Oteluri inoxidabile austeniticeposedă de obicei o microstructură constând din austenită pură la temperatura camerei; totuși, unele variante conțin o cantitate mică de ferită, ceea ce ajută la prevenirea fisurilor la cald. Datorită sudabilității lor excelente, oțelurile inoxidabile austenitice sunt utilizate pe scară largă în industrii precum prelucrarea chimică și fabricarea de recipiente sub presiune pentru sectorul petrolului. Cu toate acestea, dacă operațiunile de sudare sunt efectuate necorespunzător, oțelurile inoxidabile austenitice sunt susceptibile la diverse probleme, inclusiv coroziunea intergranulară, fisurarea la cald, fisurarea prin coroziune sub tensiune și formarea slabă a cordonului de sudură.
Care sunt problemele de sudare asociate cu oțelul inoxidabil austenitic?
I. Coroziunea intergranulară
o. Cauzele coroziunii intergranulare
Coroziunea intergranulară are loc la limitele de cereale; prin urmare, este denumită coroziune intergranulară. Reprezinta una dintre cele mai periculoase forme de degradare pentru otelurile inoxidabile austenitice. Se caracterizează prin coroziune care pătrunde adânc în metal de-a lungul granițelor granulelor, ducând la o scădere atât a proprietăților mecanice, cât și a rezistenței la coroziune a metalului.
Când oțelul inoxidabil austenitic este menținut în intervalul de temperatură de la 450 de grade până la 850 de grade pentru o anumită perioadă, carburile de crom (Cr23C6) precipită la granițele granulelor. Cromul necesar pentru această precipitare este extras în primul rând din straturile de suprafață ale boabelor; dacă cromul din interiorul cerealelor nu poate difuza spre exterior suficient de repede pentru a reumple aceste straturi de suprafață, conținutul de crom de la granițele granulelor-în special în straturile de suprafață ale boabelor-va scădea, creând o „zonă sărăcită de crom-”. Sub influența mediilor corozive agresive, aceste zone epuizate de crom-la limitele granulelor devin susceptibile la atac, ducând la coroziune intergranulară. Oțelul inoxidabil afectat de coroziune intergranulară nu poate prezenta modificări vizibile pe suprafața sa; totuși, atunci când este supusă la stres, se va fractura de-a lungul granițelor granulelor, rezultând o pierdere aproape completă a rezistenței structurale.
b. Măsuri pentru prevenirea coroziunii intergranulare
Selectați electrozi de sudare din oțel inoxidabil cu conținut ultra-de carbon (C mai mic sau egal cu 0,03%) sau cei care conțin elemente de stabilizare, cum ar fi titanul sau niobiul.
Folosiți parametrii de sudare cu „aport scăzut de căldură--”. Obiectivul este de a minimiza timpul de staţionare în intervalul critic de temperatură (450 grade – 850 grade). Acest lucru se realizează prin utilizarea curenților de sudare mici, viteze mari de deplasare, lungimi scurte de arc și evitarea mișcărilor transversale de țesut. Metodele de răcire forțată (de exemplu, folosind plăci de suport de cupru sau răcire cu apă) pot fi aplicate pe cordonul de sudură pentru a accelera viteza de răcire a îmbinării sudate și pentru a reduce dimensiunea zonei-afectate de căldură (HAZ).
În sudarea cu mai multe treceri, temperatura inter-trecerilor trebuie să fie strict controlată; cordonul de sudură precedent trebuie lăsat să se răcească sub 60 de grade înainte de depunerea următoarei treceri. Cusătura de sudură de pe partea componentei care va intra în contact cu mediul coroziv trebuie sudată ultima. Trebuie efectuat un tratament post-soluție de sudare: piesa de prelucrat este încălzită la o temperatură între 1050 și 1150 de grade, urmată de călire. Acest proces face ca precipitatele de Cr23C6 la granițele granulelor să se redizolve în interiorul cerealelor, restabilind astfel o microstructură austenitică uniformă.
II. Crăpare fierbinte
Cauzele fisurii la cald
Un interval mare de temperatură între liniile lichidus și solidus-însemnând un interval larg de temperatură în timpul procesului de solidificare-conduce la o segregare severă a impurităților cu punct de topire scăzut{--, care tind să se concentreze la limitele granulelor. În plus, un coeficient ridicat de dilatare termică are ca rezultat solicitări semnificative în timpul răcirii și contracției.
Măsuri pentru controlul fisurilor la cald
Controlați microstructura metalului de sudură; în mod ideal, metalul sudat ar trebui să prezinte o structură duplex, cu conținutul de ferită menținut la sau sub 3%-5%. Acest lucru se datorează faptului că ferita are capacitatea de a dizolva cantități semnificative de impurități nocive, cum ar fi sulful (S) și fosforul (P). Controlați compoziția chimică; reducerea conținutului de nichel, carbon, sulf și fosfor din metalul de sudură-în timp ce creșterea nivelurilor de elemente precum crom, molibden, siliciu și mangan-poate minimiza în mod eficient apariția fisurilor la cald.
Selectați un tip adecvat de acoperire cu electrod. Utilizarea electrozilor acoperiți cu un nivel scăzut de -hidrogen- promovează rafinarea granulelor în metalul de sudură, reduce segregarea impurităților și sporește rezistența la fisurare. În schimb, electrozii acoperiți de tip acid-au proprietăți puternice de oxidare, ceea ce duce la arderea-importantă a elementelor de aliere și, în consecință, o reducere a rezistenței la fisuri; în plus, au ca rezultat structuri cu granulație grosieră-, făcând sudura foarte susceptibilă la fisurarea la cald. Utilizați parametrii de sudare și ratele de răcire adecvate. Utilizați parametrii de sudare „la rece”-în special, curent scăzut și viteză mare de deplasare-pentru a preveni supraîncălzirea bazinului de sudură și pentru a facilita răcirea rapidă; aceasta minimizează segregarea și îmbunătățește rezistența la fisuri. În sudarea cu mai multe treceri, controlați cu strictețe temperatura între treceri; asigurați-vă că cordonul de sudură precedent s-a răcit la 60 de grade înainte de a depune cordonul următor.
III. Fisurarea prin coroziune sub tensiune
Cauzele fisurilor prin coroziune sub tensiune
Fisurarea prin coroziune sub tensiune (SCC) este un fenomen de fisurare intarziata care apare in imbinarile sudate atunci cand sunt supuse la solicitari de tractiune intr-un mediu corosiv specific. În îmbinările sudate din oțel inoxidabil austenitic, SCC reprezintă un mod deosebit de sever de defectare, manifestându-se ca fractură fragilă neînsoțită de nicio deformare plastică macroscopică.
Măsuri de combatere a fisurării prin coroziune sub presiune
Stabiliți proceduri adecvate de formare, procesare și asamblare pentru a minimiza pe cât posibil deformarea-indusă de răcire; evitați asamblarea forțată; și preveniți introducerea diferitelor defecte de suprafață în timpul procesului de asamblare (deoarece diferite-zgârieturi și lovituri de arc legate de asamblare pot servi ca locuri de inițiere a fisurilor pentru SCC și sunt predispuse să se transforme în gropi de coroziune). Selectați în mod judicios consumabilele de sudură. Metalul sudat și metalul de bază trebuie să fie bine-potrivite pentru a preveni formarea de microstructuri nedorite-cum ar fi îngroșarea granulelor sau martensita tare și fragilă. Folosiți procese de sudare adecvate. Asigurați-vă că cordonul de sudură prezintă o morfologie bună, fără defecte care ar putea induce concentrații de tensiuni sau pitting (de exemplu, subdecupare); în plus, adoptați o secvență de sudare rațională pentru a minimiza tensiunile reziduale de sudură. Implementați tratamente-de stres. Aceasta implică de obicei tratamente termice post-sudare, cum ar fi recoacerea completă sau recoacerea; în cazurile în care tratamentul termic este dificil de executat, pot fi folosite metode alternative-cum ar fi șlefuirea post-sudură sau sablare-.
IV. Formarea slabă a cordonului de sudură
o. Cauzele formării slabe a cordonului de sudură
La sudarea oțelului inoxidabil austenitic, conținutul ridicat de elemente de aliere din metalul de sudură are ca rezultat o fluiditate slabă a bazinului de sudură, ceea ce duce frecvent la formarea slabă a suprafeței cordonului de sudură. Acest lucru se manifestă în primul rând ca formare deteriorată pe partea din spate a trecerii rădăcinii și o finisare aspră a suprafeței pe trecerea capacului. Deși impactul formării slabe a suprafeței asupra performanței sudurii nu este deosebit de evident în condiții ambientale sau de temperatură-înaltă de funcționare, în condiții de temperatură scăzută-, concentrațiile de tensiuni induse de astfel de defecte pot afecta performanța la temperatură scăzută-a sudurii la fel de semnificativ ca și defectele interne de sudură.
b. Măsuri pentru formarea slabă a cordonului de sudură
Problemele legate de formarea slabă a cordonului de sudură-și problema coroziunii intergranulare în zona-afectată de căldură (HAZ)-pot fi rezolvate eficient prin optimizarea proceselor de sudare. În mod specific, utilizarea sudării cu arc cu tungsten cu gaz (GTAW) pentru trecerea rădăcinii, combinată cu utilizarea unui aport scăzut de căldură de sudare, permite un control eficient asupra măsurii în care HAZ este expusă la intervalul de temperatură de sensibilizare.
concluzie
Oțelul inoxidabil austenitic este un material utilizat pe scară largă în industria chimică și petrochimică; cu toate acestea, sudarea sa este predispusă la patru tipuri principale de defecte-cum ar fi coroziunea intergranulară și fisurarea la cald-ale căror cauze fundamentale sunt în mare măsură legate de controlul temperaturii, segregarea elementară și stresul rezidual. În cel mai bun caz, aceste probleme nu fac decât să compromită morfologia sudurii; în cel mai rău caz, ele degradează drastic performanța materialului sau chiar precipită fracturi fragile. În consecință, strategiile eficiente de prevenire și control necesită un management cuprinzător în mai multe etape-inclusiv selecția electrozilor, optimizarea parametrilor de sudare și tratamentul post-sudare-cu controlul precis al aportului de căldură servind drept punct focal critic.