س: بدأنا مؤخرًا العمل على بعض المكونات التي تتطلب تصنيعها بشكل أساسي من الفولاذ المقاوم للصدأ 304، والذي يتم لحامه مع نفسه ومع الفولاذ الطري. وقد واجهنا بعض المشاكل المتعلقة بتشقق اللحام بين الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المقاوم للصدأ، حتى سُمك 1.25 بوصة. وذُكر أن لدينا مستويات منخفضة من الفريت. هل يمكنك توضيح ماهية هذه المشكلة وكيفية حلها؟
ج: هذا سؤال جيد. نعم، يمكننا مساعدتك في فهم معنى انخفاض نسبة الفريت وكيفية الوقاية منه.
لنبدأ بتعريف الفولاذ المقاوم للصدأ (SS) وعلاقة الفريت بالوصلات الملحومة. يحتوي الفولاذ الأسود وسبائكه على أكثر من 50% من الحديد. يشمل ذلك جميع أنواع الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ، بالإضافة إلى بعض الأنواع الأخرى. أما الألومنيوم والنحاس والتيتانيوم فلا تحتوي على الحديد، لذا فهي أمثلة ممتازة على السبائك غير الحديدية.
يتكون هذا السبيكة بشكل أساسي من الفولاذ الكربوني بنسبة حديد لا تقل عن 90%، والفولاذ المقاوم للصدأ بنسبة حديد تتراوح بين 70 و80%. ولتصنيفه كفولاذ مقاوم للصدأ، يجب أن يحتوي على نسبة كروم لا تقل عن 11.5%. تساهم مستويات الكروم التي تتجاوز هذا الحد الأدنى في تكوين طبقة من أكسيد الكروم على أسطح الفولاذ، مما يمنع حدوث الأكسدة، مثل الصدأ (أكسيد الحديد) أو التآكل الكيميائي.
ينقسم الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل رئيسي إلى ثلاث مجموعات: الأوستنيتي، والفريتي، والمارتنسيتي. وتستمد هذه المجموعات اسمها من بنيتها البلورية عند درجة حرارة الغرفة. وهناك مجموعة شائعة أخرى هي الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج، الذي يتميز بتوازن بين الفريت والأوستنيت في بنيته البلورية.
تحتوي درجات الفولاذ الأوستنيتي، من سلسلة 300، على نسبة تتراوح بين 16% و30% من الكروم، ونسبة تتراوح بين 8% و40% من النيكل، مما يُشكل بنية بلورية أوستنيتية في الغالب. تُضاف مواد مُثبتة، مثل النيكل والكربون والمنغنيز والنيتروجين، أثناء عملية صناعة الفولاذ للمساعدة في تحديد نسبة الأوستنيت إلى الفريت. من بين الدرجات الشائعة: 304 و316 و347. يتميز هذا الفولاذ بمقاومة جيدة للتآكل، ويُستخدم بشكل أساسي في الصناعات الغذائية والكيميائية والصيدلانية والصناعات المبردة. كما أن التحكم في تكوين الفريت يُوفر متانة ممتازة في درجات الحرارة المنخفضة.
الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي هو نوع من سلسلة 400 يتميز بخواص مغناطيسية كاملة، ويحتوي على نسبة كروم تتراوح بين 11.5% و30%، وله بنية بلورية فريتية سائدة. ولتعزيز تكوين الفريت، تُضاف مواد مثبتة مثل الكروم والسيليكون والموليبدينوم والنيوبيوم أثناء عملية إنتاج الفولاذ. تُستخدم هذه الأنواع من الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل شائع في أنظمة عادم السيارات وأنظمة نقل الحركة، ولها استخدامات محدودة في درجات الحرارة العالية. ومن بين الأنواع الشائعة الاستخدام: 405 و409 و430 و446.
تتميز سبائك المارتنسيت، المعروفة أيضاً بسلسلة 400، مثل 403 و410 و440، بخواصها المغناطيسية، واحتوائها على نسبة كروم تتراوح بين 11.5% و18%، وبنيتها البلورية المارتنسيتية. يُعد هذا المزيج الأقل احتواءً على الذهب، مما يجعله الأقل تكلفة في الإنتاج. كما أنها توفر مقاومة للتآكل، وقوة فائقة، وتُستخدم على نطاق واسع في أدوات المائدة، ومعدات طب الأسنان والجراحة، وأواني الطهي، وبعض أنواع الأدوات.
عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ، يحدد نوع المادة الأساسية واستخدامها في الخدمة معدن الحشو المناسب. في حال استخدام عملية اللحام بغاز واقٍ، قد يلزم إيلاء اهتمام خاص لخلطات الغاز الواقي لتجنب بعض مشاكل اللحام.
للحام الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 304 مع نفسه، ستحتاج إلى قطب كهربائي من نوع E308/308L. يشير الحرف "L" إلى انخفاض نسبة الكربون، مما يساعد على منع التآكل بين الحبيبات. تقل نسبة الكربون في هذه الأقطاب عن 0.03%، وعند تجاوز هذه النسبة، يزداد خطر ترسب الكربون على حدود الحبيبات وتكوين كربيدات الكروم، مما يقلل بشكل فعال من مقاومة الفولاذ للتآكل. ويتضح ذلك جليًا عند حدوث التآكل في المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) في لحامات الفولاذ المقاوم للصدأ. ومن الاعتبارات الأخرى المتعلقة بالفولاذ المقاوم للصدأ من النوع L انخفاض قوة الشد عند درجات حرارة التشغيل المرتفعة مقارنةً بأنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى.
بما أن الفولاذ المقاوم للصدأ 304 من النوع الأوستنيتي، فإن معدن اللحام الناتج عنه سيحتوي على معظم الأوستنيت. مع ذلك، سيحتوي القطب نفسه على مُثبِّت للفريت، مثل الموليبدينوم، لتعزيز تكوين الفريت في معدن اللحام. عادةً ما تُحدد الشركات المصنعة نطاقًا نموذجيًا لكمية الفريت في معدن اللحام. وكما ذُكر سابقًا، يُعد الكربون مُثبِّتًا قويًا للأوستنيت، ولذلك من الضروري منع إضافته إلى معدن اللحام.
تُستخلص أرقام الفريت من مخطط شيفلر ومخطط WRC-1992، اللذين يستخدمان معادلات مكافئة للنيكل والكروم لحساب القيمة التي تُعطي، عند تمثيلها بيانيًا، رقمًا معياريًا. يتراوح رقم الفريت بين 0 و7، وهو ما يُشير إلى النسبة المئوية الحجمية لبنية بلورات الفريت الموجودة في معدن اللحام. مع ذلك، عند النسب المئوية الأعلى، يزداد رقم الفريت بسرعة أكبر. تجدر الإشارة إلى أن الفريت في الفولاذ المقاوم للصدأ ليس هو نفسه فريت الفولاذ الكربوني، بل هو طور يُسمى دلتا فريت. لا يخضع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي لتحولات طورية مرتبطة بعمليات درجات الحرارة العالية، مثل المعالجة الحرارية.
يُعدّ تكوين الفريت مرغوبًا فيه لأنه أكثر مرونة من الأوستنيت، ولكن يجب التحكم فيه. قد يُوفر المحتوى المنخفض من الفريت لحامات ذات مقاومة ممتازة للتآكل في بعض التطبيقات، إلا أنها عُرضة بشدة للتشقق الساخن أثناء اللحام. في ظروف الاستخدام العامة، يجب أن يتراوح عدد الفريتات بين 5 و10، ولكن قد تتطلب بعض التطبيقات قيمًا أقل أو أعلى. يُمكن فحص الفريتات بسهولة في مكان العمل باستخدام مؤشر الفريت.
بما أنك ذكرتَ وجود مشاكل في التشققات وانخفاض نسبة الفريت، عليكَ فحص معدن الحشو جيدًا والتأكد من احتوائه على كمية كافية من الفريت - حوالي 8% تكفي. أيضًا، إذا كنتَ تستخدم لحام القوس الكهربائي ذي القلب المحشو (FCAW)، فإن معادن الحشو هذه تستخدم عادةً غازًا واقيًا من ثاني أكسيد الكربون بنسبة 100%، أو خليطًا من 75% أرجون و25% ثاني أكسيد الكربون، مما قد يتسبب في امتصاص معدن اللحام للكربون. يمكنكَ التحول إلى عملية لحام القوس المعدني بالغاز (GMAW) واستخدام خليط من 98% أرجون و2% أكسجين لتقليل احتمالية ترسب الكربون.
عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ بالفولاذ الكربوني، يجب استخدام مادة الحشو E309L. تُستخدم هذه المادة خصيصًا للحام المعادن المختلفة، وتُشكّل كمية معينة من الفريت بعد ذوبان الفولاذ الكربوني في منطقة اللحام. ولأن الفولاذ الكربوني يمتص بعض الكربون، تُضاف مُثبّتات الفريت إلى مادة الحشو لمقاومة ميل الكربون لتكوين الأوستنيت، مما يُساعد على منع التشققات الحرارية أثناء اللحام.
لذا، إذا كنت ترغب في إصلاح الشقوق الساخنة في لحامات الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، فتحقق من تجانس معدن الحشو الفريتي واتبع أفضل ممارسات اللحام. حافظ على مدخلات الحرارة أقل من 50 كيلوجول/بوصة مربعة، وحافظ على درجات حرارة متوسطة إلى منخفضة بين طبقات اللحام، وتأكد من نظافة وصلات اللحام قبل اللحام. استخدم المقياس المناسب للتحقق من كمية الفريت في اللحام، مع التركيز على 5-10.
مجلة WELDER، التي كانت تُعرف سابقًا باسم Practical Welding Today، تُمثل الأشخاص الحقيقيين الذين يصنعون المنتجات التي نستخدمها ونتعامل معها يوميًا. تُقدم هذه المجلة خدماتها لمجتمع اللحام في أمريكا الشمالية منذ أكثر من 20 عامًا.
الآن مع إمكانية الوصول الكامل إلى النسخة الرقمية من مجلة "ذا فابريكيتور"، سهولة الوصول إلى موارد صناعية قيّمة.
أصبح الإصدار الرقمي من مجلة الأنابيب والأنابيب متاحًا بالكامل الآن، مما يوفر سهولة الوصول إلى موارد الصناعة القيّمة.
احصل على وصول رقمي كامل إلى مجلة STAMPING Journal، التي تعرض أحدث التقنيات وأفضل الممارسات وأخبار الصناعة لسوق ختم المعادن.
الآن مع إمكانية الوصول الرقمي الكامل إلى The Fabricator en Español، يمكنك الوصول بسهولة إلى موارد صناعية قيّمة.