Вот что вам нужно знать о том, как сваривать нержавеющую сталь

В идеале основные материалы, используемые при сварке, должны идеально совпадать по химическому и механическому составу. Однако компании в обрабатывающей, обрабатывающей, строительной и других отраслях иногда могут счесть необходимым — как из соображений стоимости, так и требований к условиям эксплуатации — сваривать разнородные материалы. Сварка различных материалов, таких как нержавеющая сталь и углеродистая сталь, может быть гораздо более экономичным выбором, чем изготовление конструкции полностью из нержавеющей стали.                            

Сварка разнородных материалов распространена на некоторых объектах энергетики, таких как нефтехимические заводы, а также на многих горнодобывающих и перерабатывающих предприятиях. Коррозионная стойкость, обеспечиваемая нержавеющей сталью, часто необходима для оборудования на этих предприятиях. Однако, если позволяют условия окружающей среды или эксплуатации, материал можно приваривать к менее дорогой углеродистой стали. В этих применениях углеродистая сталь, включающая мягкие и низколегированные сплавы, играет важную роль в снижении затрат на строительство и эксплуатацию этих производственных предприятий.   

Как и в любой другой сварке, достижение успеха при сварке разнородных сталей требует тщательного выбора присадочных металлов и правильных процедур сварки. Это справедливо независимо от того, какой процесс сварки используется.

Обратите внимание, что тема соединения разнородных металлов охватывает огромное количество материалов и производственных процессов. Советы и предложения, представленные в этой статье, применимы к широкому спектру нержавеющей и углеродистой стали, включая широко используемую комбинацию аустенитной нержавеющей стали 304L и мягкой стали, а также упоминания о дуплексной и других подобных марках нержавеющей стали. Операторам сварки, которые не уверены в применении, всегда следует проконсультироваться с дистрибьютором сварочных материалов или производителем присадочного металла для получения конкретных рекомендаций по сварке и присадочному металлу.

Три фактора, которые следует помнить
При сварке нержавеющей стали с углеродистой сталью очень важно обращать внимание на химический состав, механические свойства и коррозионную стойкость, чтобы избежать потенциальных проблем. Учитывая все три фактора, выбор правильного присадочного металла может помочь уменьшить опасения.         

Например, при соединении нержавеющей стали 304L с мягкой сталью наиболее часто рекомендуемым присадочным металлом является 309L. В процессе сварки сварной шов разбавляется частью нержавеющей стали с одной стороны соединения и частью мягкой стали с другой стороны, смешиваясь с материалом с каждой стороны сварного шва. Цель состоит в том, чтобы создать окончательный сварочный слой, химический состав которого совместим с каждой стороной сварного соединения. Использование присадочного металла 309L позволяет достичь этой цели при соединении нержавеющей стали 304L с мягкой сталью.                      

Опять же, если вы не уверены в правильном выборе присадочного металла, не забудьте проконсультироваться с дистрибьютором сварочных материалов или производителем присадочного металла, прежде чем приступать к сварке разнородных материалов.  

Также важно соответствие механических свойств каждого типа материала. Достижение механического соответствия зависит от правильного химического состава, а также от отражения тепла, выделяемого в процессе сварки.  Как правило, при сварке любого типа нержавеющей стали с углеродистой сталью присадочный металл должен соответствовать механическим свойствам более слабого из двух материалов или немного превосходить их.                              

Наконец, при сварке нержавеющей и мягкой стали важно поддерживать коррозионную стойкость сварного соединения и близлежащего основного металла из нержавеющей стали.         


Тепловложение важно 
Чтобы учесть химические факторы, механические свойства и коррозионную стойкость, важно следовать подходящей процедуре сварки, которая ограничивает выделение тепла. ввод в сварной шов и основной материал нержавеющей стали. Ограничение подвода тепла уменьшает разбавление сварочного налета частью сварного соединения из мягкой стали. Это, в свою очередь, помогает поддерживать содержание сплава в сварочном наплавлении и его желаемую коррозионную стойкость.

В случае некоторых нержавеющих сталей умеренное тепловложение также защищает коррозионную стойкость, предотвращая образование нежелательных фаз в нержавеющей стали. стальная сторона соединения. Например, аустенитные нержавеющие стали серии 300 подвержены выделению карбидов, если они слишком долго выдерживаются в критическом диапазоне температур от 800 до 1400 градусов по Фаренгейту. Минимизация времени в этом диапазоне и выбор низкоуглеродистого основного металла и присадочного металла могут предотвратить возникновение этой проблемы.  Использование стабилизированных марок присадочных металлов (например, ER321 или ER347) также может быть оправдано и может служить дополнительной гарантией предотвращения осаждения карбидов.

Другие марки нержавеющей стали могут образовывать нежелательные фазы, которые приводят к хрупкость или плохая коррозионная стойкость при слишком длительном хранении при высокой температуре. Сигма-фаза (хрупкая интерметаллическая фаза с высокой твердостью) может образовываться в некоторых марках нержавеющей стали при повышенных температурах и может серьезно ухудшить механические свойства и коррозионную стойкость. Например, в дуплексных нержавеющих сталях погонное тепло отвечает за баланс между ферритом и аустенитом в конечном сварном шве и зоне термического влияния (ЗТВ). Правильный уровень подвода тепла может помочь поддерживать желаемое количество каждой фазы в готовом сварном шве и зоне термической опасности основного металла.

Подводные камни, которых следует избегать: коробление, растрескивание и окисление
Нержавеющая сталь имеет высокий коэффициент теплового расширения — показатель, характеризующий скорость расширения материала при изменении температуры. Короче говоря, нержавеющая сталь расширяется и сжимается сильнее при изменении температуры по сравнению с углеродистой сталью.

Нержавеющая сталь также имеет примерно половину теплопроводности углеродистой стали. Из-за отсутствия теплопроводности кусок горячей нержавеющей стали будет оставаться горячим гораздо дольше, поскольку он не так быстро отводит тепло от источника. Поскольку углеродистая сталь обладает большей теплопроводностью, тепло относительно быстро распространяется по этой детали, отводя тепло от зоны сварки.

Различия в коэффициенте теплового расширения и теплопроводности могут вызвать некоторые трудности при сварке разнородных материалов. . Нержавеющая сталь, естественно, будет больше расширяться и сжиматься в результате сильного нагрева, наблюдаемого во время сварки. И наоборот, углеродистая сталь (особенно мягкая сталь) является хорошим проводником тепла и поэтому будет быстрее остывать и быстрее сжиматься по мере охлаждения соединения. Эти различия увеличивают нагрузку на сустав, возникающую, когда обе стороны расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Это может привести к деформации или смещению сварного шва из разнородного металла. Это также может привести к растрескиванию, если напряжения, создаваемые различиями в термическом расширении и сжатии, превышают прочность любого материала.                      

Чтобы решить эти две проблемы при сварке нержавеющей стали с углеродистой сталью, избегайте сильно зажатых соединений, которые создают высокие напряжения по мере нагревания и охлаждения соединения. Если требуется строго ограниченная конфигурация соединения, используйте умеренное тепловложение и некоторый предварительный нагрев, чтобы задержать охлаждение соединения после завершения сварки. Изоляция сварного соединения после последнего прохода сварки также замедлит охлаждение и поможет предотвратить растрескивание соединения под воздействием термических напряжений.             

Загрязнение сварного соединения и полученного сварного шва является серьезной проблемой, которая часто приводит к образованию «горячих» трещин. Загрязнения могут вступать в реакцию с углеродистой или нержавеющей сталью, образуя незначительное количество сварочного материала со значительно более низкими температурами плавления. Эти микроскопические участки примесей с низкой температурой плавления замерзают последними по мере остывания сварного шва. В результате они могут превратиться в трещины по мере охлаждения и усадки металла сварного шва. Эти горячие трещины легко увидеть, если проблема серьезная, но они также могут представлять собой микротрещины, невидимые невооруженным глазом.      

Когда дело доходит до защиты материала от окисления, с этими разнородными металлическими сварными швами следует обращаться так же, как со сварными швами из нержавеющей стали. Открытые корневые соединения должны быть защищены от атмосферного воздействия на тыльной стороне шва (обратная продувка). Практика обратной продувки, наиболее часто используемая при сварке TIG, помогает предотвратить загрязнение сварного шва сзади соединения. В противном случае сварное соединение и сторона сварного шва из нержавеющей стали могут быть повреждены из-за окисления, которое является результатом реакции с кислородом и азотом в атмосфере. Окисление повредит коррозионную стойкость сварного шва и ЗТВ нержавеющей стали. Чтобы этого не произошло, продуйте заднюю часть сварного соединения инертным газом, например аргоном, или используйте одно из имеющихся в продаже покрытий, которое можно нанести на обратную сторону сварного соединения перед сваркой.                                    

Подготовка к сварке нержавеющей стали с углеродистой сталью
Правильная очистка и подготовка являются жизненно важными шагами, которые помогут обеспечить успешную сварку разнородных материалов. Отшлифуйте прокатную окалину или покрытия как минимум на 1/2 дюйма с каждой стороны шва.  Выполните эту задачу, очистив участок растворителем, например спиртом или ацетоном. Эти шаги помогают избавиться от жира и масла, которые содержат фосфор и серу, которые являются основными причинами горячего растрескивания.

Сварка разнородных металлов требует планирования 
Сварка разнородных металлов может оказаться непростой задачей. Важно иметь как можно больше информации о характеристиках основных материалов и присадочного металла, чтобы сделать правильный выбор, обеспечивающий успешные сварные швы. Если у вас есть сомнения, проконсультируйтесь с надежным дистрибьютором сварочных работ за советом по этому процессу. Это может помочь обеспечить долговечность и экономию средств, необходимые для применения как из нержавеющей, так и из углеродистой стали.