Erilaiset metallihitsaukset ruostumattoman teräksen liittäminen hiiliteräkseen turvallisesti

#	Sääntö
1	Käytä aina täyteainetta E309L tai ER309L -. Se on ainoa vakiotäyteaine, jossa on riittävästi Cr+Ni:tä pysymään austeniittisena hiiliteräslaimennuksen jälkeen. Älä koskaan käytä E308L- tai hiiliterästäyteainetta SS-–-CS-liitoksissa.
2	Esilämmitä vain hiiliteräspuoli. Ruostumattoman puolen esilämmitys aiheuttaa herkistymistä. Kuumenna CS-puolta hiiliekvivalentin (CE) perusteella; suojaa SS-puoli tarvittaessa eristävällä kääreellä.
3	Älä koskaan ylitä 425 astetta jatkuvassa käytössä ER309L-liitoksilla. Tämän lämpötilan yläpuolella hiili siirtyy hiiliteräksestä ruostumattomaksi aiheuttaen HAZ-haurastumista. Päivitä ER310:een tai Inconel 82:een korkeampia lämpötiloja varten.
4	Rajoita lämmöntuotto < 1,5 kJ/mm ruostumattomalla puolella. Leveät kudoshelmet ja liiallinen lämmöntuotto aiheuttavat herkistymistä SS HAZ:issa. Käytä stringer-helmiä; jäähdytä kulkujen välillä < 175 asteen välilämpötilaan.
5	Asenna dielektrinen eristys kosteisiin huoltoympäristöihin. Ruostumaton teräs on katodista; hiiliteräs on anodista. Ilman eristystä hiiliteräs hitsin lähellä syövyttää merivedessä 0,5–2,5 mm/vuosi.

Tilanne	Suositeltu täyteaine	Esilämmitä CS-puoli	Max Huoltolämpötila	Key Varo-
304/316L SS - A36 hiiliteräs; ympäristön lämpötila	ER309L tai E309L-16	Ei mitään ( suurempi tai yhtä suuri kuin 10 astetta )	425 astetta (800 astetta F)	Ei PWHT; vältä herkistymistä
316L SS - A516 Gr 70 paineastia	ER309L tai E309L-16	66-107 astetta	425 astetta (800 astetta F)	ASME Sec IX WPS vaaditaan
SS:stä korkean -hiilen CS (CE > 0,5); paksu osa	309L voilla	150-175 astetta	425 astetta (800 astetta F)	Voi CS kasvot ensin; 2-kerroksinen tekniikka
SS-to-CS-liitos; käyttölämpötila 425-870 astetta	ER310	Perusmetallina	870 astetta (1600 astetta F)	Sigma-vaiheen riski yli 700 astetta
SS-to-CS uunissa / petrokemian yli 500 astetta	ENiCrFe-3 (seos 82)	Perusmetallina	980 astetta (1800 astetta F)	kallein; tarkista CTE-yhteensopivuus
SS-to-CS merivedessä / aggressiivinen korroosio	ENiCrMo-3 (625)	Perusmetallina	980 astetta (1800 astetta F)	Katodisuojaus + eristysliittimet
Kenttä korjaus; WPS ei ole käytettävissä (vain hätätilanne)	E309L-16 SMAW	Kuten CE määrää	425 astetta (800 astetta F)	Jälki-korjauksen WPS-pätevyys vaaditaan
Päällystys CS SS-päällysteellä	ER309L (ensimmäinen kerros); ER308L (korkki)	Kuten CS	425 astetta (800 astetta F)	Puskurikerros pakollinen; laimennustarkistus Schaeffler-kaaviolla

Lähde: Koottu julkaisuista AWS A5.4, AWS A5.9, AWS A5.14, ASME Section IX, Lincoln Electric Welding Procedure Guide (2024) ja Outokumpu Stainless Steel Welding Handbook (2022).

Dissimilar Metal Welding Joining Stainless Steel to Carbon Steel Safely

Erilainen metallihitsaus ruostumattoman teräksen ja hiiliteräksen välillä on yksi yleisimmistä valmistuksen haasteista - ja yksi yleisimmistä virheistä. Kolmen perustavanlaatuisen yhteensopimattomuuden ymmärtäminen on jokaisen oikean päätöksen perusta.

Omaisuus	304/316L SS	Hiiliteräs A36	A516 gr 70	SA-106 Gr B	Tekniset vaikutukset hitsaukseen
Lämpölaajeneminen (CTE)	16–17 × 10⁻⁶/ aste	11–12 × 10⁻⁶/ aste	11,7 × 10⁻⁶/aste	12,0 × 10⁻⁶/aste	40 % CTE-epäsopivuus → jäännösjännitys rajapinnassa
Lämmönjohtavuus	13–16 W/m·K	50–53 W/m·K	48 W/m·K	49 W/m·K	SS säilyttää 3–4 kertaa enemmän lämpöä → epäsymmetrinen HAZ
Sulamisalue	1370-1400 astetta	1425-1530 astetta	1430-1530 astetta	1430-1530 astetta	Erilaiset jähmettymisnopeudet → koostumuksen gradientti
Hiilipitoisuus (max)	0.03–0.08%	0.26%	0.27%	0.30%	C siirtyy CS:stä SS:ään palvelussa T > 425 astetta
Sadonvoimakkuus (min)	170-205 MPa	250 MPa	260 MPa	240 MPa	CS vahvempi tuotto; vaikuttaa yhteistekijän suunnitteluun
Vetolujuus	485–515 MPa	400-550 MPa	485-620 MPa	415–585 MPa	Vertailukelpoinen; täytemetalli siltaa eron
Kovuus (hehkutettu)	70-85 HRB	60-75 HRB	62-78 HRB	65-80 HRB	Samanlainen; HAZ-kovuusmuutokset ovat kriittisempiä
Mikrorakenne	Austeniittinen FCC	Ferriittinen/perliittinen BCC	Ferriittinen/perliittinen BCC	Ferriittinen/perliittinen BCC	Yhteensopimattomat kiderakenteet → vaaditaan rajapinnan siirtymäkerros
Galvaaninen potentiaali (vs SHE)	+0.0 – +0.3V	-0,4 - -0,6 V	-0,4 - -0,6 V	-0,4 - -0,6 V	0,4–0,8 V EMF-ero → galvaaninen korroosio märkäkäytössä

Lähteet: ASM Handbook Vol. 2: Properties and Selection - Nonferrous Alloys (ASM International, 1990); ASTM A36/A36M (2019); ASTM A516/A516M (2017); ASME SA-106 (2021 toim.); Outokumpu Stainless Steel Handbook (2022).

Kolme yhteensopimattomuutta määrittelee kaikki vikatilat SS-to-CS-hitsauksessa: (1) 40 %:n lämpölaajenemishäiriö, joka aiheuttaa jäännösjännityksen; (2) hiilen kulkeutuminen CS:stä SS:ään yli 425 astetta; ja (3) 0,4–0,8 V:n galvaaninen potentiaaliero, joka edistää korroosiota märissä ympäristöissä. Jokaisen täyteaineen valinnan, esilämmityspäätöksen ja PWHT-käytännön on puututtava yhteen tai useampaan näistä kolmesta perimmäisestä syystä.

Ruostumaton teräs laajenee ja supistuu noin 40 % enemmän kuin hiiliteräs lämpötilan muutosastetta kohden. Hitsausliitoksessa tämä yhteensopimattomuus tarkoittaa:

Hitsauksen aikana: SS-puoli laajenee enemmän kuin CS-puoli, jolloin syntyy puristusjännitystä SS:ssä ja vetojännitystä CS:ssä hitsin jäähtyessä.

Huollon aikana: jokainen lämpöjakso (käynnistys/sammutus, kuuma{0}}kylmäjakso) lisää asteittainen väsymisvaurioita käyttöliittymään.

Jaksottaisessa käytössä: tuhansien jaksojen jälkeen hiiliteräksen puolella - korkeimman jännityskonsentraatiopisteen kohdalle syntyy väsymishalkeamia.

Tekninen vastaus: suunnittele liitos niin, että se mukautuu differentiaaliseen laajenemiseen (palkeet, laajennussilmukat, joustavat liittimet putkissa); käytä siirtymäkappaleita tai asteittaisia kapenevia äkillisten SS-CS-liitäntöjen sijaan.

Miksi hiilen kulkeutuminen tapahtuu ja miten se tuhoaa hitsausliitokset

Hiilen kulkeutuminen on ajasta-lämpötilasta-riippuva diffuusioprosessi. Hiiliteräksen hiiliatomeja ohjaa pitoisuusgradientti ruostumattoman teräksen puolelle (jolla on erittäin alhainen hiilipitoisuus). Käyttövoima kasvaa dramaattisesti yli 425 astetta.

Seurauksena on kahden{0}}vyöhykkeen ongelma käyttöliittymässä:

Hiilenpoistettu vyöhyke (CS-puoli): pehmeä, hiipivä-altis; vetolujuus voi laskea 15-25 %.

Hiiltynyt vyöhyke (SS-puoli): kova, hauras, herkkä rakeiden väliselle korroosiolle; tehokkaasti herkistetty.

⚠️ VAROITUS: Jos käyttölämpötilasi ylittää 425 astetta (800 astetta F), E309L-täyteaine EI riitä. Sinun on käytettävä ER310:tä, ENiCrFe-3:a (Inconel 82) tai vastaavaa runsasseosteista täyteainetta, joka voi estää hiilen diffuusion.

Täytemetallin valinnassa tehdään eniten virheitä erilaisissa metallihitsauksissa. Väärä täyteaine tuottaa sauman, joka näyttää hyvältä, mutta epäonnistuu ennenaikaisesti käytössä - usein ilman näkyvää varoitusta.

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

Täydellinen täyteaineen valintaopas

Täyte Metalli	AWS-luokka	Cr%	Ni%	Paras sovellus	Keskeinen etu / rajoitus
ER309L (MIG/TIG-johto)	AWS A5.9	23–25	12–14	Yleiset SS-–-CS-liitokset (★ Vakio)	★ Parasta kaikin puolin-; L-luokka estää herkistymisen; kestää jopa 40 % CS-laimennuksen
E309L-16 (SMAW-elektrodi)	AWS A5.4	23–25	12–14	Kenttähitsaus SS-to-CS (★ Vakio)	Helppokäyttöinen; alhainen roiske; Sama L--luokan suojaus kuin ER309L:ssä
ER309MoL	AWS A5.9	23–25	13–15	316L-to-CS tai high-Mo palvelu	Mo-lisäys parantaa korroosionkestävyyttä; kloridiympäristöihin
ER310	AWS A5.9	25–28	20–22	Palvelu 425-870 astetta	korkea Cr+Ni; vastustaa hiilen kulkeutumista korotetussa lämpötilassa; kallis
ENiCrFe-3 (Inconel 82)	AWS A5.14	18–22	67+	Korkea{0}}lämpötila, korkea-rasitus, kriittiset nivelet	Lähes-nolla CTE-epäsopivuus SS:n kanssa; immuuni hiilen siirtymiselle; erittäin kallista
ENiCrMo-3 (Inconel 625)	AWS A5.14	20–23	58+	Syövyttävä huolto, verhoilu	Ylivoimainen korroosionkestävyys; erinomainen rako-/pitting; erittäin kallista
ER70S-6 / E7018	AWS A5.18/5.1	-	-	EI suositella SS-to-CS	❌ Hiiliterästäyteaine aiheuttaa herkistymistä SS HAZ:issa; älä käytä
309 l + voitelu (kaksi-kierrosta)	AWS A5.4 / A5.9	23–25	12–14	korkea-hiili-CS (CE > 0,5); raskaita osia	Voi CS kasvot 309L ensin; vähentää laimennusriskiä 50 %

Lähteet: AWS A5.4:2018 (SMAW:n ruostumattomat teräselektrodit); AWS A5.9:2017 (paljaat ruostumattoman teräksen hitsauselektrodit ja -tangot); AWS A5.14:2018 (nikkeli- ja nikkeli{6}}paljasmetalliseoshitsauselektrodit ja -tangot); Lincoln Electric Welding Consumable Catalog (2024).

E309L / ER309L on oikea täyteaine noin 96 %:lle ruostumattomasta---hiiliteräksestä{5}}saumoihin ympäristön tai kohtalaisen-lämpötiloissa (jopa 425 astetta). Sen korkea kromi- (23–25 %) ja nikkelipitoisuus (12–14 %) muodostavat turvapuskurin, joka pitää hitsimetallin austeniittisena jopa 30–40 % laimennettuna hiiliteräksen perusmetallista.

Miksi E308L ja hiiliterästäyteaineet eivät ole koskaan hyväksyttäviä erilaisissa liitoksissa

Yleinen virhe alalla on E308L:n (vakiotäyteaine 304/308 SS-SS-hitsauksessa) käyttö erilaisessa metalliliitoksessa. Tässä on miksi tämä on väärin:

E308L on suunniteltu austeniittisen SS-hitsaukseen itseensä. Siinä on 19–21 % Cr ja 9–11 % Ni.

Hiiliteräksellä 30–40 % laimennettuna Cr- ja Ni-tasot putoavat alle Schaeffler-diagrammin turvallisen kynnyksen, jolloin hitsausmetalli siirtyy martensiittiselle alueelle.

Martensiittiset hitsausmetallit erittäin rajoittuneessa erilaisessa liitoksessa ovat erittäin alttiita vety-kylmähalkeilulle -, joka on vaarallisin tyyppi, koska se voi tapahtua tunteja hitsauksen valmistumisen jälkeen.

Hiiliterästäyteaineet (E7018, ER70S-6) eivät ole myöskään hyväksyttäviä: ne eivät voi luoda Cr-Ni-puskuria, joka pitää rajapinnan korroosionkestävänä. SS HAZ herkistyy ensimmäisen huoltojakson aikana.

Schaeffler-kaavio - Täyteaineen valinnan tieteellinen perusta

Schaeffler-kaavio ennustaa hitsimetallin mikrorakenteen kromiekvivalentin (Creq) ja nikkeliekvivalentin (Nieq) perusteella:

Creq=%Cr + %Mo + 1.5×%Si + 0.5×%Nb

Nieq=%Ni + 30×%C + 0.5×%Mn

Hitsaus 316L SS:n ja A36 hiiliteräksen välillä käyttäen ER309L:tä 30 % laimennuksena:

ER309L laimentamaton: Creq ≈ 24, Nieq ≈ 15 → täysin austeniittista vyöhykettä.

30 % A36-laimennuksen jälkeen: Creq ≈ 17, Nieq ≈ 11 → austeniittista + ~5–8 % ferriittivyöhykettä. ✅ Turvallinen.

Jos E308L:ää käytettiin 30 % A36-laimennuksella: siirtyy kohti martensiittialuetta. ❌ Halkeamisvaara.

Schaeffler-kaavio vahvistaa, että E309L on vähimmäis-turvallinen täyteaine SS-–-CS-saumoille jopa 40 %:n laimennuksena.

Voitelutekniikka - Milloin ja miten sitä käytetään

Voitelu on kaksivaiheinen{0}}hitsausmenetelmä, joka tarjoaa ylimääräisen turvamarginaalin vaikeissa liitoksissa:

Vaihe 1 - Voitele hiiliteräs: Levitä yksi tai kaksi E309L-kerrosta suoraan hiiliteräsliitospintaan. Tämä tehdään ennen asennusta-hiiliteräksen ollessa vapaasti. Esilämmitys voidaan käyttää tässä vaiheessa ilman riskiä ruostumattomasta puolelta (jota ei vielä ole).

Vaihe 2 - Hitsaa liitos: Voitelun ja jäähdytyksen jälkeen koneista voideltu pinta tasaiseksi. Lopullinen hitsi liittää 309 litran -voitetun CS-pinnan ruostumattomalle puolelle. Koska voikerros on jo austeniittista, CS-perusmetallin laimennus ei ole enää tekijä lopullisessa hitsissä.

Voitelu vaaditaan, kun: CE > 0,50; poikkileikkauksen paksuus > 38 mm (1,5"); korkea-seostettu CS (esim. Cr-Mo-teräkset); CS-puolella vaaditaan PWHT, joka herkistää SS-puolen.

Esilämmitys erilaisten metallien hitsauksessa noudattaa erilaisia sääntöjä kuin hiiliteräshitsauksessa. Ruostumatonta puolta ei saa koskaan esilämmittää. Hiiliteräksen puoli esilämmitetään hiiliekvivalenttinsa perusteella.

Hiiliekvivalentti ja esilämmitysvaatimukset luokittain

Hiiliteräsluokka	Tyypillinen CE*	Leikkauksen paksuus	Min. Esilämmitys (CS-puoli)	Välilämpö (maks.)	Huomautuksia
A36 / SS400	0.35–0.42	Enintään 25 mm (1")	Ei esilämmitystä (suurempi tai yhtä suuri kuin 10 astetta)	175 astetta (350 astetta F)	Yleisin; pieni riski 309L täyteaineella
A36 / SS400	0.35–0.42	25–50 mm (1–2")	66 astetta (150 astetta F)	175 astetta (350 astetta F)	Korkeampi rajoitus - esilämmitys suositeltavaa
A516 gr 70	0.40–0.48	Vähemmän tai yhtä suuri kuin 25 mm	66 astetta (150 astetta F)	175 astetta (350 astetta F)	Paineastia levy; esilämmitä vakiokäytäntö
A516 gr 70	0.40–0.48	>25 mm	107 astetta (225 astetta F)	175 astetta (350 astetta F)	Paksu osa; esilämmitys pakollinen AWS D1.1:n mukaan
SA-106 Gr B (putki)	0.45–0.52	Kaikki	107 astetta (225 astetta F)	175 astetta (350 astetta F)	korkeapaine{0}}putki; ASME B31.3 vaatii WPS:n
A514 / T-1 (seos)	0.55–0.68	Kaikki	175 astetta (350 astetta F)	230 astetta (450 astetta F)	Voimakkaasti-karkaistu-karkaistu; vain asiantuntija
ASTM A572 Gr 50	0.42–0.48	Vähemmän tai yhtä suuri kuin 38 mm	10 astetta (50 astetta F)	175 astetta (350 astetta F)	HSLA terästä; CE vaihtelee lämmön mukaan; tarkista MTR
Sivu ruostumatonta terästä	N/A	Kaikki	ÄLÄ ESILÄMMITYS	175 astetta (350 astetta F)	❌ SS-puolen esilämmitys vaarantaa herkistymisen; vain lämpö CS

Hiiliekvivalentti (CE) per AWS D1.1 -kaava: CE=C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15. Tarkista CE Mill Test Reportista (MTR) jokaiselle teräksen lämmölle. Esilämmitysarvot per AWS D1.1:2020 Taulukko 5.2. Tarkista aina sovelluksesi sovellettavat koodivaatimukset.

Keskeinen johtopäätös: Esilämmitystä käytetään vain hiiliteräksen puolelle hiiliekvivalentin (CE) ja poikkileikkauksen paksuuden perusteella. A36-teräkselle (CE ~ 0,35–0,42), jonka paksuus on pienempi tai yhtä suuri kuin 25 mm, ympäristön lämpötila (vähintään 10 astetta) on riittävä. Älä koskaan esilämmitä ruostumattoman teräksen puolta - se nostaa SS:n herkistysalueelle (425–870 astetta) ja voi vahingoittaa korroosionkestävyyttä pysyvästi.

Passojen välisen lämpötilan säätö - eniten huomiotta jätetty parametri

Passojen välinen lämpötila on hitsiliitoksen lämpötila kulkujen välillä. Erilaisissa SS-–-CS-liitoksissa maksimilämpötila on 175 astetta (350 astetta F) ruostumattoman teräksen puolella.

Miksi sillä on merkitystä:

Jos SS-puoli on edelleen yli 425 astetta seuraavan ajon alkaessa, suoritat tehokkaasti jatkuvaa lämpökäsittelyä herkistysalueella.

Useat ajokerrat ilman jäähdytystä voivat kerätä riittävästi aikaa 425–870 asteen alueella kromikarbidien saostumiseen - jopa L--luokan täyteaineella.

Käytännön menettely: käytä kontaktilämpömittaria tai lämpötilan{0}}osoitinta (Tempilstik®) SS-puolella jokaisen ajon välissä. Älä aloita seuraavaa ajoa ennen kuin SS HAZ vahvistaa < 175 astetta.

⚠️ VAROITUS: Ohut{0}}seinämäisille ruostumattomalle putkelle (< 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%.

Skenaario	PWHT vaaditaan?	Lämpötila-alue	Kesto	Riski / lieventäminen
Matala-hiilinen CS (A36) - 304/316L; tunnelmallinen palvelu	Ei (suositus)	N/A	N/A	Ei PWHT ole turvallisin; hitsaa-sellaisenaan-
Stressinpoisto ASME-koodin mukaan (vain CS-puoli)	Ehdollinen	595–620 astetta (1100–1150 astetta F)	1h per 25mm paksuus	SS:n herkistymisriski; käytä vain 309L tai 347/321 SS; pidä aika < 1h
Korkeapaineputki{0}} (ASME B31.3)	Koodi-riippuvainen	595–650 astetta (1100–1200 astetta F)	Koodiaikataulun mukaan	On käytettävä stabiloitua täyteainetta (309Nb) tai L-laatua; pyydä Code Case -hyväksyntää
Karkaistu CS (CE > 0,55); temper helmitekniikka	Kyllä - HAZ-pehmennys	595-650 astetta	WPS:n mukaan	Käytä vain CS-puolelle; käytä keraamista eristystä SS-puolen suojaamiseen
PWHT yli 850 astetta	EI KOSKAAN SS-CS-nivelille	Yli 850 astetta on KIELLETTY	N/A	❌ Karbidisaostus SS-puolella; aiheuttaa rakeiden välistä korroosiota ja herkistymistä
Liuoshehkutus (SS-korjaus)	Ei sovellu erilaisiin liitoksiin	1050-1100 astetta	N/A	❌ Tässä lämpötilassa CS-puolella tapahtuu vaihemuutoksia ja vääristymiä
Hitsauspäällystys / verhous; sidoksen jälkeinen lämpökäsittely	Ehdollinen	620-700 astetta	Lyhyt liotus	Koskee hitsauspinnoitetta; tarkkaile CS-kovuutta käsittelyn jälkeen

Lähteet: ASME Section IX, 2021 Edition; ASME B31.3:2022, kohta. 331; AWS D1.6:2017, kohta 5.8; TWI Knowledge Summary: PWHT of Dissimilar Metal Welds (2023).

Useimmille erilaisille SS{0}}–-CS-liitoksille ei PWHT ole paras käytäntö. Jos PWHT on pakollinen koodilla, lämpötilakatto on 650 astetta (1200 astetta F), ja vain L--luokan tai stabiloituja SS-materiaaleja tulee käyttää. PWHT yli 850 astetta on ehdottomasti kielletty - se aiheuttaa massiivisen kromikarbidin saostumisen SS-puolelle, mikä tuhoaa koko liitoksen korroosionkestävyyden.

Temper Bead -tekniikka - Vaihtoehto PWHT:lle voimakkaiden-rajoitusten nivelissä

Kun PWHT:ta vaaditaan HAZ-kovuuden vähentämiseksi korkeassa{0}}hiiliteräksessä, mutta sitä ei voida käyttää (koska se vahingoittaisi SS-puolta), temper-helmitekniikka on vaihtoehto:

Kiinnitä lopullinen hitsauspalle hieman korkeammalla lämmöntuonnilla kuin edelliset palkit.

Viimeinen helmi uudelleen{0}}lämmittää edellisen helmen HAZ:n hieman alle Ac1:n (~720 astetta matala-seosteiselle CS:lle), mikä karkaisee sen tehokkaasti ilman erillistä lämpökäsittelyjaksoa.

Temper-helmi on sijoitettava tarkasti siten, että se menee päällekkäin edellisen ajon karkaistun HAZ:n kanssa.

Temper-helmitekniikka on hyväksytty ASME Code Case 2894:n ja AWS D1.1:n liitteen I mukaan sovellettavien epäjalometalliyhdistelmien osalta. Tähän tekniikkaan vaaditaan pätevä WPS.

Täytemetalli käytetty	Max Huoltolämpötila (Jatkuu)	Hiilen siirtymisen kynnys	Hapettumisraja	Muita huomioita
ER309L / E309L-16	425 astetta (800 astetta F)	425 astetta (800 astetta F)	760 astetta (1400 astetta F)	Yli 425 astetta: vaihda ER310:een tai Inconel 82:een hiilen kulkeutumisen estämiseksi
ER309MoL	425 astetta (800 astetta F)	425 astetta (800 astetta F)	760 astetta (1400 astetta F)	Mo-lisäys ei nosta hiilen kulkeutumiskynnystä; sama 425 asteen raja
ER310	870 astetta (1600 astetta F)	870 astetta (1600 astetta F)	1035 astetta (1900 astetta F)	Korkea Cr-pitoisuus vastustaa hiilen kulkeutumista 870 asteeseen asti; hauras sigma-vaiheen riski
ENiCrFe-3 (Inconel 82)	980 astetta (1800 astetta F)	980 astetta (1800 astetta F)	980 astetta (1800 astetta F)	Ei huolta hiilen siirtymisestä; CTE vastaa tiiviisti SS:ää; mieluiten uunihuoltoon
ENiCrMo-3 (Inconel 625)	980 astetta (1800 astetta F)	980 astetta (1800 astetta F)	980 astetta (1800 astetta F)	Ensiluokkainen vaihtoehto hapettavaan + syövyttävään korkean lämpötilan{1}}huoltoon
E7018 hiiliteräs	EI sovellu	EI sovellu	EI sovellu	❌ Älä koskaan käytä SS{0}}CS-liitoksissa; HAZ-herkistyminen on varmaa

Lähteet: ASM Handbook Vol. 6: Welding, Brazing and Soldering (ASM International, 1993); Welding Research Council (WRC) Bulletin 342: Erilaiset hitsit fossiilisten voimaloiden (1989); Special Metals -julkaisu: Inconel Alloy 82/182 for Dissimilar Metal Welding (2008).

Keskeinen johtopäätös: ER309L on oikea täyteaine käyttölämpötiloihin jopa 425 astetta (800 astetta F). 425 asteen yläpuolella vaihda ER310:een (870 asteeseen asti) tai ENiCrFe-3 / Inconel 82:een (980 asteeseen asti). Päivitys ei ole valinnainen - ER309L:n käyttäminen yli 425 asteen jatkuvassa käytössä johtaa hiilen kulkeutumiseen, HAZ-haurastumiseen ja nivelen vaurioitumiseen kuukausien tai vuosien kuluessa lämpötilasta ja syklin tiheydestä riippuen.

Siirtymäkappaleet korkeisiin{0}}lämpötiloihin

Korkean lämpötilan{0}}putkistojärjestelmissä (petrokemian, sähköntuotanto) suositeltava tapa on välttää suora SS-to-CS-hitsaus kokonaan. Käytä sen sijaan siirtymäkappaletta - metalliseosta, joka kattaa CTE-aukon asteittain:

Matala-seostettu teräs (esim. 1,25Cr-0,5Mo tai 2,25Cr-1Mo) välikappaleena CS:n ja SS:n välillä.

Hitsaa CS matala-seosteiseen välituotteeseen tavallisella matalaseosteisella-täyteaineella.

Hitsaa matala-metalliseos SS:ään Inconel 82:lla tai 309L:llä.

Tämä lähestymistapa jakaa CTE-epäsopivuuden kahdelle liitokselle yhden sijasta ja mahdollistaa optimoidun täyteaineen käytön jokaisessa yksittäisessä rajapinnassa. Se on standardi suunnittelukäytäntö ASME B31.1 (Power Piping) -sovelluksissa yli 370 astetta.

Palveluympäristö	Galvaaninen riskitaso	Elektrolyyttiaktiivisuus	Korroosionopeus (CS)	Suositeltu lievennys
Kuiva sisä/ilmakehä (RH < 60 %)	Vähäinen (★)	Ei mitään	< 0.025 mm/yr	Ei tarvita erityisiä varotoimia
Ulkona ilmakehän / ajoittain märkää	Matala (★★)	Kosteus / kaste	0,025–0,1 mm/v	Sinkki{0}}rikas pohjamaali CS:lle; maalijärjestelmä saumassa
Makean veden upotus	Keskitaso (★★★)	Alhainen johtavuus	0,1-0,25 mm/v	Eristävä kytkin tai dielektrinen liitos liitoksessa
Upotus meriveteen	Vaikea (★★★★★)	Korkea johtavuus	0,5-2,5 mm/v	Katodinen suojaus + dielektrinen eristys pakollinen
Kemiallinen/hapan prosessi	Vaikea – äärimmäinen (★★★★★)	Korkea	Muuttuva	Nikkeliseostäyteaine (Inconel 625); CS-puolen täydellinen eristys
Maanalainen / haudattu putki	Keskitaso – korkea (★★★★)	Maaperän kosteus	0,25–1,0 mm/v	katodisuojaus; eristysliitokset NACE SP0169:n mukaan
Korkean{0}}lämpöisen höyryn	Matala – kohtalainen (★★)	Höyrykondensaatti	0,05–0,2 mm/v	Valvonta kondenssiveden keräyspisteissä; valua kunnolla
Aggressiivinen CIP / puhdas-paikalla-(lääke/ruoka)	Keskitaso (★★★)	Kaustiset/happamat syklit	Kohtalainen	Sileä, rakoton-hitsausprofiili; vaaditaan täysi tunkeutuminen

Lähteet: NACE International: Galvanic Corrosion Technical Report (2016); NACE SP0169:2013 (ulkoisen korroosion hallinta maanalaisissa tai vedenalaisissa metalliputkijärjestelmissä); ASM Handbook osa. 13A: Corrosion (2003).

Keskeinen johtopäätös: Galvaaninen korroosio ruostumattoman teräksen (katodi) ja hiiliteräksen (anodi) välillä on mitätöntä kuivissa olosuhteissa, mutta vakavaa märässä ympäristössä - erityisesti merivedessä, jossa hiiliteräksen korroosionopeus voi ylittää 2,5 mm/vuosi. Aluevaikutus vahvistaa ongelmaa: katodina toimiva suuri SS-pinta kiihdyttää dramaattisesti pienen CS-anodin korroosiota. Asenna aina dielektrinen eristys (eristysliitos, laippa tai kytkin) SS-–-CS-siirtymiin märkäkäytössä.

Pinta-alavaikutus - Miksi SS:n ja CS:n pinta-alojen suhteella on merkitystä

Galvaanisen korroosion vakavuus on verrannollinen katodin -/-anodin pinta-alasuhteeseen. Tämä on SS-to-CS galvaanisen korroosion tärkein, mutta vähiten ymmärretty näkökohta:

Katodi (SS) alue	Anodi (CS) -alue	Pinta-alasuhde (SS:CS)	Korroosionopeus (suhteellinen)
Pieni (vain hitsausalue)	Suuri (aluksen runko)	1:10	Matala - hyväksyttävä useimmissa ympäristöissä
Tasaiset alueet	Tasaiset alueet	1:1	Kohtalainen - normaali lievennys koskee
Suuri (SS-putkijärjestelmä)	Pieni (CS-sovitus)	10:1	Korkean - CS-sovitus epäonnistuu nopeasti
Erittäin suuri (SS-alus)	Pieni (CS-suutin)	100:1	Vakava - CS-suutin syöpyy kuukausissa

Lähde: ASM Handbook Vol{0}}A: Corrosion, Section "Galvanic Corrosion" (ASM International, 2003).

Suunnittelusääntö: Varmista aina, että ruostumattoman teräksen pinta-ala on pienempi tai yhtä suuri kuin hiiliteräsalue, kun molemmat ovat alttiina elektrolyytille. Jos tätä ei voida saavuttaa, asenna katodinen suojaus CS-puolelle tai käytä dielektristä eristystä.

Vian tyyppi	Perimmäinen syy	Havaitsemismenetelmä	Ennaltaehkäisy	Korjaus / korjaus
Herkistyminen (SS HAZ)	Hidas jäähdytys 425–870 astetta ; korkea lämmöntuotto	Huey/Strauss-testi; ASTM A262	Käytä L--luokkaa (309L, 316L); rajalämmöntuotto < 1,5 kJ/mm	Poista herkistynyt alue; uudelleen-hitsaa pienemmällä lämmöntuonnilla
Hiilen siirto	Huolto T > 425 astetta; CS-hiili leviää SS:hen	Metallografinen leikkaus; kovuus poikki	Käytä ER310:tä tai Inconel 82:ta yli 425 asteen kulmassa; voita CS kasvot	Poista vaikutusalue; uudelleen-hitsaa Ni-pohjatäytteellä
Kuumakrakkaus (jähmettyminen)	Korkea S + P -pitoisuus täyteaineessa; korkea pidättyvyys	PT/MT heti hitsauksen jälkeen	Käytä vähärikkistä{0}}täyteainetta; ohjaus lämmön syöttö; vähentää pidättyvyyttä	Hio halkeama; uudelleen-hitsaa järjestyksessä
Fuusion puute käyttöliittymässä	riittämätön lämpö; likainen perusmetalli; CTE-epäsopivuus	RT tai UT; silmämääräinen tarkastus	Puhdista molemmat pinnat; esilämmitä CS puoli; riittävä ampeeri	Hio kiinteäksi metalliksi; hitsaa uudelleen-oikeilla parametreilla
Undercut / Burn-through (SS-puoli)	Lämmönsyöttö liian korkea SS:ssä	Visuaalinen; PT	Pienempi lämmöntuotto SS-puolella; kutoa vähemmän; käytä naruhelmiä	Kasvata 309 litran talletuksella; sekoita tasaiseksi
Huokoisuus	Saastuminen; kosteus; likainen perusmetalli	RT; UT	Rasvanpoisto; kuivat elektrodit; tyhjennä takapuoli (TIG)	Paikanna lähde; hio ja{0}}hitsaa uudelleen, jos se on rakenteellisesti tärkeää
Lamellar repeytyminen (CS-puoli)	Valssatun CS-levyn-paksuusjännityksen kautta	UT; matalataajuinen-äänen nopeus	Määritä Z-suuntatestattu levy (ASTM A770); voikerros	Vaatii laajan korjauksen; suunnittele liitos uudelleen, jos se toistuu
Hitsauksen rappeutuminen (rakeiden välinen korroosio)	Herkistys + syövyttävä palvelu	ASTM A262 -harjoitus E tai C	Käytä L-luokan tai stabiloitua (321/347) SS:tä epäjaloa metallia vasten	Vaihda liitos; päivittää vähähiiliseen{0}}laatuun
Vääristymä / vääntyminen	Epäsymmetrinen lämmönsyöttö; CTE-epäsopivuus	Mittojen tarkistus; suorareuna	Tasapainoinen hitsausjärjestys; puristin; käytä pieniä passeja	Mekaaninen oikaisu (kylmä); liekin oikaisu (varoitus)

Lähteet: AWS CWI Study Guide (2024); TWI:n parhaiden käytäntöjen opas: Erilaisten metallien hitsaus (2023); ASM Handbook Vol{2}}: Hitsaus, kovajuotos ja juottaminen (ASM International, 1993); ASME:n kattila- ja paineastiakoodi, jakso V (tuhoamaton tarkastus).

Tärkeimmät johtopäätökset: Herkistyminen ja hiilen kulkeutuminen ovat SS{0}}to-CS-hitsauksen - kaksi seurauksellista vikaa, ja molemmat voidaan estää oikealla täyteaineen valinnalla (L-laatu) ja lämmönsyötön ohjauksella (< 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.

Vakio / Koodi	Myöntävä elin	SS-CS-hitsaukseen liittyvä soveltamisala	Avainvaatimus
AWS D1.6:2017	American Welding Society	Rakennehitsauskoodi - ruostumaton teräs; kattaa suunnittelun, pätevyyden ja tarkastuksen	Edellyttää WPS/PQR-pätevyyttä; luetellaan esikelpoiset liitokset
AWS D1.1:2020	American Welding Society	Rakennehitsauskoodi - Teräs; hallitsee erilaisten liitosten hiiliteräspuolta	CE-pohjaiset esilämmitystaulukot; perusmetallien ryhmittely
ASME Osa IX	ASME (kattila- ja PV-koodi)	Hitsausmenetelmät ja hitsaajan pätevyys; pakollinen painesovelluksissa	P-Numeroiden ryhmittely; F-Numero täyteaineluokitus
ASME B31.3:2022	ASME	Prosessiputkistokoodi; SS-CS-siirtymät kemian- ja petrokemian tehtaissa	PWHT-vaatimukset; hitsausliitos tekijä; koeluokka
AWS A5.4 / A5.9	American Welding Society	SMAW- ja GTAW/GMAW-täytemetallit ruostumattomalle teräkselle (E309L, ER309L jne.)	Kemiallisen koostumuksen rajat; testausvaatimukset
ASTM A262	ASTM kansainvälinen	Käytännöt austeniittisen SS:n herkkyyden havaitsemiseksi IGC:lle	Harjoitus A (oksaalietsaus) ja harjoitus E (Huey-testi) herkistymiseen
ISO 15614-1	ISO / EN	Metallimateriaalien hitsausmenetelmien määrittely ja pätevyys	Kansainvälinen WPS-pätevyysstandardi; yleisesti hyväksytty Euroopassa
NACE SP0169 / ISO 15589	NACE International	Maanalaisten putkien ulkoinen korroosiontorjunta; katodinen suojaus	Merkityksellistä, kun mukana on erilaisia metalliputkiliitoksia
EN ISO 3834	ISO / CEN	Metallimateriaalien fuusiohitsauksen laatuvaatimukset	Kattava laatujärjestelmä hitsausorganisaatioille

Huomautus: Koodit ja standardit päivitetään säännöllisesti. Varmista aina, että käytät nykyistä versiota. Sovellettava koodi määräytyy lainkäyttöalueen, sovellustyypin (rakenne, paine, putkisto) ja asiakkaan spesifikaatioiden mukaan. Jos olet epävarma, ota yhteyttä Certified Welding Inspector (CWI) tai hitsausinsinööriin.

Avainkoodivaatimus: WPS ja PQR ovat pakollisia painesovelluksissa

Kaikki SS-to-CS-hitsaus paine-laakereilla komponenteilla (astiat, putkistot, kattilat) edellyttää hyväksyttyä hitsausmenetelmäspesifikaatiota (WPS), jota tukee Procedure Qualification Record (PQR) ASME:n osion IX mukaisesti. Tämä tarkoittaa:

WPS määrittelee hitsausprosessin, lisäainemetallin, esilämmityksen, lämmöntuontirajat ja läpikulkulämpötilan rajat.

PQR dokumentoi WPS:n hyväksymiseksi tehdyt testihitsaukset, mukaan lukien vetokokeet, taivutuskokeet ja iskutestit tarvittaessa.

Hitsaajien on oltava henkilökohtaisesti päteviä WPS:ään suorituskyvyn pätevyystestauksella.

Täytemetallin, epäjalometalliryhmän (P-numero) tai prosessin muutokset vaativat uudelleen-pätevyyden.

Rakenteellisissa (muissa kuin -paineisissa) sovelluksissa AWS D1.6 sallii esikelpoiset saumasuunnittelut tavallisella 309L-täytteellä, jota voidaan käyttää ilman PQR-testausta, jos kaikki esihyväksytyt ehdot täyttyvät.

Q1: Mitä lisäainemetallia minun pitäisi käyttää ruostumattoman teräksen hitsaukseen hiiliteräkseksi?

ER309L (MIG/TIG) tai E309L-16 (SMAW) on vakiotäytemetalli ruostumattoman teräksen hitsaukseen hiiliteräkseksi. Se sisältää 23–25 % Cr ja 12–14 % Ni - riittävän korkeaa pysyäkseen täysin austeniittisena jopa 30–40 %:n laimennuksen jälkeen hiiliteräspuolelta. L-merkintä (vähähiilinen, enintään 0,03 %) estää herkistymisen. Jos käyttölämpötila on yli 425 astetta, päivitä ER310:een tai ENiCrFe-3:een (Inconel 82).

Q2: Miksi ruostumatonta terästä hiiliteräkseksi hitsattaessa käytetään E309L:ää E308L:n sijaan?

E308L on suunniteltu austeniittisen ruostumattoman teräksen hitsaukseen (esim. 304-304). Käytettäessä erilaisessa liitoksessa laimennus hiiliteräspuolelta vetää hitsimetallin martensiittiselle tai ferriittiselle alueelle Schaeffler-kaaviossa, mikä aiheuttaa halkeamisvaaran. E309L:ssä on korkeampi Cr- ja Ni-puskuri, joka pitää hitsimetallin turvallisella austeniittisella vyöhykkeellä jopa 40 % hiiliteräslaimennuksella.

Q3: Pitääkö minun esilämmittää hitsattaessa ruostumatonta terästä hiiliteräkseksi?

Hiiliteräksen puoli (ei ruostumaton puoli) on esilämmitettävä, kun hiiliteräksen hiiliekvivalentti (CE) ylittää 0,40 tai kun poikkileikkauksen paksuus on yli 25 mm (1 tuuma). A36-hiiliteräkselle, jonka CE < 0,40 ja paksuus < 25 mm, 10 asteen (50 asteen F) vähimmäislämpötila on tyypillisesti riittävä. Älä koskaan esilämmitä ruostumattomasta teräksestä valmistettua puolta -, se voi aiheuttaa herkistymistä (karbidisaostumista) lämmön{11}}vaikutusalueella.

Kysymys 4: Mitä herkistyminen on ja miten voin estää sen hitsattaessa 316L hiiliteräkseen?

Herkistyminen on kromikarbidien saostumista raerajoilla ruostumattomassa teräksessä, joka tapahtuu, kun sitä pidetään liian pitkään lämpötila-alueella 425–870 astetta. Tämä kuluttaa kromia rakeiden rajoista, mikä tekee niistä alttiita rakeiden väliselle korroosiolle. Ennaltaehkäisy: (1) Käytä L--luokan täyteainetta (E309L tai ER309L, enintään 0,03 % C); (2) Rajoita lämmöntuotto alle 1,5 kJ/mm; (3) Älä PWHT yli 850 astetta; (4) Käytä lyhyitä -kestoisia lankahelmiä, älä leveitä kudoksia.

Q5: Mitä on hiilen kulkeutuminen ja missä lämpötilassa se tapahtuu?

Hiilen kulkeutuminen on hiilen termisesti ohjattua diffuusiota hiiliteräksestä perusmetallista ruostumattoman teräksen lämpö{0}}alueelle (HAZ) korkean-lämpötilojen käytön aikana yli 425 astetta (800 astetta F). Tämä aiheuttaa hiiliteräksessä hiiliteräksessä hiiltyneen pehmeän vyöhykkeen ja ruostumattomasta teräksestä valmistettuun HAZ:iin hiiltyneen kovan alueen. Kova vyöhyke on alttiina rakeiden väliselle hyökkäykselle. Ennaltaehkäisy: Käytä ER310- tai Inconel 82 -täyteainetta yli 425 asteen huoltoon, koska niiden korkea kromi- ja/tai nikkelipitoisuus estää hiilen diffuusion.

Q6: Voinko hitsata ruostumatonta terästä hiiliteräkseksi ilman PWHT:ta?

Kyllä - useimpiin rakenne- ja prosessiputkisovelluksiin ympäristön tai matalan lämpötilan-lämpötiloissa, PWHT:ta ei vaadita tai haluta. Ruostumattomasta---hiiliteräksestä valmistettujen liitosten PWHT voi itse asiassa aiheuttaa vahinkoa: yli 850 asteen lämpötilat herkistävät ruostumattoman puolen. Jos koodi (esim. ASME B31.3) edellyttää PWHT:ta hiiliteräksen jännityksenpoistoon, se on tehtävä 595–620 asteessa käyttämällä L--laatua tai stabiloitua ruostumatonta täyteainetta, ja se on pidettävä vaaditussa vähimmäisajassa.

Q7: Aiheuttaako ruostumattoman teräksen hitsaus hiiliteräkseen galvaanista korroosiota?

Kyllä, mutta vain ympäristöissä, joissa on elektrolyyttiä (nestettä). Ruostumattoman teräksen ja hiiliteräksen välinen ero galvaanisessa sarjassa on 0,4–0,8 V, joten hiiliteräs on aktiivinen anodi. Kuivissa sisäolosuhteissa galvaaninen korroosio on mitätöntä. Merivedessä hiiliteräspuolen korroosionopeus voi olla 0,5–2,5 mm/vuosi. Lieventäminen: asenna dielektriset (eristävät) liitokset tai laipat siirtymäkohtaan; käytä katodista suojausta hiiliteräksen puolelle; käytä sinkki-rikasta pinnoitetta paljailla CS-pinnoilla.

Q8: Mikä on voitelutekniikka, ja milloin minun pitäisi käyttää sitä erilaisiin metallihitsauksiin?

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) ja laimennus olisi korkea; (3) Tarvitaan esilämmitys, joka vaurioittaisi ruostumatonta puolta. E309L:llä voidellun jälkeen voideltu CS-pinta koneistetaan tai puhdistetaan ja lopullinen liitos hitsataan tavallisella 309L-menetelmällä - tyypillisesti ilman suurta esilämmitystä, koska puskurikerros on jo paikallaan.

Q9: Mikä hitsausprosessi on paras ruostumattoman teräksen liittämiseen hiiliteräkseen?

GTAW (TIG-hitsaus) on suositeltu prosessi tarkkuustyöskentelyyn, ohut-seinämäinen putki ja juurikanavat -, se tarjoaa pienimmän lämmöntuoton ja parhaan laimentumisen hallinnan. GMAW (MIG-hitsaus) ER309L-langalla on suositeltava paksumpien osien tuotantotöissä. SMAW (puikkohitsaus) E309L-16 elektrodilla on käytännöllisin valinta kenttätöihin ja korjauksiin. Kaikki kolme prosessia voivat tuottaa koodi{12}laatuisia liitoksia oikealla WPS:llä. FCAW ja E309LT-1 täytelanka käytetään myös ulko-/kenttäsovelluksiin.

Q10: Mikä on Schaeffler-kaavio, ja miksi sillä on merkitystä erilaisille metallihitsauksille?

Schaeffler-kaavio (ja sen päivitetty versio, DeLong-kaavio) on graafinen työkalu, joka ennustaa ruostumattoman teräksen hitsimetallin mikrorakenteen kromiekvivalentin (Creq) ja nikkeliekvivalentin (Nieq) perusteella. Erilaisessa metallihitsauksessa se vahvistaa, että hiiliteräksen puolelta laimentamisen jälkeen hitsimetallikoostumus putoaa edelleen turvalliselle austeniittisen + ferriittivyöhykkeelle (2–10 % ferriittiä). Jos laimennus siirtää koostumuksen martensiittivyöhykkeelle, halkeiluriski on suuri. E309L:n korkea Cr- ja Ni-pitoisuus varmistaa, että se pysyy turvallisella alueella jopa 40 % CS-laimennuksella.

Q11: Mitkä standardit säätelevät ruostumattoman ja hiiliteräksen erilaisia metallihitsauksia?

Ensisijaiset standardit ovat: AWS D1.6:2017 (Structural Welding Code - Stainless Steel) rakennesovelluksiin; ASME:n osa IX painelaitteiden WPS/PQR-hyväksyntää varten; ASME B31.3 prosessiputkistoon. AWS A5.4 ohjaa ruostumattomia SMAW-elektrodeja (E309L-16) ja AWS A5.9 GTAW/GMAW-johtoa (ER309L). Eurooppalaisissa projekteissa ISO 15614-1 kattaa hitsausprosessien pätevyyden. Kaikissa tapauksissa vaaditaan kirjallinen, pätevä hitsausmenetelmäspesifikaatio (WPS), jota tukee Procedure Qualification Record (PQR).

Q12: Kuinka säädän lämmöntuottoa hitsattaessa ruostumatonta terästä hiiliteräkseksi?

Lämmönsyöttöä on säädettävä ruostumattoman puolen herkistymisen ja hiiliteräksen puolen liiallisen HAZ-pehmenemisen estämiseksi. Laske lämmöntuotto seuraavasti: HI (kJ/mm)=[jännite × ampeeri × 60] / [matkanopeus (mm/min) × 1000]. 316L-–-hiiliteräsliitokset: tavoite HI < 1,5 kJ/mm; käytä stringer helmiä leveän kudoksen sijaan; anna passien välisen jäähdytyksen < 175 asteeseen ennen seuraavaa läpikulkua. Ohut{11}}putket: harkitse pulssikäyttöistä GTAW:tä, joka vähentää keskimääräistä lämmöntuottoa 30–40 % säilyttäen samalla valokaaren vakauden.