Nepodobné svařování kovů Bezpečné spojování nerezové oceli s uhlíkovou ocelí

#	Pravidlo
1	Vždy používejte výplň E309L nebo ER309L -. Je to jediné standardní plnivo s dostatečným množstvím Cr+Ni, aby zůstalo austenitické po zředění uhlíkovou ocelí. Nikdy nepoužívejte E308L nebo výplň z uhlíkové oceli na spoj SS-to{8}}CS.
2	Předehřejte pouze stranu z uhlíkové oceli. Předehřev nerezové strany způsobuje senzibilizaci. Aplikujte teplo na stranu CS na základě uhlíkového ekvivalentu (CE); v případě potřeby chraňte stranu SS izolačním obalem.
3	Nikdy nepřekračujte 425 stupňů v nepřetržitém provozu s klouby ER309L. Nad touto teplotou uhlík migruje z uhlíkové oceli na nerez, což způsobuje křehnutí HAZ. Pro vyšší teploty upgradujte na ER310 nebo Inconel 82.
4	Omezte tepelný příkon na < 1,5 kJ/mm na nerezové straně. Široké tkané housenky a nadměrný přívod tepla způsobují senzibilizaci v SS HAZ. Použijte navlékací korálky; ochlaďte mezi průchody na teplotu mezi průchody < 175 stupňů.
5	Instalujte dielektrickou izolaci ve vlhkém prostředí. Nerezová ocel je katodická; uhlíková ocel je anodická. Bez izolace uhlíková ocel v blízkosti svaru koroduje v mořské vodě rychlostí 0,5–2,5 mm/rok.

Situace	Doporučená výplň	Předehřejte CS stranu	Max. provozní teplota	Pozor na klíč-
uhlíková ocel 304/316L SS až A36; okolní teplota	ER309L nebo E309L-16	Žádný (Větší nebo rovný 10 stupňům)	425 stupňů (800 stupňů F)	Bez PWHT; vyhnout se senzibilizaci
316L SS až A516 Gr 70 tlaková nádoba	ER309L nebo E309L-16	66-107 stupňů	425 stupňů (800 stupňů F)	Vyžaduje ASME Sec IX WPS
SS na vysoké-uhlíkové CS (CE > 0,5); tlustý úsek	309L s máslem	150-175 stupňů	425 stupňů (800 stupňů F)	Máslo CS tvář první; 2vrstvá technika
SS-k-spojení CS; provozní teplota 425–870 stupňů	ER310	Jako obecný kov	870 stupňů (1600 stupňů F)	Riziko fáze sigma nad 700 stupňů
SS-až{1}}CS v peci / petrochemii nad 500 stupňů	ENiCrFe-3 (slitina 82)	Jako obecný kov	980 stupňů (1800 stupňů F)	Nejdražší; zkontrolovat kompatibilitu CTE
SS-až{1}}CS v mořské vodě / agresivní korozi	ENiCrMo-3 (625)	Jako obecný kov	980 stupňů (1800 stupňů F)	Katodická ochrana + izolační armatury
Opravy v terénu; není k dispozici WPS (pouze v případě nouze)	E309L-16 SMAW	Jak diktuje CE	425 stupňů (800 stupňů F)	Po -opravě je vyžadována kvalifikace WPS
Opláštění CS s překrytím SS	ER309L (první vrstva); ER308L (víčko)	Jako CS	425 stupňů (800 stupňů F)	Vyrovnávací vrstva povinná; kontrola ředění pomocí Schaefflerova diagramu

Zdroj: Kompilováno z AWS A5.4, AWS A5.9, AWS A5.14, ASME Section IX, Lincoln Electric Welding Procedure Guide (2024) a Outokumpu Stainless Steel Welding Handbook (2022).

Dissimilar Metal Welding Joining Stainless Steel to Carbon Steel Safely

Rozdílné svařování kovů mezi nerezovou ocelí a uhlíkovou ocelí je jednou z nejčastějších výzev při výrobě - a jednou z nejčastějších chyb. Pochopení tří základních neslučitelností je základem každého správného rozhodnutí.

Vlastnictví	304/316L SS	Uhlíková ocel A36	A516 Gr 70	SA-106 Gr B	Inženýrský dopad na svařování
Tepelná expanze (CTE)	16–17 × 10⁻⁶/ stupeň	11–12 × 10⁻⁶/ stupeň	11,7 × 10⁻⁶/ stupeň	12,0 × 10⁻⁶/ stupeň	40% nesoulad CTE → zbytkové napětí na rozhraní
Tepelná vodivost	13–16 W/m·K	50–53 W/m·K	48 W/m·K	49 W/m·K	SS zadržuje 3–4× více tepla → asymetrický HAZ
Rozsah tavení	1370-1400 stupňů	1425-1530 stupňů	1430-1530 stupňů	1430-1530 stupňů	Různé rychlosti tuhnutí → gradient složení
Obsah uhlíku (max.)	0.03–0.08%	0.26%	0.27%	0.30%	C migruje z CS do SS při provozu T > 425 stupňů
Mez kluzu (min)	170–205 MPa	250 MPa	260 MPa	240 MPa	CS silnější ve výnosu; ovlivňuje návrh společného faktoru
Pevnost v tahu	485–515 MPa	400–550 MPa	485–620 MPa	415–585 MPa	Srovnatelný; výplňový kov překlenuje rozdíl
Tvrdost (žíhaná)	70–85 HRB	60–75 HRB	62–78 HRB	65–80 HRB	Podobný; Kritičtější odchylky tvrdosti HAZ
Mikrostruktura	Austenitické FCC	Feritický/perlitický BCC	Feritický/perlitický BCC	Feritický/perlitický BCC	Nekompatibilní krystalové struktury → nutná přechodová vrstva rozhraní
Galvanický potenciál (vs. SHE)	+0.0 až +0.3V	−0,4 až −0,6V	−0,4 až −0,6V	−0,4 až −0,6V	Rozdíl EMF 0,4–0,8 V → galvanická koroze v mokrém provozu

Zdroje: ASM Handbook Vol{0}}: Properties and Selection - Nonferrous Alloys (ASM International, 1990); ASTM A36/A36M (2019); ASTM A516/A516M (2017); ASME SA-106 (2021 Ed.); Příručka z nerezové oceli Outokumpu (2022).

Tři nekompatibility definují všechny režimy selhání při svařování SS-až{1}}CS: (1) 40% nesoulad tepelné roztažnosti, který vytváří zbytkové napětí; (2) migrace uhlíku z CS do SS nad 425 stupňů; a (3) rozdíl galvanického potenciálu 0,4–0,8 V, který způsobuje korozi ve vlhkém prostředí. Každá volba přídavného kovu, rozhodnutí o předehřívání a politika PWHT musí řešit jednu nebo více z těchto tří základních příčin.

Nerezová ocel se roztahuje a smršťuje přibližně o 40 % více než uhlíková ocel na stupeň změny teploty. U svarového spoje tento nesoulad znamená:

Během svařování: strana SS se roztahuje více než strana CS, což vytváří tlakové napětí v SS a tahové napětí v CS, jak se svar ochlazuje.

Během provozu: každý tepelný cyklus (spuštění/vypnutí, cyklování za horka-za studena) přidává na rozhraní přírůstkové poškození únavou.

V cyklickém provozu: po tisících cyklů se únavové trhliny iniciují ve špičce svaru na straně uhlíkové oceli - v bodě nejvyšší koncentrace napětí.

Technická odezva: navrhněte spoj tak, aby vyhovoval rozdílné dilataci (vlnovce, expanzní smyčky, pružné spojky v potrubí); místo náhlých rozhraní SS-CS použijte přechodové části nebo postupné zužování.

Proč dochází k migraci uhlíku a jak ničí svarové spoje

Migrace uhlíku je proces difúze závislý na čase -teplotě{1}}. Atomy uhlíku v uhlíkové oceli jsou poháněny koncentračním gradientem směrem ke straně nerezové oceli (která má velmi nízký obsah uhlíku). Hnací síla se dramaticky zvyšuje nad 425 stupňů.

Výsledkem je dvou{0}}zónový problém v rozhraní:

Dekarbonizovaná zóna (CS strana): měkká, náchylná k tečení-; pevnost v tahu může klesnout o 15–25 %.

Karburizovaná zóna (strana SS): tvrdá, křehká, náchylná k mezikrystalové korozi; účinně senzibilizováno.

⚠️ POZOR: Pokud vaše provozní teplota překročí 425 stupňů (800 stupňů F), náplň E309L NESTAČÍ. Musíte použít ER310, ENiCrFe-3 (Inconel 82) nebo ekvivalentní vysoce legované plnivo, které může zastavit difúzi uhlíku.

Výběr přídavného kovu je místo, kde se dělá nejvíce chyb při svařování různých kovů. Nesprávná výplň vytváří spoj, který vypadá dobře, ale předčasně selže v provozu - často bez viditelného varování.

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

Kompletní průvodce výběrem přídavného kovu

Výplňový kov	Třída AWS	Cr%	Ni%	Nejlepší aplikace	Klíčová výhoda / omezení
ER309L (dráty MIG/TIG)	AWS A5.9	23–25	12–14	Obecné spoje SS-do{1}}CS (★ Standardní)	★ Vše nejlepší-v okolí; L-třída zabraňuje senzibilizaci; zvládne až 40% ředění CS
E309L-16 (elektroda SMAW)	AWS A5.4	23–25	12–14	Polní svařování SS-na-CS (★ Standard)	Snadné použití; nízký rozstřik; stejná ochrana L-jako ER309L
ER309MoL	AWS A5.9	23–25	13–15	316L-do-CS nebo vysoké-mo služby	Přídavek Mo zlepšuje odolnost proti korozi; pro chloridové prostředí
ER310	AWS A5.9	25–28	20–22	Provoz 425–870 stupňů	vysoký Cr+Ni; odolává migraci uhlíku při zvýšené teplotě; drahý
ENiCrFe-3 (Inconel 82)	AWS A5.14	18–22	67+	Vysoká-teplota, vysoký-stres, kritické klouby	Téměř{0}}nulový nesoulad CTE s SS; imunní vůči migraci uhlíku; velmi drahé
ENiCrMo-3 (Inconel 625)	AWS A5.14	20–23	58+	Korozní servis, opláštění	Vynikající odolnost proti korozi; vynikající na štěrbiny/důlky; velmi drahé
ER70S-6 / E7018	AWS A5.18/5.1	-	-	NEDOPORUČUJEME pro SS-až-CS	❌ Výplň z uhlíkové oceli způsobuje senzibilizaci v SS HAZ; nepoužívejte
309 l + máslení (dva-průchodové)	AWS A5.4 / A5.9	23–25	12–14	CS s vysokým -uhlíkem (CE > 0,5); těžké úseky	Nejprve namažte CS obličej s 309L; snižuje riziko ředění o 50 %

Zdroje: AWS A5.4:2018 (Nerezové elektrody pro SMAW); AWS A5.9:2017 (svařovací elektrody a tyče z holé nerezové oceli); AWS A5.14:2018 (niklové a niklové-slitiny holé svařovací elektrody a tyče); Katalog spotřebního materiálu pro elektrické svařování Lincoln (2024).

E309L / ER309L je správným plnivem pro přibližně 96 % spojů z nerezové-až{4}}uhlíkové-oceli při okolních až středních-teplotách (do 425 stupňů). Jeho vysoký obsah chrómu (23–25 %) a niklu (12–14 %) poskytuje bezpečnostní pufr, který udržuje svarový kov austenitický i po 30–40% zředění od základního kovu uhlíkové oceli.

Proč E308L a plniva z uhlíkové oceli nejsou nikdy přijatelné pro rozdílné spoje

Častou chybou v oboru je použití E308L (standardní plnivo pro svařování 304/308 SS na SS) na nepodobném kovovém spoji. Zde je důvod, proč je to špatně:

E308L je určen pro svařování austenitických SS k sobě. Má 19–21 % Cr a 9–11 % Ni.

Při zředění uhlíkovou ocelí o 30–40 % klesnou hladiny Cr a Ni pod bezpečnou prahovou hodnotu na Schaefflerově diagramu a posunou svarový kov do martenzitické zóny.

Martenzitický svarový kov ve vysoce omezeném nepodobném spoji je extrémně náchylný k vodíkovému-praskání za studena - nejnebezpečnějšímu typu, protože k němu může dojít několik hodin po dokončení svařování.

Výplně z uhlíkové oceli (E7018, ER70S-6) jsou stejně nepřijatelné: nedokážou vytvořit pufr Cr-Ni, který udržuje rozhraní odolné vůči korozi. SS HAZ se senzibilizuje během prvního servisního cyklu.

Schaefflerův diagram - Vědecký základ pro výběr plniva

Schaefflerův diagram předpovídá mikrostrukturu svarového kovu na základě ekvivalentu chrómu (Creq) a ekvivalentu niklu (Nieq):

Creq=%Cr + %Mo + 1.5×%Si + 0.5×%Nb

Nieq=%Ni + 30×%C + 0.5×%Mn

Pro svar mezi uhlíkovou ocelí 316L SS a A36 s použitím ER309L při 30% ředění:

ER309L neředěný: Creq ≈ 24, Nieq ≈ 15 → plně austenitická zóna.

Po 30% zředění A36: Creq ≈ 17, Nieq ≈ 11 → austenitická + ~5–8% feritová zóna. ✅ Bezpečné.

Pokud byl E308L použit s 30% ředěním A36: posuny směrem k martenzitické zóně. ❌ Riziko prasknutí.

Schaefflerův diagram potvrzuje, že E309L je minimální-bezpečná výplň pro spoje SS-až{3}}CS s ředěním až 40 %.

Technika máslení - Kdy a jak ji používat

Buttering je dvoufázový{0}}svařovací přístup, který poskytuje další bezpečnostní rezervu pro obtížné spoje:

Fáze 1 - Namažte uhlíkovou ocel máslem: Naneste jednu nebo dvě vrstvy E309L přímo na spojovací plochu z uhlíkové oceli. To se provádí před montáží-, přičemž uhlíková ocel není omezena. Předehřev lze v této fázi použít bez rizika pro nerezovou stranu (která zatím není přítomna).

Fáze 2 - Svařování spoje: Po namazání a vychladnutí opracujte povrch natřený máslem naplocho. Konečný svar spojuje povrch 309L-namazaný máslem CS s nerezovou stranou. Protože vrstva másla je již austenitická, ředění od základního kovu CS již není faktorem konečného svaru.

Máslení je vyžadováno, když: CE > 0,50; tloušťka průřezu > 38 mm (1,5"); vysoce-legovaná CS (např. Cr-Mo oceli); na straně CS je vyžadována PWHT, která by zcitlivěla stranu SS.

Předehřívání při svařování různých kovů se řídí jinými pravidly než při svařování uhlíkové oceli. Nerezová strana se nikdy nesmí předehřívat. Strana z uhlíkové oceli je předehřátá na základě jejího uhlíkového ekvivalentu.

Požadavky na uhlíkový ekvivalent a předehřev podle stupně

Třída uhlíkové oceli	Typická CE*	Tloušťka sekce	Min. Předehřívání (strana CS)	Interpass Temp (max)	Poznámky
A36 / SS400	0.35–0.42	Menší nebo rovno 25 mm (1")	Žádné předehřívání (větší nebo rovno 10 stupňům)	175 stupňů (350 stupňů F)	Nejběžnější; nízké riziko s náplní 309L
A36 / SS400	0.35–0.42	25–50 mm (1–2")	66 stupňů (150 stupňů F)	175 stupňů (350 stupňů F)	Doporučuje se předehřátí s vyšší zdrženlivostí -
A516 Gr 70	0.40–0.48	Menší nebo rovno 25 mm	66 stupňů (150 stupňů F)	175 stupňů (350 stupňů F)	Deska tlakové nádoby; standardní praxe předehřívání
A516 Gr 70	0.40–0.48	>25 mm	107 stupňů (225 stupňů F)	175 stupňů (350 stupňů F)	Silná sekce; předehřev povinný podle AWS D1.1
SA-106 Gr B (dýmka)	0.45–0.52	Vše	107 stupňů (225 stupňů F)	175 stupňů (350 stupňů F)	vysokotlaké-potrubí; ASME B31.3 vyžaduje WPS
A514 / T-1 (slitina)	0.55–0.68	Vše	175 stupňů (350 stupňů F)	230 stupňů (450 stupňů F)	Vysoká{0}}pevnost kalená-temperovaná; pouze odborník
ASTM A572 Gr 50	0.42–0.48	Menší nebo rovno 38 mm	10 stupňů (50 stupňů F)	175 stupňů (350 stupňů F)	HSLA ocel; CE se liší podle tepla; zkontrolovat MTR
Strana z nerezové oceli	N/A	Vše	NEPŘEDEHŘÍVEJTE	175 stupňů (350 stupňů F)	❌ Předehřev strany SS riskuje senzibilizaci; pouze teplo CS

Ekvivalent uhlíku (CE) podle vzorce AWS D1.1: CE=C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15. Ověřte CE z Mill Test Report (MTR) pro každé teplo oceli. Hodnoty předehřívání podle AWS D1.1:2020 Tabulka 5.2. Vždy zkontrolujte příslušné požadavky na kód pro vaši konkrétní aplikaci.

Klíčový závěr: Předehřev je aplikován pouze na stranu uhlíkové oceli na základě uhlíkového ekvivalentu (CE) a tloušťky průřezu. Pro ocel A36 (CE ~ 0,35–0,42) s tloušťkou menší nebo rovnou 25 mm je dostatečná okolní teplota (minimálně 10 stupňů). Nikdy nepředehřívejte stranu z nerezové oceli -, zvýší to SS do rozsahu citlivosti (425–870 stupňů) a může trvale poškodit odolnost proti korozi.

Interpass Temperature Control - Nejvíce přehlížený parametr

Interpass teplota je teplota svarového spoje mezi průchody. U spojů SS-až-CS odlišných od spojů je maximální interpass teplota 175 stupňů (350 stupňů F) pro stranu z nerezové oceli.

Proč na tom záleží:

Pokud je strana SS na začátku dalšího průchodu stále nad 425 stupni, účinně provádíte nepřetržité tepelné zpracování v rozsahu senzibilizace.

Vícenásobné průchody bez chlazení mohou nashromáždit dostatek času v rozsahu 425–870 stupňů k vysrážení karbidů chrómu - i s plnivem třídy L-.

Praktický postup: mezi každým průchodem použijte kontaktní teploměr nebo tužku-ukazující teplotu (Tempilstik®) na straně SS. Nezačínejte s dalším průjezdem, dokud SS HAZ nepotvrdí < 175 stupňů.

⚠️ POZOR: Pro tenkostěnné-nerezové trubky (< 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%.

Scénář	Vyžaduje PWHT?	Teplotní rozsah	Trvání	Riziko / zmírnění
Nízko{0}}uhlíkové CS (A36) až 304/316L; okolní servis	Ne (preferováno)	N/A	N/A	Žádná PWHT není nejbezpečnější; svařovat-tak, jak-je
Úleva od stresu podle kódu ASME (pouze strana CS)	Podmíněné	595–620 stupňů (1100–1150 stupňů F)	1 hodina na tloušťku 25 mm	Riziko senzibilizace na SS; použijte pouze 309L nebo 347/321 SS; udržet čas < 1 hod
Vysokotlaké-potrubí (ASME B31.3)	Závisí na kódu-	595–650 stupňů (1100–1200 stupňů F)	Podle plánu kódu	Musí používat stabilizované plnivo (309Nb) nebo L-třídu; požádat o schválení Code Case
Tvrzený CS (CE > 0,55); technika temperových korálků	Ano - Změkčení HAZ	595-650 stupňů	Podle WPS	Použít pouze na stranu CS; k ochraně strany SS použijte keramickou izolaci
PWHT nad 850 stupňů	NIKDY pro spoje SS-CS	Nad 850 stupňů je ZAKÁZÁNO	N/A	❌ Precipitace karbidů na straně SS; způsobuje mezikrystalovou korozi a senzibilizaci
Roztokové žíhání (SS oprava)	Neplatí pro různé klouby	1050-1100 stupňů	N/A	❌ Při této teplotě bude strana CS podléhat fázovým změnám a zkreslení
Překrytí / opláštění svarem; tepelné zpracování po-vazbě	Podmíněné	620-700 stupňů	Krátké máčení	Platí pro překrytí svarem; sledovat tvrdost CS po ošetření

Zdroje: ASME Section IX, Edition 2021; ASME B31.3:2022, odst.. 331; AWS D1.6:2017, bod 5.8; Souhrn znalostí TWI: PWHT of Dissimilar Metal Welds (2023).

Pro většinu nepodobných spojů SS-až{1}}CS není nejlepší postup bez PWHT. Pokud je PWHT nařízeno kódem, teplotní strop je 650 stupňů (1200 stupňů F) a měly by být použity pouze L-třídy nebo stabilizované SS materiály. PWHT nad 850 stupňů je absolutně zakázáno - způsobuje masivní precipitaci karbidu chrómu na straně SS a ničí korozní odolnost celého spoje.

Technika temperování perliček - Alternativa k PWHT pro spoje s vysokým{1}}omezením

Je-li ke snížení tvrdosti HAZ u oceli s vysokým obsahem uhlíku -požadováno PWHT, ale nelze jej použít (protože by poškodilo stranu SS), je alternativou technika temperování:

Naneste konečnou svarovou housenku s mírně vyšším tepelným příkonem než předchozí housenky.

Finální kulička znovu{0}}ohřeje HAZ předchozí kuličky těsně pod Ac1 (~720 stupňů pro nízkou-slitinu CS) a účinně ji temperuje bez samostatného cyklu tepelného zpracování.

Popouštěcí housenka musí být umístěna přesně tak, aby překrývala vytvrzenou HAZ předchozího průchodu.

Technika temperovaných kuliček je akceptována ASME Code Case 2894 a AWS D1.1 Annex I pro použitelné kombinace obecných kovů. Vyžaduje se kvalifikovaný WPS specifický pro tuto techniku.

Použitý výplňový kov	Max. provozní teplota (Pokr.)	Práh migrace uhlíku	Limit oxidace	Další úvahy
ER309L / E309L-16	425 stupňů (800 stupňů F)	425 stupňů (800 stupňů F)	760 stupňů (1400 stupňů F)	Nad 425 stupňů: přepněte na ER310 nebo Inconel 82, abyste zabránili migraci uhlíku
ER309MoL	425 stupňů (800 stupňů F)	425 stupňů (800 stupňů F)	760 stupňů (1400 stupňů F)	Přidání Mo nezvyšuje práh migrace uhlíku; stejný limit 425 stupňů
ER310	870 stupňů (1600 stupňů F)	870 stupňů (1600 stupňů F)	1035 stupňů (1900 stupňů F)	Vysoký obsah Cr odolává migraci uhlíku až do 870 stupňů; riziko křehké sigma fáze
ENiCrFe-3 (Inconel 82)	980 stupňů (1800 stupňů F)	980 stupňů (1800 stupňů F)	980 stupňů (1800 stupňů F)	Žádné obavy z migrace uhlíku; CTE těsně odpovídá SS; preferováno pro obsluhu pece
ENiCrMo-3 (Inconel 625)	980 stupňů (1800 stupňů F)	980 stupňů (1800 stupňů F)	980 stupňů (1800 stupňů F)	Prémiová možnost pro oxidační + korozívní- vysokoteplotní služby
uhlíková ocel E7018	NENÍ vhodné	NENÍ vhodné	NENÍ vhodné	❌ Nikdy nepoužívejte pro spoje SS-CS; Senzibilizace HAZ je jistá

Zdroje: ASM Handbook Vol{0}}: Welding, Brazing and Soldering (ASM International, 1993); Bulletin 342 Rady pro výzkum svařování (WRC): Rozdílné svary ve fosilních elektrárnách (1989); Publikace Special Metals: Inconel Alloy 82/182 for Dissimilar Metal Welding (2008).

Klíčový závěr: ER309L je správným plnivem pro provozní teploty až do 425 stupňů (800 stupňů F). Nad 425 stupňů přepněte na ER310 (až 870 stupňů) nebo ENiCrFe-3 / Inconel 82 (až 980 stupňů). Upgrade není volitelný – použití ER309L nad 425 stupňů v nepřetržitém provozu bude mít za následek migraci uhlíku, křehnutí HAZ a selhání kloubu během měsíců až let v závislosti na teplotě a frekvenci cyklů.

Přechodové díly pro službu při vysokých{0}}teplotách

U vysokoteplotních potrubních systémů (petrochemie, výroba energie) je preferovaným přístupem zcela se vyhnout přímému svařování SS-na-CS. Místo toho použijte přechodový kus - slitinu, která postupně překlene mezeru CTE:

Nízkolegovaná ocel (např. 1,25Cr-0,5Mo nebo 2,25Cr-1Mo) jako mezikus mezi CS a SS.

Přivařte CS k nízko{0}}slitinovému mezilehlému plnivu se standardním nízkoslitinovým plnivem.

Nízkoslitinovou mezilehlou{0}}slitinu přivařte k SS pomocí Inconel 82 nebo 309L.

Tento přístup rozděluje nesoulad CTE mezi dva spoje namísto jednoho a umožňuje použití optimalizované výplně na každém jednotlivém rozhraní. Jedná se o standardní konstrukční postup v aplikacích ASME B31.1 (Power Piping) nad 370 stupňů.

Servisní prostředí	Úroveň galvanického rizika	Elektrolytová aktivita	Míra koroze (CS)	Doporučené zmírnění
Suchý vnitřní / atmosférický (RH < 60 %)	Zanedbatelné (★)	Žádný	< 0.025 mm/yr	Není třeba žádné zvláštní opatření
Venkovní atmosférické / přerušované mokré	Nízká (★★)	Vlhkost / rosa	0,025–0,1 mm/rok	Zinek-základní nátěr na CS; nátěrový systém na spoji
Sladkovodní ponoření	Střední (★★★)	Nízká vodivost	0,1–0,25 mm/rok	Izolační spojka nebo dielektrická armatura na spoji
Ponoření do mořské vody	Těžké (★★★★★)	Vysoká vodivost	0,5–2,5 mm/rok	Katodická ochrana + dielektrická izolace povinná
Chemický/kyselý proces	Závažné – extrémní (★★★★★)	Vysoký	Variabilní	Plnivo ze slitiny niklu (Inconel 625); úplná izolace strany CS
Podzemní / zakopané potrubí	Střední–Vysoká (★★★★)	Půdní vlhkost	0,25–1,0 mm/rok	Katodická ochrana; izolační spoje podle NACE SP0169
Vysokoteplotní pára-	Nízká–střední (★★)	Parní kondenzát	0,05–0,2 mm/rok	Monitorujte na sběrných místech kondenzátu; řádně vypustit
Agresivní CIP / čisté-na-místě (farmaka/potraviny)	Střední (★★★)	Kaustické/kyselé cykly	Mírný	Hladký, štěrbinový-profil svaru; nutná úplná penetrace

Zdroje: NACE International: Technická zpráva o galvanické korozi (2016); NACE SP0169:2013 (Kontrola vnější koroze na podzemních nebo ponořených kovových potrubních systémech); ASM Handbook Vol. 13A: Corrosion (2003).

Klíčový závěr: Galvanická koroze mezi nerezovou ocelí (katoda) a uhlíkovou ocelí (anoda) je zanedbatelná v suchých podmínkách, ale závažná ve vlhkém prostředí -, zejména v mořské vodě, kde rychlost koroze uhlíkové oceli může překročit 2,5 mm/rok. Plošný efekt problém zesiluje: velký povrch SS působící jako katoda dramaticky urychluje korozi malé anody CS. Vždy instalujte dielektrickou izolaci (izolační spojku, přírubu nebo spojku) na přechodech SS-na-CS v mokrém provozu.

Plošný efekt - Proč na poměru SS a CS povrchu záleží

Závažnost galvanické koroze je úměrná poměru plochy katody -k-anodě. Toto je nejdůležitější, ale nejméně pochopený aspekt galvanické koroze SS-k-CS:

Oblast katody (SS).	Oblast anody (CS).	Poměr plochy (SS:CS)	Míra koroze (relativní)
Malý (pouze svarová zóna)	Velké (tělo nádoby)	1:10	Nízká - přijatelná ve většině prostředí
Rovné oblasti	Rovné oblasti	1:1	Platí střední - standardní zmírnění
Velký (SS potrubní systém)	Malý (CS kování)	10:1	Přizpůsobení vysoké - CS rychle selhává
Velmi velké (plavidlo SS)	Malý (tryska CS)	100:1	Silná - tryska CS během měsíců zkoroduje

Zdroj: ASM Handbook Vol{0}}A: Corrosion, sekce 'Galvanic Corrosion' (ASM International, 2003).

Konstrukční pravidlo: Vždy zajistěte, aby plocha nerezové oceli byla menší nebo rovna ploše uhlíkové oceli, když jsou obě vystaveny elektrolytu. Pokud toho nelze dosáhnout, nainstalujte katodovou ochranu na stranu CS nebo použijte dielektrickou izolaci.

Typ defektu	Kořenová příčina	Metoda detekce	Prevence	Oprava / náprava
Senzibilizace (SS HAZ)	Pomalé chlazení 425–870 stupňů ; vysoký tepelný příkon	Huey/Straussův test; ASTM A262	Použijte třídu L- (309L, 316L); mezní tepelný příkon < 1,5 kJ/mm	Odstraňte citlivou zónu; znovu{0}}svařte s nižším tepelným příkonem
Migrace uhlíku	Provozní T > 425 stupňů; CS uhlík difunduje do SS	Metalografické dělení; přechod tvrdosti	Použijte ER310 nebo Inconel 82 nad 425 stupňů; máslo CS obličej	Odstraňte postiženou zónu; znovu{0}}svařit s Ni-základem plniva
Praskání za tepla (tuhnutí)	Vysoký obsah S + P v plnivu; vysoká zdrženlivost	PT/MT ihned po svařování	Použijte plnivo s nízkým-sirným obsahem; řídit přívod tepla; snížit zdrženlivost	Vybrousit trhlinu; znovu{0}}svařovat postupně
Nedostatek fúze na rozhraní	Nedostatek tepla; špinavý obecný kov; Nesoulad CTE	RT nebo UT; vizuální kontrola	Vyčistěte oba povrchy; předehřát stranu CS; adekvátní proud	Broušení na kov; znovu{0}}svařit se správnými parametry
Podříznutí / propálení-Through (strana SS)	Příliš vysoký tepelný příkon na SS	Vizuální; PT	Nižší tepelný příkon na straně SS; méně tkát; použijte navlékací korálky	Vytvořte s vkladem 309 l; mixovat do hladka
Pórovitost	Kontaminace; vlhkost; špinavý obecný kov	RT; UT	Odmastit; suché elektrody; očistit zadní stranu (TIG)	lokalizovat zdroj; brousit a znovu{0}}svařovat, pokud je konstrukčně kritické
Lamelové trhání (strana CS)	Prostřednictvím-namáhání tloušťky na válcované desce CS	UT; nízkofrekvenční{0}}rychlost zvuku	Specifikujte desku testovanou ve směru Z- (ASTM A770); máslová vrstva	Vyžaduje rozsáhlou opravu; redesign spoje, pokud se opakuje
Rozpad svaru (mezikrystalová koroze)	Senzibilizace + žíravý servis	ASTM A262 Cvičení E nebo C	Na základní kov použijte L-třídu nebo stabilizovaný (321/347) SS	Vyměňte kloub; upgradovat na nízkouhlíkovou-třídu
Zkreslení / deformace	Asymetrický přívod tepla; Nesoulad CTE	Kontrola rozměrů; přímka	Vyvážená sekvence svařování; svorka; používat malé průchody	Mechanické rovnání (za studena); rovnání plamenem (pozor)

Zdroje: AWS CWI Studijní příručka (2024); TWI Best Practice Guide: Welding Dissimilar Metals (2023); ASM Handbook Vol. 6: Svařování, pájení a pájení (ASM International, 1993); ASME kód kotle a tlakové nádoby, sekce V (nedestruktivní vyšetření).

Klíčový závěr: Senzibilizace a migrace uhlíku jsou dvě nejčastější vady při svařování SS-na-CS - a oběma lze předejít správným výběrem plniva (třída L{3}}), řízením vstupu tepla (< 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.

Standardní / Kód	Vydávající orgán	Rozsah relevantní pro SS-CS Welding	Klíčový požadavek
AWS D1.6:2017	Americká svářečská společnost	Structural Welding Code - Nerezová ocel; zahrnuje návrh, kvalifikaci, kontrolu	Vyžaduje kvalifikaci WPS/PQR; uvádí předkvalifikované spoje
AWS D1.1:2020	Americká svářečská společnost	Structural Welding Code - Steel; řídí stranu odlišného spoje z uhlíkové oceli	předehřívací tabulky založené na CE-; seskupení obecných kovů
ASME sekce IX	ASME (kód kotle a fotovoltaiky)	Postup svařování a kvalifikace svářeče; povinné pro tlakové aplikace	P-seskupení čísel; F-Klasifikace číselných výplní
ASME B31.3:2022	ASME	Kód procesního potrubí; SS-CS přechody v chemických a petrochemických závodech	požadavky PWHT; faktor svarového spoje; kategorie zkoušky
AWS A5.4 / A5.9	Americká svářečská společnost	Přídavné kovy SMAW a GTAW/GMAW pro nerezovou ocel (E309L, ER309L atd.)	Limity chemického složení; požadavky na testování
ASTM A262	Mezinárodní ASTM	Praktiky pro detekci náchylnosti k IGC v austenitické SS	Cvičení A (oxalické leptání) a Cvičení E (Huey test) pro senzibilizaci
ISO 15614-1	ISO / EN	Specifikace a kvalifikace svařovacích postupů pro kovové materiály	Mezinárodní kvalifikační standard WPS; široce přijímaný v Evropě
NACE SP0169 / ISO 15589	Mezinárodní NACE	Kontrola vnější koroze podzemního potrubí; katodovou ochranu	Relevantní, když se jedná o zakopané spoje různých kovových trubek
EN ISO 3834	ISO / CEN	Požadavky na kvalitu pro tavné svařování kovových materiálů	Komplexní systém kvality pro svářečské organizace

Poznámka: Kódy a normy jsou pravidelně aktualizovány. Vždy potvrďte, že používáte aktuální vydání. Příslušný kód je určen jurisdikcí, typem aplikace (konstrukční, tlaková, potrubní) a specifikací zákazníka. V případě pochybností se poraďte s certifikovaným svářečským inspektorem (CWI) nebo svářečským technikem.

Požadavek na klíčový kód: WPS a PQR jsou povinné pro tlakové aplikace

Jakékoli svařování SS-to{1}}CS na tlakových{2}}ložiskových součástech (nádoby, potrubí, kotle) vyžaduje kvalifikovanou specifikaci postupu svařování (WPS) podporovanou záznamem o kvalifikaci postupu (PQR) v souladu s ASME, oddíl IX. To znamená:

WPS definuje svařovací proces, přídavný kov, předehřev, limity tepelného příkonu a limity interpass teploty.

PQR dokumentuje zkušební svary provedené pro kvalifikaci WPS, včetně tahových zkoušek, ohybových zkoušek a nárazových zkoušek podle potřeby.

Svářeči musí být individuálně kvalifikováni pro WPS testováním výkonnostní kvalifikace.

Změny přídavného kovu, skupiny obecných kovů (P-číslo) nebo procesu vyžadují re-kvalifikaci.

Pro konstrukční (-tlakové) aplikace umožňuje AWS D1.6 předkvalifikované návrhy spojů se standardním plnivem 309L, které lze použít bez testování PQR, pokud jsou splněny všechny předem kvalifikované podmínky.

Q1: Jaký přídavný kov bych měl použít ke svařování nerezové oceli s uhlíkovou ocelí?

ER309L (MIG/TIG) nebo E309L-16 (SMAW) je standardní přídavný kov pro svařování nerezové oceli s uhlíkovou ocelí. Obsahuje 23–25 % Cr a 12–14 % Ni – dostatečně vysoký, aby zůstal plně austenitický i po 30–40% zředění ze strany uhlíkové oceli. Označení „L“ (nízkouhlíkové, max. 0,03 %) zabraňuje senzibilizaci. Pro provozní teploty nad 425 stupňů upgradujte na ER310 nebo ENiCrFe-3 (Inconel 82).

Q2: Proč se při svařování nerezové oceli na uhlíkovou ocel používá E309L místo E308L?

E308L je určen pro svařování austenitické nerezové oceli k sobě (např. 304 až 304). Při použití na nepodobném spoji vtáhne ředění ze strany uhlíkové oceli svarový kov do martenzitické nebo feritické oblasti na Schaefflerově diagramu, což způsobuje riziko praskání. E309L má vyšší Cr a Ni pufr, který udržuje svarový kov v bezpečné austenitické zóně i při až 40% ředění uhlíkové oceli.

Q3: Musím předehřát při svařování nerezové oceli na uhlíkovou ocel?

Pokud uhlíkový ekvivalent (CE) uhlíkové oceli překročí 0,40 nebo když je tloušťka sekce větší než 25 mm (1 palec), musíte předehřát stranu z uhlíkové oceli (ne nerezovou stranu). Pro uhlíkovou ocel A36 s CE < 0,40 a tloušťkou < 25 mm obvykle postačuje minimální okolní teplota 10 stupňů (50 stupňů F). Nikdy nepředehřívejte stranu z nerezové oceli -, může to způsobit senzibilizaci (srážení karbidu) v zóně zasažené teplem-.

Q4: Co je senzibilizace a jak jí zabráním při svařování 316L na uhlíkovou ocel?

Senzibilizace je srážení karbidů chrómu na hranicích zrn v nerezové oceli, ke kterému dochází, když je příliš dlouho udržována v teplotním rozsahu 425–870 stupňů. To ochuzuje chrom z hranic zrn, což je činí náchylnými k mezikrystalové korozi. Prevence: (1) Použijte plnivo třídy L- (E309L nebo ER309L, max. 0,03 % C); (2) Omezte přívod tepla na < 1,5 kJ/mm; (3) Nepoužívejte PWHT nad 850 stupňů; (4) Používejte navlékací korálky s krátkým{14}}trváním, nikoli širokými provazci.

Q5: Co je migrace uhlíku a při jaké teplotě k ní dochází?

Migrace uhlíku je tepelně řízená difúze uhlíku ze základního kovu uhlíkové oceli do tepelně-ovlivněné zóny (HAZ) nerezové oceli během provozu při vysokých-teplotách nad 425 stupňů (800 stupňů F). To způsobuje dekarbonizovanou měkkou zónu v uhlíkové oceli a tvrdou zkarbonizovanou zónu v nerezové oceli HAZ. Tvrdá zóna je náchylná k intergranulárnímu napadení. Prevence: Použijte plnivo ER310 nebo Inconel 82 pro jakoukoli službu nad 425 stupňů, protože jejich vysoký obsah chromu a/nebo niklu zastavuje difúzi uhlíku.

Q6: Mohu svařovat nerezovou ocel s uhlíkovou ocelí bez PWHT?

Ano - pro většinu konstrukčních a procesních potrubních aplikací při okolních nebo nízkých-teplotách není vyžadováno ani požadováno PWHT. PWHT spoje z nerezové-do-uhlíkové-oceli může ve skutečnosti způsobit poškození: teploty nad 850 stupňů citlivou nerezovou stranu. Pokud zákon vyžaduje PWHT (např. ASME B31.3) pro odlehčení pnutí uhlíkové oceli, musí být provedeno při 595–620 stupních s použitím L-třídy nebo stabilizovaného nerezového plniva a musí být dodrženo na minimální požadovanou dobu.

Q7: Způsobuje svařování nerezové oceli s uhlíkovou ocelí galvanickou korozi?

Ano, ale pouze v prostředí s elektrolytem (kapalinou). Nerezová ocel a uhlíková ocel jsou v galvanické řadě od sebe 0,4–0,8 V, díky čemuž je uhlíková ocel aktivní anodou. V suchých vnitřních podmínkách je galvanická koroze zanedbatelná. V mořské vodě může rychlost koroze strany uhlíkové oceli dosáhnout 0,5–2,5 mm/rok. Zmírnění: instalujte dielektrické (izolační) spojky nebo příruby v místě přechodu; aplikujte katodovou ochranu na stranu uhlíkové oceli; použijte na exponované CS povrchy-nátěr bohatý na zinek.

Q8: Co je to máslová technika a kdy ji mám použít pro svařování různých kovů?

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) a ředění by bylo vysoké; (3) Je vyžadován předehřev, který by poškodil nerezovou stranu. Po namazání E309L je povrch CS natřený máslem opracován nebo vyčištěn a konečný spoj je svařen standardním postupem 309L - obvykle bez vysokého předehřátí, protože tlumicí vrstva je již na svém místě.

Q9: Jaký proces svařování je nejlepší pro spojování nerezové oceli s uhlíkovou ocelí?

GTAW (TIG svařování) je preferovaný proces pro přesnou práci, tenkostěnné{0}}trubky a kořenové průchody -, poskytuje nejnižší tepelný příkon a nejlepší kontrolu nad ředěním. GMAW (svařování MIG) s drátem ER309L je preferováno pro výrobní práce na silnějších profilech. SMAW (svařování tyčí) s E309L-16 elektrodami je nejpraktičtější volbou pro práci v terénu a opravy. Všechny tři procesy mohou vytvářet spoje{12}}kvalitě kódu se správným WPS. FCAW s tokem E309LT-1 se také používá pro venkovní/polní aplikace.

Q10: Co je Schaefflerův diagram a proč je důležitý pro svařování odlišných kovů?

Schaefflerův diagram (a jeho aktualizovaná verze, DeLongův diagram) je grafický nástroj, který předpovídá mikrostrukturu svarového kovu z nerezové oceli na základě jeho ekvivalentu chrómu (Creq) a ekvivalentu niklu (Nieq). Při svařování odlišných kovů potvrzuje, že po zředění ze strany uhlíkové oceli složení svarového kovu stále spadá do bezpečné austenitické + feritové zóny (2–10 % feritu). Pokud ředění posune složení do martenzitické zóny, riziko praskání je vysoké. Vysoký obsah Cr a Ni v E309L zajišťuje, že zůstane v bezpečné zóně i při 40% ředění CS.

Q11: Jaké normy upravují svařování odlišných kovů z nerezové a uhlíkové oceli?

Primární standardy jsou: AWS D1.6:2017 (Strukturální svařovací kód - Nerezová ocel) pro konstrukční aplikace; ASME sekce IX pro tlaková zařízení WPS/PQR kvalifikace; ASME B31.3 pro procesní potrubí. AWS A5.4 řídí nerezové elektrody SMAW (E309L-16) a AWS A5.9 řídí drát GTAW/GMAW (ER309L). Pro evropské projekty se na kvalifikaci postupu svařování vztahuje ISO 15614-1. Ve všech případech je vyžadována písemná kvalifikovaná specifikace postupu svařování (WPS) podporovaná záznamem o kvalifikaci postupu (PQR).

Q12: Jak mohu řídit tepelný příkon při svařování nerezové oceli s uhlíkovou ocelí?

Přívod tepla musí být řízen, aby se zabránilo senzibilizaci na nerezové straně a nadměrnému měknutí HAZ na straně uhlíkové oceli. Vypočítejte tepelný příkon jako: HI (kJ/mm)=[napětí × proud × 60] / [rychlost pohybu (mm/min) × 1000]. Pro spoje 316L-k-uhlíkové oceli: cílová HI < 1,5 kJ/mm; použijte raději korálky navlékací než širokou vazbu; povolit meziprůchodové chlazení na < 175 stupňů před dalším průchodem. Pro tenkostěnné-trubky: zvažte pulzní GTAW, které snižuje průměrný tepelný příkon o 30–40 % při zachování stability oblouku.