س: ما اخیراً شروع به انجام برخی کارها کرده‌ایم که مستلزم ساخت برخی از قطعات از جنس فولاد ضد زنگ 304 است که به خودش و فولاد نرم جوش داده شده است. ما با مشکلاتی در ترک خوردگی جوش بین فولاد ضد زنگ و فولاد ضد زنگ تا ضخامت 1.25 اینچ مواجه شده‌ایم. گفته شد که سطح فریت ما پایین است. می‌توانید توضیح دهید که این چیست و چگونه می‌توان آن را تعمیر کرد؟
الف) سوال خوبی است. بله، ما می‌توانیم به شما کمک کنیم تا بفهمید فریت پایین به چه معناست و چگونه می‌توان از آن جلوگیری کرد.
ابتدا، بیایید به تعریف فولاد ضد زنگ (SS) و چگونگی ارتباط فریت با اتصالات جوش داده شده نگاهی بیندازیم. فولاد سیاه و آلیاژها حاوی بیش از 50٪ آهن هستند. این شامل تمام فولادهای کربنی و ضد زنگ و همچنین برخی گروه‌های دیگر می‌شود. آلومینیوم، مس و تیتانیوم حاوی آهن نیستند، بنابراین نمونه‌های بسیار خوبی از آلیاژهای غیر آهنی هستند.
اجزای اصلی این آلیاژ، فولاد کربنی با حداقل ۹۰٪ آهن و فولاد ضد زنگ با ۷۰ تا ۸۰٪ آهن است. برای اینکه به عنوان فولاد ضد زنگ طبقه‌بندی شود، باید حداقل ۱۱.۵٪ کروم به آن اضافه شده باشد. سطوح کروم بالاتر از این آستانه حداقل، تشکیل لایه اکسید کروم روی سطوح فولاد را تقویت کرده و از تشکیل اکسیداسیون مانند زنگ زدگی (اکسید آهن) یا خوردگی ناشی از حمله شیمیایی جلوگیری می‌کند.
فولاد ضد زنگ عمدتاً به سه گروه تقسیم می‌شود: آستنیتی، فریتی و مارتنزیتی. نام آنها از ساختار کریستالی تشکیل دهنده آنها در دمای اتاق گرفته شده است. گروه رایج دیگر، فولاد ضد زنگ دوپلکس است که تعادلی بین فریت و آستنیت در ساختار کریستالی است.
گریدهای آستنیتی، سری ۳۰۰، حاوی ۱۶٪ تا ۳۰٪ کروم و ۸٪ تا ۴۰٪ نیکل هستند که ساختار کریستالی عمدتاً آستنیتی را تشکیل می‌دهند. تثبیت‌کننده‌هایی مانند نیکل، کربن، منگنز و نیتروژن در طول فرآیند فولادسازی اضافه می‌شوند تا به تشکیل نسبت آستنیت-فریت کمک کنند. برخی از گریدهای رایج عبارتند از ۳۰۴، ۳۱۶ و ۳۴۷. مقاومت خوبی در برابر خوردگی ایجاد می‌کند؛ عمدتاً در صنایع غذایی، شیمیایی، دارویی و برودتی استفاده می‌شود. کنترل تشکیل فریت، چقرمگی عالی را در دماهای پایین فراهم می‌کند.
فولاد ضد زنگ فریتی (Ferritic SS) یک گرید سری ۴۰۰ است که کاملاً مغناطیسی است، حاوی ۱۱.۵٪ تا ۳۰٪ کروم است و ساختار کریستالی آن عمدتاً فریتی است. برای تقویت تشکیل فریت، در طول تولید فولاد از تثبیت‌کننده‌هایی مانند کروم، سیلیکون، مولیبدن و نیوبیوم استفاده می‌شود. این نوع فولاد ضد زنگ معمولاً در سیستم‌های اگزوز خودرو و پیشرانه‌ها استفاده می‌شود و کاربردهای محدودی در دمای بالا دارد. چندین نوع رایج آن عبارتند از: ۴۰۵، ۴۰۹، ۴۳۰ و ۴۴۶.
گریدهای مارتنزیتی که به سری ۴۰۰ نیز معروف هستند، مانند ۴۰۳، ۴۱۰ و ۴۴۰، مغناطیسی هستند، حاوی ۱۱.۵٪ تا ۱۸٪ کروم هستند و ساختار کریستالی مارتنزیتی دارند. این ترکیب کمترین میزان طلا را دارد و همین امر باعث می‌شود تولید آنها کم‌هزینه‌ترین باشد. آنها مقاومت در برابر خوردگی و استحکام بالایی دارند و معمولاً در ظروف غذاخوری، تجهیزات دندانپزشکی و جراحی، ظروف پخت و پز و برخی از انواع ابزارها استفاده می‌شوند.
هنگام جوشکاری فولاد ضد زنگ، نوع زیرلایه و کاربرد آن در حین کار، فلز پرکننده مناسب مورد استفاده را تعیین می‌کند. اگر از فرآیند گاز محافظ استفاده می‌کنید، ممکن است لازم باشد برای جلوگیری از مشکلات خاص جوشکاری، به مخلوط‌های گاز محافظ توجه ویژه‌ای داشته باشید.
برای لحیم کاری آلیاژ 304 به خودش، به الکترود E308/308L نیاز دارید. "L" مخفف کم کربن است که به جلوگیری از خوردگی بین دانه‌ای کمک می‌کند. میزان کربن این الکترودها کمتر از 0.03٪ است، وقتی از این مقدار بیشتر شود، خطر رسوب کربن در مرز دانه‌ها و پیوند کروم برای تشکیل کاربیدهای کروم افزایش می‌یابد که به طور موثر مقاومت در برابر خوردگی فولاد را کاهش می‌دهد. این امر در صورت وقوع خوردگی در ناحیه تحت تأثیر حرارت (HAZ) جوش‌های فولاد ضد زنگ آشکار می‌شود. نکته دیگر در مورد فولاد ضد زنگ درجه L این است که آنها در دماهای عملیاتی بالا نسبت به گریدهای فولاد ضد زنگ معمولی، استحکام کششی کمتری دارند.
از آنجایی که فولاد ضد زنگ 304 از نوع آستنیتی است، فلز جوش مربوطه حاوی بیشتر آستنیت خواهد بود. با این حال، خود الکترود حاوی یک تثبیت کننده فریت مانند مولیبدن است تا تشکیل فریت را در فلز جوش افزایش دهد. تولیدکنندگان معمولاً محدوده مشخصی را برای مقدار فریت برای فلز جوش ذکر می‌کنند. همانطور که قبلاً ذکر شد، کربن یک تثبیت کننده قوی آستنیتی است و به همین دلایل، جلوگیری از افزودن آن به فلز جوش ضروری است.
اعداد فریت از نمودار شفلر و نمودار WRC-1992 گرفته شده‌اند که از فرمول‌های معادل نیکل و کروم برای محاسبه مقداری که هنگام رسم روی نمودار، یک عدد نرمال شده را نشان می‌دهد، استفاده می‌کنند. عدد فریت بین 0 تا 7 مربوط به درصد حجمی ساختار کریستالی فریتی موجود در فلز جوش است، با این حال، در درصدهای بالاتر، عدد فریت با سرعت بیشتری افزایش می‌یابد. به یاد داشته باشید که فریت در فولاد ضد زنگ همان فریت فولاد کربنی نیست، بلکه فازی به نام فریت دلتا است. فولاد ضد زنگ آستنیتی دچار تبدیل فازی مرتبط با فرآیندهای دمای بالا مانند عملیات حرارتی نمی‌شود.
تشکیل فریت مطلوب است زیرا نسبت به آستنیت انعطاف‌پذیرتر است، اما باید کنترل شود. مقدار کم فریت می‌تواند در برخی کاربردها، جوش‌هایی با مقاومت خوردگی عالی ایجاد کند، اما آنها به شدت مستعد ترک خوردگی داغ در حین جوشکاری هستند. برای شرایط عمومی استفاده، تعداد فریت‌ها باید بین ۵ تا ۱۰ باشد، اما برخی کاربردها ممکن است به مقادیر کمتر یا بیشتری نیاز داشته باشند. فریت‌ها را می‌توان به راحتی در محل کار با یک نشانگر فریت بررسی کرد.
از آنجایی که اشاره کردید که با ترک خوردگی و فریت پایین مشکل دارید، باید نگاهی دقیق به فلز پرکننده خود بیندازید و مطمئن شوید که به اندازه کافی فریت تولید می‌کند - حدود ۸ باید کافی باشد. همچنین، اگر از جوشکاری قوسی با هسته گدازآور (FCAW) استفاده می‌کنید، این فلزات پرکننده معمولاً از گاز محافظ ۱۰۰٪ دی اکسید کربن یا مخلوطی از ۷۵٪ آرگون و ۲۵٪ CO2 استفاده می‌کنند که می‌تواند باعث جذب کربن توسط فلز جوش شود. می‌توانید به فرآیند جوشکاری قوسی فلزی (GMAW) تغییر دهید و از مخلوط ۹۸٪ آرگون/۲٪ اکسیژن برای کاهش احتمال رسوب کربن استفاده کنید.
هنگام جوشکاری فولاد ضد زنگ به فولاد کربنی، باید از ماده پرکننده E309L استفاده شود. این فلز پرکننده مخصوصاً برای جوشکاری فلزات غیرمشابه استفاده می‌شود و پس از حل شدن فولاد کربنی در جوش، مقدار مشخصی فریت تشکیل می‌دهد. از آنجا که فولاد کربنی مقداری کربن جذب می‌کند، پایدارکننده‌های فریت به فلز پرکننده اضافه می‌شوند تا تمایل کربن به تشکیل آستنیت را خنثی کنند. این امر به جلوگیری از ترک خوردگی حرارتی در حین جوشکاری کمک می‌کند.
بنابراین، اگر می‌خواهید ترک‌های داغ در جوش‌های فولاد ضد زنگ آستنیتی را تعمیر کنید، فلز پرکننده فریت را از نظر سازگاری بررسی کنید و بهترین شیوه‌های جوشکاری را دنبال کنید. ورودی گرما را زیر 50 کیلوژول بر اینچ مربع نگه دارید، دمای بین پاسی را متوسط ​​تا پایین نگه دارید و قبل از لحیم کاری مطمئن شوید که اتصالات لحیم تمیز هستند. از گیج مناسب برای بررسی میزان فریت روی جوش استفاده کنید و روی 5 تا 10 تمرکز کنید.
مجله WELDER که قبلاً با نام Practical Welding Today شناخته می‌شد، نماینده افراد واقعی است که محصولاتی را که ما هر روز با آنها کار می‌کنیم و استفاده می‌کنیم، می‌سازند. این مجله بیش از 20 سال است که به جامعه جوشکاری در آمریکای شمالی خدمت می‌کند.
اکنون با دسترسی کامل به نسخه دیجیتال FABRICATOR، دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت.
نسخه دیجیتالی مجله لوله و لوله اکنون به طور کامل در دسترس است و دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت را فراهم می‌کند.
به طور کامل به مجله STAMPING دسترسی دیجیتال داشته باشید که شامل جدیدترین فناوری‌ها، بهترین شیوه‌ها و اخبار صنعت در بازار مهرسازی فلزات است.
اکنون با دسترسی کامل دیجیتال به The Fabricator en Español، به منابع ارزشمند صنعت دسترسی آسان دارید.