsanteil tragen zur Verbesserung der Plastizität von Schweißverbindungen bei. Das austenitische oder austenitisch-ferritische Schweißgut ist grundsätzlich genauso fest wie das ferritische Grundmetall, in einigen korrosiven Medien kann sich die Korrosionsbeständigkeit der Schweißnaht jedoch stark von der des Grundmetalls unterscheiden. Seien Sie vorsichtig bei der Auswahl der Schweißmaterialien.
3. Auswahl martensitischer Edelstahl-Schweißzusätze
Bei Edelstahl kann martensitischer Edelstahl durch Wärmebehandlung angepasst werden. Um die Leistungsanforderungen insbesondere für hitzebeständigen martensitischen Edelstahl sicherzustellen, sollte die Zusammensetzung der Schweißnaht daher möglichst nahe an der Zusammensetzung des Grundmetalls liegen. Um Kaltrisse zu verhindern, können auch austenitische Schweißzusätze verwendet werden, wobei die Schweißnahtfestigkeit zu diesem Zeitpunkt geringer sein muss als die des Grundwerkstoffes.
Wenn die Zusammensetzung der Schweißnaht der des Grundmetalls ähnelt, härten die Schweißnaht und die Wärmeeinflusszone gleichzeitig aus und werden spröde, und in der Wärmeeinflusszone entsteht eine Zone zur Erweichung des Anlasses. Um Kaltrisse zu verhindern, müssen Bauteile mit einer Dicke von mehr als 3 mm häufig vorgewärmt werden, und nach dem Schweißen ist häufig eine Wärmebehandlung erforderlich, um die Leistung der Verbindung zu verbessern. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient des Schweißguts und des Grundwerkstoffs grundsätzlich gleich ist, ist es möglich, die Schweißnaht nach der Wärmebehandlung vollständig zu beseitigen. betonen.
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Wenn das Werkstück nicht vorgewärmt oder wärmebehandelt werden darf, kann eine austenitische Schweißnaht gewählt werden. Da die Schweißnaht eine hohe Plastizität und Zähigkeit aufweist, kann sie die Schweißspannung entspannen und mehr Wasserstoff lösen, wodurch die Belastung der Verbindung verringert wird. Kaltrissneigung, aber Verbindungen mit ungleichmäßigen Materialien können aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten in der Schmelzzone unter der Arbeitsumgebung mit zirkulierender Temperatur Scherspannungen erzeugen, was zum Versagen der Verbindung führt.
Wenn beim einfachen martensitischen Stahl vom Typ Cr13 keine Schweißnaht mit austenitischer Struktur verwendet wird, gibt es nicht viel Spielraum für die Anpassung der Schweißnahtzusammensetzung, die im Allgemeinen mit der Grundmetallmatrix übereinstimmt, aber schädliche Verunreinigungen wie S, P usw. enthält Si muss begrenzt werden. Si kann die Bildung von grobem Martensit in Schweißnähten aus martensitischem Cr13-Stahl fördern. Eine Verringerung des C-Gehalts ist vorteilhaft, um die Härtbarkeit zu verringern, und das Vorhandensein einer geringen Menge an Elementen wie Ti, N oder Al in der Schweißnaht kann auch die Körner verfeinern und die Härtbarkeit verringern.
Bei mehrkomponentigen legierten Cr12--basierten martensitischen hitzebeständigen Stählen besteht der Hauptzweck in der Hitzebeständigkeit, und austenitische Schweißzusätze werden normalerweise nicht verwendet, und es wird erwartet, dass die Schweißnahtzusammensetzung nahe am Grundwerkstoff liegt. Bei der Einstellung der Zusammensetzung muss darauf geachtet werden, dass in der Schweißnaht keine Ferritphase auftritt, da diese sehr schädlich für die Leistung ist, da die Hauptbestandteile von martensitischem hitzebeständigem Stahl auf Cr13--Basis größtenteils Ferritelemente sind ( wie Mo, Nb, W, V usw.), um sicherzustellen, dass die gesamte Struktur aus einheitlichem Martensit besteht, muss sie mit Austenitelementen ausgeglichen werden, d. h. es müssen geeignete Elemente wie C, Ni, Mn vorhanden sein. und N.
Martensitischer Edelstahl hat eine sehr hohe Neigung zur Kaltrissbildung, daher ist es notwendig, einen niedrigen Wasserstoffgehalt, sogar einen extrem niedrigen Wasserstoffgehalt, strikt einzuhalten, und dies muss bei der Auswahl der Schweißmaterialien beachtet werden.
Kernpunkte des Edelstahlschweißens für Druckbehälter
1. Wichtige Punkte beim Schweißen von austenitischem Edelstahl
Im Allgemeinen weisen austenitische Edelstähle eine ausgezeichnete Schweißbarkeit auf. Nahezu alle Schmelzschweißverfahren können zum Schweißen von austenitischem Edelstahl verwendet werden, und die thermophysikalischen Eigenschaften und Mikrostruktureigenschaften von austenitischem Edelstahl bestimmen die Schlüsselpunkte seines Schweißprozesses.
① Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit und des großen Wärmeausdehnungskoeffizienten von austenitischem Edelstahl kommt es beim Schweißen leicht zu großen Verformungen und Schweißspannungen. Daher sollte möglichst die Schweißmethode mit konzentrierter Schweißenergie gewählt werden.
② Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit von austenitischem Edelstahl kann bei gleichem Strom eine größere Eindringtiefe erreicht werden als bei niedriglegiertem Stahl. Gleichzeitig ist der Schweißstrom aufgrund seines hohen spezifischen Widerstands kleiner als der von Kohlenstoffstahl- oder niedriglegierten Stahlelektroden mit demselben Durchmesser, um eine Rötung der Elektrode beim Lichtbogenschweißen zu vermeiden.
③ Schweißspezifikationen. Verwenden Sie zum Schweißen im Allgemeinen keine große Eingangsenergie. Beim Elektrodenlichtbogenschweißen empfiehlt es sich, Elektroden mit kleinem Durchmesser für ein schnelles Mehrlagenschweißen zu verwenden. Bei stark beanspruchten Schweißnähten sogar kaltes Wasser einfüllen, um die Abkühlung zu beschleunigen. Bei reinem austenitischem Edelstahl und superaustenitischem Edelstahl sollte die Schweißlinienenergie aufgrund der thermischen Rissempfindlichkeit streng kontrolliert werden, um ein starkes Wachstum von Schweißkörnern und das Auftreten heißer Schweißrisse zu verhindern.
④ Um die thermische Rissbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Schweißnaht zu verbessern, sollte beim Schweißen besonderes Augenmerk auf die Sauberkeit des Schweißbereichs gelegt werden, um zu verhindern, dass schädliche Elemente in die Schweißnaht eindringen.
⑤ Austenitischer Edelstahl erfordert im Allgemeinen kein Vorwärmen beim Schweißen. Um Kornwachstum und Karbidausfällung in der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone zu verhindern und die Plastizität, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Schweißverbindung sicherzustellen, sollte eine niedrigere Zwischenschichttemperatur kontrolliert werden, die im Allgemeinen 150 Grad nicht überschreitet.
2. Schweißpunkte aus ferritischem Edelstahl
Ferritischer Edelstahl hat relativ mehr ferritbildende Elemente, relativ weniger austenitbildende Elemente und das Material neigt weniger zur Verhärtung und Kaltrissbildung. Unter der Einwirkung des thermischen Schweißzyklus von ferritischem Edelstahl wachsen die Körner in der Wärmeeinflusszone offensichtlich und die Zähigkeit und Plastizität der Verbindung nehmen stark ab. Der Grad des Kornwachstums in der Wärmeeinflusszone hängt von der beim Schweißen maximal erreichten Temperatur und deren Haltezeit ab. Daher sollte beim Schweißen von ferritischem Edelstahl eine möglichst geringe Linienenergie verwendet werden, d B. schmale Spaltrillen, hohe Schweißgeschwindigkeit und Mehrschichtschweißen, sollten so weit wie möglich übernommen werden und die Temperatur zwischen den Schichten sollte streng kontrolliert werden.
Aufgrund der Wirkung des Schweißwärmezyklus wird ferritischer Edelstahl im Allgemeinen in der Hochtemperaturzone der Wärmeeinflusszone sensibilisiert, und in einigen Medien kommt es zu interkristalliner Korrosion. Nach dem Schweißen wird es bei 700–850 Grad geglüht, um das Chrom zu homogenisieren und seine Korrosionsbeständigkeit wiederherzustellen.
Gewöhnlicher ferritischer Edelstahl mit hohem Chromgehalt kann durch Elektrodenlichtbogenschweißen, Schutzgasschweißen, Unterpulverschweißen und andere Schweißmethoden geschweißt werden. Aufgrund der inhärenten geringen Plastizität von Stahl mit hohem Chromgehalt sowie des Kornwachstums in der Wärmeeinflusszone und der durch Schweißwärmezyklen verursachten Ansammlung von Karbiden und Nitriden an den Korngrenzen sind die Plastizität und Zähigkeit von Schweißverbindungen sehr hoch niedrig. Wenn Schweißzusätze mit ähnlicher chemischer Zusammensetzung wie das Grundmetall verwendet werden und der Grad der Einspannung groß ist, kann es zu Rissen kommen. Um Rissen vorzubeugen und die Gelenkplastizität und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, können am Beispiel des Elektrodenlichtbogenschweißens folgende technologische Maßnahmen ergriffen werden.
① Auf etwa 100 bis 150 Grad vorheizen, um das Material in einem zähen Zustand zu verschweißen. Je höher der Chromgehalt, desto höher sollte die Vorwärmtemperatur sein.
② Schweißen mit geringer Eingangsenergie und ohne Schwingung. Beim Mehrschichtschweißen sollte die Temperatur zwischen den Schichten so gesteuert werden, dass sie nicht höher als 150 Grad ist, und kontinuierliches Schweißen sollte nicht verwendet werden, um die Auswirkungen der Versprödung bei hohen Temperaturen und der Versprödung bei 475 Grad zu verringern.
③ Nach dem Schweißen kann ein Glühen bei 750–800 Grad die Korrosionsbeständigkeit wiederherstellen und die Plastizität der Verbindung aufgrund der Sphäroidisierung von Karbiden und einer gleichmäßigen Verteilung von Chrom verbessern. Nach dem Glühen sollte es schnell abgekühlt werden, um das Auftreten einer σ-Phase und Sprödigkeit bei 475 Grad zu verhindern.
3. Schweißpunkte aus martensitischem Edelstahl
Bei martensitischem Edelstahl vom Typ Cr13 sollten bei der Verwendung von Elektroden aus demselben Material zum Schweißen Elektroden mit niedrigem Wasserstoffgehalt ausgewählt und die folgenden Maßnahmen ergriffen werden, um die Empfindlichkeit von Kaltrissen zu verringern und die Plastizität und Zähigkeit der Schweißverbindungen sicherzustellen gleichzeitig genommen:
① Vorheizen. Die Vorwärmtemperatur steigt mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt des Stahls, im Allgemeinen im Bereich von 100 bis 350 Grad.
② Nach dem Erhitzen. Bei Schweißverbindungen mit hohem Kohlenstoffgehalt oder hoher Festigkeit müssen nach dem Schweißen Nachwärmmaßnahmen ergriffen werden, um wasserstoffinduzierte Schweißrisse zu verhindern.
③ Wärmebehandlung nach dem Schweißen. Um die Plastizität, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Schweißverbindungen zu verbessern, beträgt die Wärmebehandlungstemperatur nach dem Schweißen im Allgemeinen 650 °C bis 750 °C und die Haltezeit wird mit 1 Stunde / 25 mm berechnet.
Für super- und kohlenstoffarme martensitische Edelstähle sind Vorwärmmaßnahmen im Allgemeinen nicht erforderlich. Wenn der Einspanngrad groß ist oder der Wasserstoffgehalt in der Schweißnaht hoch ist, werden Vorwärm- und Nachwärmmaßnahmen ergriffen. Die Vorwärmtemperatur beträgt im Allgemeinen 100 °C bis 150 °C, die Wärmebehandlungstemperatur nach dem Schweißen beträgt 590 bis 620 °C. Für martensitische Stähle mit höherem Kohlenstoffgehalt. Oder wenn das Vorwärmen vor dem Schweißen und die Wärmebehandlung nach dem Schweißen schwierig umzusetzen sind und die Verbindungen sehr zugfest sind, können austenitische Schweißzusätze auch im Maschinenbau verwendet werden, um die Plastizität und Zähigkeit von Schweißverbindungen zu verbessern und Risse zu verhindern. Aber zu diesem Zeitpunkt, wenn das Schweißgut austenitisch oder auf Austenitbasis ist, ist es tatsächlich eine Übereinstimmung mit geringer Festigkeit im Vergleich zur Festigkeit des Grundmetalls, und das Schweißgut und das Grundmetall unterscheiden sich in der chemischen Zusammensetzung, der metallografischen Struktur usw. thermisch Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften sind sehr unterschiedlich und die Schweißeigenspannung ist unvermeidlich, was leicht zu Spannungskorrosion oder Hochtemperatur-Kriechschäden führen kann.
Schweißen von Duplex-Edelstahl
1. Arten von Duplex-Edelstahl
Duplex-Edelstahl weist eine Duplexstruktur aus Austenit und Ferrit sowie einen Gehalt an zwei Phasenstrukturen auf
Im Wesentlichen gleich, weist also die Eigenschaften von austenitischem Edelstahl und ferritischem Edelstahl auf. Die Streckgrenze kann 400 MPa bis 550 MPa erreichen, was doppelt so hoch ist wie bei gewöhnlichem austenitischem Edelstahl. Im Vergleich zu ferritischem Edelstahl weist Duplex-Edelstahl eine hohe Zähigkeit, eine niedrige Sprödigkeitsübergangstemperatur, eine deutlich verbesserte interkristalline Korrosionsbeständigkeit und Schweißleistung auf; Gleichzeitig behält es einige Eigenschaften von ferritischem Edelstahl bei, wie z. B. 475-Grad-Sprödigkeit, hohe thermische Leitfähigkeit, kleiner linearer Ausdehnungskoeffizient, Superplastizität und Magnetismus. Im Vergleich zu austenitischem Edelstahl ist die Festigkeit von Duplex-Edelstahl hoch, insbesondere wird die Streckgrenze deutlich verbessert, und auch die Leistung der Lochfraßkorrosionsbeständigkeit, Spannungskorrosionsbeständigkeit und Korrosionsermüdungsbeständigkeit wird deutlich verbessert.
Duplex-Edelstahl wird nach seiner chemischen Zusammensetzung klassifiziert und kann in vier Typen unterteilt werden: Typ Cr18, Cr23 (ohne Mo), Typ Cr22 und Typ Cr25. Cr25-Duplex-Edelstahl kann in gewöhnlichen und Super-Duplex-Edelstahl unterteilt werden, wobei in den letzten Jahren der Cr22-Typ und der Cr25-Typ weit verbreitet waren. Die meisten in meinem Land verwendeten Duplex-Edelstähle werden in Schweden hergestellt. Die spezifischen Sorten sind: 3RE60 (Typ Cr18), SAF2304 (Typ Cr23), SAF2205 (Typ Cr22), SAF2507 (Typ Cr25).
2. Schweißeigenschaften von Duplex-Edelstahl
① Duplex-Edelstahl weist eine gute Schweißbarkeit auf. Es ist nicht leicht, die Wärmeeinflusszone während des Schweißens zu verspröden, wie es bei ferritischem Edelstahl der Fall ist, und es ist auch nicht einfach, heiße Risse beim Schweißen zu erzeugen, wie es bei austenitischem Edelstahl der Fall ist. Da es jedoch eine große Menge an Ferrit enthält, kann es bei hoher Steifigkeit oder hohem Wasserstoffgehalt der Schweißnaht zu Rissen bei der Wasserstoffkühlung kommen. Daher ist es sehr wichtig, die Wasserstoffquelle streng zu kontrollieren.
② Um die Eigenschaften von Dualphasenstahl sicherzustellen, ist es wichtig, dass der Anteil von Austenit und Ferrit in der Struktur der Schweißverbindung angemessen ist. Dies ist der Schlüssel zum Schweißen dieser Stahlsorte. Wenn die Abkühlgeschwindigkeit der Verbindung nach dem Schweißen langsam ist, ist die sekundäre Phasenänderung von δ→ relativ ausreichend, sodass bei Raumtemperatur eine Duplexstruktur mit einem relativ geeigneten Phasenverhältnis erhalten werden kann, was einen entsprechend großen Schweißwärmeeintrag während des Schweißens erfordert . Andernfalls steigt die δ-Ferritphase an, wenn die Abkühlgeschwindigkeit nach dem Schweißen schnell ist, was zu einer erheblichen Verschlechterung der Plastizität, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Verbindung führt.
3. Auswahl von Duplex-Edelstahl-Schweißzusätzen
Schweißzusätze für Duplex-Edelstahl, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Schweißnahtstruktur eine von Austenit dominierte Duplexstruktur ist und der Gehalt an korrosionsbeständigen Hauptelementen (Chrom, Molybdän usw.) dem des Grundmetalls entspricht Gewährleistung der gleichen Korrosionsbeständigkeit wie das Grundmetallgeschlecht. Um den Austenitgehalt in der Schweißnaht sicherzustellen, wird üblicherweise der Gehalt an Nickel und Stickstoff erhöht, das heißt, der Nickeläquivalent wird um etwa 2 bis 4 Prozent erhöht. Im Duplex-Edelstahl-Grundmaterial ist im Allgemeinen ein gewisser Stickstoffgehalt vorhanden, und auch in den Schweißzusätzen wird ein gewisser Stickstoffgehalt erwartet, dieser sollte jedoch im Allgemeinen nicht zu hoch sein, da sonst Poren entstehen. Auf diese Weise ist der hohe Nickelgehalt zu einem wesentlichen Unterschied zwischen dem Schweißmaterial und dem Grundmetall geworden.
Wählen Sie entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen an Korrosionsbeständigkeit und Verbindungsfestigkeit die Elektrode aus, die der chemischen Zusammensetzung des Grundmetalls entspricht, z. B. zum Schweißen von Cr22-Duplex-Edelstahl. Sie können eine Cr22Ni9Mo3-Elektrode wählen, z. B. die E2209-Elektrode. Bei der Verwendung saurer Elektroden ist die Schlackenentfernung gut und die Schweißnahtform schön, die Schlagzähigkeit ist jedoch gering. Wenn vom Schweißgut eine hohe Schlagzähigkeit gefordert wird und das Schweißen in allen Positionen erforderlich ist, sollten alkalische Elektroden verwendet werden. Basische Elektroden werden in der Regel beim Wurzelrückenschweißen eingesetzt. Bei besonderen Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit des Schweißgutes sollten auch basische Elektroden mit Superduplex-Stahlbestandteilen eingesetzt werden.
Bei festem Schutzgasschweißdraht sollte neben der Sicherstellung einer guten Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Eigenschaften des Schweißguts auch auf die Leistung des Schweißprozesses geachtet werden. Für Fülldraht, wenn eine schöne Schweißnahtform erforderlich ist, Rutil oder Titan. Für Fülldraht vom Kalziumtyp, wenn eine höhere Schlagzähigkeit erforderlich ist oder das Schweißen unter Bedingungen mit größerer Beanspruchung erforderlich ist, sollte ein Fülldraht mit höherer Alkalität verwendet werden verwendet werden.
Beim Unterpulverschweißen empfiehlt es sich, Schweißdraht mit kleinerem Durchmesser zu verwenden, um Mehrschicht- und Mehrlagenschweißungen bei kleinen und mittleren Schweißspezifikationen zu realisieren, um eine Versprödung der Schweißwärmeeinflusszone und des Schweißgutes zu verhindern und verwenden Sie ein passendes alkalisches Flussmittel.
4. Schweißpunkte aus Duplex-Edelstahl
① Steuerung des Schweißwärmeprozesses Schweißwärmeenergie, Zwischenschichttemperatur, Vorwärmung und Materialdicke wirken sich alle auf die Abkühlgeschwindigkeit während des Schweißens aus und wirken sich somit auf die Struktur und Leistung der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone aus. Eine zu schnelle oder zu langsame Abkühlgeschwindigkeit beeinträchtigt die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Duplexstahl-Schweißverbindungen. Wenn die Abkühlgeschwindigkeit zu hoch ist, führt dies zu einem übermäßigen Phasengehalt und erhöht die Ausfällung von Cr2N. Wenn die Abkühlgeschwindigkeit zu langsam ist, werden die Kristallkörner stark vergröbert und es können sogar einige spröde intermetallische Verbindungen, wie z. B. die σ-Phase, ausgefällt werden. Tabelle 1 listet einige empfohlene Schweißnahtenergien und Zwischenlagentemperaturbereiche auf. Bei der Auswahl der Linienenergie sollte auch die konkrete Materialstärke berücksichtigt werden. Der obere Grenzwert der Linienenergie in der Tabelle ist für dicke Platten geeignet, der untere Grenzwert für dünne Platten. Beim Schweißen von Duplexstahl mit 25 Prozent ω(Cr) und Superedelstahl mit hohem Legierungsgehalt wird zur Erzielung der besten Schweißguteigenschaften empfohlen, die maximale Zwischenlagentemperatur auf 100 Grad zu kontrollieren. Wenn nach dem Schweißen eine Wärmebehandlung erforderlich ist, darf die Zwischenlagentemperatur nicht begrenzt werden.
② Wärmebehandlung nach dem Schweißen Es ist am besten, Duplex-Edelstahl nach dem Schweißen nicht wärmezubehandeln, aber wenn der Phasengehalt im geschweißten Zustand die Anforderungen übersteigt oder wenn schädliche Phasen, wie z. B. die σ-Phase, ausgeschieden werden, ist eine Nachbehandlung erforderlich. Eine Schweißnahtwärmebehandlung kann zur Verbesserung eingesetzt werden. Die verwendete Wärmebehandlungsmethode ist das Abschrecken mit Wasser. Während der Wärmebehandlung sollte die Erwärmung so schnell wie möglich erfolgen und die Haltezeit bei der Wärmebehandlungstemperatur 5 bis 30 Minuten betragen, was ausreichen sollte, um das Gleichgewicht der Phasen wiederherzustellen. Die Metalloxidation ist während der Wärmebehandlung sehr schwerwiegend und ein Schutz durch Inertgas sollte in Betracht gezogen werden. Für Dualphasenstahl mit 22 Prozent ω (Cr) sollte die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1050 °C bis 1100 Grad C durchgeführt werden, während Dualphasenstahl und Super-Dualphasenstahl mit 25 Prozent ω (Cr) wärmebehandelt werden ) erfordern eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1070 °C bis 1120 °C. Führen Sie eine Wärmebehandlung durch.
Schweißbeispiel eines Druckbehälters aus Edelstahl
Der Entspannungsbehälter mit einem Durchmesser von 800mm und einer Wandstärke von 10mm besteht aus 0Cr18Ni9.
veranschaulichen:
① Der Durchmesser des Zylinders beträgt 800 mm und der Schweißer kann zum Schweißen in den Zylinder bohren. Daher werden die Längs- und Rundnähte des Zylinders beidseitig durch Elektroden-Lichtbogenschweißen verschweißt.
② Da bei diesem Gerät kein Loch vorhanden ist, kann die Abschlussschweißnaht nur von außen geschweißt werden. Um die Schweißqualität sicherzustellen, wird als Unterlage das WIG-Schweißen eingesetzt. Allerdings wird das Rückseitenmetall beim Argon-Lichtbogenschweißen von Edelstahl oxidiert. Bisher konnte zum Schutz nur die Methode der Argonfüllung auf der Rückseite genutzt werden. nicht gut. Um diese Prozessschwierigkeit zu lösen, hat die Schweißabteilung der Nippon Oil & Fat Company einen rückseitig selbstschützenden WIG-Schweißdraht aus Edelstahl entwickelt und hergestellt, bei dem es sich um einen Schweißdraht mit einer speziellen Beschichtung und der Beschichtung (d. h. der Beschichtung) handelt ) dringt nach dem Schmelzen in das Schmelzbad ein. Auf der Rückseite bildet sich eine dichte Schutzschicht, die der Rolle der Elektrodenbeschichtung entspricht. Die Verwendung dieses Schweißdrahtes ist genau die gleiche wie bei gewöhnlichem WIG-Schweißdraht, und die Beschichtung hat keinen Einfluss auf den vorderen Lichtbogen und die Form des Schmelzbades, was die Schweißkosten beim Argon-Lichtbogenschweißen aus rostfreiem Stahl erheblich senkt. Wenn bei diesem Gerät der hintere Argonschutz verwendet wird, ist die Argonverschwendung schwerwiegend, weshalb der selbstschützende Schweißdraht verwendet wird.
③ Für die Kehlnähte zwischen dem Verbindungsrohr und dem flachen Schweißflansch sowie zwischen dem Verbindungsrohr und dem Mantel wird angesichts der Form und Schweißbedingungen der Schweißnähte an diesem Teil im Allgemeinen das Elektrodenlichtbogenschweißen verwendet. Wenn der Durchmesser des Verbindungsrohrs zu klein ist, kann zur Reduzierung der Schweißschwierigkeiten auch WIG-Schweißen eingesetzt werden.
④ Die Kehlnaht zwischen der Stütze und der Schale ist eine nicht drucktragende Schweißnaht, und es wird das Schutzgasschweißen verwendet (das Schutzgas ist reines CO2), das einen hohen Wirkungsgrad und eine gute Schweißnahtform aufweist. TFW-308L ist die Schweißzusatzstoffsorte und ihr Schweißzusatzmodell ist E308LT1-1 (AWS A5.22).
