س: بدأنا مؤخرًا العمل على بعض المكونات التي تتطلب تصنيعها بشكل أساسي من الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة 304، والذي يتم لحامه مع نفسه ومع الفولاذ الطري. وقد واجهنا بعض مشاكل التشققات في لحامات الفولاذ المقاوم للصدأ مع الفولاذ المقاوم للصدأ حتى سمك 1.25 بوصة. وذُكر أن لدينا نسبة منخفضة من الفريت. هل يمكنك توضيح ماهية هذه المشكلة وكيفية حلها؟
ج: هذا سؤال جيد. نعم، يمكننا مساعدتك في فهم معنى انخفاض عدد الفريت وكيفية منعه.
لنبدأ بمراجعة تعريف الفولاذ المقاوم للصدأ (SS) وكيفية ارتباط الفريت بالوصلات الملحومة. يحتوي الفولاذ الأسود وسبائكه على أكثر من 50% من الحديد. يشمل ذلك جميع أنواع الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ، بالإضافة إلى مجموعات أخرى محددة. لا يحتوي الألومنيوم والنحاس والتيتانيوم على الحديد، لذا فهي أمثلة ممتازة على السبائك غير الحديدية.
المكونات الرئيسية لهذه السبيكة هي الفولاذ الكربوني الذي يحتوي على 90% حديد على الأقل، والفولاذ المقاوم للصدأ الذي يحتوي على 70 إلى 80% حديد. ولتصنيفه كفولاذ مقاوم للصدأ، يجب أن يحتوي على 11.5% كروم على الأقل. تعمل مستويات الكروم التي تتجاوز هذا الحد الأدنى على تعزيز تكوين طبقات أكسيد الكروم على أسطح الفولاذ، وتمنع تكون الأكسدة مثل الصدأ (أكسيد الحديد) أو التآكل الناتج عن الهجوم الكيميائي.
ينقسم الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل أساسي إلى ثلاث مجموعات: الأوستنيت والفريت والمارتنسيت. ويأتي اسمها من التركيب البلوري الذي يتكون منه عند درجة حرارة الغرفة. وهناك مجموعة شائعة أخرى هي الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج، وهو عبارة عن توازن بين الفريت والأوستنيت في التركيب البلوري.
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. ولتعزيز نسبة الأوستنيت إلى الفريت، تُضاف مواد مُثبتة مثل النيكل والكربون والمنغنيز والنيتروجين أثناء عملية صناعة الفولاذ. ومن الدرجات الشائعة 304 و316 و347. يتميز هذا الفولاذ بمقاومة جيدة للتآكل، ويُستخدم بشكل أساسي في تطبيقات الأغذية والمواد الكيميائية والصيدلانية والتبريد. 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 عوادم السيارات ومحطات توليد الطاقة، ولها استخدامات محدودة في درجات الحرارة العالية. ومن بين الأنواع الشائعة الاستخدام: 405 و409 و430 و446.
تتميز سبائك المارتنسيت، التي تُعرف أيضاً بسلسلة 400 مثل 403 و410 و440، بخواصها المغناطيسية، واحتوائها على نسبة كروم تتراوح بين 11.5% و18%، وبنيتها البلورية المارتنسيتية. يحتوي هذا المزيج على أقل نسبة من الذهب، مما يجعله الأقل تكلفة في الإنتاج. توفر هذه السبائك مقاومة للتآكل، وقوة ممتازة، وتُستخدم بشكل شائع في أدوات المائدة، ومعدات طب الأسنان والجراحة، وأواني الطهي، وأنواع معينة من الأدوات.
عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ، يحدد نوع المادة الأساسية وتطبيقها أثناء الخدمة معدن الحشو المناسب. إذا كنت تستخدم عملية حماية بالغاز، فقد تحتاج إلى إيلاء اهتمام خاص لخلطات غاز الحماية لمنع بعض المشاكل المتعلقة باللحام.
للحام الفولاذ المقاوم للصدأ 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. تحتوي هذه الأقطاب الكهربائية على نسبة كربون أقل من 0.03%؛ وأي نسبة أعلى من ذلك تزيد من خطر ترسب الكربون على حدود الحبيبات وتفاعله مع الكروم لتكوين كربيدات الكروم، مما يقلل بشكل فعال من مقاومة الفولاذ للتآكل. يتضح هذا الأمر إذا حدث التآكل في المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) لوصلات اللحام بالفولاذ المقاوم للصدأ. من الاعتبارات الأخرى للفولاذ المقاوم للصدأ من النوع L أنه يتمتع بقوة شد أقل عند درجات حرارة التشغيل المرتفعة مقارنةً بأنواع الفولاذ المقاوم للصدأ العادية.
بما أن الفولاذ المقاوم للصدأ 304 من النوع الأوستنيتي، فإن معدن اللحام الناتج عنه سيحتوي على معظم الأوستنيت. ومع ذلك، سيحتوي القطب نفسه على مُثبِّت للفريت، مثل الموليبدينوم، لتعزيز تكوين الفريت في معدن اللحام. عادةً ما تُدرج الشركات المصنعة نطاقًا نموذجيًا لكميات الفريت في معدن اللحام. وكما ذُكر سابقًا، يُعد الكربون مُثبِّتًا قويًا للأوستنيت، ولهذه الأسباب، من الضروري منع إضافته إلى معدن اللحام.
تُستخلص أرقام الفريت من مخطط شيفلر ومخطط WRC-1992، اللذين يستخدمان معادلات مكافئة للنيكل والكروم لحساب القيمة، والتي عند تمثيلها بيانيًا على المخطط تُنتج رقمًا معياريًا. يتراوح رقم الفريت بين 0 و7، وهو ما يتوافق مع النسبة المئوية الحجمية لبنية بلورات الفريت الموجودة في معدن اللحام؛ ومع ذلك، عند النسب المئوية الأعلى، يزداد رقم الفريت بمعدل أسرع. تجدر الإشارة إلى أن الفريت في الفولاذ المقاوم للصدأ ليس هو نفسه فريت الفولاذ الكربوني، بل هو طور يُسمى دلتا فريت. لا يشهد الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي أي تحولات طورية مرتبطة بعمليات درجات الحرارة العالية مثل المعالجة الحرارية.
يُعدّ تكوين الفريت مرغوبًا فيه لأنه أكثر مرونة من الأوستنيت، ولكن يجب التحكم فيه. قد تُنتج نسب الفريت المنخفضة لحامات ذات مقاومة ممتازة للتآكل في بعض التطبيقات، ولكنها عُرضة بشدة للتشقق الساخن أثناء اللحام. في ظروف الاستخدام العامة، يجب أن تتراوح نسبة الفريت بين 5 و10، ولكن قد تتطلب بعض التطبيقات قيمًا أقل أو أعلى. يُمكن التحقق من وجود الفريت بسهولة في موقع العمل باستخدام مؤشر الفريت.
بما أنك ذكرت وجود مشاكل في التشققات وانخفاض نسبة الفريت، عليك فحص معدن الحشو بدقة والتأكد من احتوائه على نسبة كافية من الفريت - حوالي 8% ستكون كافية. كذلك، إذا كنت تستخدم لحام القوس الكهربائي ذي القلب المحشو (FCAW)، فإن معادن الحشو هذه تستخدم عادةً غاز ثاني أكسيد الكربون بنسبة 100% كغاز واقٍ أو خليطًا من 75% أرجون و25% ثاني أكسيد الكربون، مما قد يتسبب في امتصاص الكربون في معدن اللحام. قد ترغب في التحول إلى عملية لحام القوس المعدني بالغاز (GMAW) واستخدام خليط من 98% أرجون و2% أكسجين لتقليل احتمالية امتصاص الكربون.
للحام الفولاذ المقاوم للصدأ بالفولاذ الكربوني، يجب استخدام مادة الحشو E309L. تُستخدم هذه المادة خصيصًا للحام المعادن المختلفة، وتُشكّل كمية معينة من الفريت بعد تخفيف الفولاذ الكربوني في اللحام. ولأن الفولاذ الكربوني يمتص بعض الكربون، تُضاف مُثبّتات الفريت إلى مادة الحشو لمقاومة ميل الكربون لتكوين الأوستنيت. وهذا بدوره يُساعد على منع التشققات الحرارية في تطبيقات اللحام.
باختصار، إذا كنت ترغب في تجنب التشققات الساخنة في وصلات اللحام المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، فتأكد من كفاية معدن الحشو الفريتي واتبع ممارسات اللحام الجيدة. حافظ على مدخلات الحرارة أقل من 50 كيلوجول/بوصة، وحافظ على درجات حرارة متوسطة إلى منخفضة بين الطبقات، وتأكد من خلو وصلات اللحام من أي شوائب قبل اللحام. استخدم مقياسًا مناسبًا للتحقق من كمية الفريت في وصلة اللحام، بحيث تتراوح بين 5 و10.
مجلة WELDER، التي كانت تُعرف سابقًا باسم Practical Welding Today، تُسلط الضوء على الأشخاص الحقيقيين الذين يصنعون المنتجات التي نستخدمها ونعمل معها كل يوم. وقد خدمت هذه المجلة مجتمع اللحام في أمريكا الشمالية لأكثر من 20 عامًا.
الآن مع إمكانية الوصول الكامل إلى النسخة الرقمية من مجلة The FABRICATOR، أصبح الوصول سهلاً إلى موارد الصناعة القيّمة.
أصبح الإصدار الرقمي من مجلة الأنابيب والأنابيب متاحًا بالكامل الآن، مما يوفر سهولة الوصول إلى موارد الصناعة القيّمة.
استمتع بالوصول الكامل إلى النسخة الرقمية من مجلة STAMPING Journal، التي توفر أحدث التطورات التكنولوجية وأفضل الممارسات وأخبار الصناعة لسوق ختم المعادن.
الآن مع إمكانية الوصول الكامل إلى النسخة الرقمية من مجلة The Fabricator en Español، سهولة الوصول إلى موارد صناعية قيّمة.