Zavarivanje različitih metala

Welding of different metals

Welding of dissimilar metals or joining by brazing or solid state welding processes (such as friction welding, diffusion welding and explosive welding) is possible in most combinations. When fusion welding processes are used, success depends on several factors.

Što su različiti metali?

Različiti metali znače ili:

• Oni koji su kemijski različiti (primjer: čelik, bakar, aluminij) odn
• Oni koji su metalurški različiti (primjer: meki čelik, nehrđajući čelik).

Weldability problems when welding dissimilar metals

Ako se točke taljenja dvaju zavarenih elemenata razlikuju za više od 100°C, skrućivanje i skupljanje metala s višom točkom tališta izazvat će naprezanja u drugom metalu, koji je samo djelomično skrutnut i stoga slab, i uzrokovati da puknuće.

U nekim slučajevima, problem se rješava premazivanjem spojne površine osnovnog metala s višim talištem dodatnim metalom, čije talište leži između tališta dvaju osnovnih metala.

Konačni zavar je napravljen između maslacem premazane površine i drugog osnovnog metala. Dodatni metal treba biti onaj koji je prikladan za osnovni metal nižeg tališta.

Ako se koristi dodatni metal s visokim talištem, doći će do prekomjernog razrjeđivanja od osnovnog metala s niskim talištem. Blagi čelik i aluminij primjeri su dvaju metala koji imaju vrlo različita tališta.

Zavarivanje različitih metala Briga o toplinskoj vodljivosti

Kada se zavaruju dva metala značajno različite toplinske vodljivosti, unos topline može biti dobar za jedan, a premali ili prevelik za drugi.

To je zbog različitih stopa provođenja topline iz rastaljenog bazena na dva osnovna metala. Pravilna toplinska ravnoteža se u ovom slučaju postiže usmjeravanjem luka na osnovni metal s većom toplinskom vodljivošću ili njegovim selektivnim predgrijavanjem.

U usporedbi s mekim čelikom, bakar i aluminij imaju vrlo visoku toplinsku vodljivost, dok austenitni čelik i monel imaju mnogo manju.

Welding of different metals Care of thermal expansion

Ako dva metala koja se zavaruju imaju različite koeficijente toplinskog rastezanja, rezultirajući spoj ima visoka unutarnja naprezanja.

Ovaj čimbenik postaje ozbiljniji kada je spoj tijekom rada izložen cikličkim temperaturama. Uobičajeni primjer je spajanje čelika 244 Cr-1 Mo s austenitnim nehrđajućim čelikom tipa 304 ili 316 u termoelektrani.

Koeficijent toplinskog širenja prvog je oko 25% manji od drugog.

U ovom slučaju, preporučljivo je odabrati dodatni metal čiji je koeficijent toplinskog širenja srednji između ta dva.

Dodatni metal također mora imati dovoljnu duktilnost da podnese velika naprezanja. Inconel dodatni metal zadovoljava ove uvjete.

Zabrinutost razrjeđivanja zavara pri zavarivanju različitih metala

Važan čimbenik je razrjeđivanje dodatnog metala s dva različita osnovna metala. Kod zavarivanja taljenjem, dodatni metal i neki dijelovi osnovnog metala tope se zajedno i tvore zavarenu kupku.

Stoga dodatni metal mora biti sposoban lako se legirati s osnovnim metalima i proizvoditi metal za zavarivanje koji je duktilan i bez pukotina.

Ako se u rezultirajućem metalu zavara formiraju složene faze ili intermetalni spojevi, spoj će imati loša mehanička svojstva i bit će neprikladan za upotrebu.

Različiti metali Zabrinutost mikrostrukture zavara

Metalurški, metal za zavarivanje u različitim spojevima bit će jednofazni ili mješavina dviju ili više faza.

Faza može biti intermetalni spoj (primjer: spoj Cu-Al), intersticijski spoj (primjer: željezov karbid ili titanov karbid) ili čvrsta otopina (primjer: bakar i nikal).

Intermetalni spoj treba izbjegavati. Uloga intersticijalnog spoja je promjenjiva. Čvrste otopine su poželjne jer pomažu u proizvodnji dobrog zavara. Bakar i nikal lako se međusobno zavaruju jer tvore niz čvrstih otopina kada se međusobno tale.

Čvrstoća i mehanička svojstva različitog zavarenog spoja određuju se brojem, vrstom, relativnim udjelom i metalurškim rasporedom faza prisutnih u metalu zavara.

Zavarljivost kombinacije različitih metala često se može predvidjeti ispitivanjem faznog dijagrama dotičnih metala.

Ako nastaju intermetalni spojevi, potrebno je koristiti postupke zavarivanja u čvrstom stanju umjesto konvencionalnih postupaka zavarivanja taljenjem. Sljedeća tabela pokazuje stupnjeve zavarljivosti različitih kombinacija metala.

Preheating and interpass temperature for welding dissimilar metals

Za spojeve različitih metala potrebno je pažljivo odabrati postupke toplinske obrade predgrijavanja i poslije zavarivanja. Kada je potrebno prethodno zagrijati samo jedan od dva metala, potrebno je osigurati da se prethodno zagrijavanje može primijeniti neovisno na odgovarajuću stranu spoja.

Toplinska obrada nakon zavarivanja može biti problematična kada je toplina primijenjena na jedan metal štetna za drugi. Tipičan primjer je zavarivanje starosno otvrdljive Ni-Cr legure na nesterilizirani austenitni nehrđajući čelik.

Kada se Ni-Cr legura podvrgne tretmanu starenja, ona će postati osjetljiva na interkristalnu koroziju. Problem se može riješiti korištenjem stabiliziranog nehrđajućeg čelika.

Alternativno, spojna površina komponente Ni-Cr legure koja se stvrdnjava starenjem može se premazati maslacem s Ni-Cr legurom koja se ne stvrdnjava i može se neovisno otvrdnjavati starenjem. Maslacem premazana površina tada se može zavariti na komponentu od nehrđajućeg čelika.

Problem metalurške nekompatibilnosti ponekad se može riješiti upotrebom metalne podloške za punjenje ili zavarivanjem svakog od metala na kompatibilni prijelazni komad.

Na primjer, podloške za punjenje od 321 SS koriste se između Hastelloy X i SAE 8620 čelika; Hastelloy B podloške mogu se koristiti za zavarivanje 304 SS na Monel kao i za A-286 SS na SAE 4140 čelik.

Zavarivanje raznorodnih čelika

U termoelektranama, rafinerijama nafte itd. moraju se zavarivati ​​različite kombinacije ugljičnog čelika, niskolegiranih čelika i nehrđajućeg čelika, uglavnom u obliku cijevi. U donjoj tablici ti su čelici navedeni zajedno sa svojim kraticama koje se koriste radi lakšeg snalaženja.

Osnovni metali za cjevovode Vrsta čelika

Šipke za zavarivanje različitih metala

Postoji sedam klasa dodatnih metala ili elektroda koje se mogu koristiti za spajanje ovih čelika ili njihovih različitih kombinacija. Ovi su:

A.) Ugljični čelik (kao što je E7016 ili E7018)

B.) Ugljik-½ Mo (kao što je E7016-A1 ili E7018-AI)

C.) 1 Cr-½ Mo (kao što je E8016-B2 ili E8018-B2)

D.) 2,15 Cr-1 Mo (kao što je E9016-B3 ili E9018-B3)

E.) 5 Cr-½ Mo (kao što je E8018-B6)

F.) 9 Cr-1 Mo (E9018-B8)

G. Za cikličku uslugu i gdje god se treba koristiti naknadno grijanje:

• 75 nikal-16 krom-7 željezo (tip Inconel- ENiCrFe-3)
• Za necikličku upotrebu iznad 430°C: 75 nikal-16 krom-7 željezo (poželjno)
• 25 krom-20 nikal (tip 310) (alternativni) 25 krom-12 nikal (tip 309) (alternativni)

Za necikličku upotrebu ispod 430°C:

• 25 krom-12 nikal (tip 309)
• 25 krom-20 nikal (tip 310)
• 29 krom- 9 nikal, (tip 312) ili
• 75 nikal-16 krom-7 željezo.

Među dodatnim metalima klase G, tip 309 kao što je E309L ili ER309L (25Cr-12Ni) najprikladniji je za spajanje austenitnog nehrđajućeg čelika s ugljičnim ili niskolegiranim čelikom, jer ima dovoljno visok sadržaj legure da spriječi stvaranje martenzita u metal za zavarivanje nakon potpunog razrjeđivanja s dva bazna metala, i za zadržavanje neke količine ferita u konačnom austenitnom metalu za zavarivanje kako bi se spriječilo vruće pucanje.

Open this in UX Builder to add and edit content