Laser welding of pipe stubs made from super 304 steel. Numerical simulation and weld properties

Hubert Danielewski

Abstrakt

The laser welding process of test pipe stubs which were made from Super 304 stainless steel is usually used to produce components of a power infrastructure. It was numerically simulated and the obtained results are presented in this paper. For the laser welding method, the weldability of this steel is presented, as well as the results of strength and microstructure tests of a joint welded at the parameter settings selected from a numerical simulation. The chemical composition, including the increased content of alloying elements such as chromium and nickel, improves the strength characteristics of the welded steel, allowing for the production of components of superheaters and partition walls of boilers operating in supercritical parameters.

Spawanie laserowe króćców rurowych ze stali super 304. Symulacje numeryczne oraz właściwości złącza spawanego

Streszczenie

Artykuł przedstawia wyniki symulacji numerycznej procesu spawania laserowego króćców próbnych z nierdzewnej stali kotłowej Super 304 przeznaczonej do wykonywanie komponentów instalacji energetycznych. Przedstawiono spawalność stali z zastosowaniem metody spawanie laserowego, a także wyniki badań wytrzymałościowych oraz mikrostruktury złącza spawanego wykonanego na podstawie parametrów dobranych w symulacji numerycznej. Skład chemiczny, a w tym zwiększona zawartość pierwiastków stopowych, takich jak chrom i nikiel poprawia charakterystyki wytrzymałościowe spawanej stali, umożliwiając wykonywanie z niej komponentów przegrzewaczy oraz ścian działowych kotłów pracujących w parametrach nadkrytycznych.

Słowa kluczowe: laser welding, Super 304 austenitic steel, numerical simulation, SimufactWelding, properties of laser welded joints , spawanie laserowe, austenityczna stal nierdzewna Super 304, symulacje numeryczne, właściwości wytrzymałościowe złączy spawanych laserowo
References

[1] Viklund P., Hjörnhede A., Henderson P., Stålenheim A., Pettersson R., Corrosion of superheater materials in a waste-to-energy plant, “Fuel Processing Technology”, Vol. 105/2013, 106–112.

[2] De Oliveira M.P., Zhang W., Yu H., Bao H., Xie X., Recent developments in niobium containing austenitic stainless steels for thermal power plants, [in:] Conf. Energy Materials 2014, Xi’an Shaanxi Province, China, 2014, 271–277.

[3] Koscielniak B., Smola G., Grzesik Z., Hernas A., Oxidation resistance of austenitic steels under thermal shock conditions in an environment containing water vapor, “High Temperature Materials and Processes”, Vol. 73(4)/2018, DOI: 10.1515/htmp-2016-0209 (access).

[4] Danielewski H., Skrzypczyk A., Antoszewski B., Zowczak W., Zrak A., Microstructures and properties of laser welded Super304 steel pipe joints using LNM304 filler wire as an additional material, Proc. SPIE, Vol. 10974/2018, art.109740P.

[5] Scendo M., Radek N., Trela J., Influence of laser treatment on the corrosive resistance of WC-Cu electrospark coatings, “International Journal of Electrochemical Science”, Vol. 8/2013, 9264–9277.

[6] Radek N., Konstanty J., Cermet ESD coatings modified by laser treatment, “Archives of Metallurgy and Materials”, Vol. 57/2012, 665–670.

[7] Klimpel A., Technologie laserowe. Spawanie, napawanie, stopowanie, obróbka cieplna i cięcie, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2012.

[8] Gątarek, M., Słania J., Rawicki Ł., Golański G., Krawczyk R., Urbańczyk P., Spawanie złączy doczołowych jednorodnych ze stali Super 304H, „Przegląd Spawalniczy”, Vol. 88(4)/2016, 31–34.

[9] Zbroja P., Ziewiec A., Tasak E., Skłonność do pęknięć gorących austenitycznej stali Super 304H przeznaczonej do pracy w podwyższonej temperaturze, ”Przegląd Spawalniczy”, Vol. 84(1)/2012, 10–14.

[10] Słania J., Urbańczyk P., Technologia wytwarzania oraz plan kontroli jakości przegrzewacza pary kotła parowego wg PN-EN 12952-5, ”Przegląd Spawalnictwa”, Vol. 5/2012, 29–41. 

[11] Skrzypczyk A., Danielewski H., Properties and Microstructure of Laser Welded VM12-SHC Steel Pipes Joints, “Archives of Metallurgy and Materials”, Vol. 61(2B)/2016, 1143–1149.

[12] PN-EN ISO 17637:2011 – Badania nieniszczące złączy spawanych – Badania wizualne złączy.

[13] PN-EN ISO 13919-1:2002 Spawanie – Złącza spawane wiązką elektronów i wiązką promieniowania laserowego – Wytyczne do określania poziomów jakości według niezgodności spawalniczych.

[14] PN-EN ISO 6507-1:2007 Metale – Pomiar twardości sposobem Vickersa – Część 1: Metoda badań.

[15] PN-EN ISO 15614-11:2005 Specyfikacja i kwalifikowanie technologii spawania metali. Badanie technologii spawania. Część 11: Spawanie wiązką elektronów i wiązką promieniowania laserowego.

[16] PN-EN ISO 17639:2013 Badania niszczące spawanych złączy metali – Badania makroskopowe i mikroskopowe złączy spawanych