Технические новинки Vol.32

Vol.33: Флюсовые сварочные проволоки (FCW) для нержавеющей стали для разных областей применения

1. Предисловие

KOBE STEEL предлагает широкий ассортимент флюсовой сварочной проволоки (FCW) для нержавеющей стали, отвечающий конкретным нуждам разных отраслей. В данной статье описаны свойства этих флюсовых проволок и объясняются методы выбора наиболее подходящих FCW для сварки нержавеющей стали в конкретных областях применения.

2. Свойства флюсовых сварочных проволок (FCW) для нержавеющей стали серии DW

FCW отличаются высокой производительностью наплавки и пригодностью к эксплуатации. Первое свойство позволяет сократить время сварки. Второе, за счет сокращения разбрызгивания, помогает уменьшить затраты времени на такие процедуры, как удаление капель, налипших на стальные пластины во время сварки. Оба эти свойства способствуют повышению производительности. Когда FCW применяются для сварки аустенитной нержавеющей стали, шовные валики имеют хороший внешний вид и высокую сопротивляемость коррозии.

KOBE STEEL разработала много разных флюсовых сварочных проволок (FCW) для нержавеющей стали, обладающих отличными свойствами. FCW серии DW - одна из известных линеек компании.

3. Стандарты FCW для нержавеющей стали

В области сварки имеются три широко известных стандарта - JIS, AWS и ISO. Их классификации представлены в Таблице 1. FCW классифицируют по химическому составу сварочного металла, типу защитного газа и применяемых позициях сварки.

Например, классификация [P] DW-308L по каждому стандарту представлена в Таблице 2. Такие обозначения как 308 или 316, показывающие химические формулы всех сварочных металлов в наименованиях марок FCW для нержавеющей стали, соответствуют классификациям JIS и AWS.

Таблица 2: Пример стандарта и классификации [P] DW-308L

Стандарт	Классификация
JIS Z 3323-2007	TS308L-FB0
AWS A5.22	E308LT0-1 E308LT0-4
ISO 17633	-A -T 19 9 L R C1 3 -A -T 19 9 L R M21 3

4. FCW для нержавеющей стали серии DW

4-1. Многоцелевые FCW для нержавеющей стали серии DW

Многоцелевые FCW для нержавеющей стали серии DW отличаются высокой пригодностью к эксплуатации при сварке обычных, а также горизонтальных угловых швов. Ноль (0) в классификациях AWS и JIS обозначает позицию сварки. Типичные многоцелевые FCW для нержавеющей стали серии DW показаны в Таблице 3.

Пользователям рекомендуется выбирать FCW, предназначенную для конкретного основного металла и цели применения, как показано в таблице 4.

Таблица 3: Типичные Многоцелевые FCW для нержавеющей стали серии DW

Торговая марка	AWS A5.22	JIS Z 3323	Основные химические составы	Применяемая позиция сварки
DW-308	E308T0-1/4	TS308-FB0	20Cr-10Ni	Обычный и горизонтальный угловой шов
[P] DW-309	E309T0-1/4	TS309-FB0	24Cr-13Ni	То же
[P] DW-316	E316T0-1/4	TS316-FB0	19Cr-12Ni-2.3Mo	То же
[P] DW-347	E347T0-1/4	TS347-FB0	19Cr-11Ni-0.6Nb	То же

Таблица 4: FCW для нержавеющей стали и применяемые основные металлы

FCW для нержавеющей стали	Основные металлы
308	304
308L	304L
309	Неоднородный материал
309L	То же
316	316
316L	316L
347	321, 347

Сопротивляемость растрескиванию в целом снижается, когда содержание ферритной фазы в сварочном металле низкое, [P] DW-308 и [P] DW-316 обеспечивают 10% содержание ферритной фазы.

4-2. FCW для низкоуглеродной нержавеющей стали серии DW

L рядом с формулой химического состава обозначает проволоку низкоуглеродного типа, подходящую для сварки такого же низкоуглеродного основного металла. Сварной шов с высоким содержанием углерода может обладать пониженной прочностью на растяжение, так как карбид хрома, образующийся в околошовной зоне (HAZ), вызывает снижение сопротивлению межзеренной коррозии. Однако низкоуглеродная нержавеющая сталь обычно обладает высокой сопротивляемостью межзеренной коррозии, что следует учитывать. Типичные FCW для низкоуглеродной нержавеющей стали показаны в Таблице 5.

Таблица 5: Типичные FCW для низкоуглеродной нержавеющей стали

Торговая марка	AWS A5.22	JIS Z 3323	Основные химические составы	Применяемая позиция сварки
[P] DW-308L	E308LT0-1/4	TS308L-FB0	20Cr-10Ni	Обычный и горизонтальный угловой шов
[P] DW-309L	E309LT0-1/4	TS309L-FB0	24Cr-13Ni	То же
[P] DW-316L	E316LT0-1/4	TS316L-FB0	19Cr-12Ni-2.3Mo	То же

4-3. FCW серии DW для нержавеющей стали для сварки во всех позициях

Таблица 6: Типичные FCW для нержавеющей стали серии DW для позиционной сварки

Торговая марка	AWS A5.22	JIS Z 3323	Основные химические составы	Применяемая позиция сварки
[P] DW-308LP	E308LT1-1/4	TS308L-FB1	20Cr-10Ni	Все позиции
[P] DW-309LP	E309LT1-1/4	TS309L-FB1	24Cr-13Ni	То же
[P] DW-316LP	E316LT1-1/4	TS316L-FB1	18Cr-12Ni-2.8Mo	То же

4-4. FCW для нержавеющей стали серии DW для сварки при низких температурах

LT в марке FCW означает, что она предназначена для сварки при низких температурах, когда прочность в целом снижается по мере повышения содержания ферритной фазы в сварочном металле. Этот тип FCW сдерживает увеличение содержания ферритной фазы. В то же время эта проволока поддерживает поглощенную энергию на уровне равном или большем 27J при -196 °C (температура кипения жидкого азота). С другой стороны, поскольку сопротивление горячему растрескиванию снижается при низком содержании ферритной фазы, при разработке проволоки необходимо учитывать баланс между прочностью и сопротивляемостью горячему растрескиванию. В любом случае, важно принимать во внимание излишне сильный сварочный ток и скорость сварки, а также применять широкую кромку для ограничения горячего растрескивания во время сварки.

В таблице 7 показаны типичные FCW для нержавеющей стали серии DW для сварки при низких температурах и их характеристики.

Таблица 7: Типичные FCW для нержавеющей стали серии DW для сварки при низких температурах

Торговая марка	AWS A5.22	JIS Z 3323	Химический состав сварочного металла (% массы)							Прочность на растяжение		Ударные свойства (-196°C)
			C	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	FN*	TS (MPa)	El (%)	Поглощенная энергия (J)	Lateral expansion (mm)
[P] DW-308LT	E308LT0-1/4	TS308L-FB0	0.021	0.31	2.49	10.36	18.58	-	3	530	51	38	0.60
[P] DW-316LT	E316LT1-1/4	TS316L-FB0	0.020	0.37	1.58	11.89	17.57	2.20	5	530	44	39	0.56

*FN: Ферритное число по Диаграмме Делонга

4-5. FCW для нержавеющей стали серии DW-H для сварки при высоких температурах

Во многие многоцелевые FCW для нержавеющей стали серии DW добавляют очень небольшое количество окиси висмута (Bi2O3) - легкоплавкого оксида металла, который улучшает удаляемость шлака.

Однако висмут (Bi), активизирующий элемент на поверхности, скапливается на границе провара и может вызывать разломы под постоянной разрывной нагрузкой при долговременном воздействии высокой температуры. Таким образом, согласно AWS, содержащая висмут FCW для нержавеющей стали не подходит для сварки при температурах выше 400 °C или для послесварочной тепловой обработки (PWHT) при температурах выше 500 °C.

FCW серии DW-H, не содержащие висмут, были специально разработаны для применения в условиях высоких температур.

Хотя JIS Z 3323 требует, чтобы содержание висмута во всех сварочных металлах составляло менее 10 ppm (0,001%), такое количество на практике интерпретируется как отсутствие добавки висмута. Обозначение BiF указывает на сварочные материалы для нержавеющей стали без добавки висмута, например, YF308C-BIF.

Таблица 8: Типичные FCW для нержавеющей стали серии DW-H для сварки при высоких температурах

Торговая марка	AWS A5.22	JIS Z 3323	Химический состав сварочного металла (% массы)									Прочность на растяжение
			C	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	Bi	N	FNW*	TS (MPa)	El (%)
[P] DW-308H	E308HT1-1/4	TS308H-BiF-FB0	0.056	0.49	1.16	9.14	18.65	-	<0.001	0.028	5	607	47
[P] DW-308LH	E308LT1-1/4	TS308L-BiF-FB0	0.026	0.41	1.35	10.20	18.70	-	<0.001	0.030	4	540	52
[P] DW-316H	E316T1-1/4	TS316H-BiF-B0	0.059	0.52	1.16	11.48	19.03	2.32	<0.001	0.026	7	584	45
[P] DW-316LH	E316LT1-1/4	TS316L-BiF-FB0	0.023	0.45	1.08	11.94	18.47	2.45	<0.001	0.030	7	540	45
[P] DW-347H	E347T1-1/4	TS347-BiF-FB0	0.059	0.45	1.59	9.57	18.92	Nb: 0.69	<0.001	0.034	5	662	34
[P] DW-309LH	E309LT1-1/4	TS309L-BiF-FB0	0.028	0.47	1.24	12.58	24.17	-	<0.001	0.021	20	578	39
[P] DW-310	E310T0-1/4	TS310-FB0	0.18	0.42	2.01	20.73	25.76	-	<0.001	0.019	0	620	40

*FNW: ферритное число по Диаграмме WRC-1992

Очевидно, что сварочный металл без висмута обладает большей пластичностью при высоких температурах, чем сварочные металлы, содержащие висмут.

FCW для нержавеющей стали серии DW-H дают более низкое содержание ферритной фазы, чем обычные FCW для нержавеющей стали. Это происходит потому, что ферритная фаза в сварочном металле переходит в хрупкую сигма-фазу при высоких температурах, что приводит к снижению механических свойств сварочного металла. В качестве критерия содержания ферритного контента третье издание API PR582 указывает, что его следует поддерживать на уровне 9 FN (на основании WRC Диаграммы-1992) или менее, если сварочный металл подвергается воздействию температур выше 538 °C.

4-6. FCW для нержавеющей стали серии DW-XR с низкой эмиссией шестивалентного хрома Cr(VI)

Сварочный дым - это сложная смесь оксидов металлов, силикатов и фторидов, испускаемых парами металла во время сварки. При сварке нержавеющей стали дым содержит от 5 до 20% оксида хрома, часть которого присутствует в виде опасного соединения шестивалентного хрома Cr(VI). Содержание шестивалентного хрома Cr(VI) строго контролируется - такая тенденция наблюдается во всем мире.

FCW для нержавеющей стали серии DW-XR снижают содержание шестивалентного хрома Cr(VI) в сварочном дыме. FCW серии DW-XR для сварки нормальных и горизонтальных угловых швов, а также для позиционной сварки, разрабатывались для нержавеющей стали 308L, 316L и 309L. Предлагаемая линейка представлена в Таблице 9.

Таблица 9: FCW для нержавеющей стали серии DW-XR с низкой эмиссией шестивалентного хрома Cr(VI)

Торговая марка	AWS A5.22	Основные химические составы	Применяемая позиция сварки
DW-308L-XR	E308LT0-1/4	20Cr-10Ni	Обычный и горизонтальный угловой шов
[P] DW-309L-XR	E309LT0-1/4	24Cr-13Ni	То же
[P] DW-316L-XR	E316LT0-1/4	18Cr-12Ni-2.3Mo	То же
[P] DW-308LP-XR	E308LT1-1/4	20Cr-10Ni	Все позиции
[P] DW-309LP-XR	E309LT1-1/4	24Cr-13Ni	То же
[P] DW-316LP-XR	E316LT1-1/4	18Cr-12Ni-2.3Mo	То же

4-7. FCW для нержавеющей стали серии DW-G для листового металла

FCW для нержавеющей стали серии DW-G позволяет вести стабильную сварку листового металла даже при низком сварочном токе. Хотя сварка листового металла требует применения обычной FCW или сплошной проволоки диаметром 0,9 mm (φ), в случае FCW серии DW-G может применяться диаметр 1,2 mm, что удобнее и дешевле. В Таблице 10 показана линейка FCW для нержавеющей стали серии DW-G.

Таблица 10: FCW для нержавеющей стали серии DW-G для листового металла

Торговая марка	AWS A5.22	JIS Z 3323	Основные химические составы	Применяемая позиция сварки
[P] DW-G308L	E308LT0-1/4	TS308L-FB0	20Cr-10Ni	Обычный и горизонтальный угловой шов
[P] DW-G309L	E309LT0-1/4	TS309L-FB0	24Cr-13Ni	То же
[P] DW-G316L	E316LT0-1/4	TS316L-FB0	19Cr-12Ni-2.3Mo	То же

Соотношение между длиной катета и скоростью сварки в горизонтальных угловых швах показано на Иллюстрации 5. Иллюстрация 6 показывает оптимальный диапазон параметров сварки для FCW для нержавеющей стали серии DW-G (1,2 mmφ) в сравнении с обычными FCW (0,9 mmφ).

4-8. FCW для сплавов на основе никеля серии DW-N

Обозначение N (никель) в названии серии DW-N означает сплавы на никелевой основе. FCW серии DW-N обладают такой же отличной пригодностью к эксплуатации, что и FCW для нержавеющей стали. При сварке с применением FCW серии DW-N рекомендуется избегать излишне высокого сварочного тока и скорости, а также использовать более широкие кромки. Типичные FCW серии DW-N показаны в Таблице 11.

Таблица 11: Типичные FCW серии DW-N

Торговая марка	AWS A5.34	JIS Z 3335	Основные химические составы	Применяемая позиция сварки
[P] DW-N625	ENiCrMo3T1-1/4	TNi6625-PB1	63Ni-21Cr-9Mo-3.5Nb	Все позиции
[P] DW-N709SP	ENiMo13T1-1/4	TNi1013-PB1	63Ni-7Cr-18Mo	То же

5. FCW для нержавеющей стали металлического типа серии MX

Поскольку FCW для нержавеющей стали металлического типа серии MX обладают почти такой же эффективностью наплавки, что и сплошные проволоки, сварка более продуктивна с FCW серии MX, чем с флюсовыми FCW для нержавеющей стали. Типичные FCW серии MX показаны в Таблице 12.

Таблица 12: Типичные FCW серии MX

Торговая марка	AWS A5.22	JIS Z 3323	Основные химические составы	Применяемая позиция сварки
[P] MX-A308L	EC308L	TS308L-MM0	20Cr-10Ni	Обычный и горизонтальный угловой шов
[P] MX-A309L	EC309L	TS309L-MM0	24Cr-13Ni	То же
[P] MX-A316L	EC316L	TS316L-MM0	19Cr-12Ni-2.3Mo	То же

6. FCW для нержавеющей стали серии MM для сварки MIG со 100% защитным Ar

FCW для нержавеющей стали серии MM применяются исключительно для сварки MX-MIG со 100%-ным защитным Ar. Эти проволоки предлагаются для сварки углеродистой и нержавеющей стали.

Характеристики процесса MX-MIG для сварки нержавеющей стали:

(1) Применение чистого Ar в качестве защитного газа дает такое же содержание углерода в сварочном металле, что и сварка TIG.

(2) Может применяться для более широкого диапазона сварочного тока от примерно 150 A до 300 A.

(3) Малое разбрызгивание и образование сварочного дыма улучшает условия сварки.

(4) Сварочный металл с низким содержанием углерода обладает такой же высокой сопротивляемостью коррозии, что и сварочный металл TIG.

(5) Дает низкую скорость растворения даже при высоких значениях сварочного тока, таких как 300 A, почти равную показателю сварки с защитным CO₂ при 150 A.

Типичные FCW для нержавеющей стали серии MM показаны в Таблице 13.

Таблица 13: Типичные FCW для нержавеющей стали серии MM

Торговая марка	AWS A5.22	JIS Z 3323	Основные химические составы	Применяемая позиция сварки
[P] MM-308L	E308LT0-G	TS308L-FG0	20Cr-10Ni	Обычный и горизонтальный угловой шов
[P] MM-309L	E309LT0-G	TS309L-FG0	24Cr-13Ni	То же
[P] MM-316L	E316LT0-G	TS316L-FG0	19Cr-12Ni-2.3Mo	То же

7. Флюсовые присадочные прутки серии TG-X для проварки корня шва TIG

Проварка корня шва TIG на трубах из нержавеющей стали обычно требует защиты обратной стороны шва 100%-ным газом Ar для предотвращения окисления подварочного шва. Однако это требует больших затрат времени, а стоимость защитного газа Ar крайне высока.

Флюсовые присадочные прутки серии TG-X- для проварки корня шва - это сварочные материалы TIG с флюсом (как и обычные FCW). Они не требуют защиты газом подварочного шва, так как его защищает шлак, образующийся во время сварки. Еще одно преимущество присадочных прутков TG-X заключается в том, что отсутствие необходимости защиты газом обратной стороны шва позволяет сварщикам работать внутри труб без риска асфиксии.

Таблица 14: Флюсовые присадочные прутки серии TG-X

Торговая марка	AWS A5.22	JIS Z 3323	Основные химические составы	Применяемая позиция сварки
[P] TG-X308L	R308LT1-5	TS308L-RI	20Cr-10Ni	Все позиции
[P] TG-X309L	R309LT1-5	TS309L-RI	24Cr-13Ni	То же
[P] TG-X316L	R316LT1-5	TS316L-RI	19Cr-12Ni-2.3Mo	То же
[P] TG-X347	R347T1-5	TS347-RI	19Cr-10Ni-0.6Nb	То же

Скорость ручной подачи присадочных прутков TG-X немного отличается от скорости подачи обычных присадочных прутков для TIG. Чтобы обеспечить стабильное расплавление оптимального количества, подача присадочного прутка TG-X должна выполняться небольшими порциями в быстром темпе. Поскольку эти прутки разработаны исключительно для проварки корня шва, использование их для второго и последующих проходов не рекомендуется, так как это может вызвать шлаковые включения.

8. Схематическая диаграмма FCW для нержавеющей стали серии DW

Схематическая диаграмма FCW для нержавеющей стали серии DW показана на Иллюстрации 10.

9.Postscript

Как изложено в этом выпуске, KOBE STEEL, LTD. разработала разные типы FCW для сварки нержавеющей стали, отвечая на запросы клиентов.

В случае затруднений с выбором и использованием оптимальных сварочных материалов для нержавеющей стали свяжитесь с ближайшим отделением или представителем KOBELCO.

Изложение
Han Peng,
Инженер-исследователь,
Отдел сварочных систем, Технологический центр, Подразделение сварки
KOBE STEEL, LTD.

Page Top