Duplex proces zavarivanja nehrđajućeg čelika 2205 i mjere opreza
Strukturne karakteristike: Austenit i ferit u čvrstom rastvoru u stakleniku čine otprilike polovinu svakog i imaju dvofazne strukturne karakteristike. Zadržava nizak broj provodnika, otpornost na piting, pucanje i karakteristike korozije hloridnim naponom feritnog nerđajućeg čelika. Prednosti su dobre žilavosti, niske temperature prijelaza na lomljivost, otpornosti na međugranularnu koroziju, dobrih mehaničkih svojstava i zavarljivosti.
Granica tečenja i otpornost na koroziju naprezanja kod dupleks nerđajućeg čelika je skoro dvostruko veća od austenitnog nerđajućeg čelika, koji može uštedjeti materijale pod istim nivoom pritiska. Koeficijent linearne ekspanzije austenitnog nehrđajućeg čelika je niži od koeficijenta austenitnog nehrđajućeg čelika i blizu koeficijenta niskougljičnog čelika. Učiniti vezu između dupleks nerđajućeg čelika i ugljeničnog čelika prikladnijom ima važan inženjerski značaj. I kovanje i hladno štancanje su inferiorni od austenitnog nerđajućeg čelika.
Zavarljivost: Duplex nerđajući čelik 2205 ima dobru zavarljivost i nisku osetljivost na hladne i vruće pukotine tokom zavarivanja. Obično nema predgrijavanja prije zavarivanja i toplinske obrade nakon zavarivanja. Zbog visokog sadržaja azota, tendencija monofaznog ferita u zoni toplotnog uticaja je mala. Kada su materijali za zavarivanje pravilno odabrani i energija linije zavarivanja kontrolirana u ovom trenutku, ima dobre ukupne performanse.
Toplo pucanje: Osetljivost na pucanje je mnogo niža od one kod austenitnog nerđajućeg čelika. To je zato što sadržaj nikla nije visok, nečistoće koje lako formiraju eutektik niske tačke topljenja su veoma niske, a tečni film niske tačke topljenja nije lako formirati. Osim toga, ne postoji opasnost od brzog rasta zrna na visokim temperaturama.
Krtost zone zahvaćene toplotom: Glavni problem kod dupleksnog zavarivanja nerđajućeg čelika nije zavar, već zona toplotnog uticaja. Budući da je zona zahvaćena toplinom u neravnotežnom stanju brzog hlađenja pod djelovanjem toplinskih ciklusa zavarivanja, nakon hlađenja uvijek se zadržava više ferita, što povećava sklonost koroziji i podložnost pucanju (krtosti) izazvanom vodonikom.
Metalurgija zavarivanja: Tokom procesa zavarivanja dupleks nerđajućeg čelika dolazi do niza promena u mikrostrukturi metala šava i zone toplotnog uticaja pod dejstvom termičkih ciklusa. Na visokim temperaturama, metalografska struktura dupleks nerđajućeg čelika je feritna, a austenit se taloži tokom hlađenja. Na količinu taloženja austenita utiču mnogi faktori.
Mehanička svojstva i otpornost na koroziju dupleks zavarenih spojeva od nehrđajućeg čelika ovise o tome može li se održati odgovarajući omjer zavarenih spojeva. Stoga se zavarivanje vrti oko toga kako osigurati dvostranu strukturu. Kada je količina ferita i austenita blizu 50%, performanse su dobre i svojstva osnovnih materijala su bliska jedna drugoj. Promjena ovog odnosa smanjit će otpornost na koroziju i mehanička svojstva dupleks zavarenih spojeva od nehrđajućeg čelika. Optimalni sadržaj ferita nerđajućeg čelika 2205 duplex je 45%. Kada je sadržaj ferita manji od 25%, snaga i sposobnost pucanja od korozije pod naponom se smanjuju. Višak sadržaja ferita veći od 75% također će utjecati na otpornost na koroziju i smanjiti udarnu žilavost. .
Faktori poređenja: Na ravnotežu ferita i austenita u zavarenim spojevima ne utiče samo sadržaj legiranih elemenata u čeliku, već i dodatni metal, termički ciklus zavarivanja i zaštitni gas.
Utjecaj legirajućih elemenata: Prema istraživanjima i velikom broju eksperimenata, utvrđeno je da je dušik, osnovni materijal, veoma važan. Azot igra važnu ulogu u osiguravanju dovoljnog formiranja austenita u metalu šava i zoni utjecaja topline nakon zavarivanja. Dušik (kao što je nikl) formira vrednosti austenita i širi austenitne elemente, ali je i sposobnost azota veća od nikla, što može sprečiti pojavu pojedinačnih faza nakon zavarivanja i sprečiti taloženje štetnih metalnih faza. Zbog utjecaja termičkog ciklusa zavarivanja, kada je sastav autogenog zavarivanja ili dodatnog metala isti kao i osnovnog metala, sadržaj ferita u metalu šava naglo raste, pa se čak pojavljuje i čista feritna struktura. Da bi se suzbilo prekomjerno povećanje ferita u zavaru, zavarivački metal sa glavnim austenitom je tendencija zavarivanja dupleks nerđajućeg čelika. Obično, dvije metode su dodavanje nikla ili dušika u materijal za zavarivanje. Tipično, sadržaj nikla je 2% do 4% veći od osnovnog metala, na primjer, dodatni metal 2205 ima sadržaj nikla do 8% do 10%. Omjer lema koji sadrži dušik može samo poboljšati učinak nikalnog lema, ali dodavanje dušika ne samo da može odgoditi taloženje između metala, već i poboljšati čvrstoću i otpornost na koroziju metala šava. Trenutno se materijali za punjenje obično zasnivaju na dodavanju nikla, a zatim dodavanju azota sa istim sadržajem osnovnog metala.
Za dupleks nerđajući čelik 2205, Sandvik 22.8.3L (ER2209) žica za zavarivanje se koristi za TIG zavarivanje, a Avesta 2205AC/DC šipka za zavarivanje se koristi za TIG zavarivanje kako bi se zadovoljili zahtevi materijala za zavarivanje. Ove karakteristike duplex nerđajućeg čelika 2205 i materijala za zavarivanje na legiranim elementima daju određeni raspon za izbor parametara procesa zavarivanja, odnosno energije linije zavarivanja, što je vrlo korisno za zavarivanje.
Termički ciklus: Najveća karakteristika dupleksnog zavarivanja nerđajućeg čelika je da toplotni ciklus zavarivanja utiče na strukturu zavarenog spoja. Bilo da se radi o zavarenom šavu ili zoni vrućeg filma, doći će do promjene faze, što ima veliki utjecaj na performanse zavarenog spoja. Stoga je višeslojno i višeprolazno zavarivanje korisno. Naredni zavari imaju učinak termičke obrade na prethodni zavareni spoj. Ferit u metalu šava se dalje transformiše u austenit, a austenit u zoni uticaja toplote pored šava je takođe povećana, što može da rafiniše zrna ferita i da smanji taloženje karbida i nitrida iz kristala i zrna. granice, čime se značajno poboljšava struktura i performanse cijelog zavarenog spoja. Zbog uticaja termičkog ciklusa zavarivanja, zavarene perle u kontaktu sa medijumom treba zavariti dupleks nerđajućim čelikom, što je suprotno zahtevima za redosled zavarivanja austenitnog nerđajućeg čelika.
Utjecaj parametara procesa: Broj procesa zavarivanja, odnosno energija linije zavarivanja, također igra ključnu ulogu u ravnoteži dvofazne mikrostrukture. Pošto dupleks nerđajući čelik ima 100% ferita na visokim temperaturama, ako je energija linije premala. Ako je brzina hlađenja zone zahvaćene toplotom prebrza, prekomerni ferit taložen iz austenita će nastaviti da postoji ispod uslove prehlađenja staklenika. Ako je energija linije prevelika i brzina hlađenja suviše spora, iako se može dobiti dovoljna količina austenita, to će takođe dovesti do rasta zrna ferita u zoni toplotnog uticaja i taloženja štetnih metalnih faza jednakih 0, što rezultira krhkošću zgloba. . Da bi se izbjegla gornja situacija, najbolje mjere su kontrola energije zavara i međuprolazne temperature i korištenje metala za punjenje.
Utjecaj zaštitnog plina: Tokom zavarivanja volframovim lukom, plinu argonu se može dodati 2% dušika kako bi se spriječio gubitak dušika na površini zavara zbog difuzije, što je korisno za ravnotežu između ferita i austenita.
