Sudarea oțelului inoxidabil la oțel carbon este o sarcină comună, dar solicitantă din punct de vedere tehnic. Calea fiabilă este simplă: selectați o umplutură austenitică supraaliată, cum ar fi ER309L, utilizați o procedură cu aport scăzut de căldură și preveniți contaminarea cu fier din partea din oțel carbon. În practică, aceste trei decizii elimină cele mai multe fisuri, duritatea excesivă și defecțiunile premature de coroziune.
În ciuda dificultății percepute, îmbinările metalice diferite dintre oțelul inoxidabil și carbon apar în fabricile chimice, liniile alimentare, sistemele de tratare a apei și structurile din oțel. Cheia este să nu ne gândim la asta ca la sudarea a două materiale similare; este un proces controlat de gestionare a alierei și diluării.
De ce sudarea inoxului la oțel carbon este diferită
Problema fundamentală este că oțelul carbon și oțelul inoxidabil diferă în ceea ce privește chimia, dilatarea termică și răspunsul mecanic. Carbonul migrează din oțelul carbon în zona de sudură în timpul încălzirii, ceea ce poate crea o bandă de martensită dură și fragilă la linia de fuziune și un strat decarburat înmuiat pe partea din oțel carbon. De asemenea, oțelul inoxidabil austenitic se extinde cu aproximativ 50 la sută mai mult decât oțelul carbon, astfel încât îmbinarea dezvoltă un stres rezidual substanțial după răcire. În același timp, diluarea din metalul de bază din oțel carbon reduce conținutul de crom și nichel din depozitul de sudură. Dacă metalul de umplutură nu este supraaliat, sudarea finită poate avea o rezistență scăzută la coroziune sau o duritate scăzută.
- Migrarea carbonului cauzează duritate și fragilizare localizată.
- Nepotrivirea expansiunii termice crește stresul rezidual și riscul de distorsiune.
- Diluarea sudurii modifică chimia metalului depus.
- Contaminarea cu fier pe partea inoxidabilă poate declanșa ulterior formarea de rugină.
Alegerea corectă a metalului de umplutură
Răspunsul scurt este să utilizați 309L sau 309Mo pentru majoritatea îmbinărilor din oțel inoxidabil cu carbon. Acest aliaj oferă crom și nichel suficient de mari pentru a tolera diluarea din oțel carbon și lasă totuși o structură de sudură austenitică cu rezistență bună la coroziune. 308L, care este proiectat pentru îmbinarea inoxidabilului 304 cu el însuși, nu are acele rezerve suplimentare de aliaj și nu este recomandat pentru îmbinări diferite.
| Umplere | Cel mai bine folosit pentru | Caracteristici cheie | Considerent important |
|---|---|---|---|
| 308L | Unirea 304 inoxidabil cu sine | Coroziune ridicată și finisaj estetic | Nu este suficient Cr/Ni pentru o diluție mare; poate forma martensită |
| 309L / 309Mo | Sudarea inoxului pe oțel carbon | Toleranță bună la diluție; rezistă structurilor întăribile | Prima alegere pentru majoritatea mediilor de service |
| 316L | Îmbinarea a 316 aplicații din inox sau mai mari | Molibdenul adaugă rezistență la pitting | Încă nu este potrivit pentru diluarea oțelului carbon; folosiți 309Mo în schimb |
| 312 | Combinații puternice diferite și greu de sudat | Conținut ridicat de ferită, rezistent la fisuri | Rezistență mai mare, dar ductilitate mai mică; necesită un aport scăzut de căldură |
| ERNiCr-3 | Serviciu la temperaturi ridicate și ciclu termic | Nepotrivire pe bază de nichel, cu expansiune termică scăzută | Cost mai mare; rezistență excelentă la crăpare de oboseală |
Pentru servicii la temperaturi ridicate sau cu cicluri intense, metalele de umplutură pe bază de nichel, cum ar fi ERNiCr-3, sunt o alegere mai bună decât 309L. Metalul de sudura bogat in nichel rezista mai bine la migrarea carbonului si are un coeficient de dilatare mai apropiat de cel al otelului carbon, ceea ce reduce oboseala termica. Pentru aplicații generale, totuși, 309L este opțiunea dovedită și rentabilă.
Cele mai bune procese de sudare pentru îmbinări diferite
GTAW este cel mai bun proces pentru lucrări critice din oțel inoxidabil la carbon, dar GMAW, FCAW și SAW pot produce toate suduri acceptabile cu parametrii potriviți. Factorii de control sunt aportul de căldură, gazul de protecție și viteza de deplasare.
- GTAW (TIG): Cel mai bun pentru conducte cu pereți subțiri și treceri de rădăcină, deoarece oferă un control precis al căldurii și depunere scăzută. Utilizați o tijă de umplere de ER309L și ecranare cu argon sau argon-heliu.
- GMAW (MIG): Cel mai bun pentru producția de grosime medie. Utilizați pulverizare prin pulverizare sau transfer de scurtcircuit pentru a limita aportul de căldură. Un gaz de protecție de argon cu 2–5% CO2 este obișnuit; evita 100% CO2.
- FCAW: Bun pentru plăci groase și reparații pe teren. Utilizați sârmă E309LT1-1 și ecranare mixtă cu argon/CO2 pentru suduri plate și orizontale. Zgura trebuie îndepărtată între treceri.
- SAW: Eficient pentru cusături longitudinale lungi pe rezervoare mari sau vase sub presiune. Utilizați un fir de 309L și un flux neutru sau echilibrat cu crom. Controlul atent al căldurii este esențial.
Pregătirea comună și curățenia
O îmbinare curată, corect pregătită este jumătate din luptă. Murdăria, grăsimea, calcarul și praful de măcinat din oțel carbon pot cauza porozitate și pete de rugină pe partea inoxidabilă. Folosiți perii și instrumente dedicate din oțel inoxidabil și nu folosiți niciodată o perie care a atins oțel carbon.
- Slefuiți sau prelucrați fețele îmbinării până la un metal strălucitor chiar înainte de sudare.
- Degresați ambele părți cu acetonă sau cu un solvent conceput pentru pregătirea sudării.
- Pentru o îmbinare cap la cap în placă, utilizați un canal cu un singur V cu un unghi inclus de 60–70 de grade și o față a rădăcinii de 1–2 mm.
- Când sudați trecerea de rădăcină, utilizați o bară de suport sau purjați partea din spate cu argon pentru a preveni oxidarea.
- Păstrați partea din oțel carbon și partea inoxidabilă separate în timpul montajului; utilizați cleme separate dacă este posibil.
Controlarea preîncălzirii, a temperaturii între treceri și a intrării de căldură
Gestionarea căldurii este cea mai importantă variabilă după selectarea umpluturii. Preîncălzirea nu este necesară pentru majoritatea îmbinărilor, dar dacă secțiunea este groasă sau îmbinarea este puternic restrânsă, este acceptabilă o preîncălzire maximă de 100°C. Preîncălzirea mai mare accelerează migrarea carbonului și produce o bandă de martensită mai groasă. Temperatura interpass ar trebui să rămână sub 150°C, iar sudura ar trebui să fie construită cu mărgele șiruri, mai degrabă decât cu țesături largi.
| Proces | Curent | Tensiune | Viteza de deplasare | Aport de căldură (aprox.) |
|---|---|---|---|---|
| GTAW | 100-150 A | 12-15 V | 100–150 mm/min | 0,6–1,5 kJ/mm |
| GMAW (puls) | 180–220 A | 22–26 V | 300–400 mm/min | 1,0–1,8 kJ/mm |
| FCAW | 220–280 A | 26-30 V | 350–450 mm/min | 1,2–2,0 kJ/mm |
O regulă utilă este menținerea aportului de căldură cât mai scăzut posibil, fără a provoca lipsa fuziunii. Folosiți treceri scurte și lăsați îmbinarea să se răcească între treceri atunci când temperatura dintre treceri crește.
Poziționare și automatizare pentru suduri de încredere
Poziționarea piesei de prelucrat în cea mai favorabilă orientare și utilizarea controlului mecanic al vitezei de deplasare va reduce dramatic defectele în sudarea metalelor diferite. Sudarea manuală simplă poate funcționa, dar rotirea îmbinării în poziția plată este mult mai fiabilă.
Pentru ansamblurile și fitingurile cu diametru mic, un poziționator de sudură poate prezenta îmbinarea într-un unghi convenabil și poate roti lucrarea în timp ce sudorul menține pistolul stabil.
Poziționator de sudură convențional de 1 tonă pentru ansambluri mici Acest poziționator de sudură convențional are o capacitate nominală de 1 tonă și rotește ansamblurile cu găuri mici la unghiuri convenabile, permițând sudorilor să mențină pistolul stabil și să obțină o poziționare constantă a îmbinării. Vizualizare produs → Pentru carcasele rezervorului, bobinele de țeavă și secțiunile cilindrice, un rotator de sudură rotește cusătura la o viteză controlată, astfel încât bazinul de sudură să rămână într-o poziție plană constantă. Această abordare este utilă în special atunci când lucrarea combinată din oțel inoxidabil și carbon este prea grea pentru a fi manipulată manual. Puteți citi mai multe despre modul în care îmbinările de sudură rotative reduc reprelucrarea în fabricarea rezervoarelor metalice și a țevilor .
Rotator de sudare de 10 tone cu mișcare și ridicare orbitală electrică Un rotator de sudură de 10 tone cu mișcare orbitală electrică și ridicare electrică, conceput pentru a transforma cusăturile cilindrice grele la o viteză controlată, menținând bazinul de sudură plat pentru rezultate consistente. Vizualizare produs → Pentru cusături sudate mai lungi care necesită GMAW sau SAW, un manipulator coloană și braț mișcă capul de sudare de-a lungul îmbinării cu o viteză uniformă și menține unghiul pistolului fix. Acest lucru înlătură variabilitatea umană care cauzează adesea vârfuri de diluție și ture reci.
Coloană și braț 4030 personalizate cu mișcare orbitală electrică Un manipulator personalizat cu coloană și braț cu mișcare orbitală electrică, mișcând capul de sudură de-a lungul cusăturilor lungi la o viteză constantă și un unghi fix, reducând variabilitatea umană pentru GMAW sau SAW. Vizualizare produs → Aceste setări nu elimină necesitatea unei proceduri bune, dar fac mult mai ușoară menținerea strategiei de temperatură interpass scăzută și aport de căldură scăzut pe care se bazează 309L.
Inspecție post-sudare și tratare a suprafeței
După sudare, inspectați cu atenție îmbinarea, în special linia de fuziune pe partea din oțel carbon. O citire a durității peste 350 HV în acea zonă indică adesea că aportul de căldură a fost prea mare sau că umplutura a fost greșită. Inspecția suprafeței cu testarea penetranților poate dezvălui fisuri și porozitate, în timp ce testarea cu ultrasunete sau radiografie este utilizată atunci când componenta este critică.
Dacă partea inoxidabilă se va confrunta cu medii corozive, îndepărtați decolorarea sudurii și stratul de oxid prin decapare sau periere cu sârmă, apoi pasiviți suprafața. Nu lăsați particulele de oțel carbon să rămână pe partea inoxidabilă, deoarece acestea vor rugini și vor crea o celulă de coroziune concentrată. Atunci când codul de aplicare solicită reducerea tensiunii, mențineți temperatura scăzută și scurtă - ideală în jur de 350–400 ° C - pentru a limita difuzia carbonului.
Discontinuități comune și cum să le evitați
Majoritatea defectelor din această combinație de materiale sunt evitabile dacă rămâneți cu 309L sau un aliaj de nichel, controlați căldura și mențineți îmbinarea curată. Tabelul de mai jos listează problemele și remediile comune.
| Defect | Cauza probabilă | Acțiune corectivă |
|---|---|---|
| Porozitate | Flux umed, suprafețe uleioase, lipsă de ecranare | Degresați, uscați consumabilele, verificați debitul de gaz și distanța duzei |
| Crăpare fierbinte | Conținut ridicat de sulf sau fosfor în metalul de bază; aport ridicat de căldură | Curățați marginile îmbinărilor; utilizați umplutură 309L sau 312; aport de căldură mai mic |
| Formarea martensitei | Diluție ridicată, temperatură interpass ridicată | Utilizați umplutură supraaliată; menține interpass sub 150°C; reduceți țesutul |
| Undercut | Curent sau viteză de deplasare excesivă | Reduce curentul de sudare; încet sau ajustați unghiul pistolului |
| Rugină pe partea inoxidabilă | Contaminarea cu fier de la perii sau șlefuire | Utilizați unelte dedicate din oțel inoxidabil; curata si pasiva dupa sudare |
Întrebări frecvente
Pot suda oțel inoxidabil pe oțel carbon cu 308L?
Poți, dar nu este o idee bună. Oțelul carbon diluează bazinul de sudură 308L, ceea ce scade conținutul de crom și nichel suficient pentru a forma martensită și a reduce rezistența la coroziune. 309L este umplutura minimă recomandată pentru această combinație diferită.
Am nevoie de preîncălzire înainte de a suda oțelul inoxidabil pe oțel carbon?
De obicei nu. Pentru secțiuni groase sau îmbinări puternic reținute, este acceptabilă o preîncălzire maximă de 100°C. Temperaturile mai ridicate accelerează migrarea carbonului și creează un strat fragil la linia de fuziune.
Imbinarea sudata va rugini?
Partea din oțel carbon va rugini dacă nu este protejată. Partea inoxidabilă trebuie să rămână rezistentă la coroziune dacă suprafața este curățată și pasivată și este prevenită contaminarea cu fier. Acoperiți sau vopsiți partea din oțel carbon pentru lucrări exterioare.
Pot folosi sudarea MIG cu gaz de protecție 100% CO2?
Nu este recomandat. CO2 pur adaugă carbon la sudare și oxidează cromul, reducând rezistența la coroziune a părții inoxidabile. Utilizați argon amestecat cu 2–5% dioxid de carbon sau argon cu 1–2% oxigen.
