Kaynak Malzemesi Seçimi: Optimum Performans için İlkeler ve En İyi Uygulamalar

1. Bölüm. Kaynak Malzemelerinin Seçimi için Genel Prensipler

Yüksek kaliteli kaynaklı bağlantılar elde etmek için kaynak malzemelerinin seçimi makul olmalıdır. Kaynaklı bileşenlerin çalışma koşullarındaki büyük farklılıklar nedeniyle, ana malzemenin malzeme özellikleri ve bileşimi büyük ölçüde değişir ve bileşenlerin üretim süreci karmaşık ve çeşitlidir.

Bu nedenle, ilgili kaynak malzemelerini belirlemek için çeşitli hususları kapsamlı bir şekilde dikkate almak gerekir.

Kaynak malzemelerinin seçiminde aşağıdaki ilkelere uyulmalıdır:

(1) Aşağıdaki gereklilikleri karşılamalıdır kaynak bağlantısı oda sıcaklığı ve yüksek sıcaklıkta kısa süreli mukavemet, eğilme performansı, darbe tokluğu, sertlik, kimyasal bileşim ve uzun süreli mukavemet, sürünme limiti, yüksek sıcaklık oksidasyon direnci, korozyon direnci vb. gibi teknik standartlarda ve tasarım çizimlerinde bağlantılar için özel performans gereksinimleri dahil olmak üzere performans.

(2) Üretim süreci performansı ve kaynak süreci performansı gereksinimlerini karşılayın kaynaklı bağlantılar.

Kaynaklı bağlantıyı oluşturan bileşenler kaçınılmaz olarak üretim sürecinde damgalama, haddeleme, bükme, tornalama, planyalama vb. gibi çeşitli şekillendirme ve kesme işlemlerine ihtiyaç duyar ve bu da kaynaklı bağlantının belirli plastik deformasyon kabiliyetine, kesme performansına, yüksek sıcaklıkta kapsamlı performansa vb. sahip olmasını gerektirir.

Kaynak işlemi, iyi bir proses performansı gerektirir. kaynak malzemesi ve ana malzemenin kaynak özelliklerindeki farklılıklara göre çatlama gibi kusurlara direnme kabiliyeti.

(3) Makul ekonomi.

Yukarıda belirtilen çeşitli performans ve imalat performansı için minimum gereksinimleri karşılarken, imalat maliyetlerini azaltmak ve ekonomik faydaları artırmak için ucuz kaynak malzemeleri seçilmelidir.

Örneğin, manuel ark kaynağı kullanılarak önemli bileşenler için düşük karbonlu çelik kaynağı yapılırken, alkali kaplı elektrotlar tercih edilmelidir, çünkü bunlar tamamen oksijensizleştirilmiş, kükürtten arındırılmış ve düşük hidrojen içeriğine sahiptir, iyi çatlak direnci ve kaynak metalinin darbe tokluğu vardır.

Kritik olmayan bazı bileşenler için asidik elektrotlar kullanılabilir, çünkü bunlar kritik olmayan bileşenlerin performans gereksinimlerini karşılayabilir, iyi işlenebilirliğe sahiptir ve ucuzdur, bu da üretim maliyetlerini azaltabilir.

Bölüm 2. Karbon Çelik ve Düşük Alaşımlı Çelik için Kaynak Malzemesi Seçimi

Karbon çeliği ve düşük karbonlu çelikler için kaynak malzemesi seçerken alaşımlı çelik (düşük alaşımlı ısıya dayanıklı çelik ve düşük alaşımlı yüksek mukavemetli çelik dahil), aşağıdaki faktörler göz önünde bulundurulmalıdır:

(1) Eşit güç ve eşit dayanıklılık ilkeleri

Basınç taĢıyan bileĢenler için mukavemet hesaplamaları genellikle malzemenin izin verilen çekme gerilmesine dayanır.

İzin verilen çekme gerilmesi, malzemenin standart çekme mukavemetinin alt sınırı ile ilgilidir, yani izin verilen gerilme [σ] = σ_b / n_b (n değerleri_b farklı standartlara göre değişir), burada [σ] malzemenin izin verilen çekme gerilmesi, σ_b malzemenin standart çekme dayanımının alt sınırı ve nb güvenlik faktörüdür (nb'nin değerleri farklı standartlara göre değişir).

Bu nedenle, bileşenin bir parçası olarak, kaynağın çekme mukavemeti, ana malzemenin standart çekme mukavemetinin alt sınırından daha az olmamalıdır.

Aynı zamanda, kaynak malzemesinin biriken metalinin gerilme mukavemetinin, ana malzemenin gerilme mukavemetinden çok daha yüksek olmamasına dikkat edilmelidir, bu da kaynağın plastisitesinde bir azalmaya ve sonraki imalat işlemlerine elverişli olmayan sertlikte bir artışa neden olabilir.

Her ne kadar mukavemet hesaplamaları sadece malzemenin çekme mukavemetini dikkate alsa da ve çeşitli proses değerlendirme standartları akma dayanımı Kaynak malzemeleri seçilirken, kaynak malzemesinin biriken metalinin akma dayanımının da ana malzemenin akma dayanımından düşük olmamasına dikkat edilmeli ve belirli bir akma-çekme dayanımı oranının sağlanmasına özen gösterilmelidir.

Mafsal yüksek sıcaklıklarda çalıştığında, izin verilen gerilme hesabı genellikle çalışma sıcaklığında (veya tasarım sıcaklığında) malzeme tarafından belirtilen kısa süreli yüksek sıcaklık çekme dayanımının alt sınırına, yani [σ^t] = σ_b^t / n_bburada [σ^t] t sıcaklığındaki kısa süreli yüksek sıcaklık çekme dayanımının alt sınırına göre hesaplanan izin verilebilir gerilmedir, σ_b^t t sıcaklığında malzeme tarafından belirtilen kısa süreli yüksek sıcaklık çekme dayanımının alt sınırıdır veya izin verilen gerilme, malzemenin çalışma sıcaklığındaki uzun süreli dayanımına ve sürünme sınırına göre hesaplanır, yani [σ_D ^t] = σ_D^t / n_Dburada [σ_D^t] t sıcaklığındaki uzun vadeli dayanıma göre hesaplanan izin verilebilir gerilmedir, σ_D^t malzemenin t sıcaklığındaki uzun vadeli dayanımı ve n_D güvenlik faktörüdür (n_D farklı standartlara göre değişir).

Bu nedenle, yüksek sıcaklıkta çalışan kaynaklı bağlantılar için kaynak malzemeleri seçerken, kısa vadeli yüksek sıcaklık çekme mukavemetleri veya uzun vadeli mukavemetleri, ana malzemenin karşılık gelen değerlerinden daha düşük olmamalıdır.

Karbon çeliği ve sıradan düşük alaşımlı çelik için, kaynak malzemelerinin seçimi esas olarak kaynak malzemesinin gerilme mukavemetini dikkate alır ve biriken metal ile ana metal arasındaki kimyasal bileşim uyumu dikkate alınmayabilir.

Bununla birlikte, Cr-Mo ısıya dayanıklı çelik için, kaynak malzemelerinin seçimi sadece eşit mukavemetini dikkate almakla kalmamalı, aynı zamanda alaşım elementleri Kaynaklı bağlantının kapsamlı performansının ana metal ile tutarlı olmasını sağlamak için.

Bileşenlerin malzemenin akma dayanımına göre tasarlandığı özel durumlarda, eşit akma dayanımı ilkesi önemli bir değerlendirme faktörü olmalıdır.

Bileşenlerin farklı çalışma koşulları nedeniyle, özellikle düşük sıcaklıklarda çalışan bileşenler veya yüksek mukavemetli kalın duvarlı bileşenler için yetersiz tokluk nedeniyle çalışma sırasında genellikle gevrek kırılma meydana gelir.

Bu nedenle, ilgili standartlar kaynaklı bağlantıların darbe tokluğu için açık gerekliliklere sahiptir. Kaynak malzemelerini seçerken, kaynağın darbe tokluğunun ilgili standartların gerekliliklerini karşıladığından emin olmak gerekir.

Bununla birlikte, farklı standartlar bağlantının darbe tokluğu için farklı gerekliliklere sahiptir. Buhar Kazanı Güvenlik Denetimi Yönetmeliği, kaynaklı bağlantının darbe tokluğunun ana malzeme tarafından belirtilen darbe tokluğunun alt sınırından daha düşük olmamasını şart koşmaktadır.

Ana malzemenin bir darbe tokluk indeksi yoksa, bu indeks 27J'den düşük olmamalıdır. Eğer Çelik Basınçlı Kaplar GB150 standardı, bağlantının darbe tokluğu değerinin çeliğin en düşük çekme mukavemetine göre belirlendiğini belirtir. Karbon çeliği ve düşük alaşımlı çelik için, eklemin minimum darbe tokluğu şöyledir:

• Çeliğin en düşük gerilme mukavemeti ≤450MPa olduğunda, eklemin minimum darbe tokluğu 18J'dir;
• Çeliğin en düşük gerilme mukavemeti >450-515MPa olduğunda, eklemin minimum darbe tokluğu 20J'dir;
• Çeliğin en düşük gerilme mukavemeti >515-655MPa olduğunda, eklemin minimum darbe tokluğu 27J'dir.

Düşük sıcaklıktaki kaplar için darbe tokluğu değeri, ana malzemenin belirtilen değerinin alt sınırından daha düşük olmamalıdır.

Bununla birlikte, ASME yönetmeliği VIII-1, mukavemet seviyesine, kalınlığa, çalışma sıcaklığına ve tasarım gerilmesinin malzemenin izin verilen gerilmesine oranına bağlı olarak bağlantının darbe tokluğu performansını sağlaması gerekip gerekmediğini belirler.

Eklemin darbe tokluğu gereksinimleri varsa, malzemenin mukavemet seviyesi ve kalınlığına bağlı olarak garanti edilen minimum darbe tokluğu değeri belirtilir.

Özetle, kaynak malzemelerini seçerken, ürünün tasarım, üretim ve denetim standartlarına göre bağlantının darbe tokluğu için gereksinimleri belirlemeli ve standart gereksinimleri, yani kullanım performansı gereksinimlerini karşılamak için uygun kaynak malzemelerini seçmeliyiz.

Darbe tokluğu gereksinimleri göz önünde bulundurulurken, yapının tasarım sıcaklığına ve çalışma sıcaklığına dikkat edilmelidir.

Çalışma sıcaklığı oda sıcaklığına eşit veya daha yüksekse, bağlantının yalnızca oda sıcaklığı darbe tokluğunun korunması gerekir; oda sıcaklığının altındaysa, ilgili sıcaklıkta standartta veya çizimde belirtilen darbe tokluğu değeri sağlanmalıdır.

Tabii ki, kaynaklı bağlantının performansı sadece kaynak malzemeleriyle değil, aynı zamanda özel kaynak yöntemleriyle de ilgilidir. kaynak süreci.

Bu nedenle, bağlantı için kaynak malzemelerinin seçimi karmaşık bir konudur.

(2) Üretim süreçlerinin gerekliliklerini ve etkilerini göz önünde bulundurun

Bileşenlerin kaynaklanmasından sonra, genellikle çeşitli işlemlerden geçmeleri gerekir şekillendirme süreçleri Haddeleme, presleme, bükme ve kalibrasyon gibi.

Bu nedenle, kaynaklı bağlantılar ve temel malzemeler, özellikle bağlantının bükülme testi ile ölçülen soğuk deformasyon kapasitesi olmak üzere belirli bir deformasyon kapasitesine sahip olmalıdır. Birçok standart, çeşitli malzemelerin kaynaklı bağlantılarının bükülme testi için açık gereklilikler getirmiştir.

"Buhar Kazanı Güvenliği Teknik Gözetim Yönetmeliği", bükme testi sırasında bükme mili çapının D=3a (a numunenin kalınlığıdır) olmasını ve karbon çeliğinin bükme açısı 180°, düşük alaşımlı çelik ise 100° için kalifiye edilmiştir.

GB150-99 Çelik Basınçlı Kaplar ve ASME Bölüm IX, herhangi bir malzeme bükme testine tabi tutulduğunda, bükme mili çapı D = 4a ve 180 ° bükme açısının nitelikli olmasını şart koşar.

Bu nedenle, kaynak malzemeleri seçilirken, kaynak metalinin bükülme performansı yukarıdaki standartların gerekliliklerini karşılamalıdır.

Ayrıca, kaynak malzemelerinin seçiminde kaynak sonrası ısıl işlem süreçlerinin (kaynak sonrası tavlama, normalleştirme gibi) etkileri de dikkate alınmalıdır, su verme ve temperlemevb.) kaynak metali özellikleri üzerindeki etkisi.

Kaynak sonrası şu hususlara dikkat edilmelidir tavlama Isıl işlem, özellikle kaynak sonrası normalizasyon, kaynak metali özelliklerinde önemli değişikliklere neden olabilir. Kaynak bileşeni nispeten ince olduğunda, kaynak sonrası gerilim giderme ısıl işlemi gerekli değildir.

Kaynak metalinin kaynaklanmış durumdaki performansı ilgili gereklilikleri karşıladığı sürece. Kalın duvarlı kaynak bileşenleri için, ilgili üretim standartlarına göre, duvar kalınlığı belirli bir sınırı aşarsa, kaynak sonrası gerilim giderme tavlaması yapılmalıdır.

Isıl işlem sırasında farklı ısıtma sıcaklıkları ve bekletme süreleri kaynak metalinin özelliklerinde farklı değişikliklere yol açacaktır.

Mühendislikte, temperleme parametresi olarak da bilinen Larson-Miller parametresi, ısıtma sıcaklığı ve gerilim giderme tavlamasının bekletme süresinden etkilenen bağlantı özelliklerini tartışmak için kullanılır. Temperleme parametresi için formül şöyledir:

[P]=T(20+logt)×10^-3

Burada T Kelvin cinsinden mutlak sıcaklık ve t saat cinsinden zamandır.

Temperleme parametreleri〔P〕=T（20+Logt）×10^-3

Genel olarak, [P] değeri arttıkça, kaynak metalinin çekme mukavemeti ve akma mukavemeti azalır, uzama artar ve darbe tokluğu dalgalanır.

Şekil 1 ve 2, sırasıyla CMA96 ve CMA106 kaynak çubukları için biriktirilen metalin temperleme parametreleri ile mekanik özellikler arasındaki ilişkiyi göstermektedir.

Bu nedenle, kaynak malzemeleri için kaynak sonrası ısıl işlem seçerken, ilgili [P] değerinde biriken metalin mekanik özelliklerinin ilgili standartları karşılayıp karşılamadığını dikkate almak gerekir.

Kaynaklı bağlantının kaynaktan sonra sıcak presleme, sıcak kalibrasyon, sıcak haddeleme veya diğer sıcak şekillendirme işlemlerinden geçmesi gerektiğinde, ısıtma sıcaklığı malzemenin AC3 sıcaklığının üzerine çıkarsa ve durgun havada soğutulmadan önce bir süre bekletilirse, kaynak sırasında soğutma hızının normalleştirme süreci kaynak işlemi sırasında olduğundan çok daha yavaştır.

Normalleştirilmiş işlem, kaynak metalinin kaynak işlemi sırasında olduğundan daha uzun süre 800-500°C'de kalmasına neden olacaktır.

Normalleştirme işlemi sırasında çeliğin AC3'ün üzerinde ısıtılmasına izin vermek, tam östenitleşmeye ve ardından soğutma sırasında yeniden kristalleşmeye neden olur, bu da kaynak metalinin orijinal aşırı soğutulmuş yapısını tahrip eder ve kaynak mukavemeti.

En ciddi azalma 100 MPa'yı aşabilir. Bu nedenle, sıcak şekillendirme işlemlerinden geçmesi gereken kaynaklı bağlantılar için, seçilen kaynak malzemesi, kaynaklı malzemenin kaynaksız durumdaki veya gerilim giderme işleminden 50-100 MPa daha yüksek bir mukavemet seviyesine sahip olmalıdır.

Örneğin, 19Mn6 için, kaynaksız durumda tozaltı kaynak teli H08MnMO iken, normalize ve temperlenmiş koşullar için bunun yerine H08Mn2Mo kullanılmalıdır.

Minimum 485 MPa gerilme mukavemetine sahip 300.000 kW buhar tamburu kaldırma çubuğu malzemesi olan SA675 için normalde manuel ark kaynağı için J507 kaynak çubuğu kullanılır.

Bununla birlikte, sıcak bükme ve normalleştirme işlemine tabi tutulan bükme kesitlerindeki kaynaklı bağlantılar durumunda, deneysel sonuçlara dayanarak J607 önerilir.

Normalleştirme ve temperleme işlemlerine tabi tutulan kaynaklı bağlantılar için kaynak malzemeleri seçilirken, sadece mukavemetin normal koşulların 50-100MPa üzerinde artması düşünülmemeli, aynı zamanda kaynak metalinin kimyasal bileşimi de ana malzemeninkine eşdeğer olmalıdır. Bunun nedeni, alaşımın bileşimi ve içeriğinin malzemenin AC3 sıcaklığını belirlemesidir.

Kaynak metalinin ve ana malzemenin kimyasal bileşimi büyük ölçüde farklılık gösteriyorsa, AC3 sıcaklığı da büyük ölçüde farklılık gösterecektir. Ana malzeme ve kaynak metali birlikte normalize edildiğinde, uygun normalizasyon sıcaklığını belirlemek imkansızdır.

Buna ek olarak, kaynaklı bağlantı su verme ve temperleme işlemine ihtiyaç duyuyorsa, bu işlemin bağlantının performansı üzerindeki etkisi de dikkate alınmalıdır. Su verilmiş ve temperlenmiş bağlantılar için kaynak malzemesinin mukavemeti, normalleştirilmiş ve temperlenmiş bağlantılara göre daha düşük olabilir.

Örneğin, BHW35 için, elektrik ark kaynağı ve normalizasyondan sonra H10Mn2NiMo kullanılırken, su verme ve temperleme işlemi için bunun yerine H10Mn2Mo kullanılabilir.

Şunları düşünün kaynaklanabilirlik malzemelerin ve kaynak yöntemlerinin metalürjik özellikleri. Farklı malzemeler farklı kaynaklanabilirliğe sahiptir ve belirli temel element içeriği için farklı gereksinimler vardır. Kaynak malzemeleri seçilirken malzemenin kaynaklanabilirliği göz önünde bulundurulmalıdır.

Örneğin, 2.25Cr-1Mo ısıya dayanıklı çeliğin kaynak metali, 332-432 ℃ sıcaklık aralığında tutulurken veya yavaşça soğutulurken, kaynak metalinin kırılgan geçiş sıcaklığında önemli bir artışa neden olan temper gevrekleşmesi fenomeni yaşayabilir.

Çalışmalar, bu maddenin temper gevrekleşmesinin hassasiyetini göstermiştir. kaynak türü metalin tane sınırlarında sapma gösteren P, As, Sb ve Sn safsızlıklarından kaynaklanır. Genel olarak kaynak metalinin düşük sıcaklıktaki temper gevrekliğinin P ve Si içeriği ile ilişkili olduğuna inanılmaktadır. Kaynak metalindeki P ve Si içerikleri P≤0.015% ve Si ≤0.15% değerlerine düşürülmelidir.

Bu nedenle, Cr-Mo ısıya dayanıklı çelik tozaltı ark kaynağı için HJ350 kaynak flaksı H08Cr3MnMoA tel ile eşleştirilmiş HJ431 yerine orta manganez ve orta silisyum içeren HJ431 seçilmelidir. Kaynak metalinin temper gevrekleşmesinin hassasiyeti, kaynak metalinin alaşım serisine bağlıdır. Benzer şekilde, C-Mo, Mn-Mo ve Mn-Ni-Mo serisi kaynak metallerinde de temper gevrekliği sorunları vardır.

Kaynak metalindeki Si içeriğini azaltmak için yukarıda belirtilen serilerin tozaltı kaynak teli için HJ350 kaynak eriyiği ile eşleşen kaynak malzemeleri kullanılmalıdır. Örneğin, H08Mn2Mo tozaltı kaynak teli, BHW35 kaynağı için HJ350 kaynak eriyiği ile eşleştirilmelidir. Kaynak metalinin daha yüksek darbe tokluğu gerekiyorsa, kaynak eritkeni de HJ250 veya HJ250+HJ350 karışık eritkeni olmalıdır.

Bununla birlikte, H08MnA ve H10Mn2 gibi düşük silisyumlu kaynak telleri için kaynak metalinde temper gevrekleşmesi olgusu yoktur. Bu iki tip kaynak teli, 20# veya 16Mn çeliğin kaynağında yüksek silisyum ve yüksek manganezli kaynak eriyiği HJ431 ile kullanılmalıdır.

Yüksek manganezli ve yüksek silikonlu kaynak flaksı kullanıldığında, kaynak havuzu silikonize olur ve kaynak metalindeki belirli bir miktar silikon içeriği, kaynak metalinin deoksidasyon işlemi için faydalıdır ve gözeneklerin oluşmasını önler. Kaynak malzemeleri seçilirken, farklı kaynak yöntemlerinin metalürjik özellikleri de dikkate alınmalıdır.

Örneğin, CO2 veya CO2+Ar ile gaz metal ark kaynağı için koruyucu gazKaynak işlemi sırasında eritken veya kaynak teli ile metal arasında metalurjik bir reaksiyon olmaz. Bununla birlikte, CO2 ile metal arasında bir reaksiyon olabilir. metal elementler demir oksit FeO oluşturmak için.

Bu nedenle kaynak teli, indirgenme reaksiyonunu azaltmak ve yoğun kaynak yapısı oluşumunu sağlamak için uygun miktarlarda silikon ve manganez içermelidir. Tungsten inert kaynakta gaz kaynağı'de oksidasyon-redüksiyon reaksiyonu yoktur ve dolgu teli ile ana malzeme aslında yeniden eritilir.

Bu nedenle argon ark kaynağı tel tamamen deoksidize edilmeli ve kaynar çelik malzemeler kullanılmamalıdır. Aksi takdirde kaynakta gözenekler oluşacaktır. Sakin ÇELİK MALZEME kullanılmalıdır ve kaynak telinde belirli bir Si ve Mn içeriğine sahip olmak gereksizdir.

Örneğin, argon ark kaynağı ile kaynak için 15CrMo ısıya dayanıklı çelik kullanıldığında, H08CrMo kaynak teli seçilmelidir; oysa füzyon elektrodu için gaz korumalı kaynakH08CrMnSiMo kaynak teli seçilmelidir.

Bölüm 3. Östenitik Paslanmaz Çelik için Kaynak Malzemesi Seçimi

Kaynak malzemelerinin ve ana malzemelerin aynı mukavemete sahip olması prensibi östenitik paslanmaz çelik için tamamen geçerli değildir. Belirli bir mukavemet gereksinimi olmayan korozif ortamlarda kullanıldığında, asıl endişe kaynaklı bağlantının korozyon önleyici özellikleridir.

Kısa süreli çalışma ile yüksek sıcaklık ve yüksek basınç koşullarında kullanılırsa, belirli yüksek sıcaklık ve kısa süreli mukavemet gerekirken, uzun süreli çalışma yeterli dayanıklı mukavemet ve kaynak metalinin sürünme sınırını gerektirir.

Örneğin, SA213-TP304H borular yüksek basınç ve yüksek sıcaklık koşullarında kullanıldığında, E308H kaynak malzemeleri seçilmelidir.

Östenitik paslanmaz çelik kaynaklanırken, kaynak malzemelerinin seçiminde esas olarak biriken metalin kimyasal bileşiminin ana malzemeninkine eşdeğer olması gerektiği göz önünde bulundurulur.

Kaynak malzemesinin biriken metalinin kimyasal bileşimi ana malzemeninkiyle aynı olduğu sürece, kaynak metalinin performansı mekanik özellikler, korozyon direnci vb. dahil olmak üzere ana malzemeninkine eşdeğer olabilir.

İmalat süreci koşulları veya çizimleri altında korozyon direnci için özel gerekliliklere özel dikkat gösterilmelidir.

Kaynak sırasında taneler arası çatlamayı önlemek için, düşük karbon (ultra düşük karbon) içerikli ve Ti ve Nb içeren paslanmaz çelik kaynak malzemeleri kullanmak en iyisidir.

Kaynak çubuğunun kaplamasındaki veya flaksındaki SO2 içeriği çok yüksekse, yüksek nikel içeriğine sahip östenitik çeliklerin kaynağı için uygun değildir.

Kaynakta sıcak çatlakları (katılaşma çatlakları) önlemek için, P, S, Sb ve Sn gibi safsızlıkların içeriği kontrol edilmelidir ve tek fazlı bir kaynak oluşumundan kaçınmak tercih edilir. ostenit kaynak metalinde mümkün olduğunca çok yapı.

Birçok malzeme östenitik paslanmaz çelik kaynak metalindeki ferrit içeriğinin kaynak eğilimini azaltmak için faydalı olduğunu öne sürse de metal çatlamasıuzun yıllar boyunca büyük miktarda saf östenitik paslanmaz çelik kaynak metali kullanılmış ve bağlantılar iyi performans göstermiştir.

Uygun ferrit içeriği belirli ortamlarda korozyon direnci için avantajlıdır, ancak düşük sıcaklık koşulları altında kaynak metalinin etkisi için zararlıdır.

Kapsamlı faktörler dikkate alındığında, genellikle östenitik paslanmaz çelikteki ferrit içeriğinin 4% ile 12% arasında olması arzu edilir, çünkü 5% ferrit içeriği taneler arası korozyona karşı tatmin edici bir direnç sağlayabilir.

Kaynaktaki ferrit içeriği, kaynak metalinin Cr eşdeğeri ve Ni eşdeğerine dönüştürülmüş kimyasal bileşimi kullanılarak bir mikroyapı grafiği aracılığıyla tahmin edilebilir.

Yaygın olarak kullanılan grafikler arasında WRC-1988, Esptein ve DeLong bulunmaktadır.

WRC-1988 çizelgesi 300 serisi paslanmaz çelik ve dubleks paslanmaz çelik için uygundur, ancak N>0.2% ve Mn>10% olan malzemeler için geçerli değildir. Epstein çizelgesi, Mn<1.5% ve N<0.25% olan 200 serisi azotla güçlendirilmiş östenitik paslanmaz çelik için uygundur.

Östenitik seçerken paslanmaz çeli̇k kaynak malzemelerde, kaynak yöntemlerinin biriken metalin kimyasal bileşimi üzerindeki etkisine dikkat edilmelidir. Tungsten inert gaz kaynağı, kaynak metalinin kimyasal bileşiminin değişimi üzerinde en az etkiye sahiptir ve seyreltilmemiş kaynak metalinde C ve N hariç diğer değişiklikler küçüktür.

Özellikle, C kaybı en büyüktür. Örneğin, elektrodun C içeriği 0,06% olduğunda, argon ark kaynağının seyreltilmemiş birikmiş metalindeki içerik 0,04%'dir ve kaynak metalindeki N içeriği yaklaşık 0,02% artar.

Eriyen elektrot gaz korumalı ark kaynağı sırasında biriken metaldeki Mn, Si, Cr, Ni ve Mo içeriği hafif değişikliklere uğrayabilirken, C kaybı argon ark kaynağının yalnızca 1/4'ü kadardır ve N içeriğindeki artış çok daha yüksektir. Artış miktarı, farklı kaynak işlemlerine göre maksimum 0,15%'ye kadar farklılık gösterir.

Manuel ark kaynağı ve tozaltı otomatik kaynağı sırasında, kaynak metalindeki alaşım elementleri kaplama, eritken, kaynak teli ve elektrot tarafından ortaklaşa etkilenir.

Özellikle kaplama veya flaks yoluyla alaşım elementi geçişi olan kaynak malzemeleri için, kaynak telinin veya elektrodun kimyasal bileşimi ile kaynak metalinin kimyasal bileşimini tahmin etmek imkansızdır.

Elbette, kaynaktaki ferrit içeriği kaynak metalindeki alaşım içeriğinden tahmin edilebilir, ancak bu tahmin değeri gerçek değerden belirli bir sapmaya sahiptir, çünkü kaynak işlemi sırasındaki soğutma hızı da ferrit içeriğini etkiler.

Kaynak metalindeki alaşım elementi içeriğinin tamamen aynı olması durumunda, ferrit içeriğinin kaynak yöntemine bağlı olarak farklılık göstereceği genel olarak kabul edilmektedir.

Ferrit içeriği şerit kaplamada en yüksek, argon ark kaynağında ise en düşüktür. Aynı şerit kaplamada bile, kaynağın başlangıcındaki ve sonundaki ferrit içeriğinin orta segmentten yaklaşık 2-3% daha düşük olduğu bulunmuştur.

Standartlaştırma ile paslanmaz çeli̇k malzemeler ve kaynak malzemeleri ile birlikte, östenitik paslanmaz çelik kaynak malzemelerinin seçimi basit hale gelmiştir. Karşılık gelen kaynak malzemesi kaliteleri, aşağıdaki özelliklere göre seçilebilir paslanmaz çeli̇k malzeme dereceleri̇SA240-316 paslanmaz çelik için E316 elektrotlarının seçilmesi gibi.

Bölüm 4. Martensitik Paslanmaz Çelik ve Ferritik Paslanmaz Çelik için Kaynak Malzemesi Seçimi.

İçin martensitik paslanmaz çelikana malzeme ile aynı olan kaynak malzemelerini kullanmak en iyisidir. Örneğin, 1Cr13 çelik E410 serisi kaynak malzemeleri kullanmalıdır ve manuel ark kaynağı için kaynak elektrot numarası G217'dir.

Bununla birlikte, 1Cr13'e karşılık gelen sıradan kaynak malzemelerinin kaynak metal yapısı, sert ve kırılgan ve çatlamaya eğilimli olan kaba martensit ve ferrit içerir. Ek olarak, kaynak 250-350 ℃'de ön ısıtmaya tabi tutulmalıdır.

Performansı artırmak için kaynak malzemelerindeki S ve P içeriği sınırlandırılmalı, Si içeriği kontrol edilmeli (≤0.30%) ve C içeriği azaltılmalıdır. Taneyi rafine etmek ve sertleşebilirliği azaltmak için az miktarda Ti, Al ve Ni eklenebilir.

Bazı veriler, kaynak malzemelerine Nb içeriğinin (yaklaşık 0,8%'ye kadar) eklenmesinin tek fazlı ferrit bir yapı elde edebileceğini göstermektedir. CO2 kaynak telinde, deoksidasyon amacına ulaşmak için Ti ve Mn elementleri eklenmelidir.

Martensitik paslanmaz çelik, östenitik paslanmaz çelik kaynak malzemeleri de kullanabilir. Bu sırada, ana metal seyreltmesinin kaynak metalinin bileşimi üzerindeki etkisi dikkate alınmalıdır. Uygun Cr ve Ni içeriği ile, kaynak metalinde martensit yapısı önlenebilir. Örneğin, 1Cr13 martenzitik çeliğin kaynağında A312 (E309Mo) kaynak malzemeleri kullanılabilir.

İçin ferri̇ti̇k paslanmaz çeli̇kgenellikle ana malzeme ile aynı olan kaynak malzemeleri ile kaynaklanır. Bununla birlikte, kaynağın ferrit yapısı kabadır ve zayıf tokluğa sahiptir. Söndürülmüş ferritin mikroyapısı, kaynak malzemelerindeki Nb içeriği artırılarak iyileştirilebilir.

Bu arada, kaynak metalinin tokluğunu artırmak için ısıl işlem kullanılabilir. Kaynak sonrası ısıl işlem uygulanamayan ferritik paslanmaz çeliklerde, kapsamlı özelliklere sahip kaynaklı bağlantılar elde etmek için saf östenitik kaynak malzemeleri de kullanılabilir.

Bölüm 5. Aynı Malzeme Farklı Çelik, Düşük Karbonlu Çelik ve Düşük Alaşımlı Çelik için Kaynak Malzemesi Seçimi

Her ikisi de sıradan ferritik çeliğe ait olan düşük karbonlu çelik ve düşük alaşımlı çelik arasındaki kaynak ve farklı düşük alaşımlı çelikler arasındaki kaynak, aynı malzemeden farklı çeliklerin kaynağına aittir.

Bu tür çeliklerin kaynağında, kaynak metalurjik özelliklerinin daha düşük dereceli malzemelerin gereksinimlerini karşılayabilmesini sağlamak için, daha düşük mukavemet seviyesine veya daha düşük alaşım elementi içeriğine atıfta bulunan daha düşük dereceli malzemeye göre kaynak malzemeleri seçilir.

Daha düşük dereceli malzeme seçimi, nispeten daha ucuz bir fiyata daha iyi kaynak performansı sağlar ve bu da üretim maliyetlerini düşürmek için faydalıdır.

Örneğin, 20# çeliği, SA106 karbon çeliği, 16Mn, 19Mn6, 15MnMoV, BHW35 ve diğer düşük alaşımlı çelikler için aynı malzeme farklı çeliği kaynaklarken, kullanılan kaynak malzemeleri tamamen aynıdır. düşük karbonlu çeli̇k kaynaği Kendisi.

Manuel ark kaynağı, tozaltı ark kaynağı ve gaz korumalı kaynak için karşılık gelen kaynak malzemeleri sırasıyla J507, H08MnA+HJ431 ve H08Mn2Si'dir.

Düşük Alaşımlı Çelik Isıya Dayanıklı Çelik ve Orta Alaşımlı Çelik Isıya Dayanıklı Çelik Kaynağı

Kimyasal bileşiminin süreksizliği nedeniyle kaynak dikişi aynı malzemede farklı çelik, performansta karşılık gelen bir süreksizlik olacaktır. Bu süreksizlik kullanım performansını önemli ölçüde etkiliyorsa, kaynak malzemeleri düşük dereceli ilkelere göre seçilemez.

Örneğin, SA213-T91 ve SA213-T22 malzemelerinin kaynağı yapılırken, kaynak için 2.25Cr-1Mo kaynak malzemelerinin normal düşük kalite prensibine göre seçilmesi, ciddi karbon zenginleşmesine ve dekarbürizasyon T91 tarafındaki füzyon hattının T91 ana metalinin yakınında.

Bunun nedeni T91'in yaklaşık 9% krom içermesi, 2.25Cr-1Mo kaynak telinin ise yaklaşık 2.25% karbon içermesidir.

Kaynak sonrası tavlama işleminden sonra, T91 tarafındaki ısıdan etkilenen bölgedeki krom içeriği kaynak dikişi tarafındakinden çok daha yüksektir, bu da büyük miktarda karbonun ana metale doğru göç etmesine ve sertliği artıran ve daha da sert bir mikro yapıya neden olan karbon zenginleştirme katmanlarına neden olur.

Buna karşılık, kaynak dikişi tarafı, daha düşük sertlik ve daha yumuşak mikroyapı ile şiddetli dekarbürizasyondan muzdariptir ve bu da eklemin performansının düşmesine neden olur.

9Cr-1Mo kaynak malzemesi seçilirse, T22 tarafındaki kaynak dikişinde karbon zenginleşmesi ve ana malzemede dekarbürizasyon yaşanacaktır. Bu tür kimyasal bileşim süreksizliklerine sahip bileşenler yüksek sıcaklıklarda çalıştığında, karbon göçünün uzun süre devam ettiği, eklemin performansını ciddi şekilde bozduğu ve operasyonel arızalara neden olduğu unutulmamalıdır.

Çalışmalar, yukarıdaki olayları önlemek veya azaltmak için, kaynak için 5Cr-1Mo ara kimyasal bileşimlerine sahip kaynak malzemelerinin kullanılabileceğini veya karbon elementini katılaştırmak ve karbon sapmasının oluşumunu azaltmak için kaynak malzemelerine Nb ve V gibi karbür stabilize edici elementlerin eklenebileceğini göstermiştir.

Yerli bir şirket tarafından yapılan ön deneylerde, CM-9cb, TGS-9cb ve MGS-9cb gibi Nb ve V içeren T91 kaynak malzemelerinin yukarıdaki aynı malzeme farklı çeliğin kaynağı için kullanılması iyi sonuçlar vermiştir.

Bölüm 6. Karbon Çelik, Düşük Alaşımlı Çelik ve Östenitik Paslanmaz Çeliklerin Farklı Çelik Kaynağı için Kaynak Malzemesi Seçimi

Karbon çeliği, düşük alaşımlı çelik ve östenitik paslanmaz çelikten oluşan birbirine benzemeyen çelik bağlantıları kaynaklarken, kaynak malzemelerinin seçimi bağlantının çalışma sıcaklığı ve gerilim koşullarına göre yapılmalıdır.

Basınç taşıyan ve 315°C'nin altındaki sıcaklıklarda çalışan farklı çelik bağlantıları için, östenitik paslanmaz çelikte yüksek Cr ve Ni alaşım içeriğine sahip kaynak malzemeleri kullanılabilir. Karbon çeliği (alaşımlı çelik) ve östenitik çeliğin kimyasal bileşiminin yanı sıra füzyon oranının büyüklüğüne bağlı olarak, kaynakta büyük miktarlarda martenzit oluşumunu önlemek için belirli bir nikel eşdeğeri ve krom eşdeğeri yapı diyagramına göre uygun Cr ve Ni içeriğine sahip östenitik paslanmaz çelikten uygun kaynak malzemeleri seçilir.

Elbette, karbon çeliğinin veya düşük alaşımlı çeliğin füzyon hattının yakınında, küçük martensitik bölgeler oluşabilir. Azaltarak karbon içeriği Kaynak malzemesi, martensitik yapı daha iyi plastisiteye sahip düşük karbonlu martensit haline gelebilir ve bu da eklemin iyi performans göstermesini sağlayabilir.

Basınç taşıyan ve 315°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda çalışan farklı çelik bağlantılar için nikel bazlı kaynak malzemeleri kullanılmalıdır. Örneğin, ECrNiFe-2, ERCrNiFe-3 vb. Bunun ana nedeni, sıradan östenitik paslanmaz çelik kaynak malzemelerinin kullanılmasının aşağıdaki sorunlara neden olmasıdır:

a) Ferrit ve ferrit arasındaki termal genleşme katsayısındaki önemli fark nedeniyle ostenityüksek sıcaklıkta çalışma sırasında termal stres ve termal yorulma hasarı meydana gelebilir.

b) Alaşım elementi içeriğindeki büyük fark nedeniyle, yüksek sıcaklıkta çalışma altında kaynaklı bağlantıda şiddetli dekarbürizasyon ve karbon zenginleştirme katmanları oluşabilir ve bu da yüksek sıcaklık performansının bozulmasına neden olur.

c) Kaynaşma hattına yakın martenzit bölge yapısı nedeniyle, kaynağın yerel mikroyapısı su verilmiş ve sertleştirilmiş hale gelir.

Nikel bazlı kaynak malzemelerinin kullanılması yukarıdaki olguları önleyebilir. Bunun nedeni şudur:

a) Nikel bazlı malzemelerin ısıl genleşme katsayısı ferrit ile östenit arasındadır.

b) Nikel bazlı malzemeler kaynaklı bağlantıda dekarbürizasyona veya karbon zenginleşmesine neden olmaz.

c) Nikel bazlı malzemeler kaynak sırasında martenzit yapı oluşturmayacaktır.

Bu, bağlantının yüksek sıcaklık performansını büyük ölçüde artırır.

Bununla birlikte, yüksek sıcaklıklarda çalışan basınç taşımayan kaynaklı bağlantılar için, nikel bazlı elektrotların kullanımı performans gereksinimlerini karşılayabilse de, üretim maliyeti pahalıdır ve kullanımlarına gerek yoktur.

Diğer daha ucuz kaynak malzemeleri de aynı amaca ulaşabilir. Çok sayıda deneysel çalışma sayesinde, yabancı ülkeler basınç taşımayan kaynak malzemeleri için köşe kaynaklari Kazan imalatında, boru karbon çeliğinden veya düşük alaşımlı çelikten ve ek parça östenitik paslanmaz çelikten yapıldığında, kaynak malzemeleri daha düşük dereceli prensiplere göre seçilmelidir.

Örneğin, SA210C boruları ve SA240-304 ataşmanlarını kaynaklarken, manuel ark kaynağı için AWS E7018-A1 (GB E5018-A1) kullanılabilir ve östenitik paslanmaz çelik kaynak malzemeleri kullanmak yerine gaz korumalı kaynak için MGS-M veya TGS-M (KOBE kaynak malzemeleri) kullanılabilir.

Bunun ana nedeni, östenitik paslanmaz çelik kaynak malzemesinin kullanılmasının boru tarafındaki füzyon hattının yakınında martenzit bölgesi oluşturması ve çalışma sırasında boru tarafında çatlaklar meydana gelirse boru sızıntısına neden olmasıdır. Bununla birlikte, sıradan düşük dereceli kaynak malzemelerinin kullanılması, ek tarafındaki füzyon hattına yakın martensit bölgeleri üretecektir. Çatlaklar oluşsa bile, bağlantı tarafındaki boruya zarar vermezler.

Tersine, boru östenitik paslanmaz çelikten ve ek parça düşük karbonlu çelikten veya düşük alaşımlı çelikten yapıldığında, E309Mo(L) kaynak malzemesi, martenzit bölgesinin ek parça tarafındaki füzyon hattının yakınında oluşmasını sağlamak için kullanılmalıdır.

Bu prensipler 300.000 kW ve 600.000 kW ısıtma yüzeyi borularının üretiminde uygulanmış ve 200.000 kW ısıtma yüzeyi borularının üretiminde resmi olarak uygulanmıştır.