La scelta dei giusti materiali di saldatura è fondamentale per garantire saldature forti e durature. Questa guida esplora i principi e le migliori pratiche per la selezione dei materiali di saldatura in base ai requisiti prestazionali dei giunti saldati, alle considerazioni sul processo di produzione e ai fattori economici. Dall'acciaio al carbonio all'acciaio inossidabile, l'articolo fornisce criteri dettagliati per i vari materiali, aiutandovi a prendere decisioni informate per ottenere risultati di saldatura ottimali. Se avete a che fare con condizioni di alta temperatura o siete alla ricerca di soluzioni economicamente vantaggiose, troverete spunti preziosi per migliorare i vostri progetti di saldatura.
Per ottenere giunti saldati di alta qualità, la scelta dei materiali di saldatura deve essere ragionevole. A causa delle grandi differenze nelle condizioni operative dei componenti saldati, le proprietà e la composizione del materiale di base variano notevolmente e il processo di produzione dei componenti è complesso e diversificato.
Pertanto, è necessario considerare in modo completo vari aspetti per determinare i materiali di saldatura corrispondenti.
La scelta dei materiali di saldatura deve seguire i seguenti principi:
(1) Soddisfare i requisiti di giunto di saldatura prestazioni, compresa la resistenza a breve termine a temperatura ambiente e ad alta temperatura, le prestazioni di piegatura, la tenacità all'urto, la durezza, la composizione chimica e i requisiti speciali di prestazione per i giunti previsti dalle norme tecniche e dai disegni di progetto, come la resistenza a lungo termine, il limite di scorrimento, la resistenza all'ossidazione ad alta temperatura, la resistenza alla corrosione, ecc.
(2) Soddisfare i requisiti delle prestazioni del processo di fabbricazione e del processo di saldatura di giunti saldati.
I componenti che compongono il giunto saldato necessitano inevitabilmente di vari processi di formatura e taglio durante il processo di produzione, come lo stampaggio, la laminazione, la piegatura, la tornitura, la piallatura e così via, e richiedono che il giunto saldato abbia determinate capacità di deformazione plastica, prestazioni di taglio, prestazioni complete ad alta temperatura e così via.
Il processo di saldatura richiede buone prestazioni di processo del materiale di saldatura e la capacità di resistere a difetti come la fessurazione in base alle differenze delle proprietà di saldatura del materiale di base.
(3) Ragionevole economia.
Pur soddisfacendo i requisiti minimi per le varie prestazioni e per le prestazioni di produzione di cui sopra, è opportuno scegliere materiali di saldatura poco costosi per ridurre i costi di produzione e aumentare i vantaggi economici.
Ad esempio, quando si saldano acciai a basso tenore di carbonio per componenti importanti utilizzando la saldatura ad arco manuale, si dovrebbero preferire elettrodi con rivestimento alcalino perché sono completamente disossidati, desolforati e hanno un basso contenuto di idrogeno, con una buona resistenza alle cricche e una buona tenacità all'impatto del metallo saldato.
Per alcuni componenti non critici, è possibile utilizzare elettrodi acidi perché possono ancora soddisfare i requisiti di prestazione dei componenti non critici, hanno una buona lavorabilità e sono economici, il che può ridurre i costi di produzione.
Nella scelta dei materiali di saldatura per l'acciaio al carbonio e per l'acciaio basso acciaio legato (compresi gli acciai basso-legati resistenti al calore e gli acciai basso-legati ad alta resistenza), occorre considerare i seguenti fattori:
(1) Principi di uguale forza e uguale resistenza
Per i componenti che sopportano la pressione, i calcoli di resistenza si basano solitamente sulla tensione di trazione ammissibile del materiale.
La sollecitazione di trazione ammissibile è correlata al limite inferiore della resistenza alla trazione standard del materiale, ovvero la sollecitazione ammissibile [σ] = σb / nb (i valori di nb variano a seconda delle diverse norme), dove [σ] è la tensione di trazione ammissibile del materiale, σb è il limite inferiore della resistenza alla trazione standard del materiale e nb è il fattore di sicurezza (i valori di nb variano in base alle diverse norme).
Pertanto, come parte del componente, la resistenza alla trazione della saldatura non deve essere inferiore al limite inferiore della resistenza alla trazione standard del materiale di base.
Allo stesso tempo, occorre prestare attenzione al fatto che la resistenza alla trazione del metallo depositato del materiale di saldatura non deve essere molto più alta della resistenza alla trazione del materiale di base, il che potrebbe portare a una riduzione della plasticità della saldatura e a un aumento della durezza, che non favorisce i successivi processi di fabbricazione.
Sebbene i calcoli di resistenza considerino solo la resistenza alla trazione del materiale e i vari standard di valutazione del processo non richiedano l'analisi della resistenza del materiale. resistenza allo snervamento Nella scelta dei materiali di saldatura, è necessario considerare anche il carico di snervamento del metallo depositato del materiale di saldatura, che non deve essere inferiore al carico di snervamento del materiale di base, e prestare attenzione a garantire un certo rapporto tra carico di snervamento e resistenza alla trazione.
Quando il giunto opera a temperature elevate, il calcolo delle sollecitazioni ammissibili si basa di solito sul limite inferiore della resistenza a trazione a breve termine ad alta temperatura specificata dal materiale alla temperatura di lavoro (o di progetto), cioè [σt] = σbt / nb, dove [σt] è la sollecitazione ammissibile calcolata in base al limite inferiore della resistenza a trazione a breve termine ad alta temperatura alla temperatura t, σbt è il limite inferiore della resistenza a trazione a breve termine ad alta temperatura specificata dal materiale alla temperatura t, oppure la sollecitazione ammissibile è calcolata in base alla resistenza a lungo termine e al limite di scorrimento del materiale alla temperatura di esercizio, cioè [σD t] = σDt / nD, dove [σDt] è la sollecitazione ammissibile calcolata in base alla resistenza a lungo termine alla temperatura t, σDt è la resistenza a lungo termine del materiale alla temperatura t, e nD è il fattore di sicurezza (i valori di nD variano in base ai diversi standard).
Pertanto, quando si scelgono i materiali di saldatura per i giunti saldati operativi ad alta temperatura, la loro resistenza alla trazione a breve termine ad alta temperatura o la resistenza a lungo termine non devono essere inferiori ai valori corrispondenti del materiale di base.
Per gli acciai al carbonio e gli acciai ordinari debolmente legati, la selezione dei materiali di saldatura tiene conto principalmente della resistenza alla trazione del materiale di saldatura e la corrispondenza della composizione chimica tra il metallo depositato e il metallo di base può non essere considerata.
Tuttavia, per gli acciai resistenti al calore al Cr-Mo, la scelta dei materiali di saldatura non deve considerare solo la loro pari resistenza, ma anche l'abbinamento con le caratteristiche del materiale. elementi in lega per garantire che le prestazioni complessive del giunto saldato siano coerenti con il metallo base.
Nei casi speciali in cui i componenti sono progettati in base alla resistenza allo snervamento del materiale, il principio dell'uguale resistenza allo snervamento dovrebbe essere un fattore importante di considerazione.
A causa delle diverse condizioni operative dei componenti, durante il funzionamento si verifica spesso una frattura fragile dovuta a una tenacità insufficiente, soprattutto per i componenti che lavorano a basse temperature o per quelli a parete spessa ad alta resistenza.
Pertanto, le norme pertinenti prevedono requisiti chiari per la resistenza all'urto dei giunti saldati. Quando si scelgono i materiali di saldatura, è necessario assicurarsi che la tenacità all'urto della saldatura soddisfi i requisiti delle norme pertinenti.
Tuttavia, le diverse norme prevedono requisiti diversi per la resistenza all'urto del giunto. Le norme di supervisione della sicurezza delle caldaie a vapore stabiliscono che la resistenza all'urto del giunto saldato non deve essere inferiore al limite inferiore della resistenza all'urto specificata dal materiale di base.
Se il materiale di base non ha un indice di tenacità all'urto, questo non deve essere inferiore a 27J. Il Vasca a pressione in acciaio La norma GB150 specifica che il valore di resistenza all'urto del giunto è determinato in base alla resistenza alla trazione minima dell'acciaio. Per gli acciai al carbonio e gli acciai debolmente legati, il valore minimo di resistenza all'urto del giunto è:
Per i recipienti a bassa temperatura, il valore della tenacità all'urto non deve essere inferiore al limite inferiore del valore specificato del materiale di base.
Tuttavia, la normativa ASME VIII-1 stabilisce se il giunto deve garantire prestazioni di resistenza agli urti in base al livello di resistenza, allo spessore, alla temperatura di esercizio e al rapporto tra sollecitazioni di progetto e sollecitazioni ammissibili del materiale.
Se il giunto ha requisiti di resistenza all'urto, il valore minimo garantito di resistenza all'urto è specificato in base al livello di resistenza e allo spessore del materiale.
In sintesi, quando si scelgono i materiali di saldatura, occorre determinare i requisiti di tenacità all'urto del giunto in base agli standard di progettazione, produzione e ispezione del prodotto, e selezionare i materiali di saldatura adatti a soddisfare i requisiti standard, ovvero i requisiti di prestazione d'uso.
Quando si considerano i requisiti di resistenza all'urto, occorre prestare attenzione alla temperatura di progetto e alla temperatura di esercizio della struttura.
Se la temperatura di esercizio è uguale o superiore alla temperatura ambiente, è necessario mantenere solo la tenacità all'urto del giunto a temperatura ambiente; se è inferiore alla temperatura ambiente, è necessario garantire il valore di tenacità all'urto specificato nella norma o nel disegno alla temperatura corrispondente.
Naturalmente, le prestazioni del giunto saldato non sono solo legate ai materiali di saldatura, ma anche alle specifiche caratteristiche del giunto. processo di saldatura.
Pertanto, la scelta dei materiali di saldatura per il giunto è una questione complicata.
(2) Considerare i requisiti e gli impatti dei processi di produzione.
Dopo aver saldato i componenti, questi devono spesso essere sottoposti a diversi processi di formatura come la laminazione, la pressatura, la piegatura e la calibrazione.
Pertanto, i giunti saldati e i materiali di base devono avere una certa capacità di deformazione, in particolare di deformazione a freddo, che si misura con la prova di piegatura del giunto. Molte norme hanno stabilito requisiti chiari per la prova di piegatura dei giunti saldati di vari materiali.
Le "Norme di supervisione tecnica per la sicurezza delle caldaie a vapore" stabiliscono che il diametro dell'albero di piegatura D=3a (a è lo spessore del provino) durante la prova di piegatura, e l'acciaio al carbonio è qualificato per una angolo di curvatura di 180°, mentre l'acciaio basso legato è qualificato per 100°.
La norma GB150-99 Steel Pressure Vessels e la sezione IX dell'ASME stabiliscono che, quando un materiale è sottoposto alla prova di piegatura, il diametro dell'albero di piegatura D=4a e l'angolo di piegatura di 180° sono qualificati.
Pertanto, nella scelta dei materiali di saldatura, le prestazioni di piegatura del metallo saldato devono soddisfare i requisiti delle norme sopra citate.
Inoltre, la scelta dei materiali di saldatura deve considerare anche gli effetti dei processi di trattamento termico post-saldatura (come ricottura post-saldatura, normalizzazione), tempra e rinvenimentoecc.) sulle proprietà del metallo saldato.
Si noti che la post-saldatura ricottura Il trattamento termico, in particolare la normalizzazione post-saldatura, può causare cambiamenti significativi nelle proprietà del metallo saldato. Quando il componente da saldare è relativamente sottile, il trattamento termico di distensione dopo la saldatura non è necessario.
A condizione che le prestazioni del metallo saldato nella condizione "as-welded" soddisfino i requisiti pertinenti. Per i componenti a parete spessa da saldare, secondo gli standard di produzione pertinenti, la ricottura di distensione deve essere effettuata dopo la saldatura se lo spessore della parete supera un certo limite.
Le diverse temperature di riscaldamento e i diversi tempi di mantenimento durante il trattamento termico determinano variazioni delle proprietà del metallo saldato.
In ingegneria, il parametro Larson-Miller, noto anche come parametro di rinvenimento, viene utilizzato per discutere le proprietà del giunto influenzate dalla temperatura di riscaldamento e dal tempo di mantenimento della ricottura di distensione. La formula del parametro di rinvenimento è:
[P]=T(20+logt)×10-3
Dove T è la temperatura assoluta in Kelvin e t è il tempo in ore.
Parametri di tempra〔P〕=T（20+Logt）×10-3
In generale, all'aumentare del valore di [P], la resistenza alla trazione e allo snervamento del metallo saldato diminuisce, l'allungamento aumenta e la tenacità all'urto oscilla.
Le figure 1 e 2 mostrano la relazione tra i parametri di tempra del metallo depositato e le proprietà meccaniche delle barre di saldatura CMA96 e CMA106, rispettivamente.
Pertanto, quando si sceglie il trattamento termico post-saldatura per i materiali di saldatura, è necessario considerare se le proprietà meccaniche del metallo depositato al valore [P] corrispondente soddisfano gli standard pertinenti.
Va notato che quando il giunto saldato deve essere sottoposto a stampaggio a caldo, calibratura a caldo, laminazione a caldo o altri processi di formatura a caldo dopo la saldatura, se la temperatura di riscaldamento raggiunge una temperatura superiore alla temperatura AC3 del materiale e viene mantenuta per un periodo di tempo prima del raffreddamento in aria calma, la velocità di raffreddamento durante il processo di saldatura è inferiore alla temperatura AC3 del materiale. processo di normalizzazione è molto più lento rispetto a quello del processo di saldatura.
Il processo normalizzato fa sì che il metallo saldato rimanga più a lungo a 800-500℃ rispetto al processo di saldatura.
Il riscaldamento dell'acciaio al di sopra di AC3 durante il processo di normalizzazione provoca un'austenitizzazione completa, seguita da ricristallizzazione durante il raffreddamento, che distrugge la struttura originariamente sovraraffreddata del metallo saldato e riduce notevolmente la resistenza alla corrosione. resistenza della saldatura.
La riduzione più severa può superare i 100 MPa. Pertanto, per i giunti saldati che devono essere sottoposti a processi di formatura a caldo, il materiale di saldatura selezionato dovrebbe avere un livello di resistenza di 50-100 MPa superiore a quello del materiale saldato allo stato grezzo o con trattamento di distensione.
Ad esempio, per il 19Mn6, il filo per saldatura ad arco sommerso allo stato saldato è H08MnMO, mentre per le condizioni di normalizzazione e tempra si dovrebbe usare H08Mn2Mo.
Per l'SA675, un materiale per il sollevamento di tamburi a vapore da 300.000 kW con una resistenza alla trazione minima di 485 MPa, la barra di saldatura J507 viene normalmente utilizzata per la saldatura ad arco manuale.
Tuttavia, nel caso di giunti saldati su sezioni piegate sottoposte a piegatura a caldo e trattamento di normalizzazione, si raccomanda la J607 sulla base dei risultati sperimentali.
Quando si scelgono i materiali per i giunti saldati sottoposti a trattamenti di normalizzazione e rinvenimento, non solo si deve considerare un aumento della resistenza di 50-100MPa rispetto alle condizioni abituali, ma anche la composizione chimica del metallo saldato deve essere equivalente a quella del materiale di base. Questo perché la composizione e il contenuto della lega determinano la temperatura AC3 del materiale.
Se la composizione chimica del metallo saldato e del materiale di base è molto diversa, anche la temperatura AC3 sarà molto diversa. Quando il materiale di base e il metallo saldato vengono normalizzati insieme, è impossibile determinare la temperatura di normalizzazione appropriata.
Inoltre, se il giunto saldato deve essere sottoposto a un trattamento di tempra e rinvenimento, occorre considerare anche l'impatto di tale trattamento sulle prestazioni del giunto. La resistenza del materiale di saldatura per i giunti temprati e rinvenuti può essere inferiore a quella dei giunti normalizzati e rinvenuti.
Ad esempio, per il BHW35 si utilizza H10Mn2NiMo dopo la saldatura ad arco elettrico e la normalizzazione, mentre per il trattamento di tempra e rinvenimento si può utilizzare H10Mn2Mo.
Considerate il saldabilità dei materiali e le caratteristiche metallurgiche dei metodi di saldatura. Materiali diversi hanno una diversa saldabilità e ci sono requisiti diversi per il contenuto di alcuni elementi chiave. Quando si scelgono i materiali per la saldatura, è necessario considerare la saldabilità del materiale.
Ad esempio, il metallo saldato dell'acciaio termoresistente 2,25Cr-1Mo può subire il cosiddetto fenomeno dell'infragilimento da tempra quando si mantiene o si raffredda lentamente nell'intervallo di temperatura di 332-432℃, che causa un aumento significativo della temperatura di transizione fragile del metallo saldato.
Gli studi hanno dimostrato che la sensibilità dell'infragilimento da tempra di questa tipo di saldatura è causata da impurità di P, As, Sb e Sn che deviano ai confini dei grani. Si ritiene generalmente che l'infragilimento da tempra a bassa temperatura del metallo saldato sia legato al contenuto di P e Si. I contenuti di P e Si nel metallo saldato devono essere ridotti a P≤0,015% e Si ≤0,15%.
Pertanto, per la saldatura ad arco sommerso di acciai resistenti al calore Cr-Mo, HJ350 flusso di saldatura con manganese medio e silicio medio, invece di HJ431 abbinato al filo H08Cr3MnMoA. La sensibilità dell'infragilimento da tempra del metallo saldato dipende dalla serie di leghe del metallo saldato. Analogamente, anche i metalli saldati delle serie C-Mo, Mn-Mo e Mn-Ni-Mo presentano problemi di infragilimento da tempra.
Per i fili di saldatura ad arco sommerso delle serie sopra citate si devono utilizzare materiali di saldatura con flusso di saldatura HJ350 per ridurre il contenuto di Si nel metallo saldato. Ad esempio, il filo per saldatura ad arco sommerso H08Mn2Mo deve essere abbinato al flusso di saldatura HJ350 per la saldatura di BHW35. Se è richiesta una maggiore tenacità all'urto del metallo saldato, il flusso di saldatura dovrebbe essere HJ250 o un flusso misto HJ250+HJ350.
Tuttavia, per i fili di saldatura a basso contenuto di silicio, come H08MnA e H10Mn2, non si verificano fenomeni di infragilimento da tempra nel metallo saldato. Questi due tipi di fili di saldatura dovrebbero essere utilizzati con il flusso di saldatura ad alto contenuto di silicio e manganese HJ431 per la saldatura di acciaio 20# o 16Mn.
Utilizzando un flusso di saldatura ad alto tenore di manganese e di silicio, il bagno di saldatura sarà silicizzato e una certa quantità di silicio nel metallo saldato favorisce il processo di disossidazione del metallo saldato, impedendo la formazione di pori. Nella scelta dei materiali di saldatura, occorre considerare anche le caratteristiche metallurgiche dei diversi metodi di saldatura.
Ad esempio, per la saldatura ad arco di gas metallico con CO2 o CO2+Ar come gas di schermaturaNon vi è alcuna reazione metallurgica tra il flusso o il filo di saldatura e il metallo durante il processo di saldatura. Tuttavia, può verificarsi una reazione tra la CO2 e il metallo. elementi metallici per formare l'ossido di ferro FeO.
Pertanto, il filo di saldatura deve contenere quantità adeguate di silicio e manganese per ridurre la reazione di riduzione e garantire la formazione di una struttura di saldatura densa. Nel tungsteno inerte saldatura a gasNon vi è alcuna reazione di ossidoriduzione e il filo di apporto e il materiale di base vengono effettivamente rifusi.
Pertanto, il saldatura ad arco di argon Il filo deve essere completamente disossidato e non devono essere utilizzati materiali in acciaio bollente. In caso contrario, si formeranno dei pori nella saldatura. Calma materiale in acciaio e non è necessario avere un certo contenuto di Si e Mn nel filo di saldatura.
Ad esempio, quando si utilizza l'acciaio 15CrMo resistente al calore per la saldatura ad arco di argon, è necessario scegliere il filo di saldatura H08CrMo; mentre per l'elettrodo di fusione saldatura a gas schermataSi consiglia di scegliere il filo di saldatura H08CrMnSiMo.
Il principio della stessa resistenza dei materiali di saldatura e dei materiali di partenza non è del tutto applicabile all'acciaio inossidabile austenitico. Quando viene utilizzato in ambienti corrosivi senza requisiti specifici di resistenza, la preoccupazione principale è rappresentata dalle proprietà anticorrosione del giunto saldato.
Se utilizzato in condizioni di alta temperatura e alta pressione con lavori a breve termine, è necessaria una certa resistenza alle alte temperature e a breve termine, mentre i lavori a lungo termine richiedono una sufficiente resistenza durevole e un limite di creep del metallo saldato.
Ad esempio, quando i tubi SA213-TP304H sono utilizzati in condizioni di alta pressione e alta temperatura, è necessario scegliere i materiali di saldatura E308H.
Nella saldatura di acciai inossidabili austenitici, la selezione dei materiali di saldatura tiene principalmente conto del fatto che la composizione chimica del metallo depositato deve essere equivalente a quella del materiale di base.
Finché la composizione chimica del metallo depositato del materiale di saldatura è uguale a quella del materiale di base, le prestazioni del metallo saldato possono essere equivalenti a quelle del materiale di base, comprese le proprietà meccaniche, la resistenza alla corrosione, ecc.
Occorre prestare particolare attenzione ai requisiti speciali di resistenza alla corrosione in base alle condizioni del processo di produzione o ai disegni.
Per prevenire le cricche intergranulari durante la saldatura, è meglio utilizzare materiali per la saldatura in acciaio inossidabile a basso contenuto di carbonio (ultra-low carbon) e contenenti Ti e Nb.
Se il contenuto di SO2 nel rivestimento o nel flusso della bacchetta di saldatura è troppo elevato, questa non è adatta alla saldatura di acciai austenitici con un elevato contenuto di nichel.
Per evitare la formazione di cricche a caldo nella saldatura (cricche di solidificazione), è necessario controllare il contenuto di impurità come P, S, Sb e Sn ed è preferibile evitare la formazione di una monofase. austenite struttura nel metallo saldato il più possibile.
Sebbene molti materiali suggeriscano che il contenuto di ferrite nel metallo saldato dell'acciaio inossidabile austenitico sia vantaggioso per ridurre la tendenza della saldatura. fessurazione del metalloPer molti anni è stata utilizzata una grande quantità di metallo saldato in acciaio inossidabile austenitico puro e i giunti hanno funzionato bene.
Un contenuto adeguato di ferrite è vantaggioso per la resistenza alla corrosione in alcuni mezzi, ma dannoso per l'impatto del metallo saldato in condizioni di bassa temperatura.
Tenendo conto di tutti i fattori, è generalmente auspicabile che il contenuto di ferrite negli acciai inossidabili austenitici sia compreso tra 4% e 12%, perché un contenuto di ferrite di 5% può ottenere una resistenza soddisfacente alla corrosione intergranulare.
Il contenuto di ferrite nella saldatura può essere stimato utilizzando la composizione chimica del metallo saldato, convertita in Cr equivalente e Ni equivalente, attraverso un diagramma di microstruttura.
I grafici comunemente utilizzati sono WRC-1988, Esptein e DeLong.
La tabella WRC-1988 è adatta agli acciai inossidabili della serie 300 e agli acciai duplex, ma non è applicabile ai materiali con N>0,2% e Mn>10%. La tabella di Epstein è adatta agli acciai austenitici rinforzati con azoto della serie 200 con Mn<1,5% e N<0,25%.
Quando si seleziona un austenitico saldatura dell'acciaio inossidabile materiali, occorre prestare attenzione all'influenza dei metodi di saldatura sulla composizione chimica del metallo depositato. La saldatura con gas inerte di tungsteno ha l'effetto minore sulla variazione della composizione chimica del metallo saldato e le altre variazioni, ad eccezione di C e N, sono minime nel metallo saldato non diluito.
In particolare, la perdita di C è la maggiore. Ad esempio, quando il contenuto di C dell'elettrodo è di 0,06%, il contenuto nel metallo depositato non diluito della saldatura ad arco di argon è di 0,04% e il contenuto di N nel metallo saldato aumenta di circa 0,02%.
Il contenuto di Mn, Si, Cr, Ni e Mo nel metallo depositato può subire lievi variazioni durante la saldatura ad arco con elettrodo di fusione schermato con gas, mentre la perdita di C è solo 1/4 di quella della saldatura ad arco con argon e l'aumento del contenuto di N è molto più elevato. L'entità dell'aumento varia a seconda dei diversi processi di saldatura, fino a un massimo di 0,15%.
Durante la saldatura ad arco manuale e la saldatura automatica ad arco sommerso, gli elementi di lega nel metallo saldato sono influenzati congiuntamente dal rivestimento, dal flusso, dal filo di saldatura e dall'elettrodo.
Soprattutto per i materiali di saldatura con transizione di elementi di lega attraverso il rivestimento o il flusso, è impossibile stimare la composizione chimica del metallo saldato in base alla composizione chimica del filo o dell'elettrodo di saldatura.
Naturalmente, il contenuto di ferrite nella saldatura può essere stimato in base al contenuto di lega nel metallo saldato, ma questo valore di stima ha una certa deviazione dal valore reale perché la velocità di raffreddamento durante il processo di saldatura influenza anche il contenuto di ferrite.
È opinione comune che se il contenuto di elementi di lega nel metallo saldato è esattamente lo stesso, il contenuto di ferrite varierà a seconda del metodo di saldatura.
Il contenuto di ferrite è maggiore nel rivestimento a nastro e minore nella saldatura ad arco di argon. Anche a parità di rivestimento del nastro, si è riscontrato che il contenuto di ferrite all'inizio e alla fine della saldatura era inferiore di circa 2-3% rispetto a quello del segmento centrale.
Con la standardizzazione di materiali in acciaio inox e materiali di saldatura, la scelta dei materiali di saldatura in acciaio inossidabile austenitico è diventata semplice. I corrispondenti gradi di materiale per la saldatura possono essere selezionati in base alla gradi di materiale dell'acciaio inossidabileCome ad esempio la scelta di elettrodi E316 per l'acciaio inossidabile SA240-316.
Per acciaio inossidabile martensiticoÈ preferibile utilizzare materiali di saldatura uguali al materiale di base. Ad esempio, per l'acciaio 1Cr13 si dovrebbero utilizzare materiali di saldatura della serie E410, mentre il numero di elettrodo per la saldatura ad arco manuale è G217.
Tuttavia, la struttura del metallo saldato dei materiali di saldatura ordinari corrispondenti all'1Cr13 è caratterizzata da martensite e ferrite grossolana, che è dura e fragile e soggetta a cricche. Inoltre, la saldatura deve essere preriscaldata a 250-350℃.
Per migliorare le prestazioni, è necessario limitare il contenuto di S e P nei materiali di saldatura, controllare il contenuto di Si (≤0,30%) e ridurre il contenuto di C. È possibile aggiungere una piccola quantità di Ti, Al e Ni per affinare il grano e ridurre la temprabilità.
Alcuni dati mostrano che l'aggiunta di Nb (fino a circa 0,8%) ai materiali di saldatura può ottenere una struttura di ferrite monofase. Nel filo di saldatura a CO2 è necessario aggiungere elementi di Ti e Mn per raggiungere lo scopo della disossidazione.
L'acciaio inossidabile martensitico può anche utilizzare materiali di saldatura in acciaio inossidabile austenitico. A questo punto, è necessario considerare l'influenza della diluizione del metallo base sulla composizione del metallo saldato. Con un appropriato contenuto di Cr e Ni, la formazione di struttura della martensite nel metallo saldato può essere evitato. Ad esempio, i materiali di saldatura A312 (E309Mo) possono essere utilizzati per saldare l'acciaio martensitico 1Cr13.
Per acciaio inossidabile ferriticoLa saldatura avviene solitamente con materiali di saldatura uguali a quelli del materiale di base. Tuttavia, la struttura della ferrite della saldatura è grossolana e ha una scarsa tenacità. La microstruttura della ferrite temprata può essere migliorata aumentando il contenuto di Nb nei materiali di saldatura.
Nel frattempo, il trattamento termico può essere utilizzato per migliorare la tenacità del metallo saldato. Per gli acciai inossidabili ferritici che non possono essere trattati termicamente dopo la saldatura, si possono utilizzare anche materiali austenitici puri per ottenere giunti saldati con proprietà complete.
La saldatura tra acciaio a basso tenore di carbonio e acciaio a bassa lega, che appartengono entrambi all'acciaio ferritico ordinario, così come la saldatura tra diversi acciai a bassa lega, appartiene alla saldatura di acciaio diverso dello stesso materiale.
Per la saldatura di tali acciai, i materiali di saldatura vengono scelti in base al materiale di grado inferiore, con riferimento al livello di resistenza inferiore o al contenuto inferiore di elementi di lega, al fine di garantire che le proprietà metallurgiche della saldatura possano soddisfare i requisiti dei materiali di grado inferiore.
La scelta di un materiale di qualità inferiore garantisce inoltre migliori prestazioni di saldatura a un prezzo relativamente più basso, a tutto vantaggio della riduzione dei costi di produzione.
Ad esempio, per la saldatura di acciai diversi dello stesso materiale per l'acciaio 20#, l'acciaio al carbonio SA106, il 16Mn, il 19Mn6, il 15MnMoV, il BHW35 e altri acciai debolmente legati, i materiali di saldatura utilizzati sono del tutto identici a quelli utilizzati per la saldatura di acciai al carbonio. saldatura di acciaio a basso tenore di carbonio stesso.
I materiali di saldatura corrispondenti per la saldatura ad arco manuale, la saldatura ad arco sommerso e la saldatura con protezione a gas sono rispettivamente J507, H08MnA+HJ431 e H08Mn2Si.
Saldatura di acciaio a bassa lega resistente al calore e acciaio a media lega resistente al calore
A causa della discontinuità della composizione chimica del cordone di saldatura nello stesso materiale e in acciai diversi, ci sarà una corrispondente discontinuità nelle prestazioni. Se questa discontinuità influisce in modo significativo sulle prestazioni d'uso, i materiali di saldatura non possono essere selezionati in base a principi di bassa qualità.
Ad esempio, per la saldatura dei materiali SA213-T91 e SA213-T22, la scelta di materiali di 2,25Cr-1Mo per la saldatura secondo il solito principio del grado inferiore comporterebbe un forte arricchimento di carbonio e un'eccessiva riduzione delle emissioni. decarburazione vicino al metallo base T91 della linea di fusione sul lato T91.
Questo perché il T91 contiene circa 9% di cromo, mentre il filo di saldatura 2,25Cr-1Mo contiene circa 2,25% di carbonio.
Dopo il trattamento di ricottura post-saldatura, il contenuto di cromo nella zona termicamente alterata sul lato T91 è molto più alto di quello sul lato del cordone di saldatura, causando la migrazione di una grande quantità di carbonio verso il metallo base e la formazione di strati di arricchimento di carbonio, che aumentano la durezza e causano una microstruttura ancora più dura.
Al contrario, il lato del cordone di saldatura soffre di una grave decarburazione, con una durezza inferiore e una microstruttura più morbida, con conseguente degrado delle prestazioni del giunto.
Se si sceglie un materiale di saldatura 9Cr-1Mo, il cordone di saldatura sul lato T22 subirà un arricchimento di carbonio e la decarburazione del materiale di base. Va notato che quando i componenti con tali discontinuità di composizione chimica operano ad alte temperature, la migrazione del carbonio continua per lungo tempo, deteriorando gravemente le prestazioni del giunto e causando guasti operativi.
Gli studi hanno dimostrato che per evitare o ridurre i fenomeni di cui sopra, è possibile utilizzare per la saldatura materiali con composizioni chimiche intermedie di 5Cr-1Mo, oppure aggiungere ai materiali di saldatura elementi stabilizzanti del carburo, come Nb e V, per solidificare l'elemento di carbonio e ridurre la deviazione del carbonio.
Negli esperimenti preliminari condotti da un'azienda nazionale, l'uso di materiali di saldatura T91 contenenti Nb e V, come CM-9cb, TGS-9cb e MGS-9cb, per la saldatura di acciai diversi dello stesso materiale ha dato buoni risultati.
Quando si saldano giunti dissimili in acciaio al carbonio, acciaio debolmente legato e acciaio inossidabile austenitico, la scelta dei materiali di saldatura deve basarsi sulla temperatura di esercizio e sulle condizioni di sollecitazione del giunto.
Per le giunzioni in acciaio dissimile che sopportano pressioni e operano a temperature inferiori a 315°C, si possono utilizzare materiali di saldatura in acciaio inossidabile austenitico ad alto contenuto di Cr e Ni. In base alla composizione chimica dell'acciaio al carbonio (acciaio legato) e dell'acciaio austenitico, nonché all'entità del rapporto di fusione, vengono selezionati materiali di saldatura di acciaio inossidabile austenitico con contenuti adeguati di Cr e Ni, secondo un determinato diagramma di struttura del nichel equivalente e del cromo equivalente, per evitare la formazione di martensite in grandi quantità nella saldatura.
Naturalmente, in prossimità della linea di fusione dell'acciaio al carbonio o dell'acciaio basso legato, possono formarsi piccole zone martensitiche. Riducendo la contenuto di carbonio di il materiale di saldatura, la struttura martensitica può diventare martensite a basso tenore di carbonio con una migliore plasticità, che può garantire buone prestazioni del giunto.
Per i giunti in acciaio dissimile che sopportano pressioni e operano a temperature superiori a 315°C, si devono utilizzare materiali di saldatura a base di nichel. Ad esempio, ECrNiFe-2, ERCrNiFe-3, ecc. Il motivo principale è che l'utilizzo di materiali di saldatura in acciaio inossidabile austenitico ordinario causa i seguenti problemi:
a) A causa della significativa differenza nel coefficiente di espansione termica tra ferrite e austenite, possono verificarsi danni da stress termico e da fatica termica durante il funzionamento ad alta temperatura.
b) A causa della grande differenza nel contenuto di elementi in lega, nel giunto saldato possono verificarsi gravi decarburazioni e strati di arricchimento di carbonio in condizioni di funzionamento ad alta temperatura, con conseguente deterioramento delle prestazioni ad alta temperatura.
c) A causa della struttura della zona di martensite in prossimità della linea di fusione, la microstruttura locale della saldatura diventa temprata e indurita.
L'utilizzo di materiali di saldatura a base di nichel può evitare i fenomeni sopra descritti. Questo perché:
a) Il coefficiente di espansione termica dei materiali a base di nichel è compreso tra quello della ferrite e quello dell'austenite.
b) I materiali a base di nichel non causano decarburazione o arricchimento di carbonio nel giunto saldato.
c) I materiali a base di nichel non producono la struttura della martensite durante la saldatura.
Questo migliora notevolmente le prestazioni ad alta temperatura del giunto.
Tuttavia, per i giunti saldati non a pressione che operano ad alte temperature, sebbene l'uso di elettrodi a base di nichel possa soddisfare i requisiti di prestazione, il costo di produzione è elevato e non è necessario utilizzarli.
Anche altri materiali di saldatura più economici possono raggiungere lo stesso scopo. Attraverso un gran numero di studi sperimentali, i Paesi stranieri hanno scoperto che per i materiali non portanti saldature a filetto Nella produzione di caldaie, quando il tubo è in acciaio al carbonio o a bassa lega e l'attacco è in acciaio inossidabile austenitico, i materiali di saldatura devono essere selezionati in base ai principi del grado inferiore.
Ad esempio, per la saldatura di tubi SA210C e attacchi SA240-304, è possibile utilizzare AWS E7018-A1 (GB E5018-A1) per la saldatura ad arco manuale e MGS-M o TGS-M (materiali di saldatura KOBE) per la saldatura a gas invece di utilizzare materiali di saldatura in acciaio inossidabile austenitico.
Il motivo principale è che l'utilizzo di materiali di saldatura in acciaio inossidabile austenitico produce zone di martensite in prossimità della linea di fusione sul lato del tubo e, se si verificano crepe sul lato del tubo durante il funzionamento, si verificano perdite del tubo. Tuttavia, l'utilizzo di materiali di saldatura ordinari di bassa qualità produrrà zone di martensite in prossimità della linea di fusione sul lato dell'attacco. Anche se si verificano cricche, queste non danneggiano il tubo sul lato di attacco.
Al contrario, quando il tubo è in acciaio inossidabile austenitico e l'attacco è in acciaio a basso tenore di carbonio o in acciaio debolmente legato, è necessario utilizzare il materiale di saldatura E309Mo(L) per far sì che la zona di martensite si verifichi in prossimità della linea di fusione sul lato dell'attacco.
Questi principi sono stati applicati nella produzione di tubi di superficie per riscaldamento da 300.000 kW e 600.000 kW e sono stati ufficialmente applicati nella produzione di tubi di superficie per riscaldamento da 200.000 kW.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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