Método de soldagem de aço inoxidável martensítico e aço inoxidável duplex

1. O que são aços inoxidáveis ​​martensíticos e aço inoxidável duplex?

A microestrutura é martensítica à temperatura ambiente e suas propriedades mecânicas podem ser ajustadas por tratamento térmico. Em termos leigos, é um tipo de aço inoxidável endurecível. Os tipos de aço pertencentes ao aço inoxidável martensítico incluem 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13, 3Cr13Mo, 1Cr17Ni2, 2Cr13Ni2, 9Cr18, 9Cr18MoV, etc.

2. Métodos de soldagem comumente usados

Soldagem O aço inoxidável martensítico pode ser soldado por vários métodos de soldagem a arco. Atualmente, a soldagem a arco elétrico ainda é o método principal, mas o uso de soldagem com proteção de gás de dióxido de carbono ou soldagem com proteção de gás misto de argônio e dióxido de carbono pode reduzir bastante o teor de hidrogênio na solda, reduzindo assim a sensibilidade da solda a rachadura a frio.

3. Materiais de soldagem comuns

(1) Eletrodos e fios de aço inoxidável martensítico Cr13

Normalmente, quando a solda tem requisitos de alta resistência, o uso de eletrodo e arame de aço inoxidável martensítico Cr13 pode tornar a composição química do metal de solda semelhante à do metal base, mas a solda tem maior tendência à trinca a frio.

Precauções:

uma. O pré-aquecimento antes da soldagem é necessário, e a temperatura de pré-aquecimento não deve exceder 450°C para evitar a fragilização a 475°C. Após a soldagem, o tratamento térmico é realizado. O tratamento térmico pós-soldagem consiste em resfriar a 150-200 ° C, mantê-lo aquecido por 2 horas para que todas as partes da austenita sejam transformadas em martensita e, em seguida, realizar imediatamente o revenimento em alta temperatura, aquecendo a 730-790 ° C , e então o tempo de espera é a cada 1 mm de espessura da placa é de 10 minutos, mas não inferior a 2 horas e, finalmente, refrigerado a ar.

b. Para evitar rachaduras, o teor de S e P em eletrodos e fios deve ser inferior a 0.015% e o teor de Si não deve ser superior a 0.3%. O aumento do teor de Si promove a formação de ferrita primária grosseira, resultando na diminuição da plasticidade da junta. O teor de carbono geralmente deve ser inferior ao do metal base, o que pode reduzir a temperabilidade.

(2) Eletrodos e fios de aço inoxidável austenítico Cr-Ni

O metal de solda do tipo aço austenítico Cr-Ni possui boa plasticidade, o que pode aliviar o estresse gerado durante a transformação martensítica na zona afetada pelo calor. Além disso, a solda de aço inoxidável austenítico Cr-Ni tem uma alta solubilidade para hidrogênio, o que pode reduzir a difusão de hidrogênio do metal de solda para a zona afetada pelo calor e efetivamente prevenir trincas a frio, portanto, o pré-aquecimento não é necessário. No entanto, a resistência da solda é baixa e não pode ser melhorada pelo tratamento térmico pós-soldagem.

4. Problemas comuns de soldagem

(1) solda de trinca a frio

Devido ao alto teor de cromo do aço inoxidável martensítico, sua temperabilidade é muito melhorada. Independentemente do estado original antes da soldagem, a soldagem sempre produzirá uma estrutura de martensita na área próxima à costura. À medida que a tendência de endurecimento aumenta, a junta também é mais sensível à trinca a frio, especialmente na presença de hidrogênio, e o aço inoxidável martensítico também produzirá trincas retardadas induzidas por hidrogênio mais perigosas.

medir:

1) A taxa de resfriamento pode ser reduzida usando uma corrente de soldagem com uma grande energia de linha e uma grande corrente de soldagem;

2) Para diferentes tipos de aço, a temperatura entre as camadas é diferente, geralmente não inferior à temperatura de pré-aquecimento;

3) Resfrie lentamente a 150-200°C após a soldagem e execute o tratamento térmico pós-soldagem para eliminar a tensão residual da soldagem, remover o hidrogênio difundido na junta e melhorar a estrutura e o desempenho da junta.

(2) Fragilidade da zona afetada pelo calor

Aços inoxidáveis ​​martensíticos, especialmente aços inoxidáveis ​​martensíticos com elementos formadores de ferrita mais elevados, têm uma tendência maior para o crescimento do grão. Quando a taxa de resfriamento é pequena, ferrita grossa e carbonetos são facilmente produzidos na zona afetada pelo calor da soldagem; quando a taxa de resfriamento é alta, a zona afetada pelo calor endurece e forma martensita grosseira. Essas estruturas grosseiras reduzem a plasticidade e a tenacidade da zona afetada pelo calor soldada do aço inoxidável martensítico e causam fragilização.

medir:

1) Controle uma taxa de resfriamento razoável;

2) Escolha a temperatura de pré-aquecimento de forma razoável, e a temperatura de pré-aquecimento não deve exceder 450°C, caso contrário, as juntas podem ficar fragilizadas a 475°C se forem expostas a altas temperaturas por muito tempo;

3) Seleção razoável de materiais de soldagem para ajustar a composição da solda para evitar ao máximo a geração de ferrita grosseira na solda.

5. Processo de soldagem

1) Pré-aquecimento antes da soldagem

O pré-aquecimento antes da soldagem é a principal medida tecnológica para prevenir trincas a frio. Quando a fração de massa de C é de 0.1%~0.2%, a temperatura de pré-aquecimento é de 200~260°C e pode ser pré-aquecida a 400~450°C para soldas de alta rigidez.

2) Resfriamento após a soldagem

Após a soldagem, a solda não deve ser revenida diretamente da temperatura de soldagem, pois a austenita pode não ser totalmente transformada durante o processo de soldagem. Se a temperatura for elevada e revenida imediatamente após a soldagem, os carbonetos irão precipitar ao longo do limite de grão da austenita e a transformação da austenita em perlita produz uma estrutura de granulação grossa que reduz seriamente a tenacidade. Portanto, a soldagem deve ser resfriada antes do revenido, de modo que a austenita na solda e na zona afetada pelo calor seja basicamente decomposta. Para soldagens com baixa rigidez, pode ser resfriado à temperatura ambiente e depois revenido; para soldagens de grande espessura, é necessário um processo mais complicado; após a soldagem, esfrie a 100-150°C, mantenha aquecido por 0.5-1h e, em seguida, aqueça até a temperatura de revenimento.

3) Tratamento térmico pós-soldagem

O objetivo é reduzir a dureza da solda e da zona afetada pelo calor, melhorar a plasticidade e a tenacidade e, ao mesmo tempo, reduzir a tensão residual da soldagem. O tratamento térmico pós-soldagem é dividido em revenimento e recozimento completo. A temperatura de revenimento é de 650-750°C, mantida por 1 hora e resfriada ao ar; se a solda precisar ser usinada após a soldagem, a fim de obter a menor dureza, o recozimento completo pode ser usado. A temperatura de recozimento é de 830-880°C e a preservação do calor é de 2 horas. Em seguida, ar fresco.

4) Seleção da vareta de solda

Os eletrodos para soldagem de aço inoxidável martensítico são divididos em duas categorias: eletrodos de aço inoxidável cromo e eletrodos de aço inoxidável austenítico cromo-níquel. Os eletrodos de aço inoxidável cromo comumente usados ​​são E1-13-16 (G202) e E1-13-15 (G207); eletrodos de aço inoxidável austenítico cromo-níquel comumente usados ​​são E0-19-10-16 (A102), E0-19-10-15 (A107), E0-18-12Mo2-16 (A202), E0-18-12Mo2-15 (A207), etc

Soldagem de aço inoxidável duplex

1. Soldabilidade do aço inoxidável duplex

A soldabilidade de aço inoxidável duplex combina as vantagens do aço austenítico e do aço ferrítico e reduz suas respectivas deficiências.

(1) A sensibilidade a trincas a quente é muito menor que a do aço austenítico;

(2) A sensibilidade a trincas a frio é muito menor do que a do aço geral de baixa liga e alta resistência;

(3) Depois que a zona afetada pelo calor é resfriada, mais ferrita é sempre retida, aumentando assim a tendência à corrosão e a suscetibilidade à trinca induzida por hidrogênio (fragilidade);

(4) As juntas soldadas de aço inoxidável duplex podem precipitar a fragilização da fase δ. A fase δ é um composto intermetálico de Cr e Fe. Sua temperatura de formação varia de 600 a 1000 ° C. Diferentes tipos de aço possuem diferentes temperaturas para formar a fase δ;

(5) O aço inoxidável duplex contém 50% de ferrita, que também apresenta fragilidade a 475°C, mas não é tão sensível quanto o aço inoxidável ferrítico;

2. Seleção do método de soldagem

A soldagem TIG é a primeira escolha para soldagem de aço duplex, seguido de soldagem a arco elétrico. Quando a soldagem por arco submerso é usada, a entrada de calor e a temperatura da camada intermediária devem ser rigorosamente controladas e grandes taxas de diluição devem ser evitadas.

Aviso:

Ao usar soldagem TIG, é aconselhável adicionar 1-2% de nitrogênio ao gás de proteção (se N for superior a 2%, aumentará a tendência de poros e o arco ficará instável), para que o metal de solda absorva nitrogênio (para evitar a área da superfície da solda devido à perda de nitrogênio por difusão), o que é propício para estabilizar a fase austenita na junta soldada.

3. Seleção de consumíveis de soldagem

Consumíveis de soldagem com maiores elementos formadores de austenita (Ni, N, etc.) são selecionados para promover a transformação de ferrita em austenita na solda.

O aço 2205 usa principalmente fio ou vareta de solda 22.8.3L, e o aço 2507 usa principalmente fio de solda 25.10.4L ou vareta de solda 25.10.4R.

4. Pontos de soldagem

(1) Controle do processo térmico de soldagem A energia térmica da soldagem, a temperatura intercamada, o pré-aquecimento e a espessura do material afetarão a taxa de resfriamento durante a soldagem, afetando assim a estrutura e o desempenho da solda e da zona afetada pelo calor. Para obter as melhores propriedades do metal de solda, recomenda-se que a temperatura máxima de interpasse seja controlada em 100°C. Quando o tratamento térmico é necessário após a soldagem, a temperatura entre passes pode não ser limitada.

(2) Tratamento térmico pós-soldagem É melhor não tratamento térmico em aço inoxidável duplex após a soldagem. Quando o tratamento térmico é necessário após a soldagem, o método de tratamento térmico usado é a têmpera com água. Durante o tratamento térmico, o aquecimento deve ser o mais rápido possível, e o tempo de permanência na temperatura de tratamento térmico é de 5 a 30 minutos, o que deve ser suficiente para restaurar o equilíbrio de fases. A oxidação do metal é muito séria durante o tratamento térmico e a proteção de gás inerte deve ser considerada.