Ε: Πρόσφατα ξεκινήσαμε κάποιες εργασίες που απαιτούν ορισμένα εξαρτήματα να είναι κατασκευασμένα κυρίως από ανοξείδωτο χάλυβα ποιότητας 304, ο οποίος είναι συγκολλημένος στον εαυτό του και σε μαλακό χάλυβα. Έχουμε αντιμετωπίσει ορισμένα προβλήματα ρωγμών σε συγκολλήσεις από ανοξείδωτο χάλυβα σε ανοξείδωτο χάλυβα πάχους έως 1,25″. Αναφέρθηκε ότι έχουμε χαμηλό αριθμό φερρίτη. Μπορείτε να εξηγήσετε τι είναι αυτό και πώς να το διορθώσετε;
Α: Αυτή είναι μια καλή ερώτηση. Ναι, μπορούμε να σας βοηθήσουμε να κατανοήσετε τι σημαίνουν οι χαμηλοί αριθμοί φερρίτη και πώς να τους αποτρέψετε.
Αρχικά, ας εξετάσουμε τον ορισμό του ανοξείδωτου χάλυβα (SS) και πώς ο φερρίτης σχετίζεται με τις συγκολλημένες ενώσεις. Ο μαύρος χάλυβας και τα κράματά του περιέχουν περισσότερο από 50% σίδηρο. Αυτό περιλαμβάνει όλους τους χάλυβες άνθρακα και ανοξείδωτους χάλυβες και άλλες καθορισμένες ομάδες. Το αλουμίνιο, ο χαλκός και το τιτάνιο δεν περιέχουν σίδηρο, επομένως αποτελούν εξαιρετικά παραδείγματα μη σιδηρούχων κραμάτων.
Τα κύρια συστατικά αυτού του κράματος είναι ο ανθρακούχος χάλυβας με τουλάχιστον 90% σίδηρο και ο ανοξείδωτος χάλυβας με 70 έως 80% σίδηρο. Για να ταξινομηθεί ως ανοξείδωτο ατσάλι, πρέπει να έχει προστεθεί τουλάχιστον 11,5% χρώμιο. Τα επίπεδα χρωμίου πάνω από αυτό το ελάχιστο όριο προάγουν τον σχηματισμό μεμβρανών οξειδίου του χρωμίου στις επιφάνειες του χάλυβα και αποτρέπουν τον σχηματισμό οξείδωσης όπως σκουριά (οξείδιο του σιδήρου) ή διάβρωση που προκαλείται από χημική προσβολή.
Το SS χωρίζεται κυρίως σε τρεις ομάδες: ωστενίτη, φερρίτη και μαρτενσίτη. Το όνομά τους προέρχεται από την κρυσταλλική δομή σε θερμοκρασία δωματίου που τα αποτελεί. Μια άλλη κοινή ομάδα είναι το duplex SS, το οποίο είναι μια ισορροπία μεταξύ φερρίτη και ωστενίτη στην κρυσταλλική δομή.
Οι ωστενιτικές ποιότητες, η σειρά 300, περιέχουν 16% έως 30% χρώμιο και 8% έως 40% νικέλιο, σχηματίζοντας μια κυρίως ωστενιτική κρυσταλλική δομή. Για την προώθηση του σχηματισμού της αναλογίας ωστενίτη-φερρίτη, προστίθενται σταθεροποιητές όπως νικέλιο, άνθρακας, μαγγάνιο και άζωτο κατά τη διάρκεια της διαδικασίας παραγωγής χάλυβα. Μερικές συνηθισμένες ποιότητες είναι οι 304, 316 και 347. Προσφέρει καλή αντοχή στη διάβρωση. Χρησιμοποιείται κυρίως σε τρόφιμα, χημικές υπηρεσίες, φαρμακευτικές και κρυογονικές εφαρμογές. Ο έλεγχος του σχηματισμού φερρίτη παρέχει εξαιρετική ανθεκτικότητα σε χαμηλές θερμοκρασίες.
Το φερριτικό SS είναι μια κατηγορία σειράς 400 που είναι πλήρως μαγνητική, περιέχει 11,5% έως 30% χρώμιο και έχει κυρίαρχη φερριτική κρυσταλλική δομή. Για την προώθηση του σχηματισμού φερρίτη, οι σταθεροποιητές περιλαμβάνουν χρώμιο, πυρίτιο, μολυβδαίνιο και νιόβιο κατά την παραγωγή χάλυβα. Αυτοί οι τύποι SS χρησιμοποιούνται συνήθως σε συστήματα εξάτμισης αυτοκινήτων και σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας και έχουν περιορισμένες εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας. Αρκετοί συνήθως χρησιμοποιούμενοι τύποι είναι οι 405, 409, 430 και 446.
Οι μαρτενσιτικές ποιότητες, που προσδιορίζονται επίσης από τη σειρά 400 όπως 403, 410 και 440, είναι μαγνητικές, περιέχουν 11,5% έως 18% χρώμιο και έχουν μαρτενσίτη ως κρυσταλλική δομή. Αυτός ο συνδυασμός έχει τη χαμηλότερη περιεκτικότητα σε χρυσό, γεγονός που τις καθιστά τις λιγότερο ακριβές στην παραγωγή. Παρέχουν κάποια αντοχή στη διάβρωση, εξαιρετική αντοχή και χρησιμοποιούνται συνήθως σε επιτραπέζια σκεύη, οδοντιατρικό και χειρουργικό εξοπλισμό, μαγειρικά σκεύη και ορισμένους τύπους εργαλείων.
Όταν συγκολλάτε SS, ο τύπος του υποστρώματος και η εφαρμογή του κατά τη λειτουργία θα καθορίσουν το κατάλληλο μέταλλο πλήρωσης που θα χρησιμοποιήσετε. Εάν χρησιμοποιείτε μια διαδικασία θωράκισης αερίου, ίσως χρειαστεί να δώσετε ιδιαίτερη προσοχή στη θωράκιση των μιγμάτων αερίων για να αποτρέψετε ορισμένα προβλήματα που σχετίζονται με τη συγκόλληση.
Για να κολλήσετε το 304 στον εαυτό του, θα χρειαστείτε ένα ηλεκτρόδιο E308/308L. Το "L" σημαίνει χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, το οποίο βοηθά στην πρόληψη της ενδοκρυσταλλικής διάβρωσης. Αυτά τα ηλεκτρόδια έχουν περιεκτικότητα σε άνθρακα κάτω από 0,03%. Οτιδήποτε πάνω από αυτό αυξάνει τον κίνδυνο καθίζησης άνθρακα στα όρια των κόκκων και συνδυασμού με χρώμιο για να σχηματίσει καρβίδια χρωμίου, μειώνοντας αποτελεσματικά την αντοχή στη διάβρωση του χάλυβα. Αυτό γίνεται εμφανές εάν εμφανιστεί διάβρωση στη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα (HAZ) των συγκολλημένων αρμών SS. Μια άλλη παράμετρος για το SS βαθμού L είναι ότι έχουν χαμηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό σε υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας από τις άμεσες ποιότητες SS.
Δεδομένου ότι το 304 είναι ένας ωστενιτικός τύπος SS, το αντίστοιχο μέταλλο συγκόλλησης θα περιέχει το μεγαλύτερο μέρος του ωστενίτη. Ωστόσο, το ίδιο το ηλεκτρόδιο θα περιέχει έναν σταθεροποιητή φερρίτη, όπως το μολυβδαίνιο, για να προωθήσει τον σχηματισμό φερρίτη στο μέταλλο συγκόλλησης. Οι κατασκευαστές συνήθως παραθέτουν ένα τυπικό εύρος ποσοτήτων φερρίτη για το μέταλλο συγκόλλησης. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο άνθρακας είναι ένας ισχυρός ωστενιτικός σταθεροποιητής και για αυτούς τους λόγους είναι κρίσιμο να αποτραπεί η προσθήκη του στο μέταλλο συγκόλλησης.
Οι αριθμοί φερρίτη προέρχονται από το διάγραμμα Schaeffler και το διάγραμμα WRC-1992, τα οποία χρησιμοποιούν ισοδύναμους τύπους νικελίου και χρωμίου για τον υπολογισμό της τιμής, οι οποίοι όταν απεικονίζονται στο διάγραμμα παράγουν έναν κανονικοποιημένο αριθμό. Ο αριθμός φερρίτη μεταξύ 0 και 7 αντιστοιχεί στο ποσοστό όγκου της κρυσταλλικής δομής φερρίτη που υπάρχει στο μέταλλο συγκόλλησης. Ωστόσο, σε υψηλότερα ποσοστά, ο αριθμός φερρίτη αυξάνεται με ταχύτερο ρυθμό. Να θυμάστε ότι ο φερρίτης στο SS δεν είναι ο ίδιος με τον φερρίτη ανθρακούχου χάλυβα, αλλά μια φάση που ονομάζεται δέλτα φερρίτης. Ο ωστενιτικός SS δεν έχει μετασχηματισμούς φάσης που να σχετίζονται με διεργασίες υψηλής θερμοκρασίας, όπως η θερμική επεξεργασία.
Ο σχηματισμός φερρίτη είναι επιθυμητός επειδή είναι πιο όλκιμος από τον ωστενίτη, αλλά πρέπει να ελέγχεται. Οι χαμηλοί αριθμοί φερρίτη μπορούν να παράγουν συγκολλήσεις με εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση σε ορισμένες εφαρμογές, αλλά είναι εξαιρετικά επιρρεπείς σε θερμές ρωγμές κατά τη συγκόλληση. Για γενικές συνθήκες χρήσης, ο αριθμός φερρίτη πρέπει να είναι μεταξύ 5 και 10, αλλά για ορισμένες εφαρμογές ενδέχεται να απαιτούνται χαμηλότερες ή υψηλότερες τιμές. Οι φερρίτες μπορούν εύκολα να επαληθευτούν κατά την εργασία χρησιμοποιώντας έναν δείκτη φερρίτη.
Εφόσον αναφέρατε ότι έχετε προβλήματα ρωγμών και χαμηλό αριθμό φερρίτη, πρέπει να εξετάσετε προσεκτικά το μέταλλο πλήρωσης και να βεβαιωθείτε ότι παράγει αρκετό αριθμό φερρίτη - περίπου 8 θα πρέπει να βοηθήσουν. Επίσης, εάν χρησιμοποιείτε συγκόλληση με τόξο με πυρήνα ροής (FCAW), αυτά τα μέταλλα πλήρωσης συνήθως χρησιμοποιούν ένα αέριο θωράκισης 100% διοξειδίου του άνθρακα ή ένα μείγμα 75% αργού/25% CO2, το οποίο μπορεί να προκαλέσει πρόσληψη άνθρακα στο μέταλλο συγκόλλησης. Ίσως θελήσετε να στραφείτε σε μια διαδικασία συγκόλλησης με τόξο αερίου μετάλλου (GMAW) και να χρησιμοποιήσετε ένα μείγμα 98% αργού/2% οξυγόνου για να μειώσετε την πιθανότητα πρόσληψης άνθρακα.
Για να συγκολλήσετε ανοξείδωτο χάλυβα σε ανθρακούχο χάλυβα, πρέπει να χρησιμοποιήσετε υλικό πλήρωσης E309L. Αυτό το μέταλλο πλήρωσης χρησιμοποιείται ειδικά για τη συγκόλληση ανόμοιων μετάλλων και σχηματίζει μια ορισμένη ποσότητα φερρίτη αφού ο ανθρακούχος χάλυβας αραιωθεί στη συγκόλληση. Δεδομένου ότι ο ανθρακούχος χάλυβας απορροφά κάποιο άνθρακα, προστίθενται σταθεροποιητές φερρίτη στο μέταλλο πλήρωσης για να αντισταθμίσουν την τάση του άνθρακα να σχηματίζει ωστενίτη. Αυτό θα βοηθήσει στην πρόληψη της θερμικής ρωγμάτωσης σε εφαρμογές συγκόλλησης.
Συνοπτικά, εάν θέλετε να εξαλείψετε τις θερμές ρωγμές σε συγκολλημένες ενώσεις ωστενιτικού SS, επαληθεύστε την επάρκεια του φερρίτη ως πληρωτικού μετάλλου και ακολουθήστε τις ορθές πρακτικές συγκόλλησης. Διατηρήστε την εισερχόμενη θερμότητα κάτω από 50 kJ/ίντσα, διατηρήστε μέτριες έως χαμηλές θερμοκρασίες μεταξύ των περασμάτων και βεβαιωθείτε ότι οι ενώσεις συγκόλλησης είναι απαλλαγμένες από οποιαδήποτε μόλυνση πριν από την συγκόλληση. Χρησιμοποιήστε ένα κατάλληλο μετρητή για να επαληθεύσετε την ποσότητα φερρίτη στη συγκολλημένη ένωση, στοχεύοντας σε 5 έως 10.
Το περιοδικό WELDER, παλαιότερα γνωστό ως Practical Welding Today, παρουσιάζει τους πραγματικούς ανθρώπους που κατασκευάζουν τα προϊόντα που χρησιμοποιούμε και με τα οποία εργαζόμαστε καθημερινά. Αυτό το περιοδικό εξυπηρετεί την κοινότητα συγκόλλησης στη Βόρεια Αμερική για πάνω από 20 χρόνια.
Τώρα με πλήρη πρόσβαση στην ψηφιακή έκδοση του The FABRICATOR, εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους του κλάδου.
Η ψηφιακή έκδοση του The Tube & Pipe Journal είναι πλέον πλήρως προσβάσιμη, παρέχοντας εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους του κλάδου.
Απολαύστε πλήρη πρόσβαση στην ψηφιακή έκδοση του STAMPING Journal, το οποίο παρέχει τις τελευταίες τεχνολογικές εξελίξεις, βέλτιστες πρακτικές και νέα του κλάδου για την αγορά σφράγισης μετάλλων.
Τώρα με πλήρη πρόσβαση στην ψηφιακή έκδοση του The Fabricator en Español, εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους του κλάδου.