Die Wahl des richtigen Schweißmaterials ist entscheidend für starke, haltbare Schweißnähte. In diesem Leitfaden werden die Grundsätze und bewährten Verfahren für die Auswahl von Schweißwerkstoffen auf der Grundlage der Leistungsanforderungen von Schweißverbindungen, Überlegungen zum Fertigungsprozess und wirtschaftlichen Faktoren untersucht. Von Kohlenstoffstahl bis hin zu rostfreiem Stahl bietet der Artikel detaillierte Kriterien für verschiedene Werkstoffe und hilft Ihnen, fundierte Entscheidungen zu treffen, um optimale Schweißergebnisse zu erzielen. Ganz gleich, ob Sie mit Hochtemperaturbedingungen zu tun haben oder nach kosteneffizienten Lösungen suchen, Sie werden wertvolle Erkenntnisse zur Verbesserung Ihrer Schweißprojekte finden.
Um qualitativ hochwertige Schweißverbindungen zu erhalten, sollte die Auswahl der Schweißmaterialien angemessen sein. Aufgrund der sehr unterschiedlichen Betriebsbedingungen der geschweißten Bauteile variieren die Materialeigenschaften und die Zusammensetzung des Grundmaterials stark, und der Herstellungsprozess der Bauteile ist komplex und vielfältig.
Daher ist es notwendig, verschiedene Aspekte umfassend zu berücksichtigen, um die entsprechenden Schweißmaterialien zu bestimmen.
Die Auswahl der Schweißmaterialien sollte nach folgenden Grundsätzen erfolgen:
(1) Erfüllt die Anforderungen von Schweißnaht Leistung, einschließlich Kurzzeitfestigkeit bei Raumtemperatur und hohen Temperaturen, Biegefestigkeit, Kerbschlagzähigkeit, Härte, chemische Zusammensetzung und spezielle Leistungsanforderungen für Verbindungen in technischen Normen und Konstruktionszeichnungen, wie Langzeitfestigkeit, Kriechgrenze, Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit usw.
(2) Erfüllen Sie die Anforderungen an die Leistung des Herstellungsprozesses und die Leistung des Schweißprozesses von Schweißnähte.
Die Bauteile, aus denen sich die Schweißverbindung zusammensetzt, müssen während des Herstellungsprozesses zwangsläufig verschiedenen Umform- und Schneideverfahren unterzogen werden, wie z. B. Stanzen, Walzen, Biegen, Drehen, Hobeln usw., wodurch die Schweißverbindung eine bestimmte Fähigkeit zur plastischen Verformung, zum Schneiden, zum Einsatz bei hohen Temperaturen usw. aufweisen muss.
Der Schweißprozess erfordert eine gute Prozessleistung des Schweißmaterial und die Fähigkeit, Fehlern wie Rissen zu widerstehen, je nach den Unterschieden in den Schweißeigenschaften des Grundmaterials.
(3) Angemessene Sparsamkeit.
Unter Einhaltung der oben genannten Mindestanforderungen an die verschiedenen Leistungsmerkmale und die Fertigungsleistung sollten kostengünstige Schweißmaterialien gewählt werden, um die Herstellungskosten zu senken und den wirtschaftlichen Nutzen zu erhöhen.
Beim Schweißen von kohlenstoffarmen Stählen für wichtige Bauteile mit Lichtbogenhandschweißung sollten beispielsweise alkalisch umhüllte Elektroden bevorzugt werden, da sie vollständig desoxidiert und entschwefelt sind und einen geringen Wasserstoffgehalt aufweisen, der sich durch eine gute Rissbeständigkeit und Schlagzähigkeit des Schweißguts auszeichnet.
Für einige unkritische Bauteile können saure Elektroden verwendet werden, da sie die Leistungsanforderungen unkritischer Bauteile erfüllen, sich gut verarbeiten lassen und preiswert sind, was die Herstellungskosten senken kann.
Bei der Auswahl von Schweißwerkstoffen für Kohlenstoffstahl und niedrige legierter Stahl (einschließlich niedrig legierter hitzebeständiger Stähle und niedrig legierter hochfester Stähle), sollten die folgenden Faktoren berücksichtigt werden:
(1) Prinzip der gleichen Stärke und der gleichen Zähigkeit
Bei drucktragenden Bauteilen basiert die Festigkeitsberechnung in der Regel auf der zulässigen Zugspannung des Werkstoffs.
Die zulässige Zugspannung bezieht sich auf die untere Grenze der Standard-Zugfestigkeit des Materials, d. h. die zulässige Spannung [σ] = σb / nb (die Werte von nb variieren je nach den verschiedenen Normen), wobei [σ] die zulässige Zugspannung des Materials ist, σb ist die untere Grenze der Standardzugfestigkeit des Materials, und nb ist der Sicherheitsfaktor (die Werte von nb variieren je nach den verschiedenen Normen).
Daher sollte die Zugfestigkeit der Schweißnaht als Teil des Bauteils nicht geringer sein als die Untergrenze der Standardzugfestigkeit des Grundmaterials.
Gleichzeitig ist darauf zu achten, dass die Zugfestigkeit des aufgetragenen Schweißgutes nicht wesentlich höher ist als die Zugfestigkeit des Grundwerkstoffes, da dies zu einer Verringerung der Plastizität der Schweißnaht und zu einer Erhöhung der Härte führen kann, was für nachfolgende Fertigungsprozesse nicht förderlich ist.
Obwohl Festigkeitsberechnungen nur die Zugfestigkeit des Materials berücksichtigen und verschiedene Prozessbewertungsnormen keine Angaben zur Streckgrenze der Schweißnaht sollte bei der Auswahl des Schweißmaterials auch darauf geachtet werden, dass die Streckgrenze des aufgetragenen Metalls des Schweißmaterials nicht niedriger ist als die Streckgrenze des Grundmaterials, und es sollte darauf geachtet werden, dass ein bestimmtes Verhältnis zwischen Streckgrenze und Zugfestigkeit gewährleistet ist.
Wenn die Verbindung bei hohen Temperaturen arbeitet, basiert die Berechnung der zulässigen Spannung in der Regel auf der Untergrenze der Kurzzeit-Hochtemperatur-Zugfestigkeit, die vom Material bei der Arbeitstemperatur (oder Auslegungstemperatur) angegeben wird, d. h. [σt] = σbt / nb, wobei [σtist die zulässige Spannung, die auf der Grundlage der Untergrenze der Kurzzeit-Hochtemperatur-Zugfestigkeit bei der Temperatur t berechnet wird, σbt die untere Grenze der Kurzzeit-Hochtemperatur-Zugfestigkeit ist, die der Werkstoff bei der Temperatur t angibt, oder die zulässige Spannung auf der Grundlage der Langzeitfestigkeit und der Kriechgrenze des Werkstoffs bei der Arbeitstemperatur berechnet wird, d. h. [σD t] = σDt / nD, wobei [σDt] ist die zulässige Spannung, die auf der Grundlage der Langzeitfestigkeit bei der Temperatur t berechnet wird, σDt ist die Langzeitfestigkeit des Materials bei der Temperatur t und nD ist der Sicherheitsfaktor (die Werte von nD variieren je nach den verschiedenen Normen).
Bei der Auswahl von Schweißwerkstoffen für Hochtemperatur-Betriebsschweißverbindungen sollte daher deren Kurzzeit-Hochtemperatur-Zugfestigkeit oder Langzeitfestigkeit nicht unter den entsprechenden Werten des Grundwerkstoffs liegen.
Bei Kohlenstoffstahl und gewöhnlichem niedrig legiertem Stahl wird bei der Auswahl des Schweißmaterials hauptsächlich die Zugfestigkeit des Schweißmaterials berücksichtigt, und die Übereinstimmung der chemischen Zusammensetzung zwischen dem aufgetragenen Metall und dem Grundwerkstoff wird möglicherweise nicht berücksichtigt.
Bei hitzebeständigem Cr-Mo-Stahl sollte bei der Auswahl des Schweißmaterials jedoch nicht nur die gleiche Festigkeit berücksichtigt werden, sondern auch die Anpassung an die Legierungselemente um sicherzustellen, dass die Gesamtleistung der Schweißverbindung mit dem Grundwerkstoff übereinstimmt.
In besonderen Fällen, in denen Bauteile auf der Grundlage der Streckgrenze des Werkstoffs ausgelegt werden, sollte das Prinzip der gleichen Streckgrenze ein wichtiger Faktor sein.
Aufgrund der unterschiedlichen Betriebsbedingungen von Bauteilen kommt es im Betrieb häufig zu Sprödbrüchen aufgrund unzureichender Zähigkeit, insbesondere bei Bauteilen, die bei niedrigen Temperaturen arbeiten oder bei hochfesten, dickwandigen Bauteilen.
Daher enthalten die einschlägigen Normen klare Anforderungen an die Kerbschlagzähigkeit von Schweißnähten. Bei der Auswahl der Schweißwerkstoffe ist darauf zu achten, dass die Kerbschlagzähigkeit der Schweißnaht den Anforderungen der einschlägigen Normen entspricht.
In den verschiedenen Normen werden jedoch unterschiedliche Anforderungen an die Kerbschlagzähigkeit der Verbindung gestellt. Die Vorschriften für die Sicherheitsüberwachung von Dampfkesseln schreiben vor, dass die Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung nicht niedriger sein darf als die untere Grenze der für den Grundwerkstoff festgelegten Kerbschlagzähigkeit.
Hat das Grundmaterial keinen Kerbschlagzähigkeitsindex, so darf dieser nicht unter 27J liegen. Der Druckbehälter aus Stahl Die Norm GB150 legt fest, dass der Wert der Kerbschlagzähigkeit der Verbindung nach der niedrigsten Zugfestigkeit des Stahls bestimmt wird. Für Kohlenstoffstahl und niedrig legierten Stahl beträgt die Mindestkerbschlagzähigkeit der Verbindung:
Bei Tieftemperaturbehältern sollte der Wert der Kerbschlagzähigkeit nicht unter der Untergrenze des spezifizierten Wertes des Grundmaterials liegen.
Die ASME-Vorschrift VIII-1 legt jedoch fest, ob die Verbindung eine Kerbschlagzähigkeit gewährleisten muss, und zwar auf der Grundlage der Festigkeit, der Dicke, der Betriebstemperatur und des Verhältnisses zwischen der Konstruktionsspannung und der zulässigen Spannung des Werkstoffs.
Wenn für die Verbindung Anforderungen an die Kerbschlagzähigkeit gelten, wird der garantierte Mindestwert der Kerbschlagzähigkeit auf der Grundlage des Festigkeitsniveaus und der Dicke des Materials festgelegt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei der Auswahl von Schweißwerkstoffen die Anforderungen an die Kerbschlagzähigkeit der Verbindung entsprechend den Konstruktions-, Herstellungs- und Prüfnormen des Produkts festgelegt und geeignete Schweißwerkstoffe ausgewählt werden sollten, die den Normanforderungen, d. h. den Anforderungen an die Gebrauchsleistung, entsprechen.
Bei der Betrachtung der Anforderungen an die Kerbschlagzähigkeit sollten die Auslegungstemperatur und die Betriebstemperatur der Konstruktion berücksichtigt werden.
Wenn die Betriebstemperatur gleich oder höher als die Raumtemperatur ist, muss nur die Kerbschlagzähigkeit der Verbindung bei Raumtemperatur aufrechterhalten werden; liegt sie unter der Raumtemperatur, sollte der in der Norm oder Zeichnung angegebene Wert der Kerbschlagzähigkeit bei der entsprechenden Temperatur gewährleistet werden.
Natürlich hängt die Leistung der Schweißverbindung nicht nur von den Schweißmaterialien ab, sondern auch von den spezifischen Schweißverfahren.
Daher ist die Auswahl der Schweißmaterialien für die Verbindung eine komplizierte Angelegenheit.
(2) Berücksichtigung der Anforderungen und Auswirkungen von Herstellungsprozessen
Nach dem Schweißen von Bauteilen müssen diese oft verschiedenen Verfahren unterzogen werden. Formgebungsverfahren wie Walzen, Pressen, Biegen und Kalibrieren.
Daher sollten Schweißverbindungen und Grundwerkstoffe eine bestimmte Verformungsfähigkeit aufweisen, insbesondere eine Kaltverformungsfähigkeit, die durch die Biegeprüfung der Verbindung gemessen wird. Viele Normen haben klare Anforderungen für die Biegeprüfung von Schweißverbindungen aus verschiedenen Materialien aufgestellt.
Die "Technischen Überwachungsvorschriften für die Sicherheit von Dampfkesseln" schreiben vor, dass der Biegewellendurchmesser D=3a (a ist die Dicke des Probekörpers) beim Biegeversuch und der Kohlenstoffstahl für eine Biegewinkel von 180°, während der niedrig legierte Stahl für 100° geeignet ist.
GB150-99 Steel Pressure Vessels und ASME Section IX schreiben vor, dass bei der Biegeprüfung eines beliebigen Materials der Biegewellendurchmesser D=4a und der Biegewinkel von 180° qualifiziert sind.
Daher sollte bei der Auswahl der Schweißmaterialien die Biegeleistung des Schweißguts den Anforderungen der oben genannten Normen entsprechen.
Darüber hinaus sollten bei der Auswahl der Schweißwerkstoffe auch die Auswirkungen der Wärmebehandlung nach dem Schweißen (z. B. Glühen nach dem Schweißen, Normalisieren) berücksichtigt werden, Abschrecken und Anlassenusw.) auf die Eigenschaften des Schweißguts.
Es ist zu beachten, dass nach dem Schweißen Glühen Die Wärmebehandlung, insbesondere das Normalisieren nach dem Schweißen, kann die Eigenschaften des Schweißguts erheblich verändern. Wenn das zu schweißende Bauteil relativ dünn ist, ist eine Spannungsarmglühung nach dem Schweißen nicht erforderlich.
Solange die Leistung des Schweißguts im geschweißten Zustand den einschlägigen Anforderungen entspricht. Bei dickwandigen Schweißteilen sollte gemäß den einschlägigen Fertigungsnormen nach dem Schweißen ein Spannungsarmglühen durchgeführt werden, wenn die Wanddicke eine bestimmte Grenze überschreitet.
Unterschiedliche Erwärmungstemperaturen und Haltezeiten während der Wärmebehandlung führen zu unterschiedlichen Veränderungen der Eigenschaften des Schweißgutes.
In der Technik wird der Larson-Miller-Parameter, der auch als Anlaßparameter bekannt ist, verwendet, um die Verbindungseigenschaften zu erörtern, die von der Erwärmungstemperatur und der Haltezeit beim Spannungsarmglühen beeinflußt werden. Die Formel für den Temperierungsparameter lautet:
[P]=T(20+logt)×10-3
Dabei ist T die absolute Temperatur in Kelvin und t ist die Zeit in Stunden.
Temperierungsparameter〔P〕=T（20+Logt）×10-3
Im Allgemeinen nehmen mit steigendem [P]-Wert die Zugfestigkeit und die Streckgrenze des Schweißguts ab, die Dehnung nimmt zu, und die Kerbschlagzähigkeit schwankt.
Die Abbildungen 1 und 2 zeigen die Beziehung zwischen den Anlaßparametern des aufgetragenen Metalls und den mechanischen Eigenschaften der Schweißdrähte CMA96 bzw. CMA106.
Bei der Auswahl der Wärmebehandlung nach dem Schweißen von Werkstoffen ist daher zu berücksichtigen, ob die mechanischen Eigenschaften des abgeschiedenen Metalls bei dem entsprechenden [P]-Wert den einschlägigen Normen entsprechen.
Wenn die geschweißte Verbindung nach dem Schweißen warm gestanzt, warm kalibriert, warm gewalzt oder anderen Warmumformungsprozessen unterzogen werden muss, ist zu beachten, dass die Abkühlungsrate während der Erwärmung, wenn die Erwärmungstemperatur über der AC3-Temperatur des Materials liegt und vor der Abkühlung an ruhender Luft für eine gewisse Zeit gehalten wird Normalisierungsprozess ist viel langsamer als beim Schweißen.
Das normalisierte Verfahren führt dazu, dass das Schweißgut länger bei 800-500℃ verbleibt als während des Schweißvorgangs.
Wird der Stahl während des Normalisierungsprozesses über AC3 erwärmt, kommt es zu einer vollständigen Austenitisierung, gefolgt von einer Rekristallisierung während der Abkühlung, die die ursprünglich unterkühlte Struktur des Schweißgutes zerstört und die Schweißbarkeit stark reduziert. Schweißnahtfestigkeit.
Die stärkste Reduzierung kann 100 MPa überschreiten. Daher sollte der ausgewählte Schweißwerkstoff für Schweißverbindungen, die Warmumformungsprozessen unterzogen werden müssen, eine Festigkeit aufweisen, die 50 bis 100 MPa höher ist als die des geschweißten Werkstoffs im ungeschweißten Zustand oder nach einer Spannungsarmglühung.
Für 19Mn6 beispielsweise ist der Unterpulverschweißdraht im ungeschweißten Zustand H08MnMO, während für den normalisierten und angelassenen Zustand stattdessen H08Mn2Mo verwendet werden sollte.
Für SA675, einen 300.000 kW-Dampftrommel-Hebestabwerkstoff mit einer Mindestzugfestigkeit von 485 MPa, wird normalerweise J507-Schweißdraht zum Lichtbogenhandschweißen verwendet.
Für Schweißverbindungen an gebogenen Profilen, die einer Warmbiege- und Normalisierungsbehandlung unterzogen werden, wird jedoch auf der Grundlage experimenteller Ergebnisse J607 empfohlen.
Bei der Auswahl von Schweißwerkstoffen für Schweißverbindungen, die einer Normalisierungs- und Anlaßbehandlung unterzogen werden, sollte nicht nur die Festigkeit um 50-100 MPa über die üblichen Bedingungen hinaus erhöht werden, sondern auch die chemische Zusammensetzung des Schweißguts sollte der des Grundmaterials entsprechen. Dies liegt daran, dass die Zusammensetzung und der Gehalt der Legierung die AC3-Temperatur des Materials bestimmen.
Wenn die chemische Zusammensetzung des Schweißguts und des Grundwerkstoffs sehr unterschiedlich ist, wird auch die AC3-Temperatur sehr unterschiedlich sein. Wenn der Grundwerkstoff und das Schweißgut zusammen normalisiert werden, ist es unmöglich, die geeignete Normalisierungstemperatur zu bestimmen.
Wenn die Schweißverbindung einer Vergütungsbehandlung unterzogen werden muss, sollten auch die Auswirkungen einer solchen Behandlung auf die Leistungsfähigkeit der Verbindung berücksichtigt werden. Die Festigkeit des Schweißmaterials für vergütete Verbindungen kann niedriger sein als die für normalisierte und vergütete Verbindungen.
Zum Beispiel wird für BHW35 nach dem Lichtbogenschweißen und Normalisieren H10Mn2NiMo verwendet, während für die Vergütungsbehandlung stattdessen H10Mn2Mo verwendet werden kann.
Betrachten Sie die Schweißbarkeit der Werkstoffe und der metallurgischen Eigenschaften der Schweißverfahren. Verschiedene Werkstoffe sind unterschiedlich schweißbar, und es gibt unterschiedliche Anforderungen an den Gehalt bestimmter Schlüsselelemente. Bei der Auswahl von Schweißwerkstoffen sollte die Schweißbarkeit des Werkstoffs berücksichtigt werden.
Zum Beispiel kann das Schweißgut von hitzebeständigem Stahl 2.25Cr-1Mo beim Halten oder langsamen Abkühlen im Temperaturbereich von 332-432℃ das Phänomen der so genannten Anlassversprödung erfahren, was einen erheblichen Anstieg der Sprödübergangstemperatur des Schweißguts verursacht.
Studien haben gezeigt, dass die Empfindlichkeit der Versprödung dieser Art der Schweißnaht Metall wird durch P-, As-, Sb- und Sn-Verunreinigungen verursacht, die an den Korngrenzen abgelenkt werden. Es wird allgemein angenommen, dass die Niedrigtemperaturversprödung des Schweißguts mit dem P- und Si-Gehalt zusammenhängt. Der P- und Si-Gehalt im Schweißgut muss auf P≤0,015% und Si ≤0,15% reduziert werden.
Daher ist für das Unterpulverschweißen von hitzebeständigem Cr-Mo-Stahl die HJ350 Schweißflussmittel mit mittlerem Mangan und mittlerem Silizium sollte anstelle von HJ431 in Kombination mit H08Cr3MnMoA-Draht gewählt werden. Die Empfindlichkeit der Anlassversprödung des Schweißgutes hängt von der Legierungsreihe des Schweißgutes ab. Auch bei Schweißgütern der Serien C-Mo, Mn-Mo und Mn-Ni-Mo gibt es Probleme mit der Anlassversprödung.
Für Unterpulverschweißdrähte der vorgenannten Serien sollten Schweißwerkstoffe mit passendem HJ350-Schweißpulver verwendet werden, um den Si-Gehalt im Schweißgut zu verringern. Zum Beispiel sollte für das Schweißen von BHW35 der Unterpulverschweißdraht H08Mn2Mo mit dem Schweißpulver HJ350 kombiniert werden. Wenn eine höhere Kerbschlagzähigkeit des Schweißguts erforderlich ist, sollte auch das Schweißpulver HJ250 oder ein Mischpulver HJ250+HJ350 verwendet werden.
Bei Schweißdrähten mit niedrigem Siliziumgehalt, wie z. B. H08MnA und H10Mn2, tritt jedoch keine Anlassversprödung im Schweißgut auf. Diese beiden Arten von Schweißdrähten sollten beim Schweißen von 20# oder 16Mn-Stahl mit dem silizium- und manganreichen Schweißpulver HJ431 verwendet werden.
Durch die Verwendung von Schweißpulver mit hohem Mangan- und Siliziumgehalt wird das Schweißbad silikonisiert, und ein gewisser Siliziumgehalt im Schweißgut ist für den Desoxidationsprozess des Schweißguts von Vorteil und verhindert das Auftreten von Poren. Bei der Auswahl der Schweißwerkstoffe sollten auch die metallurgischen Eigenschaften der verschiedenen Schweißverfahren berücksichtigt werden.
Zum Beispiel beim Metall-Schutzgasschweißen mit CO2 oder CO2+Ar als SchutzgasWährend des Schweißvorgangs kommt es zu keiner metallurgischen Reaktion zwischen dem Flussmittel oder dem Schweißdraht und dem Metall. Allerdings kann es zu einer Reaktion zwischen CO2 und dem Metallelemente zur Bildung von Eisenoxid FeO.
Daher muss der Schweißdraht angemessene Mengen an Silizium und Mangan enthalten, um die Reduktionsreaktion zu verringern und die Bildung einer dichten Schweißstruktur zu gewährleisten. In Wolfram-Inert GasschweißenEs findet keine Oxidations-Reduktionsreaktion statt, und der Zusatzdraht und das Grundmaterial werden tatsächlich umgeschmolzen.
Daher ist die Argon-Lichtbogenschweißen Draht muss vollständig desoxidiert sein, und es sollten keine kochenden Stahlwerkstoffe verwendet werden. Andernfalls kommt es zu Poren in der Schweißnaht. Ruhig Stahlwerkstoff verwendet werden, und es ist nicht notwendig, einen bestimmten Si- und Mn-Gehalt im Schweißdraht zu haben.
Bei der Verwendung von hitzebeständigem Stahl 15CrMo zum Schweißen mit Argon-Lichtbogen sollte beispielsweise H08CrMo-Schweißdraht gewählt werden, während für Schmelzelektroden Schutzgasschweißensollte der Schweißdraht H08CrMnSiMo gewählt werden.
Der Grundsatz der gleichen Festigkeit von Schweißmaterial und Grundwerkstoff ist auf austenitischen nichtrostenden Stahl nicht uneingeschränkt anwendbar. Beim Einsatz in korrosiven Umgebungen ohne besondere Festigkeitsanforderungen kommt es vor allem auf die Korrosionsschutzeigenschaften der Schweißnaht an.
Beim Einsatz unter Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen mit Kurzzeitarbeit ist eine gewisse Hochtemperatur- und Kurzzeitfestigkeit erforderlich, während bei Langzeitarbeit eine ausreichende Dauerfestigkeit und Kriechgrenze des Schweißguts erforderlich ist.
Wenn zum Beispiel SA213-TP304H-Rohre unter Hochdruck- und Hochtemperaturbedingungen eingesetzt werden, sollten E308H-Schweißwerkstoffe gewählt werden.
Beim Schweißen von austenitischem rostfreiem Stahl wird bei der Auswahl des Schweißmaterials vor allem darauf geachtet, dass die chemische Zusammensetzung des abgeschiedenen Metalls der des Grundmaterials entspricht.
Solange die chemische Zusammensetzung des aufgetragenen Metalls des Schweißmaterials die gleiche ist wie die des Grundmaterials, kann die Leistung des Schweißmaterials der des Grundmaterials entsprechen, einschließlich der mechanischen Eigenschaften, der Korrosionsbeständigkeit usw.
Besondere Aufmerksamkeit sollte den speziellen Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit unter den Bedingungen des Herstellungsprozesses oder der Zeichnungen gewidmet werden.
Um interkristalline Rissbildung beim Schweißen zu vermeiden, werden am besten Schweißwerkstoffe aus rostfreiem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (ultraniedriger Kohlenstoffgehalt) verwendet, die Ti und Nb enthalten.
Ist der SO2-Gehalt in der Umhüllung oder im Flussmittel des Schweißdrahtes zu hoch, eignet er sich nicht zum Schweißen austenitischer Stähle mit hohem Nickelgehalt.
Um Heißrisse in der Schweißnaht (Erstarrungsrisse) zu vermeiden, sollte der Gehalt an Verunreinigungen wie P, S, Sb und Sn kontrolliert werden, und es ist vorzuziehen, die Bildung einer einphasigen Austenit Struktur im Schweißgut so weit wie möglich zu erhalten.
Obwohl viele Materialien darauf hindeuten, dass der Ferritgehalt im Schweißgut aus austenitischem rostfreiem Stahl die Neigung zur Schweißnahtbildung verringert. Rissbildung im MetallSeit vielen Jahren wird eine große Menge an Schweißgut aus reinem austenitischem Edelstahl verwendet, und die Verbindungen haben sich bewährt.
Ein angemessener Ferritgehalt ist vorteilhaft für die Korrosionsbeständigkeit in bestimmten Medien, aber schädlich für die Wirkung des Schweißguts bei niedrigen Temperaturen.
Unter Berücksichtigung umfassender Faktoren ist es im Allgemeinen wünschenswert, dass der Ferritgehalt in austenitischem rostfreiem Stahl zwischen 4% und 12% liegt, da mit einem Ferritgehalt von 5% eine zufriedenstellende Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion erreicht werden kann.
Der Ferritgehalt in der Schweißnaht kann anhand der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts, umgerechnet in Cr-Äquivalente und NiÄquivalente, mit Hilfe einer Gefügekarte geschätzt werden.
Zu den häufig verwendeten Karten gehören WRC-1988, Esptein und DeLong.
Die WRC-1988-Tabelle eignet sich für nichtrostenden Stahl der Serie 300 und nichtrostenden Duplexstahl, jedoch nicht für Materialien mit N>0,2% und Mn>10%. Die Epstein-Tabelle eignet sich für stickstoffvergütete austenitische nichtrostende Stähle der Serie 200 mit Mn<1,5% und N<0,25%.
Bei der Auswahl von austenitischen Schweißen von rostfreiem Stahl Werkstoffen sollte der Einfluss der Schweißverfahren auf die chemische Zusammensetzung des abgeschiedenen Metalls beachtet werden. Das Wolfram-Inertgasschweißen hat die geringste Auswirkung auf die Veränderung der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts, und die anderen Veränderungen außer C und N sind im unverdünnten Schweißgut gering.
Vor allem der C-Verlust ist am größten. Wenn der C-Gehalt der Elektrode beispielsweise 0,06% beträgt, liegt der Gehalt im unverdünnten abgeschiedenen Metall beim Argon-Lichtbogenschweißen bei 0,04%, und der N-Gehalt im Schweißgut steigt um etwa 0,02%.
Der Mn-, Si-, Cr-, Ni- und Mo-Gehalt des abgeschiedenen Metalls kann sich beim Schutzgasschweißen mit abschmelzender Elektrode geringfügig verändern, während der C-Verlust nur 1/4 des Argonschweißens beträgt und der Anstieg des N-Gehalts viel höher ist. Die Höhe des Anstiegs ist je nach Schweißverfahren unterschiedlich und kann bis zu einem Maximum von 0,15% betragen.
Beim Lichtbogenhandschweißen und beim automatischen Unterpulverschweißen werden die Legierungselemente im Schweißgut durch Umhüllung, Flussmittel, Schweißdraht und Elektrode gemeinsam beeinflusst.
Insbesondere beim Schweißen von Werkstoffen mit Legierungselementen, die durch die Umhüllung oder das Flussmittel übergehen, ist es unmöglich, die chemische Zusammensetzung des Schweißguts anhand der chemischen Zusammensetzung des Schweißdrahts oder der Elektrode zu bestimmen.
Natürlich kann der Ferritgehalt in der Schweißnaht anhand des Legierungsgehalts im Schweißgut geschätzt werden, aber dieser Schätzwert hat eine gewisse Abweichung vom tatsächlichen Wert, da die Abkühlungsgeschwindigkeit während des Schweißvorgangs auch den Ferritgehalt beeinflusst.
Es besteht allgemein Einigkeit darüber, dass bei exakt gleichem Legierungselementgehalt im Schweißgut der Ferritgehalt je nach Schweißverfahren unterschiedlich ist.
Der Ferritgehalt ist bei der Bandplattierung am höchsten und beim Argonlichtbogenschweißen am niedrigsten. Selbst bei gleicher Bandplattierung wurde festgestellt, dass der Ferritgehalt am Anfang und am Ende der Schweißnaht etwa 2-3% niedriger war als im mittleren Segment.
Mit der Standardisierung der Materialien aus rostfreiem Stahl und Schweißwerkstoffen ist die Auswahl von Schweißwerkstoffen aus austenitischem nichtrostendem Stahl einfach geworden. Entsprechende Schweißwerkstoffsorten können auf der Grundlage der folgenden Kriterien ausgewählt werden Werkstoffsorten aus Edelstahlwie zum Beispiel die Auswahl von E316-Elektroden für SA240-316-Edelstahl.
Für martensitischer rostfreier StahlAm besten ist es, Schweißmaterialien zu verwenden, die mit dem Grundmaterial übereinstimmen. Zum Beispiel, 1Cr13 Stahl sollte E410 Serie Schweißen Materialien verwenden, und das Schweißen Elektrode Nummer für manuelle Lichtbogenschweißen ist G217.
Das Schweißgutgefüge gewöhnlicher Schweißwerkstoffe, die 1Cr13 entsprechen, weist jedoch groben Martensit und Ferrit auf, der hart und spröde ist und zu Rissen neigt. Außerdem muss die Schweißnaht auf 250-350 °C vorgewärmt werden.
Um die Leistung zu verbessern, sollte der S- und P-Gehalt in den Schweißmaterialien begrenzt, der Si-Gehalt kontrolliert (≤0,30%) und der C-Gehalt reduziert werden. Eine geringe Menge an Ti, Al und Ni kann hinzugefügt werden, um das Korn zu verfeinern und die Härtbarkeit zu verringern.
Einige Daten zeigen, dass die Zugabe von Nb (bis zu etwa 0,8%) zu den Schweißmaterialien eine einphasige Ferritstruktur ergeben kann. In CO2-Schweißdraht sollten Ti- und Mn-Elemente hinzugefügt werden, um den Zweck der Desoxidation zu erreichen.
Martensitischer nichtrostender Stahl kann auch mit austenitischem nichtrostendem Stahl geschweißt werden. Hierbei ist der Einfluss der Grundmetallverdünnung auf die Zusammensetzung des Schweißgutes zu berücksichtigen. Bei entsprechendem Cr- und Ni-Gehalt kann die Bildung von Martensitgefüge im Schweißgut kann vermieden werden. Zum Beispiel können A312 (E309Mo) Schweißwerkstoffe zum Schweißen von martensitischem Stahl 1Cr13 verwendet werden.
Für ferritischer rostfreier StahlDie Schweißnaht wird in der Regel mit Schweißmaterialien geschweißt, die mit dem Grundwerkstoff identisch sind. Das Ferritgefüge der Schweißnaht ist jedoch grob und weist eine geringe Zähigkeit auf. Die Mikrostruktur des abgeschreckten Ferrits kann durch eine Erhöhung des Nb-Gehalts in den Schweißwerkstoffen verbessert werden.
Durch eine Wärmebehandlung kann die Zähigkeit des Schweißguts verbessert werden. Bei ferritischem nichtrostendem Stahl, der nach dem Schweißen nicht wärmebehandelt werden kann, können auch rein austenitische Schweißwerkstoffe verwendet werden, um Schweißverbindungen mit umfassenden Eigenschaften zu erhalten.
Das Schweißen zwischen kohlenstoffarmen Stählen und niedrig legierten Stählen, die beide zu den gewöhnlichen ferritischen Stählen gehören, sowie das Schweißen zwischen verschiedenen niedrig legierten Stählen gehört zum Schweißen von verschiedenen Stählen aus gleichem Material.
Beim Schweißen solcher Stähle werden die Schweißwerkstoffe auf der Grundlage der niedrigeren Güteklasse ausgewählt, d. h. entweder aufgrund der geringeren Festigkeit oder des geringeren Gehalts an Legierungselementen, um sicherzustellen, dass die metallurgischen Eigenschaften der Schweißnaht den Anforderungen der minderwertigen Werkstoffe entsprechen.
Die Auswahl von minderwertigem Material bietet auch eine bessere Schweißleistung zu einem relativ günstigeren Preis, was zur Senkung der Herstellungskosten beiträgt.
Beim Schweißen von 20#-Stahl, SA106-Kohlenstoffstahl, 16Mn, 19Mn6, 15MnMoV, BHW35 und anderen niedrig legierten Stählen sind die verwendeten Schweißmaterialien völlig identisch mit denen, die für Schweißen von kohlenstoffarmem Stahl selbst.
Die entsprechenden Schweißmaterialien für das Lichtbogenhandschweißen, das Unterpulverschweißen und das Schutzgasschweißen sind J507, H08MnA+HJ431 bzw. H08Mn2Si.
Schweißen von niedriglegiertem hitzebeständigem Stahl und mittellegiertem hitzebeständigem Stahl
Aufgrund der Diskontinuität der chemischen Zusammensetzung des Schweißnaht bei gleichem Material und unterschiedlichem Stahl gibt es eine entsprechende Diskontinuität in der Leistung. Wenn diese Diskontinuität die Gebrauchseigenschaften erheblich beeinträchtigt, können die Schweißmaterialien nicht auf der Grundlage von minderwertigen Prinzipien ausgewählt werden.
Beim Schweißen der Werkstoffe SA213-T91 und SA213-T22 zum Beispiel würde die Wahl von 2,25Cr-1Mo-Schweißwerkstoffen nach dem üblichen Prinzip der geringeren Güte zu einer starken Kohlenstoffanreicherung und Entkohlung in der Nähe des T91-Grundmetalls der Schmelzlinie auf der T91-Seite.
Das liegt daran, dass T91 etwa 9% Chrom enthält, während der 2,25Cr-1Mo Schweißdraht etwa 2,25% Kohlenstoff enthält.
Nach der Glühbehandlung nach dem Schweißen ist der Chromgehalt in der Wärmeeinflusszone auf der T91-Seite viel höher als auf der Schweißnahtseite, was dazu führt, dass eine große Menge Kohlenstoff in Richtung des Grundmetalls wandert und Kohlenstoffanreicherungsschichten entstehen, die die Härte erhöhen und ein noch härteres Gefüge verursachen.
Umgekehrt leidet die Schweißnahtseite unter starker Entkohlung mit geringerer Härte und weicherem Gefüge, was zu einer Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der Verbindung führt.
Wird der Schweißwerkstoff 9Cr-1Mo gewählt, kommt es an der Schweißnaht auf der T22-Seite zu einer Kohlenstoffanreicherung und Entkohlung des Grundwerkstoffs. Es ist zu beachten, dass bei Bauteilen mit derartigen Diskontinuitäten in der chemischen Zusammensetzung, die bei hohen Temperaturen betrieben werden, die Kohlenstoffmigration über einen langen Zeitraum anhält, was die Leistung der Verbindung erheblich verschlechtert und Betriebsausfälle verursacht.
Studien haben gezeigt, dass zur Vermeidung oder Verringerung der oben genannten Phänomene Schweißwerkstoffe mit einer mittleren chemischen Zusammensetzung von 5Cr-1Mo zum Schweißen verwendet werden können, oder dass den Schweißwerkstoffen karbidstabilisierende Elemente wie Nb und V zugesetzt werden können, um den Kohlenstoffanteil zu verfestigen und das Auftreten von Kohlenstoffabweichungen zu verringern.
In Vorversuchen, die von einem inländischen Unternehmen durchgeführt wurden, hat die Verwendung von Nb- und V-haltigen T91-Schweißwerkstoffen wie CM-9cb, TGS-9cb und MGS-9cb für das Schweißen des oben genannten unterschiedlichen Stahls gute Ergebnisse erbracht.
Beim Schweißen ungleicher Stahlverbindungen aus Kohlenstoffstahl, niedrig legiertem Stahl und austenitischem Edelstahl sollte die Auswahl der Schweißmaterialien auf der Grundlage der Arbeitstemperatur und der Beanspruchung der Verbindung erfolgen.
Für Verbindungen unterschiedlicher Stähle, die unter Druck und bei Temperaturen unter 315°C arbeiten, können Schweißwerkstoffe mit hohem Cr- und Ni-Gehalt in austenitischem rostfreiem Stahl verwendet werden. Auf der Grundlage der chemischen Zusammensetzung des Kohlenstoffstahls (legierter Stahl) und des austenitischen Stahls sowie der Größe des Schmelzverhältnisses werden geeignete Schweißwerkstoffe aus austenitischem nicht rostendem Stahl mit entsprechendem Cr- und Ni-Gehalt nach einem bestimmten Nickeläquivalent- und Chromäquivalent-Struktogramm ausgewählt, um die Bildung von Martensit in großen Mengen in der Schweißnaht zu vermeiden.
Natürlich können in der Nähe der Schmelzlinie des Kohlenstoffstahls oder des niedrig legierten Stahls kleine martensitische Zonen auftreten. Durch Reduzierung der Kohlenstoffgehalt von Die martensitische Struktur des Schweißmaterials kann zu kohlenstoffarmem Martensit mit besserer Plastizität werden, was eine gute Leistung der Verbindung gewährleisten kann.
Für Verbindungen von artfremden Stählen, die unter Druck und bei Temperaturen über 315°C arbeiten, sollten Schweißwerkstoffe auf Nickelbasis verwendet werden. Zum Beispiel ECrNiFe-2, ERCrNiFe-3, usw. Der Hauptgrund dafür ist, dass die Verwendung gewöhnlicher austenitischer Schweißwerkstoffe aus rostfreiem Stahl die folgenden Probleme verursacht:
a) Aufgrund des signifikanten Unterschieds im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Ferrit und AustenitBei Hochtemperaturbetrieb können thermische Spannungen und thermische Ermüdungsschäden auftreten.
b) Aufgrund des großen Unterschieds im Legierungselementgehalt können in der Schweißverbindung bei hohen Temperaturen starke Entkohlung und Kohlenstoffanreicherungsschichten auftreten, was zu einer Verschlechterung der Hochtemperaturleistung führt.
c) Aufgrund der Martensitzonenstruktur in der Nähe der Schmelzlinie wird das lokale Mikrogefüge der Schweißnaht abgeschreckt und gehärtet.
Die Verwendung von Schweißwerkstoffen auf Nickelbasis kann die oben genannten Phänomene vermeiden. Der Grund dafür ist:
a) Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Nickelbasiswerkstoffen liegt zwischen dem von Ferrit und Austenit.
b) Werkstoffe auf Nickelbasis verursachen keine Entkohlung oder Kohlenstoffanreicherung in der Schweißnaht.
c) Werkstoffe auf Nickelbasis erzeugen beim Schweißen keine Martensitstruktur.
Dadurch wird die Hochtemperaturleistung der Verbindung erheblich verbessert.
Bei nicht drucktragenden Schweißverbindungen, die bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, kann die Verwendung von Elektroden auf Nickelbasis zwar die Leistungsanforderungen erfüllen, doch sind die Herstellungskosten hoch, so dass ihre Verwendung nicht erforderlich ist.
Auch andere billigere Schweißmaterialien können den gleichen Zweck erfüllen. Durch eine große Anzahl experimenteller Studien haben ausländische Länder festgestellt, dass für nicht drucktragende Kehlnähte Wenn im Kesselbau das Rohr aus Kohlenstoffstahl oder niedrig legiertem Stahl und das Anbauteil aus austenitischem rostfreiem Stahl besteht, sollten die Schweißmaterialien nach den Grundsätzen der niedrigeren Güteklasse ausgewählt werden.
Beim Schweißen von SA210C-Rohren und SA240-304-Anbauteilen kann beispielsweise AWS E7018-A1 (GB E5018-A1) für das Lichtbogenhandschweißen und MGS-M oder TGS-M (KOBE-Schweißmaterialien) für das Schutzgasschweißen anstelle von Schweißmaterialien aus austenitischem Edelstahl verwendet werden.
Der Hauptgrund dafür ist, dass bei der Verwendung von Schweißmaterial aus austenitischem rostfreiem Stahl Martensitzonen in der Nähe der Schmelzlinie auf der Rohrseite entstehen, und wenn während des Betriebs Risse auf der Rohrseite auftreten, führt dies zu Rohrleckagen. Bei der Verwendung gewöhnlicher minderwertiger Schweißmaterialien entstehen jedoch Martensitzonen in der Nähe der Schmelzlinie auf der Befestigungsseite. Selbst wenn Risse auftreten, werden sie das Rohr auf der Befestigungsseite nicht beschädigen.
Umgekehrt, wenn das Rohr aus austenitischem rostfreiem Stahl und das Verbindungsstück aus kohlenstoffarmem oder niedrig legiertem Stahl besteht, sollte der Schweißwerkstoff E309Mo(L) verwendet werden, damit die Martensitzone in der Nähe der Schmelzlinie auf der Verbindungsseite entsteht.
Diese Prinzipien wurden bei der Produktion von 300.000 kW und 600.000 kW Heizflächenrohren angewandt und wurden offiziell bei der Produktion von 200.000 kW Heizflächenrohren eingesetzt.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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