1.Vier Edelstahlsorten und die Rolle der Legierungselemente

Dies basiert auf der metallographischen Struktur von Edelstahl bei Raumtemperatur. Wenn kohlenstoffarmer Stahl auf 1550 °F erhitzt wird, ändert sich seine Struktur von der Ferritphase bei Raumtemperatur in die Austenitphase. Beim Abkühlen wandelt sich die kohlenstoffarme Stahlstruktur wieder in Ferrit um. Die bei hoher Temperatur vorhandene Austenitstruktur ist nicht magnetisch und ihre Festigkeit ist kleiner und zäher als die der Raumtemperatur-Ferritstruktur.

Wenn der Cr-Gehalt im Stahl mehr als 16% beträgt, wird die Ferritstruktur bei Raumtemperatur fixiert, so dass der Stahl den Ferritzustand in allen Temperaturbereichen beibehält. Daher wird es ferritischer Edelstahl genannt. Wenn der Cr-Gehalt größer als 17% und der Ni-Gehalt größer als 7% ist, wird die Austenitphase fixiert, so dass der Austenitzustand von niedriger Temperatur bis fast zum Schmelzpunkt gehalten wird.

Austenitische rostfreie Stähle werden normalerweise als "Cr-Ni"-Typ bezeichnet, und martensitische und ferritische rostfreie Stähle werden direkt als "Cr"-Typ bezeichnet. Elemente aus Edelstahl und Zusatzwerkstoffen lassen sich in austenitbildende und ferritbildende Elemente unterteilen. Die wichtigsten austenitbildenden Elemente sind Ni, C, Mn und N, und die ferritbildenden Elemente sind Cr, Si, Mo und Nb. Durch Anpassen des Elementgehalts kann der Ferritgehalt in der Schweißnaht gesteuert werden.

Austenitische Edelstähle sind leichter zu schweißen und haben eine bessere Schweißqualität als Edelstähle mit einem Ni-Gehalt von weniger als 5 %. Die Schweißverbindungen von austenitischem rostfreiem Stahl haben eine gute Festigkeit und Zähigkeit und erfordern im Allgemeinen keine Vorwärmung vor dem Schweißen und keine Wärmebehandlung nach dem Schweißen. Im Bereich Edelstahlschweißen macht austenitischer Edelstahl 80 % des gesamten Edelstahlverbrauchs aus, daher liegt der Schwerpunkt dieses Artikels auf dem Schweißen von austenitischem Edelstahl.

2. Wie wählt man die richtigen Schweißzusätze aus Edelstahl aus?

Wenn das Grundmetall gleich ist, ist das erste Kriterium "Übereinstimmung mit dem Grundmetall". Wählen Sie beispielsweise beim Schweißen von Edelstahl 310 oder 316 die entsprechenden Schweißzusätze.

Beachten Sie beim Schweißen unterschiedlicher Werkstoffe die Kriterien für die Auswahl von Grundwerkstoffen mit hohem Legierungselementgehalt. Wählen Sie beispielsweise beim Schweißen von Edelstahl 304 und 316 Schweißzusätze vom Typ 316.

Allerdings gibt es viele Sonderfälle, die nicht dem Prinzip des „passenden Basismetalls“ folgen. Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, "die Auswahltabelle des Schweißmaterials zu überprüfen". Edelstahl vom Typ 304 ist beispielsweise das gängigste Grundmaterial, aber es gibt keine Elektrode vom Typ 304.

Wenn das Schweißmaterial mit dem Grundmetall abgestimmt werden soll, wie wählen Sie das Schweißmaterial zum Schweißen von Edelstahl 304 aus?

Verwenden Sie beim Schweißen von Edelstahl 304 Schweißzusätze vom Typ 308, da die zusätzlichen Elemente in Edelstahl 308 den Schweißbereich besser stabilisieren können.

308L ist auch eine akzeptable Wahl. L bedeutet geringer Kohlenstoffgehalt, Edelstahl 3XXL bedeutet Kohlenstoffgehalt ≤ 0.03 % und Standard-3XX-Edelstahl kann bis zu 0.08 % Kohlenstoff enthalten.

Hersteller, die das MSG-Verfahren zum Schweißen verwenden, ziehen auch die Verwendung von 3XXSi-Schweißzusätzen in Betracht, da Si die Benetzbarkeit verbessern kann (Abbildung 2). Wenn die Schweißkonstruktion eine starke Aufwölbung aufweist oder das Schweißbad am Schweißfuß der Kehl- oder Überlappnaht schlecht angebunden ist, kann die Verwendung von Si-haltigem Schutzgasschweißdraht die Schweißnaht benetzen und die Abschmelzleistung erhöhen.

3.Wie schweißt man Edelstahl und Kohlenstoffstahl?

Um die Kosten zu senken, werden einige Strukturteile mit einer korrosionsbeständigen Schicht auf die Oberfläche von Kohlenstoffstahl geschweißt. Beim Schweißen eines unlegierten Metalls und eines legierungshaltigen unedlen Metalls verwenden Sie ein Schweißmaterial mit einem höheren Legierungsgehalt, um die Verdünnungsrate in der Schweißnaht auszugleichen.

Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Wärmeausdehnungsrate von austenitischem Edelstahl um 50 % höher ist als die von Kohlenstoffstahl. Beim Schweißen erzeugt der Unterschied in der Wärmeausdehnungsrate innere Spannungen, die zu Rissen führen. Zu diesem Zeitpunkt ist es erforderlich, die geeigneten Schweißzusätze auszuwählen oder das geeignete Schweißverfahren anzugeben (Abbildung 3).

4. Was ist ein geeigneter Reinigungsvorgang vor dem Schweißen?

Verwenden Sie beim Schweißen mit anderen Materialien zuerst ein Lösungsmittel, das keine Chloridionen enthält, um Öl, Flecken und Staub zu entfernen. Darüber hinaus ist beim Schweißen von Edelstahl als erstes zu beachten, dass eine Verschmutzung durch Kohlenstoffstahl und eine Beeinträchtigung der Korrosionsbeständigkeit vermieden werden. Einige Unternehmen verwenden eine separate Lagerung von Edelstahl und Kohlenstoffstahl, um eine Kreuzkontamination zu vermeiden. Verwenden Sie zum Reinigen des Bereichs um die Nut spezielle Schleifscheiben und Bürsten für Edelstahl. Manchmal ist es notwendig, die Fugen ein zweites Mal zu reinigen. Da die Elektrodenkompensation beim Schweißen von rostfreiem Stahl schwieriger ist als die von Kohlenstoffstahl, ist die Reinigung der Verbindungen sehr wichtig.

5. Was ist der richtige Reinigungsvorgang nach dem Schweißen? Warum rostet Edelstahl Schweißkonstruktion?

Erinnern wir uns zunächst daran, dass Edelstahl nicht rostet: Die Reaktion von Cr und O bildet auf der Materialoberfläche eine dichte Oxidschicht, die eine schützende Rolle spielt. Rostfreier Stahl rostet durch die Ausscheidung von Karbiden (siehe letzte Frage) und die Erwärmung während des Schweißprozesses führten zur Bildung von Eisenoxiden auf der Schweißnahtoberfläche. Im Schweißzustand kann eine einwandfreie Schweißnaht auch innerhalb von 24 Stunden im rostigen Bereich an der Grenze der Schweißwärmeeinflusszone Hinterschneidungen erzeugen.

Daher muss Edelstahl nach dem Schweißen poliert, gebeizt, poliert oder geschrubbt werden, um neues Chromoxid zu regenerieren. Es sollte betont werden, dass der Schleifer und die Bürste gewidmet werden müssen.

6.Warum ist Edelstahlschweißdraht magnetisch?

Der vollaustenitische Edelstahl ist nicht magnetisch. Durch die höhere Temperatur beim Schweißen wachsen jedoch die Körner im Gefüge und die Rissempfindlichkeit nach dem Schweißen steigt. Um die Anfälligkeit für thermische Rissbildung zu verringern, fügen die Schweißzusatzhersteller den Schweißzusätzen ferritbildende Elemente hinzu (Bild 4). Die Ferritphase macht die Austenitkörner feiner, wodurch die Rissbeständigkeit erhöht wird.

Der Magnet zieht das austenitische Schweißgut nicht an, aber beim Halten des Magneten ist eine leichte Anziehung zu spüren. Dies hat jedoch auch dazu geführt, dass einige Benutzer fälschlicherweise glauben, dass das Produkt das falsche Etikett hat oder das falsche Lot verwendet hat (insbesondere wenn das Etikett auf der Verpackung abgerissen ist).

Der Ferritgehalt der Schweißzusätze hängt von der Betriebstemperatur der Anwendung ab. Beispielsweise verringert zu viel Ferrit die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen. Daher liegt die Ferritzahl von Schweißzusätzen vom Typ 308, die für LNG-Pipelines verwendet werden, zwischen 3 und 6, während die Ferritzahl von Standard-Schweißzusätzen vom Typ 308 beträgt 8. Kurz gesagt, Schweißzusätze können sehr ähnlich aussehen, aber sehr kleine Unterschiede in der Zusammensetzung können manchmal große Unterschiede verursachen.

7.Wie kann man Duplex-Edelstahl leichter schweißen?

Im Allgemeinen machen die Austenitphase und die Ferritphase im Gefüge von Duplex-Edelstahl jeweils etwa 50 % aus. Die Anwesenheit der Ferritphase kann die Festigkeit und Spannungskorrosionsbeständigkeit verbessern, während die Austenitphase die Zähigkeit verbessern kann. Die kombinierte Wirkung der beiden Phasen macht die Leistung von Duplex-Edelstahl noch besser (Abbildung 5). Die Palette an Duplex-Edelstahl ist sehr breit, das gängigste Modell ist 2205: mit 22% Cr, 5% Ni, 3% Mo und 0.15% N.

Beim Schweißen von Duplex-Edelstahl kann das Vorhandensein von zu viel Ferrit zu Problemen führen (die Hitze des Lichtbogens bewirkt, dass sich die Atome in der Ferritmatrix neu ordnen). Aus diesem Grund muss das Schweißmaterial mehr austenitbildende Elemente bereitstellen, in der Regel 2-4% mehr als das Grundmetall Ni. Zum Beispiel enthält der Fülldraht, der zum Schweißen von Edelstahl 2205 verwendet wird, 8.85 % Ni.

Nach dem Schweißen liegt der Ferritgehalt in der Schweißnaht zwischen 25-55% (evtl. höher). Hinweis: Die Abkühlgeschwindigkeit nach dem Schweißen sollte langsam genug sein, damit sich der Austenit neu bilden kann, aber nicht zu langsam, zu langsam wird die intermetallische Phase ausscheiden und nicht zu schnell, zu schnell erzeugt zu viel Ferrit in der Wärmeeinflusszone . Befolgen Sie unbedingt das Schweißverfahren und das Schweißmaterialauswahlhandbuch des Herstellers.

8. Warum müssen die Parameter beim Schweißen von Edelstahl jederzeit angepasst werden?

Beim Schweißen von Edelstahl ist der Hauptgrund für Schweißer, die Schweißparameter (Spannung, Strom, Lichtbogenlänge, Induktivität, Pulsbreite usw.) jederzeit anzupassen, die nicht übereinstimmende Zusammensetzung des Schweißmaterials. Die chemische Zusammensetzung ist sehr wichtig, und Unterschiede in der Zusammensetzung zwischen den Chargen können zu sehr unterschiedlichem Schweißverhalten führen, wie z. B. schlechte Benetzbarkeit und Schlackenentfernung. Schweißmaterialdurchmesser, Oberflächenreinheit, Gießleistung und Spiralform können alle das Schweißverhalten von GMAW und FCAW beeinflussen.

9. Wie kann die Ausscheidung von Karbiden in austenitischem Edelstahl kontrolliert werden?

Bei 800-1600ºF, wenn der Kohlenstoffgehalt 0.02% überschreitet, wird C diffundieren und zu den Austenitkorngrenzen wandern und mit Cr an den Korngrenzen reagieren, um Chromkarbide zu bilden. Wenn Cr durch das C-Element weitgehend fixiert wird, nimmt die Korrosionsbeständigkeit ab. Zu diesem Zeitpunkt tritt interkristalline Korrosion auf, wenn sie einer korrosiven Umgebung ausgesetzt wird, wodurch die Korngrenzen abgetragen werden.

Um die Ausscheidung von Karbiden zu kontrollieren, werden Schweißzusätze mit niedrigem Kohlenstoffgehalt verwendet, um sicherzustellen, dass der Kohlenstoffgehalt im Schweißgut möglichst gering ist (bis zu 0.04 %). C kann auch durch Hinzufügen von Nb- und Ti-Elementen fixiert werden. Im Vergleich zu Cr ist die Affinität von Nb und Ti zu C größer. Hierfür sind Schweißzusätze vom Typ 347 konzipiert.

10. Wie bereitet man sich auf die Auswahl von Schweißzusätzen vor?

Zuallererst müssen wir Informationen über die Endanwendung der Schweißkonstruktion sammeln, einschließlich der Betriebsumgebung (insbesondere der Betriebstemperatur, ob ein korrosives Medium vorhanden ist und die erwartete Korrosionsbeständigkeit) und die erwartete Lebensdauer. Wichtig sind auch Angaben zu den unter Betriebsbedingungen geforderten mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit, Plastizität und Ermüdungseigenschaften.

Die meisten der führenden Hersteller von Schweißzusätzen bieten Anleitungen für die Auswahl von Schweißzusätzen. An dieser Stelle betont der Autor noch einmal: Es wird empfohlen, das Anwendungshandbuch für Schweißzusatzwerkstoffe zu konsultieren oder sich an ihre Fachexperten zu wenden. Sie helfen uns, Schweißzusätze aus Edelstahl richtig auszuwählen.

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