Zavarivanje različitih metala Sigurno spajanje nehrđajućeg čelika s ugljičnim čelikom

#	Pravilo
1	Uvijek koristite E309L ili ER309L punilo -. To je jedino standardno punilo s dovoljno Cr+Ni da ostane austenit nakon razrjeđivanja ugljičnog čelika. Nikada nemojte koristiti E308L ili punilo od ugljičnog čelika na spoju SS-na-CS.
2	Zagrijte samo stranu ugljičnog čelika. Prethodno zagrijavanje nehrđajuće strane uzrokuje osjetljivost. Primijenite toplinu na CS stranu na temelju ekvivalenta ugljika (CE); zaštitite SS stranu izolacijskim omotom ako je potrebno.
3	Nikada nemojte prekoračiti 425 stupnjeva u neprekidnom radu sa spojevima ER309L. Iznad te temperature, ugljik prelazi iz ugljičnog čelika u nehrđajući čelik, uzrokujući krtost u ZUT-u. Nadogradite na ER310 ili Inconel 82 za više temperature.
4	Ograničite unos topline na < 1,5 kJ/mm na nehrđajućoj strani. Perle širokog tkanja i prekomjerni unos topline uzrokuju osjetljivost u SS HAZ. Koristite stringer perle; ohladiti između prolaza na < 175 stupnjeva međuprolazne temperature.
5	Instalirajte dielektričnu izolaciju u vlažnim radnim okruženjima. Nehrđajući čelik je katodan; ugljični čelik je anodan. Bez izolacije, ugljični čelik u blizini zavara korodira 0,5–2,5 mm/godišnje u morskoj vodi.

Situacija	Preporučeno punilo	Prethodno zagrijte CS stranu	Maks. radna temp.	Ključ Pazi-
304/316L SS do A36 ugljični čelik; temp	ER309L ili E309L-16	Ništa (veće ili jednako 10 stupnjeva)	425 stupnjeva (800 stupnjeva F)	Nema PWHT; izbjegavati preosjetljivost
316L SS do A516 Gr 70 tlačna posuda	ER309L ili E309L-16	66-107 stupnjeva	425 stupnjeva (800 stupnjeva F)	ASME Sec IX WPS potreban
SS do visoko{0}}ugljika CS (CE > 0,5); debeli presjek	309L s maslacem	150-175 stupnjeva	425 stupnjeva (800 stupnjeva F)	Maslac CS lice prvo; 2-slojna tehnika
SS-na-CS spoj; radna temperatura 425–870 stupnjeva	ER310	Kao osnovni metal	870 stupnjeva (1600 stupnjeva F)	Sigma faza rizika iznad 700 stupnjeva
SS-do-CS u peći/petrokemiji iznad 500 stupnjeva	ENiCrFe-3 (Legura 82)	Kao osnovni metal	980 stupnjeva (1800 stupnjeva F)	Najskuplji; provjerite CTE kompatibilnost
SS-do-CS u morskoj vodi / agresivna korozija	ENiCrMo-3 (625)	Kao osnovni metal	980 stupnjeva (1800 stupnjeva F)	Katodna zaštita + izolacija
Popravak na terenu; WPS nije dostupan (samo u hitnim slučajevima)	E309L-16 SMAW	Kako CE nalaže	425 stupnjeva (800 stupnjeva F)	Potrebna je WPS kvalifikacija nakon-popravka
Obloga CS s SS slojem	ER309L (prvi sloj); ER308L (kapa)	Kao CS	425 stupnjeva (800 stupnjeva F)	Zaštitni sloj obavezan; provjera razrjeđenja pomoću Schaefflerovog dijagrama

Izvor: Sastavljeno iz AWS A5.4, AWS A5.9, AWS A5.14, ASME Section IX, Lincoln Electric Welding Procedure Guide (2024) i Outokumpu Stainless Steel Welding Handbook (2022).

Dissimilar Metal Welding Joining Stainless Steel to Carbon Steel Safely

Zavarivanje različitih metala između nehrđajućeg čelika i ugljičnog čelika jedan je od najčešćih izazova u proizvodnji - i jedan od najčešćih pogrešaka. Razumijevanje tri temeljne nekompatibilnosti temelj je svake ispravne odluke.

Vlasništvo	304/316L SS	Ugljični čelik A36	A516 Gr 70	SA-106 Gr B	Inženjerski utjecaj na zavarivanje
Toplinska ekspanzija (CTE)	16–17 ×10⁻⁶/ stupanj	11–12 ×10⁻⁶/ stupanj	11,7 ×10⁻⁶/ stupanj	12,0 ×10⁻⁶/ stupanj	40% CTE neusklađenosti → zaostalo naprezanje na sučelju
Toplinska vodljivost	13–16 W/m·K	50–53 W/m·K	48 W/m·K	49 W/m·K	SS zadržava 3–4× više topline → asimetrična ZUT
Raspon topljenja	1370-1400 stupnjeva	1425–1530 stupnjeva	1430–1530 stupnjeva	1430–1530 stupnjeva	Različite brzine skrućivanja → gradijent sastava
Sadržaj ugljika (maks.)	0.03–0.08%	0.26%	0.27%	0.30%	C migrira iz CS u SS pri servisu T > 425 stupnjeva
Granica tečenja (min.)	170-205 MPa	250 MPa	260 MPa	240 MPa	CS jači u prinosu; utječe na dizajn faktora zgloba
Vlačna čvrstoća	485–515 MPa	400–550 MPa	485–620 MPa	415–585 MPa	Usporedivi; dodatni metal premošćuje razliku
Tvrdoća (žarena)	70–85 HRB	60–75 HRB	62–78 HRB	65–80 HRB	Sličan; Ekskurzije tvrdoće ZUT kritičnije
Mikrostruktura	Austenitni FCC	Feritni/perlitni BCC	Feritni/perlitni BCC	Feritni/perlitni BCC	Nekompatibilne kristalne strukture → potreban prijelazni sloj sučelja
Galvanski potencijal (nasuprot SHE)	+0.0 do +0.3V	od −0,4 do −0,6 V	od −0,4 do −0,6 V	od −0,4 do −0,6 V	0,4–0,8 V EMF razlika → galvanska korozija u mokrom radu

Izvori: ASM Handbook Vol. 2: Properties and Selection - Nonferrous Alloys (ASM International, 1990.); ASTM A36/A36M (2019); ASTM A516/A516M (2017); ASME SA-106 (izdanje 2021.); Outokumpu priručnik za nehrđajući čelik (2022).

Tri nekompatibilnosti definiraju sve načine kvara u zavarivanju SS-na-CS: (1) neusklađenost toplinske ekspanzije od 40% koja stvara zaostalo naprezanje; (2) migracija ugljika iz CS u SS iznad 425 stupnjeva; i (3) 0,4–0,8 V galvanske potencijalne razlike koja pokreće koroziju u mokrom okruženju. Svaki izbor metala za punjenje, odluka o predgrijavanju i politika PWHT-a moraju se pozabaviti jednim ili više od ova tri temeljna uzroka.

Nehrđajući čelik širi se i skuplja otprilike 40% više od ugljičnog čelika po stupnju promjene temperature. Na zavarenom spoju ova neusklađenost znači:

Tijekom zavarivanja: SS strana se širi više od CS strane, stvarajući tlačno naprezanje u SS i vlačno naprezanje u CS kako se zavar hladi.

Tijekom rada: svaki toplinski ciklus (pokretanje/gašenje, vruće-hladno ciklus) dodaje inkrementalno oštećenje od zamora na sučelju.

U cikličkom radu: nakon tisuća ciklusa, pukotine nastale zamorom počinju na vrhu zavara na strani ugljičnog čelika - točki najveće koncentracije naprezanja.

Inženjerski odgovor: projektirajte spoj za prilagodbu diferencijalnom širenju (mijeh, ekspanzijske petlje, fleksibilne spojke u cjevovodu); koristite prijelazne dijelove ili postupno sužavanje umjesto naglih SS-CS sučelja.

Zašto dolazi do migracije ugljika i kako ona uništava zavarene spojeve

Migracija ugljika vremenski je -temperaturno-proces difuzije. Atomi ugljika u ugljičnom čeliku pokreću se gradijentom koncentracije prema strani od nehrđajućeg čelika (koji ima vrlo nizak sadržaj ugljika). Pogonska sila dramatično se povećava iznad 425 stupnjeva.

Rezultat je problem s dvije-zone na sučelju:

Dekarburizirana zona (CS strana): mekana, -sklona puzanju; vlačna čvrstoća može pasti 15-25%.

Karburizirana zona (SS strana): tvrda, krta, podložna interkristalnoj koroziji; učinkovito senzibilizirati.

⚠️ OPREZ: Ako vaša radna temperatura prelazi 425 stupnjeva (800 stupnjeva F), E309L punilo NIJE dovoljno. Morate koristiti ER310, ENiCrFe-3 (Inconel 82) ili ekvivalentno visokolegirano punilo koje može zaustaviti difuziju ugljika.

Odabir dodatnog metala mjesto je gdje se čini najviše pogrešaka pri zavarivanju različitih metala. Pogrešno punilo stvara spoj koji izgleda zdravo, ali prerano otkazuje u radu - često bez vidljivog upozorenja.

E309L Is the Correct Filler for 96 of SS-to-CS Applications

Potpuni vodič za odabir metala za punjenje

Dodatni metal	AWS klasa	Cr%	Ni%	Najbolja aplikacija	Ključna prednost/ograničenje
ER309L (MIG/TIG žica)	AWS A5.9	23–25	12–14	Općeniti SS{0}}do-CS spojevi (★ Standard)	★ Najbolji svuda-; L-grade sprječava preosjetljivost; podnosi do 40% CS razrjeđenja
E309L-16 (SMAW elektroda)	AWS A5.4	23–25	12–14	Terensko zavarivanje SS-do-CS (★ Standard)	Jednostavan za korištenje; slabo prskanje; ista zaštita stupnja L- kao ER309L
ER309MoL	AWS A5.9	23–25	13–15	316L-to-CS ili high{3}}Mo usluga	Dodatak Mo poboljšava otpornost na koroziju; za kloridne sredine
ER310	AWS A5.9	25–28	20–22	Usluga 425–870 stupnjeva	Visoki Cr+Ni; odupire se migraciji ugljika na povišenoj temperaturi; skup
ENiCrFe-3 (Inconel 82)	AWS A5.14	18–22	67+	Visoka-temperatura, visok-stres, kritični zglobovi	Skoro-nula CTE neusklađenost sa SS; otporan na migraciju ugljika; jako skupo
ENiCrMo-3 (Inconel 625)	AWS A5.14	20–23	58+	Korozivna usluga, oblaganje	Vrhunska otpornost na koroziju; izvrstan za pukotine/udubine; jako skupo
ER70S-6 / E7018	AWS A5.18/5.1	-	-	NE preporučuje se za SS-do-CS	❌ Punilo od ugljičnog čelika uzrokuje osjetljivost u SS HAZ; nemojte koristiti
309L + premazivanje maslacem (dva-prolaska)	AWS A5.4 / A5.9	23–25	12–14	CS s visokim -ugljikom (CE > 0,5); teške dionice	Maslac CS lice s 309L prvi; smanjuje rizik od razrjeđivanja za 50%

Izvori: AWS A5.4:2018 (Elektrode od nehrđajućeg čelika za SMAW); AWS A5.9:2017 (gole elektrode i šipke za zavarivanje od nehrđajućeg čelika); AWS A5.14:2018 (Nikal i nikal-legirane gole elektrode i šipke za zavarivanje); Lincoln katalog potrošnog materijala za električno zavarivanje (2024).

E309L / ER309L ispravno je punilo za približno 96% spojeva od nehrđajućeg-na-ugljičnog-čelika pri ambijentalnoj do umjerenoj-temperaturi (do 425 stupnjeva). Njegov visok sadržaj kroma (23-25%) i nikla (12-14%) osigurava sigurnosni pufer koji održava metal zavara austenitnim čak i nakon 30-40% razrjeđenja od osnovnog metala ugljičnog čelika.

Zašto E308L i punila od ugljičnog čelika nikada nisu prihvatljiva za različite spojeve

Uobičajena pogreška na terenu je korištenje E308L (standardnog punila za zavarivanje 304/308 SS na SS) na spoju različitog metala. Evo zašto je ovo pogrešno:

E308L je dizajniran za zavarivanje austenitnog SS-a na sebe. Ima 19-21% Cr i 9-11% Ni.

Kada se razrijedi 30-40% ugljičnim čelikom, razine Cr i Ni padaju ispod sigurnog praga na Schaefflerovom dijagramu, pomičući metal zavara u martenzitnu zonu.

Martenzitni metal za zavarivanje u vrlo ograničenim različitim spojevima izuzetno je sklon vodiku-hladnom pucanju - što je najopasnija vrsta, jer se može dogoditi satima nakon završetka zavarivanja.

Punila od ugljičnog čelika (E7018, ER70S-6) jednako su neprihvatljiva: ne mogu stvoriti Cr-Ni pufer koji održava sučelje otpornim na koroziju. SS HAZ će se senzibilizirati unutar prvog servisnog ciklusa.

Schaefflerov dijagram - Znanstvena osnova za odabir punila

Schaefflerov dijagram predviđa mikrostrukturu metala zavara na temelju ekvivalenta kroma (Creq) i ekvivalenta nikla (Nieq):

Creq=%Cr + %Mo + 1.5×%Si + 0.5×%Nb

Nieq=%Ni + 30×%C + 0.5×%Mn

Za zavarivanje između 316L SS i A36 ugljičnog čelika upotrebom ER309L u 30% razrjeđenju:

ER309L nerazrijeđen: Creq ≈ 24, Nieq ≈ 15 → potpuno austenitna zona.

Nakon 30%-tnog razrjeđenja A36: Creq ≈ 17, Nieq ≈ 11 → austenit + ~5–8% feritna zona. ✅ Sigurno.

Ako se E308L koristi s 30%-tnim razrjeđenjem A36: pomiče se prema zoni martenzita. ❌ Rizik od pucanja.

Schaefflerov dijagram potvrđuje da je E309L minimalno-sigurno punilo za SS-do-CS spojeve s razrjeđenjem do 40%.

Tehnika nanošenja maslaca - Kada i kako je koristiti

Nanošenje maslacem je dvo-fazni pristup zavarivanju koji pruža dodatnu sigurnosnu marginu za teške spojeve:

Faza 1 - Premažite ugljični čelik: Nanesite jedan ili dva sloja E309L izravno na površinu spoja ugljičnog čelika. To se radi prije-montaže, s ugljičnim čelikom bez ograničenja. Prethodno zagrijavanje može se primijeniti u ovoj fazi bez rizika za nehrđajuću stranu (koja još nije prisutna).

Faza 2 - Zavarite spoj: Nakon namazanja maslacem i hlađenja, strojno poravnajte namazanu površinu. Završni zavar spaja 309L-maslacem CS lice sa stranom od nehrđajućeg čelika. Budući da je sloj maslaca već austenitan, razrjeđivanje od CS osnovnog metala više nije faktor u konačnom zavarivanju.

Premazivanje maslacem potrebno je kada: CE > 0,50; debljina presjeka > 38 mm (1,5"); visoko-legirani CS (npr. Cr-Mo čelici); potrebna PWHT na CS strani koja bi senzibilizirala SS stranu.

Prethodno zagrijavanje kod zavarivanja različitih metala slijedi drugačija pravila nego kod zavarivanja ugljičnog čelika. Nehrđajuća strana nikada se ne smije prethodno zagrijavati. Strana ugljičnog čelika prethodno je zagrijana na temelju svog ekvivalenta ugljika.

Ekvivalent ugljika i zahtjevi za predgrijavanje prema stupnju

Vrsta ugljičnog čelika	Tipični CE*	Debljina presjeka	Min. Prethodno zagrijavanje (CS strana)	Interpass Temp (maks.)	Bilješke
A36 / SS400	0.35–0.42	Manje od ili jednako 25 mm (1")	Bez predgrijavanja (veća ili jednaka 10 stupnjeva)	175 stupnjeva (350 stupnjeva F)	Najčešći; nizak rizik s 309L punilom
A36 / SS400	0.35–0.42	25–50 mm (1–2 inča)	66 stupnjeva (150 stupnjeva F)	175 stupnjeva (350 stupnjeva F)	Preporučeno jače ograničenje - predgrijavanje
A516 Gr 70	0.40–0.48	Manje od ili jednako 25 mm	66 stupnjeva (150 stupnjeva F)	175 stupnjeva (350 stupnjeva F)	Ploča tlačne posude; prethodno zagrijati standardnu praksu
A516 Gr 70	0.40–0.48	>25 mm	107 stupnjeva (225 stupnjeva F)	175 stupnjeva (350 stupnjeva F)	Debeli dio; predgrijavanje obavezno prema AWS D1.1
SA-106 Gr B (cijev)	0.45–0.52	Sve	107 stupnjeva (225 stupnjeva F)	175 stupnjeva (350 stupnjeva F)	Visok{0}}tlačna cijev; ASME B31.3 zahtijeva WPS
A514 / T-1 (legura)	0.55–0.68	Sve	175 stupnjeva (350 stupnjeva F)	230 stupnjeva (450 stupnjeva F)	Visoka-čvrstoća kaljena-kaljena; samo stručnjak
ASTM A572 Gr 50	0.42–0.48	Manje od ili jednako 38 mm	10 stupnjeva (50 stupnjeva F)	175 stupnjeva (350 stupnjeva F)	HSLA čelik; CE varira ovisno o toplini; provjerite MTR
Strana od nehrđajućeg čelika	N/A	Sve	NEMOJTE PRETHODNO ZAGRIJAVATI	175 stupnjeva (350 stupnjeva F)	❌ Prethodno zagrijavanje SS strane rizikuje senzibilizaciju; grijati samo CS

Ekvivalent ugljika (CE) prema formuli AWS D1.1: CE=C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15. Potvrdite CE iz izvješća o ispitivanju mlina (MTR) za svako zagrijavanje čelika. Vrijednosti predgrijanja prema AWS D1.1:2020 Tablica 5.2. Uvijek provjerite važeće zahtjeve koda za vašu specifičnu aplikaciju.

Ključni zaključak: Predgrijavanje se primjenjuje samo na stranu ugljičnog čelika, na temelju ekvivalenta ugljika (CE) i debljine presjeka. Za čelik A36 (CE ~ 0,35–0,42) s debljinom manjom ili jednakom 25 mm, dovoljna je temperatura okoline (minimalno 10 stupnjeva). Nikada nemojte prethodno zagrijavati stranu od nehrđajućeg čelika - ona podiže SS u raspon osjetljivosti (425–870 stupnjeva) i može trajno oštetiti otpornost na koroziju.

Međuprolazna kontrola temperature - Parametar koji se najviše zanemaruje

Interpass temperatura je temperatura zavarenog spoja između prolaza. Za različite spojeve od SS-do -CS, maksimalna međuprolazna temperatura je 175 stupnjeva (350 stupnjeva F) za stranu od nehrđajućeg čelika.

Zašto je to važno:

Ako je SS strana još uvijek iznad 425 stupnjeva kada sljedeći prolaz započne, učinkovito provodite kontinuiranu toplinsku obradu u rasponu osjetljivosti.

Više prolaza bez hlađenja može akumulirati dovoljno vremena u rasponu od 425–870 stupnjeva za taloženje kromovih karbida - čak i s punilom razreda L-.

Praktičan postupak: koristite kontaktni termometar ili -bojicu za pokazivanje temperature (Tempilstik®) na SS strani između svakog prolaza. Nemojte započinjati sljedeći prolaz dok SS HAZ ne potvrdi <175 stupnjeva.

⚠️ OPREZ: Za nehrđajuće-cijevi tankih stijenki (< 4mm), the interpass temperature can easily reach 300°C+ after just two passes. Pulsed GTAW or cold wire TIG is recommended to reduce heat input by 30–40%.

Scenarij	Potreban PWHT?	Raspon temperature	Trajanje	Rizik / Ublažavanje
Nisko{0}}ugljični CS (A36) do 304/316L; ambijentalna usluga	Ne (poželjno)	N/A	N/A	Nijedan PWHT nije najsigurniji; zavari-kakav-je
Ublažavanje naprezanja prema ASME kodu (samo CS strana)	uvjetno	595–620 stupnjeva (1100–1150 stupnjeva F)	1 sat na 25 mm debljine	Rizik senzibilizacije na SS; koristite samo 309L ili 347/321 SS; zadržati vrijeme < 1h
Visok{0}}tlačni cjevovod (ASME B31.3)	Ovisno-o kodu	595–650 stupnjeva (1100–1200 stupnjeva F)	Po rasporedu kodova	Mora se koristiti stabilizirano punilo (309Nb) ili L-grade; tražiti odobrenje Code Case
Otvrdnuti CS (CE > 0,55); tehnika temper bead	Da - HAZ omekšavanje	595-650 stupnjeva	Po WPS-u	Primijeni samo na CS stranu; koristite keramičku izolaciju za zaštitu SS strane
PWHT iznad 850 stupnjeva	NIKADA za SS-CS spojeve	Iznad 850 stupnjeva je ZABRANJENO	N/A	❌ Taloženje karbida na SS strani; uzrokuje interkristalnu koroziju i senzibilizaciju
Kaljenje otopinom (SS popravak)	Nije primjenjivo na različite spojeve	1050-1100 stupnjeva	N/A	❌ Na ovoj temperaturi, CS strana će doživjeti fazne promjene i distorziju
Zavareni sloj / oblaganje; post{0}}obveza toplinska obrada	uvjetno	620-700 stupnjeva	Kratko namakanje	Odnosi se na preklapanje zavara; pratiti CS tvrdoću nakon tretmana

Izvori: ASME odjeljak IX, izdanje 2021.; ASME B31.3:2022, Para . 331; AWS D1.6:2017, klauzula 5.8; Sažetak znanja TWI: PWHT zavarenih spojeva različitih metala (2023).

Za većinu različitih spojeva od SS-do-CS, PWHT nije najbolja praksa. Ako je PWHT propisan kodeksom, gornja granica temperature je 650 stupnjeva (1200 stupnjeva F), a trebaju se koristiti samo materijali razreda L- ili stabilizirani SS. PWHT iznad 850 stupnjeva je apsolutno zabranjen - uzrokuje masivno taloženje krom karbida na SS strani, uništavajući otpornost na koroziju cijelog spoja.

Tehnika temper bead - Alternativa PWHT-u za spojeve s visokim-ograničenjem

Kada je potrebna PWHT za smanjenje tvrdoće ZUT-a u -ugljičnom čeliku, ali se ne može primijeniti (jer bi oštetila SS stranu), tehnika temper bead je alternativa:

Nanesite završni zavar s nešto većim unosom topline od prethodnih zavara.

Zadnje zrno ponovno-zagrijava HAZ prethodnog zrnca na malo ispod Ac1 (~720 stupnjeva za nisko-legirani CS), učinkovito ga temperirajući bez zasebnog ciklusa toplinske obrade.

Perla za kaljenje mora biti postavljena točno da preklapa stvrdnutu ZUT od prethodnog prolaza.

Tehnika temper bead prihvaćena je u ASME Code Case 2894 i AWS D1.1 Annex I za primjenjive kombinacije osnovnih metala. Potreban je kvalificirani WPS specifičan za ovu tehniku.

Korišteni dodatni metal	Maks. radna temp. (nastavak)	Prag migracije ugljika	Granica oksidacije	Dodatna razmatranja
ER309L / E309L-16	425 stupnjeva (800 stupnjeva F)	425 stupnjeva (800 stupnjeva F)	760 stupnjeva (1400 stupnjeva F)	Iznad 425 stupnjeva: prijeđite na ER310 ili Inconel 82 kako biste spriječili migraciju ugljika
ER309MoL	425 stupnjeva (800 stupnjeva F)	425 stupnjeva (800 stupnjeva F)	760 stupnjeva (1400 stupnjeva F)	Dodatak Mo ne podiže prag migracije ugljika; isto ograničenje od 425 stupnjeva
ER310	870 stupnjeva (1600 stupnjeva F)	870 stupnjeva (1600 stupnjeva F)	1035 stupnjeva (1900 stupnjeva F)	Visok sadržaj Cr otporan je na migraciju ugljika do 870 stupnjeva; krhki rizik sigma faze
ENiCrFe-3 (Inconel 82)	980 stupnjeva (1800 stupnjeva F)	980 stupnjeva (1800 stupnjeva F)	980 stupnjeva (1800 stupnjeva F)	Nema problema s migracijom ugljika; CTE blisko odgovara SS; poželjno za servis peći
ENiCrMo-3 (Inconel 625)	980 stupnjeva (1800 stupnjeva F)	980 stupnjeva (1800 stupnjeva F)	980 stupnjeva (1800 stupnjeva F)	Vrhunska opcija za oksidaciju + korozivnu uslugu visoke-temperature
E7018 ugljični čelik	NIJE prikladno	NIJE prikladno	NIJE prikladno	❌ Nikada nemojte koristiti za SS-CS spojeve; Senzibilizacija na ZUT je sigurna

Izvori: ASM Handbook Vol. 6: Zavarivanje, lemljenje i lemljenje (ASM International, 1993.); Bilten Vijeća za istraživanje zavarivanja (WRC) 342: Različiti zavari u fosilnim elektranama (1989.); Publikacija o posebnim metalima: Inconel legura 82/182 za zavarivanje različitih metala (2008).

Ključni zaključak: ER309L je ispravno punilo za radne temperature do 425 stupnjeva (800 stupnjeva F). Iznad 425 stupnjeva, prebacite se na ER310 (do 870 stupnjeva) ili ENiCrFe-3 / Inconel 82 (do 980 stupnjeva). Nadogradnja nije izborna - korištenje ER309L iznad 425 stupnjeva u neprekidnom radu rezultirat će migracijom ugljika, krtošću ZUT-a i kvarom spojeva u roku od nekoliko mjeseci do godina, ovisno o temperaturi i učestalosti ciklusa.

Prijelazni dijelovi za rad na visokim-temperaturama

U sustavima cjevovoda s visokom{0}}temperaturom (petrokemija, proizvodnja električne energije), poželjan pristup je potpuno izbjegavanje izravnog zavarivanja SS-na-CS. Umjesto toga, upotrijebite prijelazni komad - slitinu koja postupno premošćuje CTE jaz:

Nisko{0}}legirani čelik (npr. 1,25Cr-0,5Mo ili 2,25Cr-1Mo) kao međukomad između CS i SS.

Zavarite CS na nisko-legirani međufazni dio sa standardnim nisko-legiranim punilom.

Zavarite nisko{0}}legirani intermedijer na SS pomoću Inconela 82 ili 309L.

Ovaj pristup raspodjeljuje CTE neusklađenost na dva spoja umjesto na jedan i omogućuje upotrebu optimiziranog punila na svakom pojedinačnom sučelju. To je standardna praksa projektiranja u ASME B31.1 (Power Piping) aplikacijama iznad 370 stupnjeva.

Uslužno okruženje	Razina galvanskog rizika	Aktivnost elektrolita	Stopa korozije (CS)	Preporučeno ublažavanje
Suho unutarnje / atmosfersko (RH < 60%)	Zanemarivo (★)	Nijedan	< 0.025 mm/yr	Nisu potrebne posebne mjere opreza
Vanjski atmosferski / povremeno mokar	Nisko (★★)	Vlaga / rosa	0,025–0,1 mm/god	Primer bogat -cinkom na CS; sustav boje na spoju
Uranjanje u slatku vodu	Umjereno (★★★)	Niska vodljivost	0,1–0,25 mm/god	Izolacijska spojnica ili dielektrična spojnica na spoju
Uranjanje u morsku vodu	Teška (★★★★★)	Visoka vodljivost	0,5–2,5 mm/god	Obavezna katodna zaštita + dielektrična izolacija
Kemijski/kiseli proces	Teško–ekstremno (★★★★★)	visoko	Varijabilna	Punilo od legure nikla (Inconel 625); puna izolacija CS strane
Podzemna/ukopana cijev	Umjereno–visoko (★★★★)	Vlažnost tla	0,25–1,0 mm/god	Katodna zaštita; izolacijski spojevi prema NACE SP0169
Para visoke-temperature	Nisko–umjereno (★★)	Parni kondenzat	0,05–0,2 mm/god	Monitor na mjestima sakupljanja kondenzata; pravilno ocijediti
Agresivni CIP / čisto-na-mjestu (farmaka/hrana)	Umjereno (★★★)	Kaustični/kiseli ciklusi	Umjereno	Glatki zavareni profil-bez pukotina; potrebna potpuna penetracija

Izvori: NACE International: Tehničko izvješće o galvanskoj koroziji (2016.); NACE SP0169:2013 (Kontrola vanjske korozije na podzemnim ili uronjenim metalnim cjevovodnim sustavima); ASM priručnik Vol. 13A: Korozija (2003).

Ključni zaključak: Galvanska korozija između nehrđajućeg čelika (katoda) i ugljičnog čelika (anoda) zanemariva je u suhim uvjetima, ali ozbiljna u vlažnim okruženjima - osobito u morskoj vodi, gdje stopa korozije ugljičnog čelika može premašiti 2,5 mm godišnje. Efekt površine pojačava problem: velika SS površina koja djeluje kao katoda dramatično ubrzava koroziju male CS anode. Uvijek postavite dielektričnu izolaciju (izolacijski spoj, prirubnica ili spojka) na prijelazima SS-na-CS u mokroj uporabi.

Učinak površine - Zašto je bitan omjer SS i CS površine

Ozbiljnost galvanske korozije proporcionalna je omjeru površine katode-i-anode. Ovo je najvažniji, ali najmanje shvaćen aspekt galvanske korozije od SS-do-CS:

Područje katode (SS).	Područje anode (CS).	Omjer površine (SS:CS)	Brzina korozije (relativna)
Mali (samo zona zavarivanja)	Veliki (tijelo plovila)	1:10	Nisko - prihvatljivo u većini okruženja
Jednake površine	Jednake površine	1:1	Primjenjuje se umjereno - standardno ublažavanje
Veliki (SS sustav cijevi)	Mali (CS prilagodba)	10:1	Visok - CS fiting brzo ne uspijeva
Vrlo velik (SS brod)	Mala (CS mlaznica)	100:1	Teška - CS mlaznica korodira za nekoliko mjeseci

Izvor: ASM priručnik Vol. 13A: Korozija, odjeljak 'Galvanska korozija' (ASM International, 2003.).

Pravilo projektiranja: uvijek osigurajte da je površina nehrđajućeg čelika manja ili jednaka površini ugljičnog čelika kada su oboje izloženi elektrolitu. Ako se to ne može postići, ugraditi katodnu zaštitu na CS strani ili koristiti dielektričnu izolaciju.

Vrsta kvara	Glavni uzrok	Metoda otkrivanja	Prevencija	Popravak / Lijek
Senzibilizacija (SS HAZ)	Sporo hlađenje 425–870 stupnjeva; veliki unos topline	Huey/Straussov test; ASTM A262	Koristite L-grade (309L, 316L); granični unos topline < 1,5 kJ/mm	Ukloniti osjetljivu zonu; ponovno -zavariti s manjim unosom topline
Migracija ugljika	Usluga T > 425 stupnjeva; CS ugljik difundira u SS	Metalografski rezovi; tvrdoća traverse	Koristite ER310 ili Inconel 82 iznad 425 stupnjeva; maslac CS lice	Uklonite zahvaćenu zonu; ponovno -zavariti s Ni-baznim punilom
Vruće pucanje (stvrdnjavanje)	Visok sadržaj S + P u punilu; visoka suzdržanost	PT/MT odmah nakon zavarivanja	Koristite punilo s-niskim sadržajem sumpora; kontrolirati unos topline; smanjiti suzdržanost	Izbrusiti pukotinu; ponovno -zavarite u nizu
Nedostatak fuzije na sučelju	Nedovoljna toplina; prljavi obični metal; CTE neusklađenost	RT ili UT; vizualni pregled	Očistite obje površine; prethodno zagrijati CS stranu; odgovarajuća amperaža	Brušenje do zvuka metala; ponovno -zavariti s ispravnim parametrima
Potkopavanje/probijanje-kroz (SS strana)	Unos topline previsok na SS	Vizualno; PT	Niži unos topline na SS strani; tkati manje; koristite stringer perle	Izgradite s depozitom od 309L; glatka mješavina
Poroznost	Kontaminacija; vlaga; prljavi obični metal	RT; UT	Odmastiti; suhe elektrode; stražnja strana čišćenja (TIG)	Pronađite izvor; brusite i ponovno -zavarite ako je strukturno kritično
Lamelarno kidanje (CS strana)	Napon-debljine na valjanoj CS ploči	UT; nisko{0}}frekventna brzina zvuka	Navedite ispitanu ploču u smjeru Z- (ASTM A770); sloj maslaca	Zahtijeva opsežan popravak; redizajnirajte zglob ako se ponavlja
Propadanje zavara (interkristalna korozija)	Senzibilizacija + korozivna usluga	ASTM A262 praksa E ili C	Koristite L-klasu ili stabilizirani (321/347) SS na osnovnom metalu	Zamijenite zglob; nadogradite na nisko-razred ugljika
Izobličenje / savijanje	Asimetrični unos topline; CTE neusklađenost	Provjera dimenzija; ravnalo	Uravnoteženi redoslijed zavarivanja; stezaljka; koristiti male prolaze	Mehaničko ravnanje (hladno); ravnanje plamena (oprez)

Izvori: AWS CWI Study Guide (2024); TWI Vodič za najbolju praksu: Zavarivanje različitih metala (2023.); ASM priručnik Vol. 6: Zavarivanje, lemljenje i lemljenje (ASM International, 1993.); ASME Kodeks za kotlove i tlačne posude, odjeljak V (Ispitivanje bez razaranja).

Ključni zaključak: Senzibilizacija i migracija ugljika dva su najposljedičnija nedostatka u zavarivanju SS-na-CS - i oba se mogu spriječiti pravilnim odabirom punila (L-grade), kontrolom unosa topline (< 1.5 kJ/mm), and appropriate service temperature matching. Galvanic corrosion and lack of fusion are the most common field failures and can be fully avoided through design and process discipline.

Standard / Šifra	Tijelo izdavanje	Opseg relevantan za SS-CS zavarivanje	Ključni zahtjev
AWS D1.6:2017	Američko društvo za zavarivanje	Kod za zavarivanje konstrukcija - nehrđajući čelik; pokriva dizajn, kvalifikaciju, inspekciju	Zahtijeva WPS/PQR kvalifikaciju; navodi pretkvalificirane spojeve
AWS D1.1:2020	Američko društvo za zavarivanje	Kod za zavarivanje konstrukcija - Čelik; regulira stranu ugljičnog čelika različitog spoja	CE-tablice predgrijavanja; grupiranje osnovnih metala
ASME odjeljak IX	ASME (kod bojlera i PV-a)	Postupak zavarivanja i kvalifikacija zavarivača; obavezno za primjene pod pritiskom	P-Grupiranje brojeva; F-Klasifikacija dopune brojevima
ASME B31.3:2022	ASME	Kod procesnih cjevovoda; SS-CS prijelazi u kemijskim i petrokemijskim postrojenjima	zahtjevi PWHT; faktor zavarenog spoja; ispitna kategorija
AWS A5.4 / A5.9	Američko društvo za zavarivanje	SMAW i GTAW/GMAW dodatni metali za nehrđajući čelik (E309L, ER309L itd.)	Granice kemijskog sastava; zahtjevi za testiranje
ASTM A262	ASTM International	Praksa za otkrivanje osjetljivosti na IGC u austenitnom SS-u	Praksa A (oksalno nagrizanje) i praksa E (Hueyjev test) za senzibilizaciju
ISO 15614-1	ISO / EN	Specifikacija i kvalifikacija postupaka zavarivanja metalnih materijala	Međunarodni WPS kvalifikacijski standard; široko prihvaćen u Europi
NACE SP0169 / ISO 15589	NACE International	Vanjska kontrola korozije podzemnih cjevovoda; katodna zaštita	Relevantno kada su uključeni ukopani spojevi različitih metalnih cijevi
EN ISO 3834	ISO / CEN	Zahtjevi kvalitete za zavarivanje topljenjem metalnih materijala	Sveobuhvatni sustav kvalitete za organizacije za zavarivanje

Napomena: Kodovi i standardi povremeno se ažuriraju. Uvijek potvrdite da koristite trenutno izdanje. Primjenjivi kod je određen jurisdikcijom, vrstom primjene (konstrukcija, tlak, cjevovod) i specifikacijom korisnika. Ako ste u nedoumici, obratite se ovlaštenom inspektoru za zavarivanje (CWI) ili inženjeru za zavarivanje.

Zahtjev ključnog koda: WPS i PQR obvezni su za primjene pod pritiskom

Bilo koje SS{0}}na-CS zavarivanje na-komponentama koje nose pritisak (posude, cjevovod, kotlovi) zahtijeva kvalificiranu specifikaciju postupka zavarivanja (WPS) podržanu Zapisom o kvalifikaciji postupka (PQR) u skladu s ASME Odjeljkom IX. To znači:

WPS definira postupak zavarivanja, dodatni materijal, predgrijavanje, ograničenja unosa topline i ograničenja temperature među prolazom.

PQR dokumentira probne zavare napravljene kako bi se kvalificirao WPS, uključujući ispitivanja rastezanja, ispitivanja savijanja i ispitivanja udarca prema potrebi.

Zavarivači moraju biti pojedinačno kvalificirani za WPS testiranjem kvalifikacije.

Promjene u metalu za punjenje, grupi osnovnog metala (P-broj) ili procesu zahtijevaju ponovnu-kvalifikaciju.

Za strukturalne (ne{0}}tlačne) primjene, AWS D1.6 dopušta predkvalificirane dizajne spojeva sa standardnim 309L punilom, koji se mogu koristiti bez PQR testiranja ako su ispunjeni svi predkvalificirani uvjeti.

P1: Koji dodatni metal trebam koristiti za zavarivanje nehrđajućeg čelika na ugljični čelik?

ER309L (MIG/TIG) ili E309L-16 (SMAW) standardni je dodatni metal za zavarivanje nehrđajućeg čelika na ugljični čelik. Sadrži 23–25% Cr i 12–14% Ni – dovoljno visok da ostane potpuno austenitan čak i nakon 30–40% razrjeđivanja sa strane ugljičnog čelika. Oznaka 'L' (niska razina ugljika, max 0,03%) sprječava preosjetljivost. Za radne temperature iznad 425 stupnjeva, nadogradite na ER310 ili ENiCrFe-3 (Inconel 82).

P2: Zašto se koristi E309L umjesto E308L pri zavarivanju nehrđajućeg čelika na ugljični čelik?

E308L je dizajniran za zavarivanje austenitnog nehrđajućeg čelika na sebe (npr. 304 do 304). Kada se koristi na različitim spojevima, razrjeđivanje sa strane ugljičnog čelika povlači metal zavara u martenzitno ili feritno područje na Schaefflerovom dijagramu, uzrokujući rizik od pucanja. E309L ima veći Cr i Ni pufer koji održava metal zavara u sigurnoj austenitnoj zoni čak i uz razrjeđenje ugljičnog čelika do 40%.

P3: Trebam li predgrijati kada zavarivam nehrđajući čelik na ugljični čelik?

Morate prethodno zagrijati stranu ugljičnog čelika (ne stranu od nehrđajućeg čelika) kada ekvivalent ugljika (CE) ugljičnog čelika prelazi 0,40 ili kada je debljina presjeka veća od 25 mm (1 inč). Za ugljični čelik A36 s CE < 0,40 i debljinom < 25 mm obično je dovoljna minimalna temperatura okoline od 10 stupnjeva (50 stupnjeva F). Nikada nemojte prethodno zagrijavati stranu od nehrđajućeg čelika - to može uzrokovati preosjetljivost (taloženje karbida) u zoni-zahvaćene toplinom.

P4: Što je senzibilizacija i kako je spriječiti prilikom zavarivanja 316L na ugljični čelik?

Senzibilizacija je taloženje kromovih karbida na granicama zrna u nehrđajućem čeliku, koje se događa kada se predugo drži u temperaturnom rasponu od 425-870 stupnjeva. To smanjuje krom s granica zrna, čineći ih osjetljivima na interkristalnu koroziju. Prevencija: (1) Koristite punilo razreda L- (E309L ili ER309L, maksimalno 0,03% C); (2) Ograničiti unos topline na < 1,5 kJ/mm; (3) Nemojte PWHT iznad 850 stupnjeva; (4) Koristite kratko{14}}zrnaste perle, a ne široke prolaze tkanja.

P5: Što je migracija ugljika i na kojoj se temperaturi događa?

Migracija ugljika je toplinski vođena difuzija ugljika iz osnovnog metala ugljičnog čelika u zonu utjecaja topline-nehrđajućeg čelika (HAZ) tijekom rada na visokim-temperaturama iznad 425 stupnjeva (800 stupnjeva F). To uzrokuje dekarburiziranu meku zonu u ugljičnom čeliku i karburiziranu tvrdu zonu u HAZ od nehrđajućeg čelika. Tvrda zona je osjetljiva na intergranularni napad. Prevencija: Koristite ER310 ili Inconel 82 punilo za bilo koju uslugu iznad 425 stupnjeva, jer njihov visok sadržaj kroma i/ili nikla zaustavlja difuziju ugljika.

P6: Mogu li zavarivati nehrđajući čelik na ugljični čelik bez PWHT?

Da - za većinu primjena strukturnih i procesnih cjevovoda u uvjetima ambijentalne ili niske-temperature, PWHT nije potreban ili poželjan. PWHT spoja od nehrđajućeg-na-ugljičnog-čelika zapravo može uzrokovati štetu: temperature iznad 850 stupnjeva senzibiliziraju nehrđajuću stranu. Ako je kodeksom (npr. ASME B31.3) potrebna PWHT za smanjenje naprezanja ugljičnog čelika, to se mora izvesti na 595–620 stupnjeva pomoću L-razreda ili stabiliziranog nehrđajućeg punila i mora se održavati na minimalno potrebno vrijeme.

P7: Uzrokuje li zavarivanje nehrđajućeg čelika na ugljični čelik galvansku koroziju?

Da, ali samo u sredinama s elektrolitom (tekućinom). Nehrđajući čelik i ugljični čelik međusobno su udaljeni 0,4–0,8 V u galvanskoj seriji, što ugljični čelik čini aktivnom anodom. U suhim zatvorenim uvjetima galvanska korozija je zanemariva. U morskoj vodi brzina korozije strane ugljičnog čelika može doseći 0,5–2,5 mm/godišnje. Ublažavanje: instalirajte dielektrične (izolacijske) spojeve ili prirubnice na prijelaznoj točki; nanesite katodnu zaštitu na stranu ugljičnog čelika; koristite premaz -bogat cinkom na izloženim CS površinama.

P8: Što je tehnika zavarivanja maslacem i kada je trebam koristiti za zavarivanje različitih metala?

Buttering is the application of one or more layers of compatible filler metal directly onto the carbon steel joint face before making the final joint weld. It is recommended when: (1) The carbon equivalent of the carbon steel exceeds 0.50; (2) The section is thick (>38 mm) i razrjeđenje bi bilo visoko; (3) Potrebno je prethodno zagrijavanje koje bi oštetilo nehrđajuću stranu. Nakon premazivanja maslacem s E309L, premazana CS površina se zatim strojno obrađuje ili čisti, a konačni spoj se zavaruje standardnim 309L postupkom - obično bez visokog prethodnog zagrijavanja, jer je međusloj već postavljen.

P9: Koji je postupak zavarivanja najbolji za spajanje nehrđajućeg čelika s ugljičnim čelikom?

GTAW (TIG zavarivanje) preferirani je postupak za precizan rad, cijevi s tankim-stjenkama i korijenske prolaze - pruža najniži unos topline i najbolju kontrolu nad razrjeđivanjem. GMAW (MIG zavarivanje) s ER309L žicom preferira se za proizvodne radove na debljim presjecima. SMAW (stick welding) s elektrodama E309L-16 je najpraktičniji izbor za rad na terenu i popravke. Sva tri procesa mogu proizvesti-kvalitetne spojeve s ispravnim WPS-om. FCAW s E309LT-1 punjenom žicom također se koristi za vanjske/terenske primjene.

P10: Što je Schaefflerov dijagram i zašto je važan za zavarivanje različitih metala?

Schaefflerov dijagram (i njegova ažurirana verzija, DeLongov dijagram) je grafički alat koji predviđa mikrostrukturu metala za zavarivanje nehrđajućeg čelika na temelju njegovog ekvivalenta kroma (Creq) i ekvivalenta nikla (Nieq). U zavarivanju različitih metala potvrđuje da nakon razrjeđivanja sa strane ugljičnog čelika, sastav metala zavara još uvijek spada u sigurnu austenitnu + feritnu zonu (2–10% ferita). Ako razrjeđivanje pomiče sastav u zonu martenzita, rizik od pucanja je visok. Visok sadržaj Cr i Ni u E309L osigurava da ostane u sigurnoj zoni čak i pri razrjeđenju od 40% CS.

P11: Koji standardi uređuju zavarivanje različitih metala nehrđajućeg na ugljični čelik?

Primarni standardi su: AWS D1.6:2017 (Structural Welding Code - Stainless Steel) za konstrukcijske primjene; ASME odjeljak IX za WPS/PQR kvalifikaciju tlačne opreme; ASME B31.3 za procesne cijevi. AWS A5.4 odnosi se na SMAW nehrđajuće elektrode (E309L-16), a AWS A5.9 na GTAW/GMAW žicu (ER309L). Za europske projekte, ISO 15614-1 pokriva kvalifikaciju postupka zavarivanja. U svim slučajevima potrebna je pisana, kvalificirana specifikacija postupka zavarivanja (WPS) podržana Zapisom o kvalifikaciji postupka (PQR).

P12: Kako mogu kontrolirati unos topline pri zavarivanju nehrđajućeg čelika na ugljični čelik?

Unos topline mora se kontrolirati kako bi se spriječila osjetljivost na strani nehrđajućeg čelika i prekomjerno omekšavanje ZUT-a na strani ugljičnog čelika. Izračunajte unos topline kao: HI (kJ/mm)=[Napon × Amperaža × 60] / [Brzina putovanja (mm/min) × 1000]. Za spojeve od 316L-na-ugljičnog čelika: ciljani HI < 1,5 kJ/mm; koristite stringer perle umjesto širokog tkanja; dopustite hlađenje između prolaza na < 175 stupnjeva prije sljedećeg prolaza. Za tankostjednu-cijev: razmislite o pulsirajućem GTAW-u, koji smanjuje prosječni unos topline za 30–40% uz zadržavanje stabilnosti luka.