نحوه انتخاب فلزات پرکننده برای جوشکاری فولاد ضد زنگ

این مقاله از Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. توضیح می دهد که هنگام تعیین فلزات پرکننده برای جوش فولاد ضد زنگ چه چیزهایی را باید در نظر گرفت.

قابلیت هایی که فولاد ضد زنگ را بسیار جذاب می کند - توانایی تنظیم خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون - همچنین پیچیدگی انتخاب یک فلز پرکننده مناسب برای جوشکاری را افزایش می دهد.برای هر ترکیب مواد پایه معین، هر یک از چندین نوع الکترود ممکن است مناسب باشد، بسته به مسائل هزینه، شرایط خدمات، خواص مکانیکی مورد نظر و مجموعه ای از مسائل مربوط به جوشکاری.

این مقاله پیش‌زمینه فنی لازم را برای درک پیچیدگی موضوع به خواننده ارائه می‌کند و سپس به برخی از رایج‌ترین سؤالات پرسیده شده از تأمین‌کنندگان فلز پرکننده پاسخ می‌دهد.دستورالعمل‌های کلی را برای انتخاب فلزات پرکننده فولاد ضد زنگ مناسب ایجاد می‌کند - و سپس تمام استثنائات آن دستورالعمل‌ها را توضیح می‌دهد!این مقاله روش‌های جوشکاری را پوشش نمی‌دهد، زیرا این موضوع برای مقاله دیگری است.

چهار درجه، عناصر آلیاژی متعدد

چهار دسته اصلی از فولادهای ضد زنگ وجود دارد:

آستنیتی
مارتنزیتی
فریتی
دوبلکس

نام ها از ساختار کریستالی فولادی که معمولاً در دمای اتاق یافت می شود گرفته شده است.هنگامی که فولاد کم کربن بالاتر از 912 درجه سانتیگراد گرم می شود، اتم های فولاد از ساختاری به نام فریت در دمای اتاق به ساختار کریستالی به نام آستنیت بازآرایی می شوند.با سرد شدن، اتم ها به ساختار اولیه خود یعنی فریت باز می گردند.ساختار با دمای بالا، آستنیت، غیر مغناطیسی، پلاستیکی است و نسبت به فرم فریت در دمای اتاق، استحکام کمتر و شکل پذیری بیشتری دارد.

هنگامی که بیش از 16 درصد کروم به فولاد اضافه می شود، ساختار کریستالی دمای اتاق، فریت، تثبیت می شود و فولاد در تمام دماها در شرایط فریتی باقی می ماند.از این رو نام فولاد ضد زنگ فریتی برای این پایه آلیاژی به کار می رود.هنگامی که بیش از 17 درصد کروم و 7 درصد نیکل به فولاد اضافه می شود، ساختار کریستالی فولاد در دمای بالا، آستنیت، به گونه ای تثبیت می شود که در تمام دماها از بسیار پایین تا تقریباً ذوب باقی می ماند.

فولاد زنگ نزن آستنیتی معمولاً به عنوان نوع کروم نیکل شناخته می شود و فولادهای مارتنزیتی و فریتی معمولاً انواع کروم مستقیم نامیده می شوند.برخی از عناصر آلیاژی مورد استفاده در فولادهای زنگ نزن و فلزات جوش به عنوان تثبیت کننده آستنیت و برخی دیگر به عنوان تثبیت کننده فریت عمل می کنند.مهمترین تثبیت کننده های آستنیت نیکل، کربن، منگنز و نیتروژن هستند.تثبیت کننده های فریت کروم، سیلیکون، مولیبدن و نیوبیم هستند.متعادل کردن عناصر آلیاژی، مقدار فریت در فلز جوش را کنترل می کند.

گریدهای آستنیتی نسبت به آنهایی که کمتر از 5 درصد نیکل دارند، راحت تر و رضایت بخش تر جوش داده می شوند.اتصالات جوشی تولید شده در فولادهای زنگ نزن آستنیتی در شرایط جوشکاری قوی، انعطاف پذیر و سخت هستند.آنها معمولاً نیازی به عملیات حرارتی پیش گرم یا پس از جوش ندارند.گریدهای آستنیتی تقریباً 80 درصد از فولاد ضد زنگ جوش داده شده را تشکیل می دهند، و این مقاله مقدماتی به شدت بر روی آنها تمرکز دارد.

جدول 1: انواع فولاد ضد زنگ و میزان کروم و نیکل آنها.

tstart{c,80%}

thead{نوع|% کروم|% نیکل|انواع}

tdata{آستنیتی|16 - 30%|8 - 40%|200، 300}

tdata{Martensitic|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}

tdata{Ferritic|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}

tdata{Duplex|18 - 28%|4 - 8%|2205}

تمایل{}

نحوه انتخاب صحیح فلز پرکننده ضد زنگ

اگر مواد پایه در هر دو صفحه یکسان است، اصل راهنمای اصلی این بود: «با تطبیق مواد پایه شروع کنید».که در برخی موارد به خوبی کار می کند.برای پیوستن به نوع 310 یا 316، نوع پرکننده مربوطه را انتخاب کنید.

برای پیوستن به مواد غیر مشابه، این اصل راهنما را دنبال کنید: "پرکننده ای را انتخاب کنید که با مواد بسیار آلیاژی مطابقت داشته باشد."برای پیوستن به 304 به 316، فیلر 316 را انتخاب کنید.

متأسفانه، «قاعده تطبیق» آنقدر استثنا دارد که یک اصل بهتر این است که با جدول انتخاب فلز پرکننده مشورت کنید.به عنوان مثال، نوع 304 رایج ترین ماده پایه فولاد ضد زنگ است، اما هیچ کس الکترود نوع 304 را ارائه نمی دهد.

چگونه نوع 304 ضد زنگ بدون الکترود نوع 304 جوش داده شود

برای جوشکاری ضد زنگ نوع 304، از پرکننده نوع 308 استفاده کنید، زیرا عناصر آلیاژی اضافی در نوع 308 باعث تثبیت بهتر ناحیه جوش می شود.

با این حال، 308L نیز یک پرکننده قابل قبول است.علامت "L" بعد از هر نوع نشان دهنده محتوای کربن کم است.ضد زنگ نوع 3XXL دارای محتوای کربن 0.03٪ یا کمتر است، در حالی که ضد زنگ نوع 3XX استاندارد می تواند حداکثر محتوای کربن 0.08٪ داشته باشد.

از آنجایی که یک پرکننده نوع L در همان طبقه بندی محصول غیر L قرار می گیرد، سازندگان می توانند و باید به شدت استفاده از پرکننده نوع L را در نظر بگیرند، زیرا محتوای کربن کمتر خطر خوردگی بین دانه ای را کاهش می دهد.در واقع، نویسندگان معتقدند که پرکننده نوع L به طور گسترده‌تری استفاده می‌شود، اگر سازندگان به سادگی رویه‌های خود را به‌روز کنند.

سازندگانی که از فرآیند GMAW استفاده می‌کنند ممکن است بخواهند از پرکننده Type 3XXSi استفاده کنند، زیرا افزودن سیلیکون باعث افزایش رطوبت می‌شود.در شرایطی که جوش دارای یک تاج بلند یا زبر است، یا جایی که گودال جوش به خوبی در انگشتان یک فیله یا اتصال لبه قرار نمی‌گیرد، استفاده از الکترود Si Type GMAW می‌تواند مهره جوش را صاف کرده و همجوشی بهتری را تقویت کند.

اگر بارش کاربید نگران کننده است، یک پرکننده نوع 347 را در نظر بگیرید که حاوی مقدار کمی نیوبیم است.

نحوه جوش دادن فولاد ضد زنگ به فولاد کربنی

این وضعیت در کاربردهایی اتفاق می‌افتد که در آن یک بخش از سازه به یک صفحه بیرونی مقاوم در برابر خوردگی نیاز دارد که به یک عنصر ساختاری فولاد کربنی متصل شود تا هزینه کمتری داشته باشد.هنگام اتصال یک ماده پایه بدون عناصر آلیاژی به یک ماده پایه با عناصر آلیاژی، از پرکننده بیش از حد آلیاژی استفاده کنید تا رقت در فلز جوش متعادل شود یا بیشتر از فلز پایه ضد زنگ آلیاژ شود.

برای اتصال فولاد کربنی به نوع 304 یا 316 و همچنین برای اتصال فولادهای ضد زنگ غیر مشابه، برای اکثر کاربردها، الکترود نوع 309L را در نظر بگیرید.اگر محتوای کروم بالاتر مورد نظر است، نوع 312 را در نظر بگیرید.

به عنوان یک نکته احتیاطی، فولادهای زنگ نزن آستنیتی دارای نرخ انبساط هستند که حدود 50 درصد بیشتر از فولاد کربنی است.هنگام اتصال، سرعت های مختلف انبساط می تواند باعث ایجاد ترک در اثر تنش های داخلی شود، مگر اینکه از الکترود و روش جوشکاری مناسب استفاده شود.

از روش های صحیح تمیز کردن آماده سازی جوش استفاده کنید

مانند سایر فلزات، ابتدا روغن، گریس، علائم و کثیفی را با یک حلال غیر کلر پاک کنید.پس از آن، قانون اولیه آماده سازی جوش ضد زنگ این است که "از آلودگی فولاد کربنی برای جلوگیری از خوردگی خودداری کنید."برخی از شرکت ها برای جلوگیری از آلودگی متقاطع از ساختمان های جداگانه برای "فروشگاه ضد زنگ" و "فروشگاه کربن" خود استفاده می کنند.

هنگام آماده سازی لبه ها برای جوشکاری، چرخ های سنگ زنی و برس های ضد زنگ را به عنوان "فقط ضد زنگ" تعیین کنید.برخی از روش ها نیاز به تمیز کردن دو اینچ از مفصل دارند.آماده سازی مفصل نیز حیاتی تر است، زیرا جبران ناسازگاری با دستکاری الکترود سخت تر از فولاد کربنی است.

از روش صحیح تمیز کردن پس از جوش برای جلوگیری از زنگ زدگی استفاده کنید

برای شروع، به یاد داشته باشید که چه چیزی یک فولاد ضد زنگ را ضد زنگ می کند: واکنش کروم با اکسیژن برای تشکیل یک لایه محافظ از اکسید کروم بر روی سطح ماده.زنگ زدگی زنگ زدگی به دلیل رسوب کاربید (به زیر مراجعه کنید) و به دلیل اینکه فرآیند جوشکاری فلز جوش را تا حدی گرم می کند که اکسید فریت روی سطح جوش تشکیل شود.اگر در حالت جوش باقی بماند، یک جوش کاملاً سالم ممکن است در کمتر از 24 ساعت "ردهای زنگ واگن" را در مرزهای منطقه متاثر از گرما نشان دهد.

برای اینکه یک لایه جدید از اکسید کروم خالص بتواند به درستی اصلاح شود، فولاد ضد زنگ نیاز به تمیز کردن پس از جوش با پرداخت، ترشی، آسیاب یا برس زدن دارد.باز هم از آسیاب ها و برس های مخصوص این کار استفاده کنید.

چرا سیم جوش فولاد ضد زنگ مغناطیسی است؟

فولاد ضد زنگ کاملا آستنیتی غیر مغناطیسی است.با این حال، دمای جوش، دانه نسبتا بزرگی در ریزساختار ایجاد می‌کند که منجر به حساس شدن جوش به ترک می‌شود.برای کاهش حساسیت به ترک‌خوردگی داغ، تولیدکنندگان الکترود عناصر آلیاژی از جمله فریت را اضافه می‌کنند.فاز فریت باعث می شود که دانه های آستنیتی بسیار ریزتر شوند، بنابراین جوش در برابر ترک مقاوم تر می شود.

آهنربا به قرقره پرکننده ضد زنگ آستنیتی نمی چسبد، اما فردی که آهنربا در دست دارد ممکن است به دلیل فریت باقی مانده، کشش جزئی را احساس کند.متأسفانه، این باعث می شود که برخی از کاربران فکر کنند که محصول آنها برچسب اشتباهی گرفته است یا از فلز پرکننده اشتباه استفاده می کنند (به خصوص اگر برچسب را از سبد سیم پاره کنند).

مقدار صحیح فریت در یک الکترود به دمای سرویس کاربرد بستگی دارد.به عنوان مثال، فریت بیش از حد باعث می شود که جوش در دماهای پایین چقرمگی خود را از دست بدهد.بنابراین، فیلر نوع 308 برای کاربرد لوله کشی LNG دارای عدد فریت بین 3 تا 6 است، در مقایسه با عدد فریت 8 برای پرکننده استاندارد نوع 308.به طور خلاصه، فلزات پرکننده ممکن است در ابتدا مشابه به نظر برسند، اما تفاوت های کوچک در ترکیب مهم است.

آیا راه آسانی برای جوشکاری فولادهای ضد زنگ دوبلکس وجود دارد؟

به طور معمول، فولادهای ضد زنگ دوبلکس دارای ساختاری متشکل از تقریباً 50٪ فریت و 50٪ آستنیت هستند.به عبارت ساده، فریت استحکام بالا و مقداری مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش ایجاد می کند در حالی که آستنیت چقرمگی خوبی ایجاد می کند.این دو فاز در ترکیب به فولادهای دوبلکس خواص جذابی می دهند.طیف گسترده ای از فولادهای ضد زنگ دوبلکس موجود است که رایج ترین آنها نوع 2205 است.این شامل 22٪ کروم، 5٪ نیکل، 3٪ مولیبدن و 0.15٪ نیتروژن است.

هنگام جوشکاری فولاد ضد زنگ دوبلکس، اگر فلز جوش دارای فریت بیش از حد باشد، ممکن است مشکلاتی ایجاد شود (گرمای قوس باعث می شود اتم ها خود را در یک ماتریس فریت قرار دهند).برای جبران، فلزات پرکننده باید ساختار آستنیتی را با محتوای آلیاژ بالاتر، معمولاً 2 تا 4 درصد نیکل بیشتر نسبت به فلز پایه، ارتقا دهند.به عنوان مثال، سیم فلاکس برای جوشکاری نوع 2205 ممکن است 8.85 درصد نیکل داشته باشد.

محتوای فریت مورد نظر می تواند از 25 تا 55 درصد پس از جوشکاری متغیر باشد (اما می تواند بیشتر باشد).توجه داشته باشید که سرعت خنک‌سازی باید به اندازه‌ای آهسته باشد که اجازه اصلاح آستنیت را بدهد، اما نه آنقدر آهسته باشد که فازهای بین فلزی ایجاد کند و نه خیلی سریع باشد که فریت اضافی در ناحیه متاثر از گرما ایجاد شود.رویه های توصیه شده سازنده را برای فرآیند جوش و فلز پرکننده انتخاب شده دنبال کنید.

تنظیم پارامترها هنگام جوشکاری فولاد ضد زنگ

برای سازندگانی که به طور مداوم پارامترها (ولتاژ، آمپر، طول قوس، اندوکتانس، عرض پالس و غیره) را هنگام جوشکاری فولاد ضد زنگ تنظیم می‌کنند، مقصر معمول ترکیب فلز پرکننده ناسازگار است.با توجه به اهمیت عناصر آلیاژی، تغییرات مقدار زیادی در ترکیب شیمیایی می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر عملکرد جوش داشته باشد، مانند عدم رطوبت ضعیف یا رهاسازی دشوار سرباره.تغییرات در قطر الکترود، تمیزی سطح، ریخته گری و مارپیچ نیز بر عملکرد در کاربردهای GMAW و FCAW تأثیر می گذارد.

کنترل بارش کاربید کنترل در فولاد زنگ نزن آستنیتی

در دماهای بین 426-871 درجه سانتیگراد، محتوای کربن بیش از 0.02٪ به مرزهای دانه ساختار آستنیتی مهاجرت می کند، جایی که با کروم واکنش می دهد و کاربید کروم را تشکیل می دهد.اگر کروم با کربن گره خورده باشد، برای مقاومت در برابر خوردگی در دسترس نیست.هنگامی که در معرض یک محیط خورنده قرار می‌گیرید، خوردگی بین دانه‌ای ایجاد می‌شود و اجازه می‌دهد تا مرزهای دانه‌ها از بین بروند.

برای کنترل بارش کاربید، با جوشکاری با الکترودهای کم کربن، محتوای کربن را تا حد امکان پایین نگه دارید (0.04٪ حداکثر).کربن همچنین می تواند توسط نیوبیوم (کلمبیوم سابق) و تیتانیوم که تمایل بیشتری به کربن نسبت به کروم دارند، متصل شود.الکترودهای نوع 347 برای این منظور ساخته شده است.

چگونه برای بحث در مورد انتخاب فلز پرکننده آماده شویم

حداقل، اطلاعاتی در مورد استفاده نهایی قطعه جوش داده شده، از جمله محیط سرویس (به ویژه دمای عملیاتی، قرار گرفتن در معرض عناصر خورنده و درجه مقاومت در برابر خوردگی مورد انتظار) و عمر مفید مورد نظر جمع آوری کنید.اطلاعات مربوط به خواص مکانیکی مورد نیاز در شرایط عملیاتی، از جمله استحکام، چقرمگی، شکل‌پذیری و خستگی بسیار کمک می‌کند.

اکثر تولیدکنندگان پیشرو الکترود، کتاب‌های راهنما را برای انتخاب فلز پرکننده ارائه می‌کنند، و نویسندگان نمی‌توانند بیش از حد بر این نکته تأکید کنند: با راهنمای کاربردهای فلز پرکننده مشورت کنید یا با کارشناسان فنی سازنده تماس بگیرید.آنها برای کمک به انتخاب صحیح الکترود فولاد ضد زنگ وجود دارند.

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد فلزات پرکننده فولاد ضد زنگ TYUE و تماس با کارشناسان این شرکت برای مشاوره به سایت www.tyuelec.com مراجعه کنید.