يتطلب لحام الفولاذ المقاوم للصدأ اختيار غاز الحماية للحفاظ على تركيبته المعدنية وخصائصه الفيزيائية والميكانيكية المرتبطة بها. تشمل عناصر غاز الحماية الشائعة للفولاذ المقاوم للصدأ الأرجون والهيليوم والأكسجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والهيدروجين (انظر الشكل 1). يتم الجمع بين هذه الغازات بنسب مختلفة لتناسب احتياجات أوضاع التسليم المختلفة وأنواع الأسلاك والسبائك الأساسية وملف الخرز المطلوب وسرعة السفر.
بسبب ضعف التوصيل الحراري للفولاذ المقاوم للصدأ والطبيعة "الباردة" نسبيًا لعملية لحام قوس المعدن بالغاز المنقول بالدائرة القصيرة (GMAW)، تتطلب العملية غازًا "ثلاثي المزيج" يتكون من 85% إلى 90% هيليوم (He)، وما يصل إلى 10% أرجون (Ar) و2% إلى 5% ثاني أكسيد الكربون (CO2). يحتوي خليط ثلاثي المزيج الشائع على 90% هيليوم، و7-1/2% أرجون، و2-1/2% ثاني أكسيد الكربون. تعزز إمكانية التأين العالية للهيليوم القوس الكهربائي بعد حدوث ماس كهربائي؛ إلى جانب التوصيل الحراري العالي، يزيد استخدام الهيليوم من سيولة حوض المنصهر. يوفر مكون الأرجون في Trimix حماية عامة لبركة اللحام، بينما يعمل ثاني أكسيد الكربون كمكون تفاعلي لتثبيت القوس (انظر الشكل 2 لمعرفة كيفية تأثير غازات الحماية المختلفة على شكل خرز اللحام).
قد تستخدم بعض الخلطات الثلاثية الأكسجين كمثبت، بينما يستخدم البعض الآخر خليط He/CO2/N2 لتحقيق نفس التأثير. يمتلك بعض موزعي الغاز خلطات غاز خاصة توفر الفوائد الموعودة. يوصي التجار أيضًا بهذه الخلطات لأوضاع نقل أخرى بنفس التأثير.
إن أكبر خطأ يرتكبه المصنعون هو محاولة قصر دائرة الفولاذ المقاوم للصدأ GMAW بنفس خليط الغاز (75 Ar / 25 CO2) مثل الفولاذ المعتدل، وعادةً ما يكون ذلك لأنهم لا يريدون إدارة أسطوانة إضافية. يحتوي هذا الخليط على الكثير من الكربون. في الواقع، يجب أن يحتوي أي غاز حماية يستخدم للأسلاك الصلبة على ما يصل إلى 5٪ من ثاني أكسيد الكربون. يؤدي استخدام كميات أكبر إلى معدن لم يعد يُعتبر سبيكة من الدرجة L (تحتوي الدرجة L على محتوى كربون أقل من 0.03٪). يمكن أن يشكل الكربون الزائد في غاز الحماية كربيدات الكروم، مما يقلل من مقاومة التآكل والخصائص الميكانيكية. يمكن أن يظهر السخام أيضًا على سطح اللحام.
كملاحظة جانبية، عند اختيار المعادن لتقصير GMAW لسبائك القاعدة من السلسلة 300 (308، 309، 316، 347)، يجب على الشركات المصنعة اختيار درجة LSi. تحتوي حشوات LSi على نسبة منخفضة من الكربون (0.02٪) وبالتالي يوصى بها بشكل خاص عندما يكون هناك خطر التآكل بين الحبيبات. يحسن محتوى السيليكون العالي خصائص اللحام، مثل البلل، للمساعدة في تسطيح تاج اللحام وتعزيز الاندماج عند إصبع القدم.
يجب على الشركات المصنعة توخي الحذر عند استخدام عمليات نقل الدائرة القصيرة. يمكن أن يحدث اندماج غير مكتمل بسبب إطفاء القوس، مما يجعل العملية دون المستوى للتطبيقات الحرجة. في حالات الحجم الكبير، إذا كانت المادة قادرة على دعم مدخلاتها الحرارية (≥ 1/16 بوصة هي تقريبًا أنحف مادة ملحومة باستخدام وضع الرش النبضي)، فإن نقل الرش النبضي سيكون خيارًا أفضل. عندما يدعمها سمك المادة وموقع اللحام، يفضل نقل الرش GMAW لأنه يوفر اندماجًا أكثر اتساقًا.
لا تتطلب أوضاع نقل الحرارة العالية هذه غاز حماية He. بالنسبة لعملية لحام نقل الرش لسبائك السلسلة 300، فإن الاختيار الشائع هو 98٪ Ar و 2٪ من العناصر التفاعلية مثل CO2 أو O2. قد تحتوي بعض مخاليط الغاز أيضًا على كميات صغيرة من N2. يتمتع N2 بإمكانية تأين أعلى وموصلية حرارية، مما يعزز البلل ويسمح بالسفر بشكل أسرع أو تحسين النفاذية؛ كما أنه يقلل التشوه.
بالنسبة لنقل الرش النبضي GMAW، قد يكون 100% Ar خيارًا مقبولًا. نظرًا لأن التيار النبضي يعمل على استقرار القوس، فإن الغاز لا يتطلب دائمًا عناصر نشطة.
تكون عملية الانصهار أبطأ في الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي والفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج (نسبة الفريت إلى الأوستينيت 50/50). بالنسبة لهذه السبائك، يُعزز خليط غازي مثل ~70% Ar/~30% He/2% CO2 عملية البلل ويزيد من سرعة الحركة (انظر الشكل 3). يمكن استخدام خلائط مماثلة في لحام سبائك النيكل، ولكنها تُسبب تكوّن أكاسيد النيكل على سطح اللحام (على سبيل المثال، إضافة 2% CO2 أو O2 كافية لزيادة محتوى الأكسيد، لذا يجب على المُصنّعين تجنبها أو الاستعداد لقضاء وقت طويل عليها). مادة كاشطة لأن هذه الأكاسيد صلبة جدًا لدرجة أن فرشاة الأسلاك لا تُزيلها عادةً.
يستخدم المصنعون أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ ذات القلب المتدفق للحام خارج الموقع لأن نظام الخبث في هذه الأسلاك يوفر "رفًا" يدعم حوض اللحام أثناء تصلبها. ونظرًا لأن تركيبة التدفق تخفف من آثار ثاني أكسيد الكربون، فإن سلك الفولاذ المقاوم للصدأ ذو القلب المتدفق مصمم للاستخدام مع خليط غاز 75% Ar/25% CO2 و/أو 100% CO2. وفي حين أن السلك ذو القلب المتدفق قد يكلف أكثر لكل رطل، تجدر الإشارة إلى أن سرعات اللحام الأعلى في جميع المواضع ومعدلات الترسيب قد تقلل من تكاليف اللحام الإجمالية. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم السلك ذو القلب المتدفق خرج تيار مستمر تقليدي بجهد ثابت، مما يجعل نظام اللحام الأساسي أقل تكلفة وأقل تعقيدًا من أنظمة GMAW النبضية.
بالنسبة لسبائك السلسلة 300 و400، يظل 100% Ar هو الخيار القياسي لعملية لحام قوس التنغستن الغازي (GTAW). أثناء عملية GTAW لبعض سبائك النيكل، وخاصة مع العمليات الميكانيكية، يمكن إضافة كميات صغيرة من الهيدروجين (تصل إلى 5%) لزيادة سرعة السفر (لاحظ أنه على عكس الفولاذ الكربوني، فإن سبائك النيكل ليست عرضة للتشقق الهيدروجيني).
بالنسبة للحام الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق المزدوج والفولاذ المقاوم للصدأ الفائق المزدوج، فإن 98% Ar/2% N2 و98% Ar/3% N2 هي خيارات جيدة على التوالي. يمكن أيضًا إضافة الهيليوم لتحسين قابلية البلل بنحو 30%. عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق المزدوج أو الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق المزدوج، فإن الهدف هو إنتاج وصلة ذات بنية دقيقة متوازنة من حوالي 50% فيريت و50% أوستينيت. نظرًا لأن تكوين البنية الدقيقة يعتمد على معدل التبريد، ولأن حوض اللحام TIG يبرد بسرعة، فإن الفريت الزائد يبقى عند استخدام 100% Ar. عندما يتم استخدام خليط غاز يحتوي على N2، يحرك N2 في الحوض المنصهر ويعزز تكوين الأوستينيت.
يحتاج الفولاذ المقاوم للصدأ إلى حماية كلا جانبي المفصل لإنتاج لحام نهائي بأقصى قدر من مقاومة التآكل. يمكن أن يؤدي الفشل في حماية الجانب الخلفي إلى "التسمم" أو الأكسدة المكثفة التي يمكن أن تؤدي إلى فشل اللحام.
قد لا تتطلب التركيبات الضيقة ذات الملاءمة الممتازة باستمرار أو الاحتواء المحكم في الجزء الخلفي من التركيب غازًا داعمًا. هنا، تكمن المشكلة الرئيسية في منع تغير اللون المفرط للمنطقة المتأثرة بالحرارة بسبب تراكم الأكسيد، والذي يتطلب بعد ذلك الإزالة الميكانيكية. من الناحية الفنية، إذا تجاوزت درجة حرارة الجانب الخلفي 500 درجة فهرنهايت، يلزم وجود غاز واقٍ. ومع ذلك، فإن النهج الأكثر تحفظًا هو استخدام 300 درجة فهرنهايت كحد أدنى. من الناحية المثالية، يجب أن يكون الدعم أقل من 30 جزء في المليون من الأكسجين. الاستثناء هو إذا كان الجزء الخلفي من اللحام سيتم حفره وطحنه ولحامه لتحقيق لحام اختراق كامل.
الغازان الداعمان المفضلان هما N2 (الأرخص) وAr (الأكثر تكلفة). بالنسبة للتجمعات الصغيرة أو عندما تكون مصادر Ar متاحة بسهولة، قد يكون من الأنسب استخدام هذا الغاز ولا يستحق توفير N2. يمكن إضافة ما يصل إلى 5٪ من الهيدروجين لتقليل الأكسدة. تتوفر مجموعة متنوعة من الخيارات التجارية، ولكن الدعامات محلية الصنع وسدود التنقية شائعة.
إن إضافة 10.5% أو أكثر من الكروم هو ما يعطي الفولاذ المقاوم للصدأ خصائصه المقاومة للصدأ. يتطلب الحفاظ على هذه الخصائص تقنية جيدة في اختيار غاز اللحام المناسب وحماية الجانب الخلفي للمفصل. الفولاذ المقاوم للصدأ باهظ الثمن، وهناك أسباب وجيهة لاستخدامه. لا فائدة من محاولة قطع الزوايا عندما يتعلق الأمر بغاز اللحام أو اختيار المعادن الحشو لهذا الغرض. لذلك، فمن المنطقي دائمًا العمل مع موزع غاز ذي خبرة ومتخصص في المعادن الحشو عند اختيار الغاز والمعادن الحشو للحام الفولاذ المقاوم للصدأ.
احصل على آخر الأخبار والأحداث والتكنولوجيا المتعلقة بجميع المعادن من خلال نشرتنا الإخبارية الشهرية المكتوبة حصريًا للمصنعين الكنديين!
الآن مع إمكانية الوصول الكامل إلى النسخة الرقمية من Canadian Metalworking، يمكنك الوصول بسهولة إلى موارد الصناعة القيمة.
الآن مع إمكانية الوصول الكامل إلى النسخة الرقمية من Made in Canada و Welding، يمكنك الوصول بسهولة إلى موارد الصناعة القيمة.