جوشکاری فولاد ضد زنگ

جوشکاری فولاد ضد زنگ نیاز به توجه بیشتری به خواص مواد، کنترل حرارت و تمیزی دارد تا از عیوب مانند اعوجاج، ترک خوردگی و حساسیت جلوگیری شود. در حین جوشکاری، دمای فولاد ضد زنگ مجاور جوش به سطوحی می رسد که در آن دگرگونی های ریزساختاری رخ می دهد و بنابراین جوشکاری TIG به دلیل دقت و مناسب بودن آن برای ویژگی های فولاد زنگ نزن رایج ترین تکنیک است.

 

توضیحات

 

فولاد ضد زنگ بر اساس ریزساختار و ترکیب آن به انواع مختلفی دسته بندی می شود که بر خواص مکانیکی، مقاومت در برابر خوردگی و جوش پذیری آن تأثیر می گذارد. انواع اصلی فولادهای زنگ نزن آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی، دوبلکس و رسوبی{1}}سخت شونده هستند و هر نوع به دلیل تفاوت در هدایت حرارتی، انبساط حرارتی و حساسیت به عیوب مانند ترک خوردگی یا حساسیت، ملاحظات جوشکاری خاص و تکنیک‌های جوشکاری مناسب دارد.

 

 

انواع فولاد ضد زنگ و تکنیک های جوشکاری

 

فولادهای زنگ نزن آلیاژهای پایه آهنی هستند که حاوی 15 درصد یا بیشتر کروم به همراه درصد خاصی از نیکل هستند که می‌توانند خواص فوق‌العاده‌ای در برابر خوردگی-دارند. محتوای کروم ممکن است همراه با سایر عناصر آلیاژی تنظیم شود تا نیازهای مصرف نهایی یا ساخت را برآورده کند، و در زیر یک نمای کلی از رایج ترین انواع فولاد ضد زنگ ارائه شده است.

 

• √فولاد ضد زنگ آستنیتی

کروم بالا (16{7}}26%) و نیکل (6{17}}22%)، اغلب با مولیبدن (مثلاً 304، 316). غیر مغناطیسی، مقاومت در برابر خوردگی عالی و شکل پذیری خوب است و در صورت قرار گرفتن در معرض 450-850 درجه برای مدت طولانی، مستعد حساسیت (بارش کاربید) است که منجر به خوردگی بین دانه ای می شود. بعلاوه، دارای انبساط حرارتی بالا و هدایت حرارتی کم است که خطر اعوجاج را افزایش می دهد. درجه محبوب 304، 304L (کم کربن)، 316، 316L (کم کربن)، 321 (تثبیت شده با تیتانیوم). به دلیل خاصیت خوب مقاوم در برابر خوردگی، آنها به طور گسترده در تجهیزات پردازش مواد غذایی، مخازن شیمیایی، لوله کشی، ساخت و ساز، زیرساخت ها، مخابرات و صنایع پزشکی استفاده می شوند.

تکنیک های جوشکاری مناسب

1. 1. جوشکاری TIG (GTAW) برای مقاطع نازک و کاربردهای حیاتی به دلیل کنترل دقیق حرارت، به حداقل رساندن حساسیت و اعوجاج به شدت توصیه می شود. از گاز محافظ آرگون یا آرگون{2}}هلیوم استفاده کنید.
2. 2. جوشکاری MIG/MAG (GMAW) برای مقاطع ضخیم‌تر و تولید سریع‌تر مناسب‌تر است، با استفاده از گاز سه‌{1} مخلوط (آرگون، هلیوم، CO2) برای تثبیت قوس و می‌تواند پاشش را کاهش دهد.
3. 3. جوشکاری چوبی (SMAW) معمولاً برای تعمیرات میدانی یا کاربردهای غیر بحرانی با الکترودهای کربن کم{{2} (مثلاً E308L برای 304L) استفاده می‌شود.

•  
• √فولاد ضد زنگ فریتی

کروم بالا (10.5-30%)، نیکل کم و کربن کم (مثلاً 430)، مغناطیسی بودن، مقاومت در برابر خوردگی متوسط ​​و هزینه کمتر نسبت به گریدهای آستنیتی. در ضمن کمتر مستعد حساس شدن است اما در دماهای بالا مستعد رشد دانه و شکنندگی است و انبساط حرارتی کمتری نسبت به گریدهای آستنیتی دارد و خطر اعوجاج را کاهش می‌دهد. گریدهای رایج 409، 430، 439 هستند و این نوع فلز فریتی به طور گسترده برای سیستم های اگزوز خودرو، لوازم آشپزخانه و تجهیزات صنعتی استفاده می شود.

تکنیک های جوشکاری مناسب:

1. 1. جوشکاری TIG (GTAW) برای مقاطع نازک و جوش‌های با کیفیت{1} مناسب است که می‌تواند کنترل خوبی بر گرمای ورودی برای جلوگیری از رشد دانه‌ها فراهم کند.
2. 2. جوش MIG/MAG (GMAW) برای مواد ضخیم تر و جوشکاری سریعتر موثر است. برای جلوگیری از اکسیداسیون بیش از حد، از گاز محافظ مبتنی بر آرگون با CO2 کم استفاده کنید.
3. 3. جوشکاری چوبی (SMAW) برای کاربردهای غیر بحرانی با الکترودهای مناسب (مانند E430) قابل قبول است.

 

• √فولاد ضد زنگ مارتنزیتی

کروم بالا (11.5{5}}18%)، کربن متوسط، و نیکل کم (مثلاً 410)، و مغناطیسی، استحکام و سختی بالا، اما مقاومت در برابر خوردگی کمتر در مقایسه با انواع دیگر. بنابراین، مستعد ترک‌خوردگی ناشی از هیدروژن- است و برای جلوگیری از شکنندگی نیاز به پیش گرم کردن و عملیات حرارتی پس از جوش دارد. رسانایی حرارتی بالا و انبساط حرارتی کمتری دارد. گریدهای رایج 410، 420، 440 هستند و به طور گسترده برای ابزارهای جراحی و پره های توربین استفاده می شوند.

تکنیک های جوشکاری مناسب:

1. 1. جوشکاری TIG (GTAW)، مناسب برای دقت و کنترل حرارت ورودی با استفاده از گاز محافظ آرگون.
2. 2. جوشکاری چوبی (SMAW)، که به طور گسترده برای تعمیرات یا مقاطع ضخیم تر با الکترودهای منطبق استفاده می شود (به عنوان مثال، E410).
3. 3. جوشکاری MIG/MAG (GMAW)، کمتر رایج است اما می تواند برای مواد ضخیم تر با پارامترهای کنترل شده استفاده شود.

 

• √فولاد ضد زنگ دوبلکس

ترکیبی متعادل از آستنیت و فریت با کروم بالا (20-30٪)، مولیبدن و نیتروژن (به عنوان مثال، 2205)، و ترکیبی از استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی عالی، به ویژه در محیط های کلرید است. در حالی که اگر در دماهای بالا به طور نامناسب جوش داده شود، مستعد تشکیل فاز سیگما (بین فلزی شکننده) است. انبساط و هدایت حرارتی متوسطی دارد. گریدهای رایج 2205، 2507 و غیره هستند و به طور گسترده در خطوط لوله نفت و گاز، پردازش شیمیایی، محیط های دریایی استفاده می شوند.

تکنیک های جوشکاری مناسب:

1. 1. جوشکاری TIG (GTAW)، ایده‌آل برای جوش‌های با کیفیت بالا با ورودی گرمای کنترل‌شده برای جلوگیری از تشکیل فاز سیگما با استفاده از آرگون یا گاز محافظ نیتروژن-.
2. 2. جوشکاری MIG/MAG (GMAW)، مناسب برای مقاطع ضخیم تر با گاز محافظ مناسب (آرگون- مخلوط هلیوم با CO2 کم).
3. 3. جوشکاری چوبی (SMAW) برای جوشکاری میدانی با الکترودهای دوبلکس{1}مخصوص (مانند E2209).

 

• √بارش{0}}سخت شدن فولاد ضد زنگ

حاوی عناصر آلیاژی مانند آلومینیوم، مس، یا نیوبیم برای تقویت از طریق عملیات حرارتی (به عنوان مثال، 17-4 PH)، و دارای استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی متوسط ​​است، که برای جلوگیری از پیری بیش از حد یا از دست دادن خواص مکانیکی، نیاز به جوشکاری کنترل شده دارد. گریدهای محبوب 17-4 PH، 15-5 PH هستند و به طور گسترده برای قطعات هوافضا، راکتورهای هسته ای، اتصال دهنده های با استحکام بالا استفاده می شوند.

تکنیک های جوشکاری مناسب:

1. 1. جوشکاری TIG (GTAW) برای دقت و حداقل حرارت ورودی برای حفظ خواص مکانیکی.
2. 2. جوش MIG/MAG (GMAW)، مناسب برای مقاطع ضخیم تر با پارامترهای کنترل شده.

 

 

ملاحظات جوشکاری فولاد ضد زنگ

 

فولاد ضد زنگ دارای هدایت حرارتی بالا و انبساط حرارتی کم است که منجر به افزایش خطر اعوجاج و تاب برداشتن در حین جوشکاری می شود. بعلاوه، اگر برای مدت طولانی در معرض دماهای بالا قرار گیرد، به ویژه در گریدهای آستنیتی مانند 304 و 316 مستعد حساسیت (از دست دادن مقاومت در برابر خوردگی) است.

 

• √قبل-تمیز کردن

محل جوشکاری را از آلودگی هایی مانند رنگ، روغن، گریس، پرایمرها، ترکیبات برش و سایر هیدروکربن ها تمیز کنید. چنین آلاینده هایی می توانند کربن را وارد جوش کنند، مقاومت در برابر خوردگی را مختل کنند و اتصال را ضعیف کنند. نکته بسیار مهم این است که جوشکار باید از یک برس اختصاصی فولاد ضد زنگ برای تمیز کردن اتصال استفاده کند و اطمینان حاصل کنید که از برس که قبلاً روی فولاد کربنی استفاده شده است استفاده نکنید زیرا ممکن است قطعه کار فولاد ضد زنگ را آلوده کند.

• √انتخاب پرکننده

انتخاب مواد پرکننده مناسب بسته به محدوده کار، و باید با درجه فولاد ضد زنگ مطابقت داشته باشد و تقریباً همان خواص را به دست آورد.

• √طراحی اتصالات جوش

طراحی اتصال جوش تکمیل کننده ساختار جوش، تکنیک جوش و مواد است و یکی از عوامل اصلی تعیین کننده استحکام و کیفیت جوش است. بنابراین، درک نیروهای اعمال شده به جوش بسیار مهم است و ادغام آن در طراحی اتصال از شکست سازه جلوگیری می کند.

• √انتخاب درجه

درجه انتخاب، گریدهای مختلف (مانند آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی، دوبلکس) رفتار متفاوتی دارند، نمرات کربن پایین (مثلاً 304L، 316L) می تواند خطر بارش کاربید و خوردگی بین دانه ای را به حداقل برساند.

• √کنترل ورودی گرما

کنترل ورودی گرما، گرمای بیش از حد می تواند باعث رشد دانه ها، اعوجاج و از بین رفتن مقاومت در برابر خوردگی شود، و عاقلانه است که از حرارت ورودی کم استفاده کنید و از قرار گرفتن طولانی مدت در دمای بالا اجتناب کنید. به طور کلی، جریان جوش باید حدود 20٪ کمتر از فولاد کربنی باشد تا از خوردگی جلوگیری شود.

• √گاز محافظ

گاز محافظ، انتخاب گاز محافظ در فرآیندهایی مانند جوشکاری MIG و TIG برای محافظت از حوضچه جوش در برابر آلودگی بسیار مهم است. ترکیب صحیح گاز محافظ خطر عیوب جوش را کاهش می دهد و نتیجه کلی جوش را بهبود می بخشد.

 

بنابراین، برای ایجاد جوشکاری صدا، یک جوشکار باتجربه باید پارامتر جامعی از جمله درجه فولاد ضد زنگ، تکنیک جوشکاری، حرارت ورودی، گاز محافظ، منبع تغذیه، زاویه مشعل، سرعت حرکت و نرخ رسوب را در نظر بگیرد. تنها با استفاده موثر از این پارامترهای جوشکاری، جوشکار می تواند به جوش هایی با کیفیت بالا و ثابت دست یابد.

 

نقص ها و پیشگیری ها

 

رایج ترین عیوب جوشکاری در فولاد زنگ نزن شامل ترک، تخلخل، آخال های سرباره، عدم ذوب، نفوذ ناقص، زیر بریدگی، پاشیدگی و اعوجاج، همراه با آلودگی ناشی از ذرات آهن، رنگ های حرارتی و پوسیدگی جوش می باشد. این عیوب خواص مکانیکی جوش و مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهد و می تواند ناشی از تمیز کردن نامناسب، تنظیمات نادرست الکترود/گاز، ورودی گرمای بیش از حد، یا هدایت حرارتی کم باشد.

 

• √تاب برداشتن

فولاد ضد زنگ دارای رسانایی حرارتی کم و انبساط حرارتی بالا است که آن را مستعد تاب خوردن می کند. گرمای بیش از حد ورودی در حین جوشکاری یا تغییر سریع دما، فلز را تحت فشار قرار می دهد و در نتیجه هنگام سرد شدن اعوجاج ایجاد می کند. متداول ترین راه حل کاهش حرارت ورودی در عین اجتناب از کیفیت پایین جوش به دلیل همجوشی ناقص بین قطعات کار است و راه حل دیگر ایجاد هیت سینک با بستن مس یا برنج در پشت یا کنار درز جوشکاری است که گرمای غیر ضروری را جذب می کند.

 

• √ترک خوردن

ترک خوردگی می تواند در حین یا بعد از جوشکاری رخ دهد و می تواند تحت تاثیر تنش حرارتی بالا یا نرخ سرد شدن نامناسب باشد.

دو نوع اصلی ترک وجود دارد: ترک گرم و ترک سرد. ترک داغ در طول فرآیند انجماد جوشکاری به دلیل مقدار بیش از حد ناخالصی‌هایی مانند گوگرد یا فسفر در جوش اتفاق می‌افتد که می‌تواند نقطه ذوب نواحی خاصی را کاهش دهد و باعث ایجاد ترک در هنگام جامد شدن فلز شود. اغلب در مناطق{2}}درجه حرارت بالا جوش رخ می دهد. ترک سرد پس از سرد شدن جوش برای مدتی از چند ساعت تا چند روز اتفاق می‌افتد و اغلب ناشی از تنش باقی مانده در فلز پس از جوشکاری یا هیدروژنی است که در جوش جذب می‌شود. برای جلوگیری از ترک خوردن، عاقلانه است که از مواد پرکننده مناسب استفاده کنید و سرعت خنک شدن را با دقت کنترل کنید، در همین حال، پیش گرم کردن مواد پایه می تواند راه خوبی برای کاهش تنش حرارتی قبل از جوشکاری باشد.

 

• √تخلخل

این نقصی است که در آن حباب های گاز در جوش گیر کرده و منجر به حفره ها یا حفره های کوچک می شود و اغلب توسط آلاینده هایی مانند خاک، روغن، زنگ ایجاد می شود که می تواند گازها را وارد جوش کند. سپس این گازها در حوضچه جوش مذاب به دام می‌افتند و با سرد شدن فلز، حفره‌هایی ایجاد می‌کنند. استفاده از گاز محافظ نامناسب نیز می تواند باعث ایجاد تخلخل شود. رطوبت و رطوبت روی مواد پایه یا پرکننده‌ها می‌تواند در حین جوشکاری تبخیر شود و حباب‌های گاز در جوش ایجاد کند. بنابراین، مهم است که مواد پایه و میله های پرکننده را تمیز و خشک نگه دارید و از گاز محافظ مناسب برای حفظ جریان ثابت در طول فرآیند جوشکاری استفاده کنید.

 

• √فیوژن ضعیف

همجوشی ضعیف زمانی اتفاق می افتد که فلز جوش به درستی با مواد پایه ذوب نمی شود و نقاط ضعیفی در محل اتصال ایجاد می کند که در آن دو ماده کاملاً به هم وصل نشده اند. این می تواند استحکام کلی جوش را به طور جدی کاهش دهد و خطر شکست را افزایش دهد. این نقص اغلب به دلیل گرمای ناکافی، زاویه جوش نادرست، سرعت حرکت سریع ایجاد می شود.

 

• √پاشش جوش

آنها قطرات کوچکی از فلز مذاب هستند که در حین جوشکاری از حوضچه جوش بیرون رانده می شوند و واقعاً جوش را ضعیف نمی کنند. با این حال، آنها بر ظاهر تأثیر می گذارند، که می تواند منجر به کارهای غیر ضروری پس از درمان شود. پاشش ها اغلب به دلیل تنظیمات جریان بالا ایجاد می شوند که می تواند باعث پاشش بیش از حد شود زیرا فلز مذاب به شدت از حوضچه جوش بیرون می زند. طول قوس نادرست و گاز محافظ نامناسب نیز می تواند باعث پاشش در حین جوشکاری فولاد ضد زنگ شود. بنابراین، کاهش پاشش، تنظیم تنظیمات جریان و حفظ قوس پایدار در عین حال با استفاده از گاز محافظ صحیح با جریان ثابت در سراسر جوش مهم است.

 

 

جوشکاری فولاد ضد زنگ نیاز به توجه به پارامترهای زیادی مانند خواص مواد، گاز محافظ، پرکننده‌ها، ورودی گرما و تمیزی دارد تا از عیوب مانند اعوجاج، ترک‌خوردگی و حساسیت جلوگیری شود. جوشکاران با تجربه Fabmann بهترین روش را برای تنظیم دستگاه با ولتاژ، آمپراژ صحیح دنبال می‌کنند و می‌دانند که چگونه با سرعت حرکت صحیح بر اساس ضخامت مواد فولادی ضد زنگ و نوع فولاد ضد زنگ جوشکاری کنند تا به جوش‌های مقاوم در برابر خوردگی-کیفیت دست یابند. Fabmann براکت های سفارشی فولاد ضد زنگ با کیفیت بالا را برای صنعت انرژی خورشیدی، قطعات ماشین آلات وپوشش های تهویهبرای بخش ساخت و ساز خانه