Artikel dari Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. ini menjelaskan hal-hal yang perlu dipertimbangkan saat menentukan logam pengisi untuk pengelasan baja tahan karat.
Kemampuan yang membuat baja tahan karat begitu menarik—kemampuan untuk menyesuaikan sifat mekaniknya dan ketahanan terhadap korosi dan oksidasi—juga meningkatkan kompleksitas pemilihan logam pengisi yang tepat untuk pengelasan. Untuk kombinasi material dasar tertentu, beberapa jenis elektroda mungkin sesuai, tergantung pada masalah biaya, kondisi penggunaan, sifat mekanik yang diinginkan, dan sejumlah masalah terkait pengelasan.
Artikel ini memberikan latar belakang teknis yang diperlukan agar pembaca dapat memahami kompleksitas topik ini, dan kemudian menjawab beberapa pertanyaan paling umum yang diajukan kepada pemasok logam pengisi. Artikel ini menetapkan pedoman umum untuk memilih logam pengisi baja tahan karat yang sesuai - dan kemudian menjelaskan semua pengecualian terhadap pedoman tersebut! Artikel ini tidak membahas prosedur pengelasan, karena itu adalah topik untuk artikel lain.
Empat tingkatan, banyak unsur paduan.
Terdapat empat kategori utama baja tahan karat:
austenitik
martensitik
feritik
Rangkap
Nama-nama tersebut berasal dari struktur kristal baja yang biasanya ditemukan pada suhu ruang. Ketika baja karbon rendah dipanaskan di atas 912°C, atom-atom baja tersebut tersusun ulang dari struktur yang disebut ferit pada suhu ruang menjadi struktur kristal yang disebut austenit. Saat pendinginan, atom-atom tersebut kembali ke struktur asalnya, yaitu ferit. Struktur suhu tinggi, austenit, bersifat non-magnetik, plastis, dan memiliki kekuatan yang lebih rendah serta keuletan yang lebih besar daripada bentuk ferit pada suhu ruang.
Ketika lebih dari 16% kromium ditambahkan ke baja, struktur kristal suhu ruang, ferit, distabilkan dan baja tetap dalam kondisi feritik pada semua suhu. Oleh karena itu, nama baja tahan karat feritik diterapkan pada paduan dasar ini. Ketika lebih dari 17% kromium dan 7% nikel ditambahkan ke baja, struktur kristal suhu tinggi baja, austenit, distabilkan sehingga tetap ada pada semua suhu dari suhu terendah hingga hampir titik leleh.
Baja tahan karat austenitik umumnya disebut sebagai tipe 'krom-nikel', sedangkan baja martensitik dan feritik umumnya disebut sebagai tipe 'krom murni'. Unsur paduan tertentu yang digunakan dalam baja tahan karat dan logam las bertindak sebagai penstabil austenit dan yang lainnya sebagai penstabil ferit. Penstabil austenit yang paling penting adalah nikel, karbon, mangan, dan nitrogen. Penstabil ferit adalah kromium, silikon, molibdenum, dan niobium. Penyeimbangan unsur paduan mengontrol jumlah ferit dalam logam las.
Baja tahan karat austenitik lebih mudah dan memuaskan untuk dilas dibandingkan dengan baja yang mengandung kurang dari 5% nikel. Sambungan las yang dihasilkan pada baja tahan karat austenitik kuat, ulet, dan tangguh dalam kondisi setelah pengelasan. Sambungan las ini biasanya tidak memerlukan pemanasan awal atau perlakuan panas setelah pengelasan. Baja tahan karat austenitik mencakup sekitar 80% dari baja tahan karat yang dilas, dan artikel pengantar ini sangat berfokus pada jenis baja tahan karat tersebut.
Tabel 1: Jenis-jenis baja tahan karat dan kandungan kromium serta nikelnya.
tstart{c,80%}
thead{Tipe|% Kromium|% Nikel|Tipe}
tdata{Austenitik|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Martensitik|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tdata{Ferritik|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Duplex|18 - 28%|4 - 8%|2205}
cenderung{}
Cara memilih logam pengisi stainless yang tepat
Jika bahan dasar pada kedua pelat sama, prinsip panduan awalnya adalah, 'Mulailah dengan mencocokkan bahan dasar.' Itu berhasil dengan baik dalam beberapa kasus; untuk menyambung Tipe 310 atau 316, pilih Tipe pengisi yang sesuai.
Untuk menyambung material yang berbeda, ikuti prinsip panduan ini: 'pilih bahan pengisi yang sesuai dengan material dengan kandungan paduan lebih tinggi.' Untuk menyambung 304 dengan 316, pilih bahan pengisi 316.
Sayangnya, 'aturan pencocokan' memiliki begitu banyak pengecualian sehingga prinsip yang lebih baik adalah, Konsultasikan tabel pemilihan logam pengisi. Misalnya, Tipe 304 adalah bahan dasar baja tahan karat yang paling umum, tetapi tidak ada yang menawarkan elektroda Tipe 304.
Bagaimana cara mengelas baja tahan karat Tipe 304 tanpa elektroda Tipe 304?
Untuk mengelas baja tahan karat Tipe 304, gunakan kawat pengisi Tipe 308, karena unsur paduan tambahan dalam Tipe 308 akan lebih menstabilkan area pengelasan.
Namun, 308L juga merupakan bahan pengisi yang dapat diterima. Penandaan 'L' setelah Tipe apa pun menunjukkan kandungan karbon yang rendah. Baja tahan karat Tipe 3XXL memiliki kandungan karbon 0,03% atau kurang, sedangkan baja tahan karat Tipe 3XX standar dapat memiliki kandungan karbon maksimum 0,08%.
Karena pengisi Tipe L termasuk dalam klasifikasi yang sama dengan produk non-L, para pembuat dapat, dan sebaiknya mempertimbangkan, penggunaan pengisi Tipe L karena kandungan karbon yang lebih rendah mengurangi risiko masalah korosi intergranular. Bahkan, para penulis berpendapat bahwa pengisi Tipe L akan lebih banyak digunakan jika para pembuat hanya memperbarui prosedur mereka.
Para fabrikator yang menggunakan proses GMAW mungkin juga ingin mempertimbangkan penggunaan bahan pengisi Tipe 3XXSi, karena penambahan silikon meningkatkan pembasahan. Dalam situasi di mana lasan memiliki mahkota yang tinggi atau kasar, atau di mana genangan lasan tidak menyatu dengan baik di ujung sambungan fillet atau tumpang tindih, penggunaan elektroda GMAW Tipe Si dapat menghaluskan manik lasan dan meningkatkan fusi yang lebih baik.
Jika pengendapan karbida menjadi masalah, pertimbangkan pengisi Tipe 347, yang mengandung sejumlah kecil niobium.
Cara mengelas baja tahan karat ke baja karbon
Situasi ini terjadi pada aplikasi di mana satu bagian dari suatu struktur membutuhkan permukaan luar tahan korosi yang disambungkan ke elemen struktural baja karbon untuk menurunkan biaya. Saat menyambung material dasar tanpa unsur paduan dengan material dasar yang mengandung unsur paduan, gunakan bahan pengisi yang memiliki kandungan paduan lebih tinggi sehingga pengenceran dalam logam las seimbang atau memiliki kandungan paduan yang lebih tinggi daripada logam dasar baja tahan karat.
Untuk menyambung baja karbon dengan baja tahan karat tipe 304 atau 316, serta untuk menyambung baja tahan karat yang berbeda jenis, pertimbangkan elektroda tipe 309L untuk sebagian besar aplikasi. Jika kandungan Cr yang lebih tinggi diinginkan, pertimbangkan tipe 312.
Sebagai catatan peringatan, baja tahan karat austenitik menunjukkan laju pemuaian yang sekitar 50 persen lebih besar daripada baja karbon. Ketika disambung, perbedaan laju pemuaian dapat menyebabkan keretakan akibat tegangan internal kecuali jika elektroda dan prosedur pengelasan yang tepat digunakan.
Gunakan prosedur pembersihan persiapan pengelasan yang benar.
Seperti halnya logam lainnya, pertama-tama bersihkan minyak, gemuk, bekas, dan kotoran dengan pelarut non-klorin. Setelah itu, aturan utama persiapan pengelasan baja tahan karat adalah 'Hindari kontaminasi dari baja karbon untuk mencegah korosi.' Beberapa perusahaan menggunakan bangunan terpisah untuk 'bengkel baja tahan karat' dan 'bengkel baja karbon' untuk mencegah kontaminasi silang.
Gunakan roda gerinda dan sikat baja tahan karat sebagai 'khusus baja tahan karat' saat mempersiapkan tepi untuk pengelasan. Beberapa prosedur mengharuskan pembersihan hingga dua inci dari sambungan. Persiapan sambungan juga lebih kritis, karena mengkompensasi ketidaksesuaian dengan manipulasi elektroda lebih sulit daripada pada baja karbon.
Gunakan prosedur pembersihan pasca pengelasan yang benar untuk mencegah karat.
Sebagai permulaan, ingatlah apa yang membuat baja tahan karat menjadi tahan karat: reaksi kromium dengan oksigen untuk membentuk lapisan pelindung oksida kromium pada permukaan material. Baja tahan karat berkarat karena pengendapan karbida (lihat di bawah) dan karena proses pengelasan memanaskan logam las hingga titik di mana oksida feritik dapat terbentuk pada permukaan las. Jika dibiarkan dalam kondisi setelah pengelasan, lasan yang sempurna pun mungkin menunjukkan 'jejak karat' di batas zona yang terkena panas dalam waktu kurang dari 24 jam.
Agar lapisan baru oksida kromium murni dapat terbentuk dengan baik, baja tahan karat memerlukan pembersihan pasca pengelasan dengan cara dipoles, diasamkan, digerinda, atau disikat. Sekali lagi, gunakan mesin gerinda dan sikat yang khusus untuk tugas ini.
Mengapa kawat las baja tahan karat bersifat magnetis?
Baja tahan karat austenitik penuh tidak bersifat magnetik. Namun, suhu pengelasan menciptakan butiran yang relatif besar dalam struktur mikro, yang mengakibatkan lasan menjadi rentan terhadap retak. Untuk mengurangi kerentanan terhadap retak panas, produsen elektroda menambahkan unsur paduan, termasuk ferit. Fase ferit menyebabkan butiran austenitik menjadi jauh lebih halus, sehingga lasan menjadi lebih tahan terhadap retak.
Magnet tidak akan menempel pada gulungan kawat pengisi baja tahan karat austenitik, tetapi seseorang yang memegang magnet mungkin merasakan sedikit tarikan karena adanya ferit yang tertahan. Sayangnya, hal ini menyebabkan beberapa pengguna mengira produk mereka salah diberi label atau mereka menggunakan logam pengisi yang salah (terutama jika mereka merobek label dari keranjang kawat).
Jumlah ferit yang tepat dalam elektroda bergantung pada suhu penggunaan aplikasi. Misalnya, terlalu banyak ferit menyebabkan lasan kehilangan ketangguhannya pada suhu rendah. Dengan demikian, pengisi Tipe 308 untuk aplikasi perpipaan LNG memiliki angka ferit antara 3 dan 6, dibandingkan dengan angka ferit 8 untuk pengisi Tipe 308 standar. Singkatnya, logam pengisi mungkin tampak serupa pada awalnya, tetapi perbedaan kecil dalam komposisi sangat penting.
Adakah cara mudah untuk mengelas baja tahan karat dupleks?
Pada umumnya, baja tahan karat dupleks memiliki struktur mikro yang terdiri dari sekitar 50% ferit dan 50% austenit. Sederhananya, ferit memberikan kekuatan tinggi dan ketahanan terhadap retak korosi tegangan, sedangkan austenit memberikan ketangguhan yang baik. Kombinasi kedua fasa ini memberikan baja dupleks sifat-sifat yang menarik. Berbagai macam baja tahan karat dupleks tersedia, dengan yang paling umum adalah Tipe 2205; baja ini mengandung 22% kromium, 5% nikel, 3% molibdenum, dan 0,15% nitrogen.
Saat mengelas baja tahan karat dupleks, masalah dapat muncul jika logam las memiliki terlalu banyak ferit (panas dari busur menyebabkan atom-atom tersusun dalam matriks ferit). Untuk mengimbangi hal ini, logam pengisi perlu meningkatkan struktur austenitik dengan kandungan paduan yang lebih tinggi, biasanya 2 hingga 4% lebih banyak nikel daripada logam dasar. Misalnya, kawat inti fluks untuk pengelasan Tipe 2205 dapat memiliki 8,85% nikel.
Kandungan ferit yang diinginkan dapat berkisar antara 25 hingga 55% setelah pengelasan (tetapi bisa lebih tinggi). Perhatikan bahwa laju pendinginan harus cukup lambat untuk memungkinkan austenit terbentuk kembali, tetapi tidak terlalu lambat sehingga menciptakan fase intermetalik, dan tidak terlalu cepat sehingga menciptakan ferit berlebih di zona yang terkena panas. Ikuti prosedur yang direkomendasikan pabrikan untuk proses pengelasan dan logam pengisi yang dipilih.
Penyesuaian parameter saat pengelasan baja tahan karat
Bagi para fabrikator yang terus-menerus menyesuaikan parameter (tegangan, arus, panjang busur, induktansi, lebar pulsa, dll.) saat mengelas baja tahan karat, penyebab utamanya adalah komposisi logam pengisi yang tidak konsisten. Mengingat pentingnya unsur paduan, variasi komposisi kimia antar lot dapat berdampak nyata pada kinerja pengelasan, seperti pembasahan yang buruk atau pelepasan terak yang sulit. Variasi diameter elektroda, kebersihan permukaan, bentuk coran dan heliks juga memengaruhi kinerja dalam aplikasi GMAW dan FCAW.
Mengendalikan pengendapan karbida pada baja tahan karat austenitik
Pada suhu dalam kisaran 426-871°C, kandungan karbon yang melebihi 0,02% bermigrasi ke batas butir struktur austenitik, di mana ia bereaksi dengan kromium membentuk kromium karbida. Jika kromium terikat dengan karbon, maka kromium tersebut tidak tersedia untuk ketahanan korosi. Ketika terpapar lingkungan korosif, terjadilah korosi intergranular, yang memungkinkan batas butir terkikis.
Untuk mengendalikan pengendapan karbida, jaga kadar karbon serendah mungkin (maksimum 0,04%) dengan pengelasan menggunakan elektroda rendah karbon. Karbon juga dapat diikat oleh niobium (dahulu kolumbium) dan titanium, yang memiliki afinitas lebih kuat terhadap karbon daripada kromium. Elektroda tipe 347 dibuat untuk tujuan ini.
Bagaimana mempersiapkan diskusi tentang pemilihan logam pengisi?
Minimalnya, kumpulkan informasi tentang penggunaan akhir bagian yang dilas, termasuk lingkungan layanan (terutama suhu operasi, paparan terhadap unsur korosif, dan tingkat ketahanan korosi yang diharapkan) dan masa pakai yang diinginkan. Informasi tentang sifat mekanik yang dibutuhkan pada kondisi operasi sangat membantu, termasuk kekuatan, ketangguhan, keuletan, dan kelelahan.
Sebagian besar produsen elektroda terkemuka menyediakan buku panduan untuk pemilihan logam pengisi, dan para penulis sangat menekankan hal ini: konsultasikan panduan aplikasi logam pengisi atau hubungi pakar teknis produsen. Mereka siap membantu dalam memilih elektroda baja tahan karat yang tepat.
Untuk informasi lebih lanjut mengenai logam pengisi baja tahan karat TYUE dan untuk menghubungi para ahli perusahaan guna mendapatkan saran, kunjungi www.tyuelec.com.
Waktu posting: 23 Desember 2022